"太空巴士"竞逐，航天大国争相研制新一代载人飞船

（原标题：“太空巴士”的竞逐，航天大国争相研制新一代载人飞船）

5月5日，随着一声巨响，搭载着新一代载人飞船试验船的长征五号B运载火箭腾空而起。约488秒后，飞船与火箭成功分离进入预定轨道。中国新一代载人飞船的惊艳亮相引发了航天界的高度关注。

随着载人登月、载人深空探测热潮的再度兴起，各航天大国或航天强国均认识到现有的载人飞船已经无法满足要求，需尽快研制新一代载人飞船，因此，中美俄等国均在大力研制新一代多用途载人飞船，并取得了相当进展，一些型号初步具备应用飞行能力。若此次中国新一代载人飞船试验船整个任务顺利完成，意味着中国新一代载人飞船研制工作取得重要进展。

从国内外在研新型载人飞船的发展趋势来看，一是大大提高了载人飞船的性能，乘员数集中在6人左右，飞行时间1周至2年不等；二是大多数采用传统的火箭发射和降落伞回收模式，返回舱选用钝头体外形，目的是技术成熟、更安全可靠；三是采用可重复使用技术，提高经济性，降低成本。

中国新一代载人飞船外形优美

中国：从“太空专车”到“太空巴士”

1970年成功发射“东方红一号”卫星后，航天系统开始着手研制名为“曙光一号”的载人飞船，飞船可搭乘两名航天员，计划1973年发射。但由于种种原因，“曙光一号”载人飞船项目被迫取消，中国第一次载人航天计划未能顺利完成。进入20世纪90年代，921工程研制的神舟飞船终于圆了中国人的飞天梦。

从外形上，神舟飞船与俄罗斯的“联盟”载人飞船非常相似，飞船由“三舱一段”组成，三个舱是：推进舱、返回舱和轨道舱；一段是指附加段。推进舱在飞船的最下部，返回舱在中间，轨道舱在上部，附加段在飞船的最顶端。包括无人试验船在内，神舟飞船已经进行了十一次发射，计划在2022年前后还将进行4次发射，承担“天宫”空间站的航天员的往返任务。虽然神舟飞船已经成熟，但能够提供航天员自由活动的空间加起来也不过6平方米左右，并且无法适应未来载人深空探测的需求，因此，必须研制新一代载人飞船。

新一代载人飞船在轨飞行模拟图

新一代载人飞船采用了当下主流的两舱结构设计，即返回舱+服务舱，可乘坐6-7名航天员，返回舱选用钝头设计，服务舱采用圆柱形设计。在回收上采用了2具减速伞和3具主伞组成“群伞减速”回收方案。落地之前，6个气囊充气打开，帮助舱体平稳“软着陆”，最大程度保证了返回舱的安全、完整回收。根据官方介绍，为了降低进入太空的成本，新一代载人飞船的返回舱设计成可重复使用，如星敏感器、计算机等一些高价值的设备，经过优化设计由服务舱调整至返回舱安装，这样就可以随返回舱返回后进行回收利用。在返回舱外包覆自主研制的新型轻质防热结构，执行完任务后只需更换轻质防热结构，经过规范严格的检测，就可以再次执行载人航天飞行任务。

如果说神舟飞船是“太空专车”，搭载人数超过神舟飞船一倍的新一代载人飞船那就是“太空巴士”。新一代载人飞船采用了“一船多用”设计理念，既可以应用在近地轨道，支撑空间站建设，还能胜任载人登月等更遥远深空的探测重任。此外，新一代载人飞船具备着‘运人+运货’的能力，这将有力拓展我国载人航天器的应用范围和能力结构。新一代载人飞船在执行近地轨道任务时可以一次运送6-7名航天员。新一代载人飞船还可以根据任务需求，从“太空巴士”变为“太空货车”，给空间站运送大量的补给物资，或者把空间站所做的一些试验样品带回地球。

测试中的新一代载人飞船

美国：政府主导和商业航天齐头并进

冷战时期，美国载人航天事业曾经取得了一系列辉煌的成就，然而在2011年航天飞机退役之后，美国却陷入一个尴尬的局面：美国航天员完全得依靠俄罗斯老旧的“联盟”载人飞船进行天地往返，而且价格不菲。根据相关统计，俄罗斯“联盟”飞船每个座位的费用连年涨价，2007年的单价只要2180万美元，而到了2018年座位的单价就涨到了将近4倍，达8110万美元。在这十多年里，美国宇航局为了购买“联盟”飞船的座位花费了39亿美元。为了摆脱困境，美国一方面由宇航局主导并由洛马公司研制“猎户座”载人飞船，另一方面大力鼓励私企进入载人航天领域，加快载人航天商业化的进程。

从2005年开始，美国就规划了下一代载人飞船——“猎户座”，它可用于近地轨道和深空的载人飞行任务。经过激烈的角逐，洛·马公司拿到了研制“猎户座”载人飞船的合同。按照洛·马公司的设计，“猎户座”载人飞船是一个5米直径返回舱和一个多用途服务舱组成的大两舱式飞船，它可以容纳4名航天员进行长达21天的独立载人飞行，或是运输6名航天员前往国际空间站。

“猎户座”载人飞船的锥形返回舱和“阿波罗”载人飞船相似，但体积大了2.5倍，它不仅满足从月球轨道高再入大气层的防热要求，甚至可以耐受火星任务高速再入大气层时苛刻的热环境。“猎户座”载人飞船使用大量新技术，如更环保的防热材料，更先进的计算机和飞控系统等，堪称新一代载人飞船的标杆。

“猎户座”载人飞船主攻载人深空探测，而近地轨道载人任务则主要交给商业航天公司。2010年4月，美国公布的《国家航天政策》中，明确了未来将由商业部门提供近地轨道载人和货物运输服务。当时一起竞争的还有SpaceX公司的“载人龙”飞船、波音公司的“商业载人航天系统”(CST-100)方案、内华达山脉公司的“追梦者”航天飞机和蓝源公司的“新谢泼德”载人飞船。最终，SpaceX公司和波音公司的方案胜出。

“猎户座”载人飞船主攻载人深空探测

SpaceX公司在研制“载人龙”飞船之前，成功研制了货运版“龙”飞船，并为国际空间站进行了18次补给任务，技术实力不可小觑。去年，3月2日，“载人龙”飞船成功首飞，按计划，本月“载人龙”飞船将进行首次载人飞行。

从外形上看“载人龙”飞船与龙货运飞船非常相似，也是由一个锥形的加压舱和圆柱形的非加压舱组成，但前半部分的加压舱更加圆润。“载人龙”飞船高6.1米，直径3.7米，重4.2吨。“载人龙飞船可以运载7名航天员，7名航天员都坐在加压舱内，座位排放是前面3个，后面4个，在人员转移上的优势与美国宇航局航天飞机相当，“载人龙”飞船使用了大量的成熟技术和一些先进的制造工艺，如果不搭载7名宇航员，还可以转载等量的货物。

“载人龙”飞船最大的技术亮点是取消了以往载人飞船返回时必备的降落伞，使用反推发动机进行减速和着陆，着陆精度大大超过了以往的载人飞船，可实现定点精确着陆。实现定点精确着陆的主要“功臣”是装在返回舱上的8台超级天龙座发动机，该发动机使用了3D打印制造技术，每台发动机可产生约7吨的推力。8台超级天龙座发动机不但是返回舱软着陆的动力装置，也是飞船逃逸系统的主要动力。此外，“载人龙”飞船更换防热系统后可重复使用。

“载人龙”飞船与国际空间站对接

波音的CST-100飞船中的数字100代表离地面100千米，这说明它主要专门执行地面到近地轨道的短途运输任务。飞船高为5米，直径4.65米，能一次性搭载7名航天员。CST-100飞船设计较为保守，飞船由乘员舱和服务舱组成。返回舱着陆方式和早期猎户座载人飞船类似，使用的是降落伞加气囊缓冲，更换防热系统后可重复使用10次。CST-100飞船的内部设计充分发挥了波音公司长期在设计商用飞机座舱的优势，采用航天员喜爱的大窗户设计和轻型塑料的舒适座椅。

去年12月，CST-100飞船进行了首次发射，却因为计时器问题提前返回地球，未能与国际空间站对接，如此低级的失误让外界大跌眼镜。此外，该飞船的降落伞也出现过问题。这些问题都导致CST-100飞船首次载人飞行再次推迟。

CST-100、“载人龙”、“猎户座”将是未来一段时间内美国载人航天的“三驾马车”。

俄罗斯：经费不足或导致新飞船难产

虽然“联盟”载人飞船目前是国际空间站航天员往返的唯一工具，但这种飞船毕竟是50年前的设计，再怎么改进，受原始结构设计的影响，综合性能已经落后。与其他国家研制的新一代载人飞船相比，差距则更加明显。其实早在苏联时代，“联盟”载人飞船之后的下一代飞船就曾提上日程，俄罗斯在“暴风雪”号航天飞机中止后继续进行了研究——即“联邦”号载人飞船。

2006年，俄罗斯和欧洲联合进行了名为先进载人运输系统（ACTS）的研究，载人飞船的研制才算步入正轨，ACTS早期计划使用ATV飞船的服务舱，外加“联盟”载人飞船改进后的轨道舱，但到了2007年10月，载人飞船已经变为大锥形返回舱加服务舱的设计，后来它的服务舱也改由能源集团专门研制。如果不是它使用矩形而不是碟形太阳翼的话，简直就是一个山寨版“猎户座”载人飞船。“联邦”号载人飞船由俄罗斯正在研制的安加拉-A5运载火箭发射，将取代目前的联盟号飞船执行近地轨道任务，未来还可用于执行载人登月任务。

“联邦”号载人飞船返回舱模型

虽然美国一直用锥形返回舱，而俄罗斯一直使用钟形返回舱，但苏联时期载人飞船就有锥形返回舱的设计，比如著名的TKS飞船。俄罗斯时期载人飞船的研制，不可避免的带有历史的传承，还提出了很多新颖的概念，比如全程火箭反冲着陆。2009年，俄国和欧洲载人飞船的合作曲终人散，ACTS也不得不取消，不过这为俄国新一代飞船“联邦”号的研制奠定了基础。

“联邦”号载人飞船也采纳了返回舱重复使用的概念，不过相比早期的激进设计，现在的设计要稳重得多，它使用降落伞加火箭反冲的结合。“联邦”号载人飞船返回舱内部也有了17立方米的体积，可以容纳四人进行近地轨道或是深空飞行。为了同时兼顾近地轨道和深空任务，“联邦”号载人飞船使用大小不同的服务舱，飞船质量也有14吨和20吨两个级别。“联邦”号载人飞船不仅将取代老旧的“联盟”载人飞船，还寄托了俄罗斯独立进行载人深空探索尤其是载人登月等重现大国辉煌的项目。不过遗憾的是，俄罗斯航天局面临着预算紧缺的问题，飞船的首次发射时间已经从2017~2018年推迟到2021年。