新“座驾”返航

3朵红白相间的“伞花”在酒泉东风着陆场上空盛放，随后6个气囊打开。

5月8日13时49分，我国新一代载人飞船试验船返回舱稳稳降落在东风着陆场预定区域，新飞船试验船飞行试验取得圆满成功。

在此之前，北京航天飞行控制中心通过地面测控站向试验船发出返回指令，服务舱与返回舱成功分离。试验船返回舱制动发动机点火，试验船返回舱安全着陆。搜救分队及时发现目标并到达着陆现场开展处置。

自5月5日18时在中国文昌航天发射场发射升空后，试验船在轨飞行2天19小时，通过7次自主轨控将轨道抬升至远地点为8000公里左右的大椭圆轨道，制动后以超过9km/s的再入速度返回，为返回舱创造了接近第二宇宙速度返回再入的热流条件;再入返回阶段，试验船通过新型返回制导策略控制再入飞行过程，以群伞减速、大型气囊缓冲着陆，在东风着陆场成功回收。

新飛船试验船的飞行试验，验证了高速再入返回防热、控制和群伞回收等关键技术，获取重要飞行参数，为科学研究和技术改进积累飞行数据。试验船飞行验证的成功实施，将为研制我国新一代载人飞船，实现我国载人天地往返运输技术由跟跑到并跑、领跑的跨越式发展，为我国载人空间站建造运营和载人深空探测奠定更加坚实的基础，开启我国载人航天工程新篇章。

在轨开展空间试验

新一代载人飞船试验船在轨飞行期间，中国航天科技集团有限公司搭载的两款科学载荷成功完成了在轨试验验证，分别是由五院529厂研制的“复合材料空间3D打印系统”和502所打造的“时间触发以太网星载原型系统”。此外，还有太空试验也在此次飞行中进行。

新飞船试验船返回舱搭载的“复合材料空间3D打印系统”，已自主完成了连续纤维增强复合材料样件打印，验证了微重力环境下复合材料3D打印的科学实验目标。

这次打印的对象有两个，一个是蜂窝结构（代表航天器轻量化结构），另外一个是航天科技集团CASC标志。

连续纤维增强复合材料是当前国内外航天器结构的主要材料。此次实验是我国首次“太空3D打印”，也是人类首次“连续纤维增强复合材料太空3D打印”实验，工作全流程实现无人照料、全程监控、自主控制。

“时间触发以太网星载原型系统”试验任务，是指科研人员此次在试验船上搭建的一个高速局域网，将各个系统联通起来，依靠这个网络，未来的航天员将在“太空之家”中享受智能家居一样的服务。

新一代载人飞船试验船在轨飞行期间，“时间触发以太网系统”完成了时钟同步、多源数据采样、高清图像传输等功能验证，实现了系统间数据的高速传输。这是我国首次开展该技术的空间试验，标志着我国在该领域具有了核心技术能力。

试验船自主控制完成变轨

在轨飞行阶段，试验船返回舱首次采用了国际上推力最大的单组元无毒发动机。该发动机使用的HAN推进剂具有无毒、无污染等优点，后续将全面替代现有推进剂，进一步提高航天员的安全性。

试验船还首次采用了国内目前空间飞行器用的最大容积表面张力贮箱，贮箱壁与一张A4纸的厚度相近。贮箱装载了10吨左右推进剂，让试验船具备了更大的轨道机动能力，助力试验船进入远地点为8000公里的大椭圆轨道，为大再入角高速再入返回创造了充分条件。

两天7次的自主变轨中，与以往由地面人为控制变轨、进行天地交互和轨道修正的状态不同，此次7次自主变轨完全依靠试验船自身来完成。综合电子系统和GNC系统就像飞船的“大脑”一样，综合分析并处理试验船飞行状态。综合电子系统自主生成轨控期间飞行程序，GNC系统自主确定行驶路线并进行导航，还能实时掌握飞船当前的位置和速度，并自主控制轨控发动机开关机，最终到达目标大椭圆轨道。

试验船底部安装了6个大型缓冲气囊。图片| 中国航天科技集团五院

群伞减速模拟图。图片|中国航天科技集团五院

全新铠甲确保气动防热

“如果有机会从太空观察试验船返回舱再入返回过程，会发现它是一个一边燃烧、一边以10倍于歼-20飞机的速度突飞猛进的‘火球，迫不及待地投向地球的怀抱。”五院技术人员这样形容。

要知道，试验船返回舱需要以接近第二宇宙速度再入大气，气动力最高值超过70万牛顿。再入过程中，试验船与空气发生剧烈撞击和摩擦，由此产生极为剧烈的气动加热效应，产生的温度高达上千摄氏度。

对此，五院总体部为其设计了可拆卸式防热与承载一体化结构。这一副防热铠甲，作用至关重要。

据了解，这一新型防热材料由五院529厂研制，整个防热结构在重量同比降低超过30%的基础上，防热效率比神舟飞船还要高，不仅承受住了再入返回过程中最高2000多摄氏度的高温烧蚀，守护了返回舱的安全，而且首次采用可拆卸设计。返回后将烧蚀过的防热结构拆卸，更换一套新的防热结构，并对返回舱进行一次“体检”，返回舱就能投入下一次任务。

这种同时具备轻量化、高强度、抗烧蚀等性能的防热材料，突破了国内三维纤维结构增强抗烧蚀纳米材料体系研发技术，开创了大型防热结构一体化制备技术的应用先河，未来将有力支撑我国多个型号发展。

GNC、群伞与气囊护送返航

试验船返回舱的再入过程，就像让一个已经高速到达山顶的滑雪运动员，沿着陡峭的山坡疾速俯冲，最后以合理的速度准确到达山脚下的终点。

此次滑行可谓危机重重，稍有不慎，要么会偏离指定赛道，要么会偏离终点。这就要求运动员必须准确判断自己的滑行状态，推算出后续路线，同时能够精准控制下滑轨迹。

在试验船再入过程中担此重任的，是制导、导航和控制（GNC）系统。

五院502所GNC系统工程师们为试验船设计了新型预测——校正轨迹控制策略，能够根据当前飞行状态，准确判断与目的地的偏差，以及任务的特殊要求，根据判断结果调整升力方向并决定后续飞行轨迹，进而精准地控制试验船完成再入飞行。

如果研究试验船的轨迹，会发现是一条弯弯曲曲的“蛇形”，这就是GNC系统指引它走出的平安回家之路。

据了解，新飞船试验船返回舱比神舟飞船重一倍多，所需伞面面积更大。重新进入大气层后，需要更为强劲的减速动力和平缓的载荷控制。但如果是单具伞，面积就要将近2000平方米，但是如此大面积对加工、折叠包装带来困难，从技术和经济方面都不是最合适的选择，综合考虑下，设计人员选择了群伞的方案。

新一代载人飞船试验船。图片|中国航天科技集团五院

为此五院508所科技团队设计了3具与神舟飞船降落伞面积相当的降落伞，组成群伞系统完成空中减速。这3具降落伞不是简单的组合，它们既能齐心协力、相互扶持，又能和睦相处、互不干扰。

借助群伞系统，不仅可以使超高速飞行的返回舱在极短时间里减到市区里汽车的行驶速度，还能确保将来航天员乘坐飞船返回时，过载和姿态旋转感受良好。

借助群伞系统，不仅可以使超高速飞行的返回舱在极短时间里减到市区里汽车的行驶速度，还能确保将来航天员乘坐飞船返回时，过载和姿态旋转感受良好。

返回舱落地时，当然不能硬邦邦地砸下来。试验船底部安裝了6个气囊，落地之前，6个气囊顺利充气打开，首次新型减速缓冲方案帮助舱体平稳“软着陆”，最大程度保证了返回舱的安全、完整回收。

为了适应试验船的大重量，五院508所设计了大型缓冲气囊，每个气囊充满气后相当于卡车轮胎大小，针对不同着陆情况，这6个“轮胎”会先后排气，确保返回舱平稳落地。

为了保证气囊在发射时处于稳定牢靠的折叠包装状态，在需要充气展开工作时又能够迅速顺畅打开，设计师研究出一种链式封包的固定和解除技术，并开展大量地面充气展开试验、风洞试验、真空环境试验，成功解决了难题。

双重保障确保快速搜救

返回舱回到地面后，能否快速找到它，直接决定着整个任务的成败。试验船采用了两项黑科技，能确保返回舱准确定位。

五院西安分院研制的GNSS天线网络，是帮助返回舱与地面取得联系的关键设备。返回舱的降落地点、搜救信号等都要通过该天线网络发送出去，可以说，它是返回舱随身携带的“救生电话”。

由于返回舱在重返地球的过程中，经历的环境极其恶劣和复杂，实际落地位置可能超出预定搜索范围，甚至落在海上。如果出现这种情况，五院510所研制的国际救援示位标将发挥作用。该设备发射的无线电信标信号，能够被全球海事卫星搜救系统识别，从而让搜救人员快速找到返回舱。

此次飞行另一主要任务是获取在轨数据，为未来研制提供科学支撑。设计人员为试验船量身定制在轨数据获取系统，该系统通过测量返回舱大底和侧壁表面特征点的压力和温度，获取了返回舱高速再入过程的气动力和热特性参数;通过多种传感器网络，获取了船箭分离冲击载荷，以及运载发射、在轨飞行和返回着陆过程的载荷环境。而这些宝贵数据都保存在试验船的“黑匣子”中，为新一代载人飞船的研制优化提供重要参考。

◎ 来源|综合中国航天报、科技日报