5月5日，隨著一聲巨響，搭載著新一代載人飛船試驗(yàn)船的長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭騰空而起。約488秒后，飛船與火箭成功分離進(jìn)入預(yù)定軌道。中國(guó)新一代載人飛船的驚艷亮相引發(fā)了航天界的高度關(guān)注。

隨著載人登月、載人深空探測(cè)熱潮的再度興起，各航天大國(guó)或航天強(qiáng)國(guó)均認(rèn)識(shí)到現(xiàn)有的載人飛船已經(jīng)無(wú)法滿足要求，需盡快研制新一代載人飛船，因此，中美俄等國(guó)均在大力研制新一代多用途載人飛船，并取得了相當(dāng)進(jìn)展，一些型號(hào)初步具備應(yīng)用飛行能力。若此次中國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船整個(gè)任務(wù)順利完成，意味著中國(guó)新一代載人飛船研制工作取得重要進(jìn)展。

從國(guó)內(nèi)外在研新型載人飛船的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，一是大大提高了載人飛船的性能，乘員數(shù)集中在6人左右，飛行時(shí)間1周至2年不等；二是大多數(shù)采用傳統(tǒng)的火箭發(fā)射和降落傘回收模式，返回艙選用鈍頭體外形，目的是技術(shù)成熟、更安全可靠；三是采用可重復(fù)使用技術(shù)，提高經(jīng)濟(jì)性，降低成本。

中國(guó)：從“太空專(zhuān)車(chē)”到“太空巴士”

1970年成功發(fā)射“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星后，航天系統(tǒng)開(kāi)始著手研制名為“曙光一號(hào)”的載人飛船，飛船可搭乘兩名航天員，計(jì)劃1973年發(fā)射。但由于種種原因，“曙光一號(hào)”載人飛船項(xiàng)目被迫取消，中國(guó)第一次載人航天計(jì)劃未能順利完成。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，921工程研制的神舟飛船終于圓了中國(guó)人的飛天夢(mèng)。

從外形上，神舟飛船與俄羅斯的“聯(lián)盟”載人飛船非常相似，飛船由“三艙一段”組成，三個(gè)艙是：推進(jìn)艙、返回艙和軌道艙；一段是指附加段。推進(jìn)艙在飛船的最下部，返回艙在中間，軌道艙在上部，附加段在飛船的最頂端。包括無(wú)人試驗(yàn)船在內(nèi)，神舟飛船已經(jīng)進(jìn)行了十一次發(fā)射，計(jì)劃在2022年前后還將進(jìn)行4次發(fā)射，承擔(dān)“天宮”空間站的航天員的往返任務(wù)。雖然神舟飛船已經(jīng)成熟，但能夠提供航天員自由活動(dòng)的空間加起來(lái)也不過(guò)6平方米左右，并且無(wú)法適應(yīng)未來(lái)載人深空探測(cè)的需求，因此，必須研制新一代載人飛船。

新一代載人飛船采用了當(dāng)下主流的兩艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即返回艙+服務(wù)艙，可乘坐6-7名航天員，返回艙選用鈍頭設(shè)計(jì)，服務(wù)艙采用圓柱形設(shè)計(jì)。在回收上采用了2具減速傘和3具主傘組成“群傘減速”回收方案。落地之前，6個(gè)氣囊充氣打開(kāi)，幫助艙體平穩(wěn)“軟著陸”，最大程度保證了返回艙的安全、完整回收。根據(jù)官方介紹，為了降低進(jìn)入太空的成本，新一代載人飛船的返回艙設(shè)計(jì)成可重復(fù)使用，如星敏感器、計(jì)算機(jī)等一些高價(jià)值的設(shè)備，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)由服務(wù)艙調(diào)整至返回艙安裝，這樣就可以隨返回艙返回后進(jìn)行回收利用。在返回艙外包覆自主研制的新型輕質(zhì)防熱結(jié)構(gòu)，執(zhí)行完任務(wù)后只需更換輕質(zhì)防熱結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)規(guī)范嚴(yán)格的檢測(cè)，就可以再次執(zhí)行載人航天飛行任務(wù)。

如果說(shuō)神舟飛船是“太空專(zhuān)車(chē)”，搭載人數(shù)超過(guò)神舟飛船一倍的新一代載人飛船那就是“太空巴士”。新一代載人飛船采用了“一船多用”設(shè)計(jì)理念，既可以應(yīng)用在近地軌道，支撐空間站建設(shè)，還能勝任載人登月等更遙遠(yuǎn)深空的探測(cè)重任。此外，新一代載人飛船具備著‘運(yùn)人+運(yùn)貨’的能力，這將有力拓展我國(guó)載人航天器的應(yīng)用范圍和能力結(jié)構(gòu)。新一代載人飛船在執(zhí)行近地軌道任務(wù)時(shí)可以一次運(yùn)送6-7名航天員。新一代載人飛船還可以根據(jù)任務(wù)需求，從“太空巴士”變?yōu)椤疤肇涇?chē)”，給空間站運(yùn)送大量的補(bǔ)給物資，或者把空間站所做的一些試驗(yàn)樣品帶回地球。

美國(guó)：政府主導(dǎo)和商業(yè)航天齊頭并進(jìn)

冷戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)載人航天事業(yè)曾經(jīng)取得了一系列輝煌的成就，然而在2011年航天飛機(jī)退役之后，美國(guó)卻陷入一個(gè)尷尬的局面：美國(guó)航天員完全得依靠俄羅斯老舊的“聯(lián)盟”載人飛船進(jìn)行天地往返，而且價(jià)格不菲。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，俄羅斯“聯(lián)盟”飛船每個(gè)座位的費(fèi)用連年漲價(jià)，2007年的單價(jià)只要2180萬(wàn)美元，而到了2018年座位的單價(jià)就漲到了將近4倍，達(dá)8110萬(wàn)美元。在這十多年里，美國(guó)宇航局為了購(gòu)買(mǎi)“聯(lián)盟”飛船的座位花費(fèi)了39億美元。為了擺脫困境，美國(guó)一方面由宇航局主導(dǎo)并由洛馬公司研制“獵戶座”載人飛船，另一方面大力鼓勵(lì)私企進(jìn)入載人航天領(lǐng)域，加快載人航天商業(yè)化的進(jìn)程。

從2005年開(kāi)始，美國(guó)就規(guī)劃了下一代載人飛船——“獵戶座”，它可用于近地軌道和深空的載人飛行任務(wù)。經(jīng)過(guò)激烈的角逐，洛·馬公司拿到了研制“獵戶座”載人飛船的合同。按照洛·馬公司的設(shè)計(jì)，“獵戶座”載人飛船是一個(gè)5米直徑返回艙和一個(gè)多用途服務(wù)艙組成的大兩艙式飛船，它可以容納4名航天員進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)21天的獨(dú)立載人飛行，或是運(yùn)輸6名航天員前往國(guó)際空間站。

“獵戶座”載人飛船的錐形返回艙和“阿波羅”載人飛船相似，但體積大了2.5倍，它不僅滿足從月球軌道高再入大氣層的防熱要求，甚至可以耐受火星任務(wù)高速再入大氣層時(shí)苛刻的熱環(huán)境。“獵戶座”載人飛船使用大量新技術(shù)，如更環(huán)保的防熱材料，更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和飛控系統(tǒng)等，堪稱(chēng)新一代載人飛船的標(biāo)桿。

“獵戶座”載人飛船主攻載人深空探測(cè)，而近地軌道載人任務(wù)則主要交給商業(yè)航天公司。2010年4月，美國(guó)公布的《國(guó)家航天政策》中，明確了未來(lái)將由商業(yè)部門(mén)提供近地軌道載人和貨物運(yùn)輸服務(wù)。當(dāng)時(shí)一起競(jìng)爭(zhēng)的還有SpaceX公司的“載人龍”飛船、波音公司的“商業(yè)載人航天系統(tǒng)”(CST-100)方案、內(nèi)華達(dá)山脈公司的“追夢(mèng)者”航天飛機(jī)和藍(lán)源公司的“新謝潑德”載人飛船。最終，SpaceX公司和波音公司的方案勝出。

SpaceX公司在研制“載人龍”飛船之前，成功研制了貨運(yùn)版“龍”飛船，并為國(guó)際空間站進(jìn)行了18次補(bǔ)給任務(wù)，技術(shù)實(shí)力不可小覷。去年，3月2日，“載人龍”飛船成功首飛，按計(jì)劃，本月“載人龍”飛船將進(jìn)行首次載人飛行。

從外形上看“載人龍”飛船與龍貨運(yùn)飛船非常相似，也是由一個(gè)錐形的加壓艙和圓柱形的非加壓艙組成，但前半部分的加壓艙更加圓潤(rùn)?！拜d人龍”飛船高6.1米，直徑3.7米，重4.2噸。“載人龍飛船可以運(yùn)載7名航天員，7名航天員都坐在加壓艙內(nèi)，座位排放是前面3個(gè)，后面4個(gè)，在人員轉(zhuǎn)移上的優(yōu)勢(shì)與美國(guó)宇航局航天飛機(jī)相當(dāng)，“載人龍”飛船使用了大量的成熟技術(shù)和一些先進(jìn)的制造工藝，如果不搭載7名宇航員，還可以轉(zhuǎn)載等量的貨物。

“載人龍”飛船最大的技術(shù)亮點(diǎn)是取消了以往載人飛船返回時(shí)必備的降落傘，使用反推發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速和著陸，著陸精度大大超過(guò)了以往的載人飛船，可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)精確著陸。實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)精確著陸的主要“功臣”是裝在返回艙上的8臺(tái)超級(jí)天龍座發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)使用了3D打印制造技術(shù)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生約7噸的推力。8臺(tái)超級(jí)天龍座發(fā)動(dòng)機(jī)不但是返回艙軟著陸的動(dòng)力裝置，也是飛船逃逸系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿?。此外，“載人龍”飛船更換防熱系統(tǒng)后可重復(fù)使用。

波音的CST-100飛船中的數(shù)字100代表離地面100千米，這說(shuō)明它主要專(zhuān)門(mén)執(zhí)行地面到近地軌道的短途運(yùn)輸任務(wù)。飛船高為5米，直徑4.65米，能一次性搭載7名航天員。CST-100飛船設(shè)計(jì)較為保守，飛船由乘員艙和服務(wù)艙組成。返回艙著陸方式和早期獵戶座載人飛船類(lèi)似，使用的是降落傘加氣囊緩沖，更換防熱系統(tǒng)后可重復(fù)使用10次。CST-100飛船的內(nèi)部設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了波音公司長(zhǎng)期在設(shè)計(jì)商用飛機(jī)座艙的優(yōu)勢(shì)，采用航天員喜愛(ài)的大窗戶設(shè)計(jì)和輕型塑料的舒適座椅。

去年12月，CST-100飛船進(jìn)行了首次發(fā)射，卻因?yàn)橛?jì)時(shí)器問(wèn)題提前返回地球，未能與國(guó)際空間站對(duì)接，如此低級(jí)的失誤讓外界大跌眼鏡。此外，該飛船的降落傘也出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題。這些問(wèn)題都導(dǎo)致CST-100飛船首次載人飛行再次推遲。

俄羅斯：經(jīng)費(fèi)不足或?qū)е滦嘛w船難產(chǎn)

雖然“聯(lián)盟”載人飛船目前是國(guó)際空間站航天員往返的唯一工具，但這種飛船畢竟是50年前的設(shè)計(jì)，再怎么改進(jìn)，受原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，綜合性能已經(jīng)落后。與其他國(guó)家研制的新一代載人飛船相比，差距則更加明顯。其實(shí)早在蘇聯(lián)時(shí)代，“聯(lián)盟”載人飛船之后的下一代飛船就曾提上日程，俄羅斯在“暴風(fēng)雪”號(hào)航天飛機(jī)中止后繼續(xù)進(jìn)行了研究——即“聯(lián)邦”號(hào)載人飛船。

2006年，俄羅斯和歐洲聯(lián)合進(jìn)行了名為先進(jìn)載人運(yùn)輸系統(tǒng)（ACTS）的研究，載人飛船的研制才算步入正軌，ACTS早期計(jì)劃使用ATV飛船的服務(wù)艙，外加“聯(lián)盟”載人飛船改進(jìn)后的軌道艙，但到了2007年10月，載人飛船已經(jīng)變?yōu)榇箦F形返回艙加服務(wù)艙的設(shè)計(jì)，后來(lái)它的服務(wù)艙也改由能源集團(tuán)專(zhuān)門(mén)研制。如果不是它使用矩形而不是碟形太陽(yáng)翼的話，簡(jiǎn)直就是一個(gè)山寨版“獵戶座”載人飛船?！奥?lián)邦”號(hào)載人飛船由俄羅斯正在研制的安加拉-A5運(yùn)載火箭發(fā)射，將取代目前的聯(lián)盟號(hào)飛船執(zhí)行近地軌道任務(wù)，未來(lái)還可用于執(zhí)行載人登月任務(wù)。

雖然美國(guó)一直用錐形返回艙，而俄羅斯一直使用鐘形返回艙，但蘇聯(lián)時(shí)期載人飛船就有錐形返回艙的設(shè)計(jì)，比如著名的TKS飛船。俄羅斯時(shí)期載人飛船的研制，不可避免的帶有歷史的傳承，還提出了很多新穎的概念，比如全程火箭反沖著陸。2009年，俄國(guó)和歐洲載人飛船的合作曲終人散，ACTS也不得不取消，不過(guò)這為俄國(guó)新一代飛船“聯(lián)邦”號(hào)的研制奠定了基礎(chǔ)。

“聯(lián)邦”號(hào)載人飛船也采納了返回艙重復(fù)使用的概念，不過(guò)相比早期的激進(jìn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)要穩(wěn)重得多，它使用降落傘加火箭反沖的結(jié)合?！奥?lián)邦”號(hào)載人飛船返回艙內(nèi)部也有了17立方米的體積，可以容納四人進(jìn)行近地軌道或是深空飛行。為了同時(shí)兼顧近地軌道和深空任務(wù)，“聯(lián)邦”號(hào)載人飛船使用大小不同的服務(wù)艙，飛船質(zhì)量也有14噸和20噸兩個(gè)級(jí)別?！奥?lián)邦”號(hào)載人飛船不僅將取代老舊的“聯(lián)盟”載人飛船，還寄托了俄羅斯獨(dú)立進(jìn)行載人深空探索尤其是載人登月等重現(xiàn)大國(guó)輝煌的項(xiàng)目。不過(guò)遺憾的是，俄羅斯航天局面臨著預(yù)算緊缺的問(wèn)題，飛船的首次發(fā)射時(shí)間已經(jīng)從2017~2018年推遲到2021年。