国产新飞船与NASA猎户座飞船：大开间与蜗居，载人登月的关键装备

执行NASA阿尔忒弥斯载人重返月球计划一号任务的猎户座飞船（无人）在第26个飞行日成功着陆于墨西哥下加州附近太平洋海域，任务期间历经发射、入轨、地月转移点火机动、船箭分离、轨道修正、月球引力捕获、环月大幅值逆行轨道飞行、环月大幅值逆行轨道离轨、月地转移、返回舱分离、高速半弹道再入返回等任务，充分验证了猎户座飞船的各项能力。

此次任务猎户座飞船是按照载人状态标准设计制造，按照计划2024年该型飞船将首次执行载人任务，也就是阿尔忒弥斯二号任务，4名航天员将搭乘该型飞船进行绕月飞行。

猎户座飞船与地月系合影

猎户座飞船返回舱海上着陆

早在两年前我国的“新一代载人飞船试验船”也搭乘CZ-5B遥一火箭成功进行了高轨再入首飞任务，两型飞船皆为载人登月任务而生，作为全球唯二的两款载人登月飞船，它们之间的对比必定是一个有意思的话题。

两年前，我国新一代载人飞船试验船舱外摄像机拍摄画面。

一艘完整的载人登月飞船通常由“乘员舱”与“登月舱”两部分组成，乘员舱负责人员的地月空间往返，登月舱负责将人员送达月球表面与月面起飞任务，本文所说的“乘员舱”指的就是“载人飞船”。

首先看研制时间，猎户座飞船自洛克希德·马丁公司赢得订单算起，整个研制周期至今已有十六年时间。

发射前的猎户座飞船

反观我们的新一代载人飞船试验船从上马研制到完成首飞前后只有三年多时间，即便以具备载人状态的未来时间（2027年具备环月飞行条件）计算，整个研制周期也只有十年。

我国新一代载人飞船试验船

两型飞船皆为“两舱构型”，由返回舱与服务舱组成，服务舱是根据各自轨道需求设计，对比的意义并不大，体现功力的是“返回舱”。

猎户座飞船返回舱

猎户座飞船返回舱发射重量10.4吨，大底直径5米，高3.3米。国产新载人飞船返回舱发射重量7吨，大底直径4.5米，高度不低于4米。显然，猎户座要比我们重得多，但实际上猎户座飞船可居住空间还不足9立方米，而我们的可居住空间则是13立方米。

我国新一代载人飞船试验船返回舱

新一代载人飞船试验船之所以将直径限制在4.5米左右，主要考虑的是火箭整流罩的包络限制，并不是我们不能做的更大。最近官宣公开的新一代载人飞船的返回舱已经不再受制整流罩包络，因此返回舱直径也可能进一步向5米接近，这意味着内部可居住空间有望进一步扩容。

新版本的新一代载人飞船的返回舱采用无整流罩方案

13立方米是什么概念？这意味着国产新载人飞船拥有的居住空间为全球现役经过飞行验证的各型飞船之首。

新一代载人飞船试验船返回舱内部，右侧货格是为了测试，正式载人任务没有货格。

用一句话来形容两型飞船的居住环境：一个是蜗居，另一个则是大开间。

有了更大的空间装修起来就方便，我们不仅可以隔出一个独立卫生间，还能隔出一个就餐娱乐区。

我国新飞船返回舱的就餐娱乐区与卫生间

三维仿真模拟我国新飞船返回舱的内部布置方案

38万公里以远的载人登月旅程毕竟是长途，即便猎户座飞船返回舱的空间并不宽裕，但该有的卫生间也是一定得有的，为此他们见缝插针，在地板下面靠近防热大底一侧找到了位置，在那里配置了独立卫生间，这下他们的航天员终于不会再有载人龙飞船“开放式卫生间”的酸爽体验了。

猎户座飞船局促的内部空间

载人龙飞船的“开放式卫生间”

为什么我们的飞船可以做到“又轻又大”？主要得益于一系列原创新技术的应用。

猎户座飞船与我们的新载人飞船不仅可以执行载人登月任务，甚至也可执行载人登火星、载人登小行星任务，皆属于“深空型飞船”，其有别于其它近地轨道飞船的一个主要功能特征，就是可以抵御第二宇宙速度再入地球大气层的热流烧蚀，因此防热能力是决定飞船研制成败的关键所在。

猎户座飞船返回舱几乎是完整继承了阿波罗登月飞船返回舱使用过的基于环氧酚醛树脂研制的代号为“AVCOAT 5026-39”的防热烧蚀材料，其所做出力度最大的改进措施就是由过去人工加注蜂窝格子，转变为若干个独立块状结构，但仍然是人工加注。

猎户座返回舱防热大底的加注成型周期往往长达六个月，而我们的呢？由于攻克了自动加注技术，只需数周。

猎户座飞船防热大底，块状拼接的烧蚀材料就是它相较于半世纪前的所谓“技术创新”。

我们不仅加注成型周期短，而且性能也实现了反超。猎户座防热烧蚀材料的密度是0.56g/cm³，据公开报道，同样执行月地再入返回任务的嫦娥五号返回器使用的防热烧蚀材料密度仅为0.5g/cm³，这意味着我们可以用更轻质的材料实现同等防热效果。

回收至船坞登陆舰的猎户座飞船返回舱

同样由月球轨道返回地球的嫦娥五号返回器

然而，嫦娥五号所用到的只是我们众多防热材料中的一种，新一代载人飞船使用的则是更为先进的新型材料——轻质碳基微烧蚀防热材料，此种材料的特点是密度更低、重量更轻，占用返回舱的空间更少，防热性能更优异。

新一代载人飞船试验船返回舱应用的防热烧蚀材料居于世界领先水平

新飞船项目负责人张柏楠曾这样谈论新型防热材料：我们原先搞过一代的防热材料，当时觉得不够理想，那个材料试验也成了，大家也觉得离这个目标还有距离，当时实际还有点跟国外类似的影子，所以后来整个方案做了比较大修改，大家也是一股劲儿，不然老觉得老跟别人学，要做就是做自己。

“我们原先搞过一代的防热材料”指的应该就是，在新一代载人飞船试验船之前，利用CZ-7火箭首飞机会发射的“多用途缩比返回舱”，该舱使用的防热材料技术路线与猎户座有些相似。

多用途缩比返回舱

事实上不论是嫦娥五号返回器，还是多用途缩比返回舱使用的防热材料，都可以用于载人登月飞船的研制，但那样我们的技术水平就还是并跑，达不到领跑的效果，因此才有“轻质碳基微烧蚀防热材料”大显身手的机会。

为什么我们敢于打破常规？因为我们已经有了创新的沃土。

高清细节图感知国产新飞船应用的“轻质碳基微烧蚀防热涂层”

猎户座飞船返回舱侧壁使用的是隔热瓦，该产品与航天飞机的隔热瓦一脉相承，以往人们普遍认为隔热瓦可以做到哪里坏了换哪里，以实现更高比例的重复使用，但事实上猎户座飞船返回舱的隔热瓦根本做不到重复使用，因为该返回舱只具备海上着陆能力，海水会侵蚀这些隔热瓦使得它无法重复使用。

猎户座飞船返回舱侧壁隔热瓦被浸泡后不可能重复使用

由于猎户座飞船使用的还是传统防热材料，因此重量大得多，这就挤占了返回舱的内部空间，同时也增大了返回舱的重量。

制约返回舱内部空间大小还有一处设计很关键，那就是返回舱的侧壁倾角。两型飞船皆属锥形钝头体气动构型，猎户座飞船返回舱侧壁倾角要大得多，较大的侧壁倾角可以降低返回舱的侧壁防热压力，但却又进一步挤占返回舱内部原本就捉襟见肘的空间。

右侧猎户座的侧壁倾角很大，这就是“防热不行，气动来补”。

反观我们的返回舱侧壁倾角就比较小，这还得归功于轻质碳基微烧蚀防热材料，即便防热要求更高也能胜任，这就进一步扩大了舱内空间。

防热材料一轻一重，防热能力一优一劣，所以我们的返回舱更轻空间却大，他们的返回舱更重空间却更小。

国产新飞船返回舱防热能力有多强？一组公开数据说明问题，该飞船首飞实践表明，再入大气过程中当舱外最高温达到约2700摄氏度时，舱内空气温度依旧可以维持在18摄氏度左右。

彼时彼刻，新飞船返回舱内部空气温度在18摄氏度左右。

温度控制能力如此之强，当然并不全是防热材料的功劳，还得益于新载人返回舱的分舱设计，它将大部分平台设备布置在非密封舱，进一步控制了设备散热，为密封舱内的环境温度控制又增加了加分项。

新一代载人飞船试验船返回舱应用的HAN基单组元低毒性发动机

返回舱分舱设计不仅利好温度控制，对于航天员的安全也更有保障，原本我们返回舱使用的就是利好重复使用的世界最大推力低毒性的HAN基单组元发动机，加上分舱式设计进一步隔离危险因素。

反观猎户座飞船返回舱不仅分舱设计不彻底，姿控发动机使用的还是毒性很强的推进剂。

国产新飞船还有一项独领风骚的设计，那就是应用了“全数字全系数自适应预测校正制导”。以往在科技领域要追溯一项技术的过往应用案例，那一定是XX年前XX国巴拉巴拉一大堆史料，而这项技术就不同了，人类首次应用案例便是我们的嫦娥5T1返回器，当年这款返回器创造了世界飞船类返回舱的开伞点精度纪录，而开伞点精度往往决定了落点精度。

新一代载人飞船试验船返回舱直接落在“理论瞄准点”上

比如，在新一代载人飞船试验船首飞任务中，返回舱就实现了高精度着陆，参试人员用“10.8环”来形容此次着陆精度成绩。

全数字全系数自适应预测校正制导可以自主预报落点偏差，同时根据过载、速度、姿态偏差等约束条件自主给出控制方案，进而实现高精度开伞。

新载人飞船开伞点开伞

此项技术不仅用于新一代载人飞船，天问一号火星探测器，以及自神舟十二号以来的新批次神舟号载人飞船也有应用。

除此之外，航天飞机、空天飞机等一系列过于先进不便展示的高新装备均可应用此项技术，这也难怪为什么近些年我们可以在高超音速领域一路狂奔，确实是掌握了一系列核心技术。

降落伞减速是返回舱再入返回的关键技术，猎户座飞船与我们的新一代载人飞船均使用了群伞减速设计，而早在嫦娥5T1任务期间我们就在全球率先揭示了降落伞尺寸效应机理，在降落伞轻量化设计与制造领域再一次走在了世界前列，这也将间接助力新一代载人飞船返回舱减重以及居住空间的扩大。

猎户座飞船返回舱配置的群伞

我国新一代载人飞船试验船返回舱在群伞助力下缓缓接近地面

再就是着陆方式，新一代载人飞船是基于气囊缓冲的无损着陆设计，能以直立姿态软着陆于陆上预定着陆场，同时具备海上着陆能力，可谓海陆兼备。而猎户座飞船返回舱与阿波罗飞船返回舱一样，仅具备海上着陆能力。

直立姿态着陆的新一代载人飞船试验船返回舱，缓冲气囊在着陆同时完成放气。

两型飞船都可以实现无损着陆，目的都是为了“返回舱重复使用”，为了使重复使用价值最大化，我们将原先安装于服务舱的高价值设备都集成到了返回舱，比如星敏感器，反观猎户座飞船的星敏感器却还在服务舱（该舱最终再入销毁），表明我们重复使用高价值设备比例更高。

猎户座飞船配置于服务舱的“星敏感器”

我国新飞船返回舱集成了大量可重复使用的高价值设备

为什么猎户座不把更多的高价值设备集成到返回舱？道理很简单，因为没地方装……再装下去，返回舱的重量也将是不可承受之重。这就是一步赶不上，步步赶不上。

猎户座飞船与国产新载人飞船相比，前者是继承超级航天强国历史遗产的保守产物，后者则是新兴航天强国的创新产物。

虽然我们取得了一系列创新成就，但要认识到，大洋彼岸的技术积累依旧雄厚，他们站在高起点上随便踮踮脚就能再爬上一座高峰，比如，“超重-星舰”这一改变游戏规则的新重器，即便这款重器还没首飞，也要看到他们的长处。

全面赶超不是一蹴而就，而是需要十年、二十年、五十年不断持续发展，这是量的积累到质变的过程。