中國新一代多用途載人飛船直徑5米？和獵戶座一樣大，長征七號沒有這麽大的整流罩！

新一代載人航天器密封艙主結構材 料的發展方向和應用研究進展。 

      中南大學和東北輕合金有限公司等單位在國家項目支持下，率先開展鋁鎂鈧合金的研製，根據我國航天工業發展需求，開發出了5B70鋁鎂鈧合金（Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr）

       載人航天器大型密封艙主結構，主要由鋁合金壁板與大型鍛環成型焊接而成，直徑 3～5 m，長度數 10 m。 

         中國、蘇聯一直應用鋁鎂係列鋁合金：蘇聯用 AMГ6Al-Mg 係合金，中國用 5A06 鋁鎂係 合金；美國、歐洲主要應用鋁銅係列鋁合金，部分應用鋁鎂係列鋁合金，如 2014Al-Cu 係合金、2219Al-Cu 係合金、 5086Al-Mg 係合金。

主結構材料升級需求 

1）更輕的重量  載人深空探測發射代價比近地軌道大得多，要求航天器具有更輕的重量、更高的效率。目前我國載人航天器結構重量/發射重量比約為24%～28%， 這個比例偏高，結構減重需求迫切，急需比強度更高的新型材料將此比例降至 20%以下。  

2）更長的壽命  未來新一代天地運輸係統、地外駐留平台、月球基地等載人探測器工作和運行時間通常長於 15 年， 要求主結構在複雜的載荷環境下滿足長壽命需求， 這就要求材料具備良好的疲勞特性和斷裂特性。 

3）可重複使用  為了提高經濟性，新一代天地往返係統等載人 航天器要求主結構具備可重複使用功能，這對主結構及其材料提出了全新的要求，需要采用服役可靠性更好的材料，並對材料損傷容限進行界定、識別及可靠性分析。 

4）更強的環境適應能力  載人航天器從近地軌道載人飛船和空間站延 伸發展至未來月球/深空探測載人飛船或長期駐留 生存基地，其密封艙主結構將麵臨更複雜的載荷條 件和更苛刻的環境條件，因此應具備更強的環境適應能力。

        為滿足新的航天應用需求，主結構材料應該提前進行升級換代和技術開發儲備，同時逐步建立相應大型部件的製備能力和相關結構製造工藝的配套能力。 

       在新一代多用途飛船大型密封艙主結構中的應用及影響因素，鋁合金新材料在大型密封艙主結構中的應用主要受以下因素影響： 

1）材料性能：比強度、比模量、耐蝕性高仍是航天主結構材料永遠追求的目標。  

2）基礎能力：穩定保證材料高性能（各向同性） 條件下，需要具備研製直徑 5 m左右大型鍛環、厚度 30 mm 以上大型厚板的技術實力和條件保障能力。  

3）綜合工藝性：材料成型、焊接、防腐蝕處 理等綜合工藝性能優良，在經過成型、焊接製造後， 材料仍然能保持原有的高性能，並且結構製造工藝 繼承性與生產成本滿足預算要求。  

4）服役可靠性：在長期空間環境駐留服役、 多次往返重複使用條件下，材料仍然能保持原有的高性能和可靠性。

摘自航天器環境工程第32卷第6期

http://www.bisee.ac.cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20150601&flag=1 

 

多用途飛船返回艙模型

返回艙為圓錐側壁加球冠大底的結構構型，其結構主體分為頂部、側壁、大底三部分。

         頂部是返回艙的主要承力部件，需在返回段開傘過程中抵抗嚴苛的衝擊載荷。頂部有傘艙、彈射器、GNSS 天線、黑障天線等設備。

          側壁包括防熱層、蜂窩板和壁板，其中防熱層有4塊，並與蜂窩板粘貼在一起，再用螺接的方式與壁板上的筋相連接。側壁上主要安裝有姿態控製、氣動測量功能的設備。

         大底是緩衝著陸衝擊載荷的關鍵部位，由內外兩層蒙皮以及夾筋桁條組成。大底由金屬大底和防熱大底兩部分組成，其中金屬大底上主要安裝有信息管理、能源管理、回收、氣動測量等功能的設備；防熱大底上布設了氣動測量功能設備。

多用途飛船返回艙有限元模型共有66693個節點、71956個單元

        由於多用途飛船返回艙研製任務的需要，將不開展物理振動試驗，虛擬振動試驗是唯一的結構振動考核方案。
        北京衛星環境工程研究所建立了整星虛擬振動試驗係統，該係統包含振動台的機械子係統、控製子係統、功放子係統、濾波及放大電路子係統；並通過虛擬振動試驗工程化與應用技術研究，將已經取得的虛擬振動試驗技術成果轉化，建立了一套航天器虛擬振動試驗工程應用軟件係統，包含多係統聯合仿真分析模塊、分析模型修正模塊、夾具分析仿真模塊和試驗條件分析模塊。

         由於正在研製中的多用途飛船返回艙隻要求進行虛擬振動環境試驗，所以利用此工程應用軟件係統對返回艙進行驗收級、鑒定級振動環境條件的虛擬試驗，並作出預示和評價。多用途飛船返回艙的虛擬正弦掃頻試驗和隨機振動試驗，試驗的控製誤差在±5%以內，符合多用途飛船返回艙虛擬振動試驗技術要求。

        40t雙振動台的垂直狀態有限元模型包含6300個節點、5388個單元；水平狀態有限元模型包含6596個節點、5217個單元。

         返回艙夾具模型包含1537個節點、904個單元。夾具第1階固有頻率大於100Hz，滿足航天器振動試驗對夾具剛度基本要求。

摘自航天器環境工程第32卷第4期

 

           我國神舟飛船已經成功驗證了載人飛船的各項關鍵技術,成功應用於出艙行走、交會對接等任務, 從“神舟8號”開始,已經進入小批量生產階段,並將作為空間站載人天地往返運輸係統的一個重要組成部分。未來載人火星探測任務可以繼承神舟飛船技術。載人航天工程已經驗證了載人飛船從近地軌道再入返回技術,“嫦娥”月球探測任務已經驗證了彈跳式月球再入返回技術。從火星再入返回的再入速度更高,再入氣動熱環境更加複雜,新型的載人飛船需成功繼承前期神舟飛船的成果,並突破行星際再入返回、深空長期在軌等特殊關鍵技術。 

          新型多用途飛船 

          新型載人飛船要具備執行近地空間站任務、未來載人登月與月球基地、火星和小行星等空間探測任務的能力。 新型載人飛船由返回艙與推進艙兩艙組成,具 備整船自逃逸能力。返回艙采用倒錐型側壁加球冠狀大底的鈍頭體構型,為全船指令中心,在飛行過程中為航天員提供生存環境,前部安裝對接機構和交會對接敏感設備;推進艙為整船提供能源和動力。新型飛船具備從火星轉移軌道再入能力。 

         采用推進艙模塊化設計理念來適應不同任務的 速度增量需求,並通過密封艙的模塊化設計兼顧人 員和貨物運輸的能力。針對不同任務對人員運送和 上行物資方麵能力的不同需求,從密封艙或推進艙 內部空間布局上考慮,使新飛船具備人貨混運的能 力,最大可適應6名航天員運送的需求。 

摘自“載人火星和小行星探測任務初步分析”

 

        新一代多用途載人飛船返回艙型號項目，楊慶——載人航天總體部，他一人身兼三職，產保、進度、技術三大係統工程要素；探索並實踐了重複使用設備產品保證體係；創造了12個月完成整器設計到AIT的工程業績；突破了型號多項關鍵技術點。

        當世界還在關注神舟十號的時候，航天五院載人航天器總體研究室又展開了新一代多用途飛船的論證工作。新一代飛船技術先進，起點高、難度大，是我國載人航天器提水平、上台階的關鍵項目。
        在方案論證的關鍵時刻，楊慶、吳文瑞、黃震等多位同誌常常通宵達旦地做方案、改設計，終於在短短的三個月內，完成了多用途飛船返回艙的論證工作，實現了工程立項。
        如今貨運飛船、新一代載人飛船型號任務正在穩步推進，載人航天器總體研究室將肩負起新的使命，走向載人航天新的征程。

方案設想
          目前我國隻有長征2F一種載人火箭，經適應性改造後長征5和長征7火箭也可用於發射載人飛船。由於新一代載人飛船技術指標高於“神舟”飛船，整船重量也將顯著增加，長征2F火箭已不能滿足新一代載人飛船的發射要求。初步分析，經適應性改造後長征5和長征7火箭發射新一代載人飛船進入近地軌道的能力分別為14t和20t。
          對應於兩種運載火箭的新一代載人飛船如圖14所示，重量分別為14t和20t。飛船采用模塊化設計，兩飛船返回艙完全相同，推進艙攜帶不同重量的推進劑以適應不同任務需求。飛船的主要技術特點為：
(1) 乘員人數：2~6人；
(2) 再入速度：適應第二宇宙速度再入；
(3) 自主飛行：≥ 21天；
(4) 停靠時間：≥ 2年；
(5) 速度增量；14t飛船800m/s，20t飛船1700m/s；
(6) 任務支持：14t飛船支持近地軌道、小行星與火星任務，20t飛船支持登月任務；
(7) 構型：兩艙構型；
(8) 氣動外形：返回艙采用鈍頭體外形；
(9) 逃逸方式： 自備動力逃逸或逃逸塔逃逸；
(10) 再入熱防護材料：低燒蝕輕質防熱材料；
(11) 返回艙主體結構：整體壁板結構；
(12) 回收：群傘+氣囊，具備海上和陸地著陸能力；
(13) 發電：光伏發電係統；
(14) GNC：高精度導航敏感器，噴氣控製；
(15) 測控通信：具備黑障通信能力；
(16) 可重複使用：主要通過著陸減損設計來保證可重複使用設備在著陸過程中受到盡可能小的衝擊。

 

雖然至今我們還沒有探測到真正的外星文明，沒有收到過來自遙遠星球的無線電波，但是，在2016年的第一天，我們卻收到了很多星空探索“集結地”發來的新年問候。

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國際空間站俄羅斯宇航員 尤裏·馬連琴科：

“親愛的中國電視觀眾，我是尤裏·馬連琴科，我們是國際空間站俄羅斯艙的宇航員，在這裏祝你們新年快樂。”

國際空間站俄羅斯宇航員 米哈伊爾·科爾尼延科：

“大家好，我是米哈伊爾·科爾尼延科，我是空間站一年期飛行計劃的參與者，在過去的一年裏，俄羅斯和中國在許多聯合項目上取得了巨大的成就。比 如開發中俄 全球定位係統、土地遠程遙感數據交換、航天電子元件供應、宇宙空間研究等。請允許我們，對中國同行們取得的成績表示祝賀。”

國際空間站俄羅斯宇航員 謝爾蓋·沃爾科夫：

“我是謝爾蓋·沃爾科夫，今天，這個空間站就是我們在太空中的家，它位於距離地球表麵400多公裏以外的地方，我們這個家是由來自不同國家，不同種族，不同宗教信仰的人們共同設計和建造的，探索太空這個共同的夢想將我們聯係在一起，在無盡的探索旅程中，我們都是旅行者，祝賀所有中國人民新年快樂，祝願你們 在新的2016年取得新的成績。新年好！”