揭秘中國首型航天飛機(jī)“昊龍”如何飛天

在第十五屆中國國際航空航天博覽會(huì)上，作為我國第一型航天飛機(jī)，“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)的縮比模型吸引大量觀眾駐足。

據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)方案，作為中國空間站低成本貨物運(yùn)輸系統(tǒng)總體方案征集活動(dòng)的勝出方案之一，目前已獲得工程飛行驗(yàn)證階段合同。

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：“昊龍”貨運(yùn)航空飛機(jī)是專門為空間站的上下行需求，定制設(shè)計(jì)研發(fā)的一款航天飛機(jī)。

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)由中國航空工業(yè)集團(tuán)成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所自主設(shè)計(jì)研制，采用大翼展、高升阻比的氣動(dòng)布局。在整體設(shè)計(jì)方案中，獨(dú)創(chuàng)采用的機(jī)翼整體折疊技術(shù)是一大亮點(diǎn)。

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：在運(yùn)輸和發(fā)射段是屬于折疊狀態(tài)，進(jìn)入軌道后第一時(shí)間展開，一直持續(xù)到飛行器落地。

11月16日凌晨，經(jīng)過3個(gè)多小時(shí)飛行后，天舟八號(hào)貨運(yùn)飛船成功對(duì)接于天宮空間站，為神舟十九號(hào)航天員乘組送去在軌9個(gè)月的生活物資、平臺(tái)設(shè)備、推進(jìn)劑和科學(xué)載荷。

記者：可能在公眾的認(rèn)知里面，就是我們中國已經(jīng)有了天舟貨運(yùn)飛船，為什么我們還需要有“昊龍”，為什么需要這個(gè)航天飛機(jī)的出現(xiàn)？

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：從兩方面說，首先天舟是非常成功的一款貨船，它的載荷比更大，能夠?yàn)榭臻g站提供在軌補(bǔ)給。但是它的任務(wù)周期較長，對(duì)于一些短周期的在軌運(yùn)輸?shù)倪m應(yīng)能力略有不足，這個(gè)時(shí)候就需要一些小規(guī)模的貨運(yùn)飛行器，為空間站提供短周期的運(yùn)輸任務(wù)。

記者：這是一個(gè)什么概念？

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：“昊龍”一般攜帶的載荷重量，大概在兩噸量級(jí)，這個(gè)剛好滿足空間站三個(gè)月左右的物資補(bǔ)給需求，所以“昊龍”執(zhí)行的任務(wù)，就是面向三個(gè)月左右這樣的短周期進(jìn)行的，這樣能夠?yàn)榭臻g站提供每年幾次補(bǔ)給。尤其是對(duì)一些新鮮的蔬菜水果等不能存儲(chǔ)太長時(shí)間的，通過這種方式，加上我們自身又帶有一定的冷鏈運(yùn)輸能力，所以為這些冷鮮食品提供保鮮的條件。

11月17日晚，也就在天舟八號(hào)貨運(yùn)飛船抵達(dá)天宮空間站的第二天，天舟七號(hào)貨運(yùn)飛船受控再入大氣層，絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀，少量殘骸落入預(yù)定安全海域，歷經(jīng)10個(gè)月的太空之旅后，徹底完成了它的使命。而與只具備上行能力的天舟系列貨運(yùn)飛船相比，“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)具備下行能力，空天往返、可重復(fù)使用，這將帶來全新的改變。

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：我們跟星艦不太一樣，星艦是一個(gè)運(yùn)載工具，它實(shí)際上更多是實(shí)現(xiàn)預(yù)定載荷在空間軌道的投送，而我們是實(shí)現(xiàn)具體的貨物運(yùn)輸任務(wù)，它實(shí)際上作為載荷被發(fā)射入軌的，發(fā)射入軌以后，會(huì)去主動(dòng)跟空間站進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，執(zhí)行完任務(wù)以后我們?cè)購能壍垒d人返回，實(shí)現(xiàn)本場(chǎng)的著陸對(duì)我們這款飛行器來說，不是一個(gè)難事。

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：“昊龍”因?yàn)榭臻g站在軌對(duì)接后，是一個(gè)組合體模式運(yùn)行，我們可以選擇返回的窗口，也同步可以選擇著陸場(chǎng)。我們選擇起飛的著陸場(chǎng)，就實(shí)現(xiàn)了本場(chǎng)發(fā)射、本場(chǎng)回收，但是這個(gè)概念并不是我們飛行器最大的難點(diǎn)，應(yīng)該是比較容易實(shí)現(xiàn)的。

據(jù)介紹，“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)先搭乘運(yùn)載火箭發(fā)射到預(yù)定軌道，與空間站進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，完成貨物上下行輸送后，最后與空間站分離，在無動(dòng)力的情況下自主返回，在指定機(jī)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)水平著陸。

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：其實(shí)這個(gè)過程跟航天飛機(jī)的返回方式是非常接近的，脫離空間站以后，首先要進(jìn)行自動(dòng)離軌，進(jìn)入再入窗口后開始進(jìn)入大氣層，飛行器在氣動(dòng)阻力下會(huì)快速地減速，這時(shí)候同時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的氣動(dòng)加熱。飛行器在熱防護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)下，在控制系統(tǒng)的控制下，來實(shí)現(xiàn)精確的能量管理，最后在機(jī)場(chǎng)跑道，像飛機(jī)一樣進(jìn)行水平的著陸。

與天舟系列貨運(yùn)飛船相比，“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)更加方便快捷，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本高頻次發(fā)射，可以將太空快遞的運(yùn)輸成本大大降低。

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：飛行器只要實(shí)現(xiàn)一次重復(fù)使用，它對(duì)應(yīng)的分?jǐn)偅瑢?duì)應(yīng)的飛行器研制的投入，和飛行器實(shí)物產(chǎn)品的投入，就除以二，再飛第三次就除以三，應(yīng)該說它的飛效比是快速提升的，五次以后，我理解飛行器的成本，就基本上分?jǐn)偟讲皇翘饕拿芰恕?/p>

記者：之所以強(qiáng)調(diào)這樣的低成本，是為了什么？

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：因?yàn)榭臻g站將來還面臨著15年以上的運(yùn)營期，甚至還會(huì)延壽，甚至延壽以后會(huì)更長的在軌時(shí)間，大量的物資補(bǔ)給，整個(gè)費(fèi)用非?？捎^。通過我們低成本的這種方式，可以降低整個(gè)空間站的運(yùn)營費(fèi)用。

按照目前的設(shè)計(jì)方案，“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)長10米、寬8米，不超過“天舟”貨運(yùn)飛船的一半。為了提高運(yùn)輸能力，設(shè)計(jì)人員盡可能增加了“昊龍”貨艙的容積，而為了方便航天員進(jìn)出取貨，也最大限度提高了貨艙通道的空間。

記者：網(wǎng)上有一些評(píng)論，說現(xiàn)在在航天飛機(jī)這個(gè)領(lǐng)域，只有兩個(gè)國家在競爭了，就是中國和美國。

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：是這樣子，美國之前的載人航天飛機(jī)在2011年退出歷史舞臺(tái)以后，其實(shí)還沒有新的帶翼的、可返回的飛行器出現(xiàn)，所以大家提出這樣的疑問，為什么航天飛機(jī)已經(jīng)退出歷史舞臺(tái)，我們還要撿起這條技術(shù)路線？其實(shí)當(dāng)年航天飛機(jī)的研制，受歷史環(huán)境的影響，當(dāng)時(shí)指標(biāo)的需求，對(duì)飛行器產(chǎn)生了比較大的影響，它是一個(gè)兩千多噸的飛行器，它的發(fā)射規(guī)模很大，保障難度也很大，導(dǎo)致多名航天員喪生了，所以它并沒有實(shí)現(xiàn)真正重復(fù)使用，也沒有實(shí)現(xiàn)預(yù)期的低成本，所以它在特定的這個(gè)歷史條件下，退出了歷史舞臺(tái)。而我們通過巧妙的設(shè)計(jì)，新的技術(shù)理念，能夠去掉它這些弱點(diǎn)，能夠去掉它這些劣勢(shì)，讓航天飛機(jī)重新煥發(fā)生命力，這是我們的出路。

2023年9月，中國載人航天工程辦公室組織專家對(duì)入選的總體方案進(jìn)行審查評(píng)估，確定包括“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)在內(nèi)的四個(gè)總體方案獲得工程支持，進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：為了保證我們的進(jìn)度，所以我們飛行器在不停地向前迭代，向前深入設(shè)計(jì)。最后準(zhǔn)備參加比選會(huì)的時(shí)候，通知只有一周左右的時(shí)間，當(dāng)時(shí)我們團(tuán)隊(duì)專門找了一個(gè)辦公室，大概有三十個(gè)工位，所有人到這個(gè)工位，連續(xù)七天，我們基本上每天都是干到凌晨三四點(diǎn)鐘，第二天又要正常來上班。

令房元鵬和團(tuán)隊(duì)成員感到欣慰的是，經(jīng)過第二輪擇優(yōu)，“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)方案和中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院的輕舟貨運(yùn)飛船方案勝出。

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：當(dāng)時(shí)流淚了，第一個(gè)是我們的努力沒有白費(fèi)。第二個(gè)，我們終于可以參與到國家載人航天工程，這樣一個(gè)重大的科技創(chuàng)新項(xiàng)目，應(yīng)該說我們又有激動(dòng)的、興奮的，也有我們感慨萬分的環(huán)節(jié)。

目前，“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)已經(jīng)完成方案設(shè)計(jì)階段工作，正全面開展工程研制?！瓣积垺钡囊慌e一動(dòng)受到國內(nèi)外的高度關(guān)注，被譽(yù)為中國在航天領(lǐng)域取得的又一重要突破。

記者：你一定也被反復(fù)問這個(gè)工程研制的時(shí)間長度，大概我們什么時(shí)候可以看到真實(shí)發(fā)生。

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：我們整個(gè)研制團(tuán)隊(duì)，為確保這個(gè)發(fā)射任務(wù)的節(jié)點(diǎn)，正在全面推動(dòng)這個(gè)工作，我相信在不久的將來，很快會(huì)看到“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)入軌執(zhí)行空間站貨物運(yùn)輸任務(wù)。我相信在“昊龍”實(shí)現(xiàn)首次貨運(yùn)任務(wù)以后，它會(huì)打開全新的天地。

記者：雖然今天我們看到的是貨運(yùn)飛船，而它其實(shí)也承載著我們的空天夢(mèng)想，今天是帶貨的，會(huì)不會(huì)過一段時(shí)間就能帶人了？

“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)總設(shè)計(jì)師 房元鵬：“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)現(xiàn)在從能力上來說，是物資上行和下行的能力，未來只要有上行和下行需求的環(huán)節(jié)，“昊龍”貨運(yùn)航運(yùn)飛機(jī)都能發(fā)揮它的應(yīng)有作用?！瓣积垺必涍\(yùn)航天飛機(jī)的能力，為了支撐后續(xù)的載人，甚至是深空探測(cè)，應(yīng)該是具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)的，我們相信隨著后續(xù)中國航天事業(yè)的不斷發(fā)展，“昊龍”貨運(yùn)飛行器也會(huì)形成系列化的產(chǎn)品。