解读中国新一代载人飞船的超前思维，黑科技加持能否超越美国飞船

　　中国新一代载人飞船技术有多炫？看完这个视频你就知道了。上一篇文章，我们介绍了新一代载人飞船的无毒燃料和降落伞系统，我们继续介绍它的新技术。我是东城观星，一个普通的大学老师，欢迎新老朋友持续关注。
　　我们都知道，新一代载人飞船绝不是神舟飞船的简单放大，其改变也不仅仅体现在外形和内部装修上，其科技水平是经历了20多年积累的跨代发展，一举追上了美国和俄罗斯的最新技术水平，甚至有些方面还是独创和领先的。
　　一、新一代飞船可以多次使用
　　新一代载人飞船跟神舟飞船比，第一个最大的不同就是可回收再利用。跟货运飞船不同，载人飞船的生产成本还是很高的，如果可以重复使用，就可以大大降低使用成本，别的不说就是飞船使用的芯片归拢起来也需要一亿多人民币啊。中国一共发射了十多个神舟飞船，虽然返回舱都顺利回收回来了，但是并不能重复利用，只能放起来展览或储存起来。在载人航天不太频繁的时候，还可以接受，但随着以后载人发射频率越来越高，不可回收的飞船成本将大大增加载人探测成本。
　　新一代载人飞船跟美国的龙飞船、猎户座飞船、星际航线飞船以及俄罗斯规划中的雄鹰飞船一样，都采用可重复使用的设计方案。这种可重复使用性，不仅要考虑能进行修复，能再次发射，更要考虑修复的代价，如果修复的代价跟生产一个新飞船相差不多的话，也就没有重复使用的价值了。因此，中国的新一代载人飞船要实现的是返回舱主结构、电子设备、推进系统等都可以重复利用，完成任务回收后的飞船返回舱经过简单的检修，更换掉防烧蚀外壳后，就可以安上新的服务舱再次发射。当然，这就要求飞船的发动机、飞船的外壳结构跟神舟飞船都不一样，必须满足容易修复的要求。
　　二、新一代载人飞船是多面手
　　新一代载人飞船跟神舟飞船比第二个最大的不同，就是多用途。新的载人飞船，既可以像神舟飞船一样把航天员送到空间站，还可以满足载人登月的要求，把航天员送到月球轨道再安全返回，此外，还可以充当可回收的货运飞船。
　　1.可载人也可以拉货
　　先说说这个货运飞船的功能，天舟二号和天舟三号货运飞船的最终命运是在大气层中烧毁，相信很多人都会觉得可惜，那么贵的飞船，为什么不能回收呢？其实原因很简单，回收的成本很高，甚至可能比生产一台新飞船的成本还要高。但是，随着中国空间站建设的逐步完善，未来还是有很多物品必须要运回地球的，天舟飞船暂时不会有可回收的功能，神舟飞船运力太小无法满足要求，新一代载人飞船的价值就体现出来了。它可以把一些贵重的设备、一些太空科研成果、或太空生产的产品运回地球来。
　　2.载人探月不简单
　　再说说这个载人探月功能，将来新一代载人飞船可以飞到月球轨道与一个月球着陆器对接，航天员进入着陆器执行着陆探月任务，任务完成后再回到飞船内返回地球。同样的飞船，只需要更换一下服务舱模块，提升一下动力系统，就可以完成从环绕地球轨道到奔向月球的切换。这就可以避免重复设计，减少飞船型号，节约设计成本。
　　当然，飞船从月球轨道返回地球的时候，面临一个重大的难题，就是速度太快，如果保护不到位的话，很容易在大气层内被烧毁。要知道天上的石头落到地球上都会形成流星被烧掉，更何况是一个只有薄薄外壳的飞船。从月球回来的飞船速度达到第二宇宙速度，比神舟飞船的速度快多了，神舟飞船的防护措施搬到新一代飞船上是不够用的。
　　一方面，原来的热防护措施考虑的是，第一宇宙速度返回造成的摩擦烧蚀，无法适应第二宇宙速度带来的摩擦烧蚀。另一方面，还要考虑如果防烧蚀材料在原有的基础上加厚的话，会带来明显的重量增加问题。太空探测，是一个斤斤计较的领域，飞船每增加一点重量，就会减少一些载荷，可能就要少完成一项任务，但是，简单地减轻重量，又很容易造成飞船被烧伤甚至烧毁。
　　为了减轻重量的同时增强防护，新一代载人飞船使用了碳基防热材料。这个碳基防热材料最大的特点是密度小、耐高温，比其他所有防热材料都更轻，还能耐受3000 的高温。当然，不是随便拿个碳纤维制作的材料就可以做防热材料了，因为碳基材料最大的缺点就是怕氧气。如果遇到足够多的氧气，很多碳材料只需要800 、甚至400 就会着火或烧蚀。所以飞船上用的防热材料必须是防氧化的碳基防热材料。而让耐高温的碳材料防氧化也正是这种材料的生产难点，全世界掌握这种材料生产技术的国家并不多。
　　此外，虽然飞船本身是可重复使用的，但飞船的防热层是一次性的，每次修复的时候必须更换防热层。这就要求防热层易拆卸、易更换。同时还要考虑防热层要足够结实，绝不可以在使用的时候轻易脱落。
　　除了防热层本身，还要有合适的散热结构和隔热结构，既要让防热层不至于局部温度过高，也不能把防热层的热量过多地传输给飞船内部，所有这些都在考验着设计人员的综合设计能力，同时还要经历实际飞行的验证。2020年新一代载人飞船试飞，一个重要的项目就是，在高速返回的情况下，飞船防热层性能和各项参数的采集。
　　虽然嫦娥五号已经成功完成了月球采样返回，防热层已经经受了两次考验。但新一代载人飞船的体型和功能不是嫦娥五号返回舱可以模拟的，必须要重新设计重新试验。一旦涉及到载人，任何环节都容不得半点马虎。
　　三、新一代载人飞船黑科技傍身
　　新一代载人飞船还有一个巨大的进步就是操控系统。随着中国先进科学技术的进步，一些高新技术从落后到跟跑，甚至在应用上实现了一定程度的领跑。
　　1.操控方式更便捷
　　比如，新一代载人飞船准备使用更先进的操控方式。神舟飞船还是按键式操控，航天员为了控制飞船，有时需要拿着一个操控杆去控制某个按钮，这种操控方式非常不方便。美国的载人龙飞船最早用上了触摸屏，航天员通过触摸屏幕就可以控制飞船，看起来现代化多了。但是，还有更先进的操控方式值得体验。中国新一代载人飞船准备使用固定式智能交互和便携式人机交互技术，让航天员随时随地更方便地操控飞船。
　　说句不太雅观的话，航天员在上厕所的时候如果遇到紧急事态，也可以就地及时操控飞船，这就大大提高了飞船的可操控性能，减少了对航天员的束缚，让航天员获得一个更加友好的交互环境。我个人猜测，新一代载人飞船的智能交互，很可能会融入语音操控功能。再进步一些，飞船未来也可能接入意念控制模块，毕竟中国空间站计划是要试验一下这个意念操控功能的。
　　2.网络更快
　　为了让飞船更加智能，操控更加方便。新一代载人飞船准备使用更先进的计算机设备和更先进的内部通讯方案。新飞船准备采用时间触发以太网进行内部信号的传输，这种网络首先要继承航天专用的时间触发模式，严格遵守时间节点，避免出现操控错误。
　　这里简单解释一下，很多人都知道，航天所用的操作系统和普通电脑使用的操作系统是不一样的。普通操作系统，采用事件触发模式，接到一个指令完成一项操作。但是一旦遇到卡顿或通讯中断，就很容易出问题。航天控制是分秒必争的严谨操作，绝不允许操作延迟。美国波音公司的载人飞船，就是因为一个关键操作没有按时进行，错过了与国际空间站交会的关键节点，而造成任务失败。虽然最后顺利回收了，但没有完成交会对接和运送物资的关键任务。
　　因此，飞船里的通讯，除了发出指令以外，还要有时间节点，必须严格按照时间节点完成指定动作。这个跟地面上的一般通讯是有区别的。新一代载人飞船内部通讯在满足这个基本要求的同时，又大大提高了网络传输速度，该系统的网络速度是以前系统的一千倍，绝对是鸟枪换大炮的感觉。
　　3.芯片的突破
　　此外，为了满足这个新飞船的各项高科技，飞船上的控制设备也会得到明显的升级换代。需要配置通用高性能计算机，实现采集执行设备板卡化、板卡芯片化、软件APP化。其中高性能航天芯片的使用，将成为中国航天的一个重大突破。目前世界上，在飞船中使用高性能通用芯片的是美国的龙飞船，但是龙飞船的高性能通用芯片是普通电脑使用的芯片，不是航天专用芯片。普通芯片在太空中不稳定性大大提高，在太空辐射的影响下很容易出现故障，龙飞船为了减少错误，使用三块芯片6个核心做相同的计算，互为备份，相互印证，目前还没有发现严重故障，而且大大降低了成本，被很多人推崇。
　　中国新一代载人飞船会不会也用这样的方案呢?现在还不太清楚，但作为探月飞船，使用普通芯片的可能性非常小，毕竟安全才是第一位的。如果中国的新一代载人飞船用上航天级高性能通用芯片的话，说明中国的航天芯片生产技术也有了明显的进步。
　　说到这里，大家觉得，中国的新一代载人飞船跟世界上其他的载人飞船比，大概是个什么水平呢？请在评论区发表您的观点。
　　今天的介绍就到这里，下周咱们继续说新一代载人飞船，有兴趣的朋友记得关注东城观星，咱们下周见。