5月5日18時，中國文昌航天發射場，長征五號B運載火箭點火升空，將#新一代載人飛船#試驗船等載荷的組合體送入預定軌道，實現空間站階段飛行任務首戰告捷，拉開我國載人航天工程“第三步”任務序幕。
來源：江程傑
長征五號B型火箭首次（遙一）發射，中國新型載人飛船首次正式發射演練，中國載人航天工程實現了有著舉足輕重意義的“一箭雙鵰”！
一、為什麼需要新火箭、新飛船？
1992年9月21日，中國啟動了中國載人航天工程，即著名的“921工程”。按照計劃，該工程可分為“突破天地往返”、“突破交會對接，出艙行走和在軌短期駐留”和“運營長期在軌駐留的大型空間站”三個階段。
經過了近30年發展，整個工程已經歷了兩型火箭（長征2F和長征7號）、11艘神舟載人飛船、1艘天舟貨運飛船、兩批航天員和兩個天宮目標飛行器/空間實驗室的巨大成功。中國以極低的成本、最高效率地利用有限任務次數，完成了天宮空間站建站的全部準備，可謂是人類航天史上的奇蹟。
楊利偉成為中國航天劃時代發展的見證者
（圖源：中國載人航天辦公室）
30年來，整個工程一直在穩穩地按照計劃進行，下一步就是發射長期在軌駐留的天宮空間站，中國載人航天技術也將達到新高度。但隨著技術發展進入深水區，中國載人航天也面臨著一系列挑戰，如果總結為一句話，就是“ 現有技術不夠用了，已經無法滿足未來天宮空間站的建設”。
例如，中國載人航天“神箭”長征2F發射了11艘神舟飛船和2艘實驗性質小型空間站，可它的整流罩直徑僅為3.8米、最大近地軌道運力8.6噸，神舟飛船隻能搭乘3名航天員進入太空，且各項能力有限，已經慢慢無法滿足中國航天人“星辰大海”的下一步夢想。
此刻，我們亟需新火箭和新飛船。
二、新長征五號B型火箭“新”在哪裡？
運載火箭是航天事業的基石，決定了一國航天發展的能力上限。
進入新世紀以後，中國陸續服役了長征十一號、長征六號、長征七號和長征五號等系列火箭，尤其是長征五號成為大型任務的必備選項。它將長征火箭家族近地軌道運力上限從8.6噸提到25噸，能將東方紅五號平臺這類8-9噸級載荷發射到高軌，能執行更大型的嫦娥五號登月採樣返回任務，能執行大型火星探測和深空探測任務等。
總體上，長征五號是一個通用化、系列化、組合化的大型運載火箭平臺。對於中國航天要攬的“瓷器活”而言，它就是“金剛鑽”。對於載人航天領域而言，下一步的天宮空間站核心艙重量達到了20噸級別，這時就必須依賴長征五號系列火箭。
而本次發射的長征五號B型火箭，則是根據具體需求，在基本型的基礎上擴展而來的新型號，它的核心目標就是服務於重型的天宮空間站發射任務。
長征五號基本型和B型運載火箭對比圖
（授權圖源：Memorian-QN）
從上圖可以看出，相比長征五號火箭這個57米高的“大胖子”，它是一個約53.7米的“矮胖子”。它們的主要區別有兩點：
1. 長征五號B型火箭移除芯二級，成為“一級半（芯一級+助推器）”構型
對於長征五號火箭而言，它的芯一級和4枚助推器是“大力出奇跡”的關鍵所在，共計10枚發動機（2臺YF-77和8臺YF-100）能產生超過1050噸巨大推力。火箭的高軌（軌道高度數萬千米，乃至更遠的深空）運力主要由能長期工作的芯二級和可擴展上面級決定。而對於專注於近地軌道（軌道高度僅數百千米）重載任務的B型火箭而言，“一級半”構型足夠實現近地的天宮空間站建設需要，發射本次重點測試的新載人飛船也不在話下。
2. 長征五號B型火箭使用了更大的整流罩
雖然移除了長約11.5米的芯二級，相對於基本型而言，長征五號B火箭整體長度僅縮短了3米多，重要原因就在於它更大的整流罩。整流罩是處在火箭頂部保護航天器的重要構件，新版整流罩長度達到了20.5米、直徑5.2米，足以保護巨大的天宮空間站核心艙段。
因而，長征五號B型火箭是專注於近地軌道重型大體積載荷運輸的“矮胖子”，它的首次發射成功，也標誌著天宮空間站建設過程中最重要的運輸載具完全成熟。
三、新載人飛船“新”在哪裡？
目前，人類正處於服役階段並執行過實際載人任務的的載人飛船隻有兩種：俄羅斯的聯盟飛船和中國的神舟飛船。它們都是標準三艙式（推進艙、軌道艙和返回艙）構型，僅能運送3名航天員/宇航員、運力有限、一次性使用、功能和拓展性有限，各方面都無法滿足下一步人類載人航天需求。
人類現役且執行過載人任務的兩款載人飛船典型特點之一就是逼仄的空間，神舟飛船（左）比聯盟飛船（右）稍大一些，但也僅是約6立方米空間（返回艙），僅相當於一間2平米的房間，甚至無法放下一張床（圖源：中國載人航天/Roscosmos）
世界兩款現役且執行過載人任務的載人飛船和五款在研載人飛船對比，各國新型載人飛船的各項能力均大幅提升（授權圖源：Memorian-QN）
因而，目前世界唯三的載人航天勢力，中國、美國和俄羅斯，都在發展新一代載人航天飛船技術。此次任務，發射的便是中國的新載人測試飛船，它與神舟飛船相比，進行了全方位的升級。
1.修改成更大的兩艙式設計
與神舟飛船相比較，新載人飛船移除了軌道艙。設計軌道艙的主要原因在於它可以在飛船整體進入軌道後，給三名航天員提供短期駐留空間，從事科研和技術驗證等，空間也稍大於返回艙（8立方米）。在載人任務結束後，推進艙和返回艙會返回地球，推進艙會被拋棄。而軌道艙能實現一定時間在軌駐留，起到小型空間科研平臺的效果，本質上是近地空間站和載人飛船技術不成熟時的一種技術妥協，總體性價比並不高。
2016年10月17日神舟11號飛船進入太空，兩位航天員景海鵬和陳冬在完成與天宮二號對接任務後返回地球，而神舟11號飛船的軌道艙至今仍在太空中。目前軌道在逐漸降低，最終會進入大氣層返回（左圖源：中國載人航天）
但隨著中國載人航天也即將邁入空間站時代，效率更高、技術更先進、容量更大的兩艙式設計更加適合當前需要。它的最大運力為7名航天員，大幅超過了神舟飛船僅3名的上限。此外，它還擁有更大貨運能力，尤其是在進入太空和返回地球時可由航天員攜帶回更多有價值載荷。
2.可重複使用
聯盟飛船和神舟飛船都是一次性使用，唯一返回地球的返回艙也完全失效，而新載人飛船將通過模塊化、通用化設計實現重複使用。一個典型特點是它採取隔熱模塊和返回艙段組合的方式，使用後僅需更換隔熱模塊即可。
早在2016年6月25日，我國新型火箭長征七號首飛時就攜帶了新一代載人飛船實驗縮比返回艙，隨後在2018年第十二屆中國國際航空航天博覽會展出，可以明顯看出防熱結構和主金屬結構的模塊化設計（圖自：新華視點）
為提升回收安全性、降低對返回艙的損耗，新載人飛船返回艙將採取群傘與緩衝氣囊結合的方式回收，相較神舟飛船做了全方位升級，預計將實現10次以上的穩定複用能力。
早在2018年5月，新載人飛船就進行了氣囊著陸緩衝實驗（動圖源：航天科技集團）
3.長壽命、多構型的先進通用平臺
天宮空間站建成後，預計航天員將實現半年一次輪換。理想狀態下，期間必須保證空間站長期對接有緊急逃生用飛船，這對老版神舟飛船而言是個巨大的挑戰。而新載人飛船設計壽命將在2-3年水平，不僅能夠滿足近地軌道任務需求，也能滿足更長期的深空探測任務需求。與此同時，新載人飛船的材料設計也允許它在太空更惡劣的環境、尤其是深空輻射環境中，長期正常工作。
新載人飛船主要會有兩個構型，它們大小、質量等不同。這意味著新載人飛船不僅適用於常規的近地軌道載人任務，也可以根據任務需求擴展為探月和深空探測版本，最大構型8.8米長，重21.6噸，足以完成複雜的深空探測任務需求。而神舟飛船並沒有深空飛行能力。
對於深空探測載人任務，例如載人登月任務，飛船返回地球、衝入大氣時速度更大，這意味著更劇烈的摩擦，必須提高飛船耐熱能力。相較於神舟飛船，新載人飛船的耐熱能力提升了3-4倍，未來的中國載人登月計劃，它也必將成為主力。
2019年12月27日，中國長征五號運載火箭遙三任務順利發射後的大屏（圖源：我們的太空）
1970年4月24日，東方紅一號衛星成功進入太空，中國人千百年來的航天夢終於從“嫦娥奔月”和“萬戶飛天”的傳說成為現實，最近我們還迎來了中國航天50週年紀念日。50年後，東方紅一號衛星仍然在太空中，見證著中國新一批火箭和航天器的發射，它們都將成為中國航天事業的最有力的見證者。從篳路藍縷到厚積薄發，航天人也在讓中國人“星辰大海”的夢想逐步成為現實！新的征途就在眼前，向著星辰大海，出發！
出品：科普中國製作：太空精釀視頻
製作：監製：中國科學院計算機網絡信息中心
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