這個世界能發射衛星的國家越來越多，有航天員的國家也不少，比如阿聯酋就有，能發射載人航天器的國家也有幾個，比如日本在國際空間站部署的希望號實驗艙，但如果論能勝任載人天地往返任務的國家，那就真是鳳毛麟角。

載人天地往返能力是實施一切載人航天任務的基礎，正是看中了這一價值，所以印度航天也決定要在載人飛船領域顯一顯身手：

“載人天地往返”難就難在“往”與“返”這兩個字上，最難的就是返回段，以成功返回地球的神舟十五號載人飛船為例，從脫離空間站后第一次調姿開始算起，到著陸，前后歷時五十余分鐘，整個返回階段的首要任務就是將約2.8萬公里的時速降至零，聽起來是不是跟天問一號登陸火星有點像，是的，任何一個航天器要想登陸一個天體都要滿足相應的減速需求。

神舟十五號在五十余分鐘的返回階段中需歷經動力減速、氣動減速、降落傘減速、反推緩沖著陸四個環節，像地球、火星這種有大氣的巖石星球，對于航天器而言既是機遇也是挑戰，機遇指的是航天器可以利用大氣消減掉90%的速度，挑戰指的是高速進入大氣時的高溫燒蝕，以及由此產生屏蔽通信的黑障考驗。

衡量一款載人天地往返飛行器的綜合性能，首先要看防熱水平，也可以說是“一代防熱材料一代飛船”，而我國在這一領域可以毫不諱言地說，不僅站在了世界第一梯隊，而且在第一梯隊里也是遙遙領先，并基于防熱材料的領先優勢，已經在以空天飛機為代表的高超音速裝備領域持續獲得領先成果。

三十年前我們決定以載人飛船起步發展載人航天工程，雖然借鑒了聯盟飛船的三艙構型，但我們飛船的每一個分系統均為國產，并且實現了后來居上，尤其是防熱材料選擇了高標準的“蜂窩增強型低密度防熱燒蝕材料”，這是一種在數百種配方里遴選的滿足再入大氣需求的材料，能夠抵御兩千多度的高溫燒蝕。

神舟飛船應用的防熱燒蝕材料與阿波羅登月飛船所用的防熱材料類似，經過改良升級也可用于月球采樣返回或者載人登月任務，比如嫦娥五號最初選擇的就是這條技術路徑，但經過總體測算重量還是超標了。

航天器對于重量向來是非常敏感的，尤其是深空探測任務。

以神舟飛船為例，其防熱結構重量就有數百公斤，而返回艙的整備發射質量也就是3噸左右，可見其占比之高。

嫦娥五號當時防熱材料重量超標后，研制人員從降低材料密度著手降低重量，他們立下了一個目標就是要低于阿波羅飛船0.55g/cm3的防熱材料密度，其實這仍然是一條傳統硅基防熱材料的賽道，即便如此我們依然在這條賽道上跑出了一個世界第一，最終嫦娥五號應用的防熱燒蝕材料密度如期實現了既定目標，直接減重42公斤，這是什么概念？

嫦娥五號返回器的發射重量就是300多公斤，42公斤的減重對于返回器的意義自是不必多言，要知道嫦娥五號是由推進艙、返回器、著陸器、上升器組成的多器組合的大規模深空探測器，任何一個成員的減重都將直接服務其它成員，42公斤幾乎就相當于著陸器配置的月球表面采樣器的重量。

如今，NASA用于載人重返月球計劃的“獵戶座載人飛船”所用的防熱燒蝕材料依舊是阿波羅飛船防熱燒蝕材料的延續，這種延續甚至可以說是原封不動，各項指標均與阿波羅飛船返回艙所用材料保持一致。

這種不思進取還體現在加工工藝上，他們現在仍然需要用手工去加注獵戶座飛船返回艙大底，整個加工周期長達5個月。

我們呢？同類產品早已實現基于熱壓罐的真空加注工藝，能夠在8個小時內實現一次成型。

前不久，在神舟十六號任務發布會上，我們也官宣了載人登月階段任務全面啟動的消息，要實現這項任務需要三件剛需裝備，分別是新一代載人運載火箭、新一代載人飛船、月面著陸器，除此之外，還有登月服、載人月球車。

“新一代載人飛船”承擔著載人地月往返的重任，它所應用的具有顛覆式創新價值的新型防熱材料就是我們遙遙領先的最強注腳。

據載人航天工程飛船總師張柏楠介紹，起初我們也研制了一款基于跟蹤模仿路徑的一代材料，這款材料也研制成功了，但是總體上沒有達到我們的要求。

這里所說的一代防熱材料指的可能就是當年CZ-7火箭首飛搭載的多用途飛船縮比返回艙，當時官宣是這樣介紹的：

多用途飛船縮比返回艙是我國未來載人深空探測任務關鍵產品，此次飛行試驗成功驗證了我國新一代多用途飛船的返回艙新氣動外形，突破了航天器可重復使用設計、驗證及評估技術，新型金屬材料產品也經受住了苛刻返回環境的考驗。這標志著我國載人深空探測技術邁上了新的臺階，為未來載人深空探測任務奠定了基礎。并著重強調其防熱結構的可拆卸特性，這樣便于返回艙的重復使用。

防熱結構可拆卸意味著其防熱材料不能沿用舊的制備方案，必然也是一代新型材料。

也就在多用途飛船縮比返回艙發射的那一年，張柏楠總師說，我國新一代載人飛船將瞄準世界先進水平，并力爭實現與國際同步發射。

后來的事實表明，我們向來是說到做到的，包含返回艙與服務艙完整構型的新一代載人飛船試驗船于三年前搭乘CZ-5B遙一火箭成功實施了首飛任務。

此次飛行任務前后歷時約3天，總計繞飛地球32圈，期間有9次自主變軌，最終從遠地點7900公里的大橢圓軌道以近第二宇宙速度再入地球大氣層返回，新型防熱材料成功經受住了近第二宇宙速度再入熱流考驗，并基于自適應預測校正制導技術實現了精確著陸，為我國載人登月任務的實施進行了先導技術驗證，這款飛船后續型號的使命就是載人登月。

同一時期放眼國際，同樣用于載人登月任務的獵戶座飛船當時還沒有實現完整構型的首飛，其它同行用于載人登月的飛船更是杳無蹤影。

新一代載人飛船試驗船的任務定位，用載人航天工程飛船總師張柏楠的話說，就是相當于當年的神舟一號。

新一代載人飛船……雖然這個稱謂后面還有“試驗船”三個字，但就是這個試驗船也已經足夠強大：

新一代載人飛船試驗船最大直徑4.5米，高8.8米，發射質量21.6噸，其中返回艙發射質量7噸，與之相比，服務NASA載人重返月球計劃的獵戶座飛船發射質量26.5噸，返回艙發射質量是10.4噸。

就噸位而言，獵戶座飛船的返回艙大于新一代載人飛船試驗船的返回艙，但是內部空間的對比卻是大反轉。

獵戶座飛船返回艙內部可用容積是9立方米，而我們的則是13立方米。

造成這種反轉的最直接原因就是，他們拿著遠高于我們的預算，卻在關鍵技術領域停滯不前，其中最關鍵的就是他們還在用半個世紀前阿波羅飛船使用的防熱材料。

如前文所述，防熱材料結構重量在返回艙總重中占有較大比值，我們擯棄了類似阿波羅飛船使用的硅基防熱材料，獨辟蹊徑選擇了一條全新的技術路線：超輕質碳基微燒蝕防熱材料。

此種材料在重量、熱導率、壓縮強度、拉伸強度等指標上實現了對獵戶座、載人龍、CST-100等型飛船在內的全面跨代超越，而且材料有著剛柔兼顧的特性，適用于多種類型軌道的再入返回任務，能夠經受3000攝氏度高溫燒蝕。

這就使得我們憑借新材料可以用更小的重量代價實現返回艙內部的大空間，在這個空間里面甚至可以設計獨立的衛生間、娛樂就餐區，讓航天員們的地月往返旅途更舒適。

除此之外，新一代載人飛船試驗船還應用了光電轉換效率高達34%的太陽能電池、大推力單組元無毒無污染發動機等一系列具有世界領先水平的高技術裝備。

針對后續載人登月任務需求，新一代載人飛船將基于上述優勢技術，進一步放大，比如返回艙大底直徑將擴展至5米，內部居住空間也將有望進一步增大。

站在領先的位置上，我們并沒有止步不前，與超輕質碳基微燒蝕防熱材料同時代的還有一款可以應用空天飛機的新型國產防熱材料。

上世紀90年代，極具戰略眼光的錢學森同志在他82歲高齡時曾這樣囑咐年輕一代航天人： 21世紀的中國人一定要在空天飛機上顯一顯身手，一件國家大事。

因為錢老深刻認識到了，航天事業的又一重大發展是空天飛機，尤其是把它作為用半小時即可橫跨2萬公里的民航工具，所以空天飛機應是21世紀的重大成就。

空天飛機指的是動力系統能夠適應低空大氣、高空大氣、太空空間，并能夠在大氣層外空間進行自主飛行的跨域飛行器，此種飛行器的一個顯著特征就是帶有翼面結構，因此我們將此類飛行器統稱為“帶翼航空航天飛行器”。

在錢老的關注下，我們在帶翼飛行器領域的發展從未中斷，并在21世紀頭二十年實現了高速發展，首先是以DF-17、可重復使用試驗航天器、亞軌道運載器為代表的一大批具有國際領先水平的高超音速裝備，再就是在組合動力飛行器領域的一系列關鍵技術突破。

在這些關鍵技術中，防熱就是關鍵中的關鍵，以航天飛機、X-37B為例，為了實現精準的氣動控制，以及重復使用需求，它們需要應用幾乎無燒蝕的隔熱瓦材料，與燒蝕材料通過燒蝕氣化帶走熱量的原理不同，它是通過絕緣材料吸收和散發熱量實現防熱，由于這種材料的一體成型技術薄弱，所以從始至終都伴隨著隔熱瓦脫落難題，這一難題已經延續到了目前SpaceX公司的星艦。

隔熱瓦的防熱性能也是有限的，它難以抵御兩千攝氏度以上的高溫。航天飛機的再入速度約23馬赫，而目前我們所要實現的是通過動力加速實現20至30馬赫的速度，并且是長時間洲際飛行，這就不是隔熱瓦所能滿足。

這款國產防熱材料的具體名稱以前曾有公開報道，但現在已經不便披露，可以確信的是它可以抵御三千攝氏度以上的高溫，比傳統的隔熱瓦更易于一體成型，而且在經歷此等高溫時自身幾乎沒有燒蝕，非常適合對于氣動特性敏感的帶翼航空航天飛行器使用，該型材料比碳基微燒蝕防熱材料更早一步實現了批量生產應用。

創新這道閘門的打開需要前期雄厚的積累，而創新這道閘門一旦打開，那真就是一發不可收拾……

在航天防熱領域還有一個經典案例就是天問一號探測器，該探測器創造了人類前所未有的火星探測成績——一步實現火星繞著巡，其中承擔著陸任務的進入艙就應用了一種密度低至0.36g/cm3的超輕質蜂窩增強低密度燒蝕材料，能夠在經歷漫長的地火轉移的高低溫交變考驗后依舊保持防熱結構的可靠性。

承受熱流考驗最嚴酷的位置就是進入艙大底，天問一號進入艙大底直徑達到了3.4米左右，有約70000個蜂窩格子，如果按照NASA的人工加注工藝，那就需要將近一個月，而我們只需一天。

為了驗證該材料的可靠性，我們甚至專門針對火星富含二氧化碳的大氣環境，專門對風洞設施進行適應性改造，在電弧風洞中實現了95% CO2以上的真實火星進入熱環境復現，這是連NASA都不具備的能力，而我們具備了目前世界上最廣的火星熱環境模擬和防熱考核試驗能力。

觀天問一號進入艙有沒有覺得它和神舟十六號返回艙有著某種程度的相似？是的，它們的顏色都是銀白色，這其實是新研發的通用低吸收低發射涂層，它可以使航天器在長時間在軌飛行中實現更好的艙內環境溫度控制。

從神舟十二號開始飛船返回艙就已經由深色轉變為銀白色，因為我們進入了空間站時代，航天員在軌駐留時間目前已經普遍是半年，也意味著飛船需要停靠空間站至少半年時間，加之飛船在軌姿態受空間站組合體限制，導致熱量攝入不均衡，因此，需要更改返回艙涂層，以便長期在軌溫控。

天問一號地火轉移飛行長達六個多月，環火等待著陸窗口又需要三個月，身處進入艙艙內的火星車與著陸平臺也需要相對可控的溫度環境，因此也應用了低吸收低發射涂層。

為什么說我們在航空航天領域已經從必然王國進入到了自由王國？關鍵是在自力更生的基礎上掌握了核心技術，所以才能一通百通，進而實現“人有我優，人無我有”。