对齐SpaceX星舰｜穿越者完成商业航天首次主动防热技术试验，打造“会呼吸”的载人飞船

3月28日，北京穿越者载人航天科技有限公司(以下简称：穿越者)成功完成商业航天首次亚轨道载人飞船主动防热技术地面验证试验。穿越者团队创造性地将仿生学原理引入了载人飞船的热防护领域，通过模拟人体皮肤“毛孔呼吸”机制，在飞船表面设置数万个微型孔道，其遇到高温瞬间能喷射冷气形成隔热气膜，就像给飞船打造了一层可自主感知及抵御高温的“智能主动防热皮肤”。穿越者模拟飞船再入的极端热环境——通过持续高强度加热进行验证，试验结果显示，穿越者主动防热材料在经受超1600℃以上高温长时间燃烧下，主动防热系统冷却效率最高达到58%，超过仿真预测的50%阈值，证明了主动防热技术的有效性及应用在再入飞行器领域的潜力，此外，还突破了载人飞船传统防热技术不可复用的瓶颈。

穿越者载人飞船主动防热试验现场

此次地面验证试验中，穿越者所采用的主动防热技术基本原理与SpaceX星舰飞船第七次、第八次飞行试验中局部搭载的主动防热模块原理一致，试验的成功，证明了穿越者团队突破了主动热防护系统复杂流场分析与设计技术、阵列微孔成型与防隔热-承力结构一体化技术，也意味着穿越者载人飞船有望先于星舰应用主动防热技术，成为全球首款“会呼吸”的载人飞船，大幅降低载人飞船防热结构成本。

条纹状瓦片为星舰第七飞中使用的主动防热瓦

中国载人航天器力学、防热及试验领域专家，航天五院首席研究员、原科技委常委向树红教授表示：

“防热是与卫星、火箭相比，载人飞船所独有的关键技术挑战之一，主动防热技术是一种全新的热防护理念，打破了传统被动防热技术不可复用的局限，通过主动冷却的方式实现热防护系统的热量排散。穿越者团队通过仿生学与工程学的深度融合，实现了防热系统成本大幅降低，能有效提高飞船的可靠性和可重复使用性。穿越者对齐SpaceX星舰，团队在技术创新方面的突破为中国商业载人航天注入了新的技术活力，这不仅是我国商业航天领域首次进行主动防热技术验证试验，也标志着我国载人航天可复用防热技术进入了国际领先。从被动式载人飞船设计向“主动式载人飞船”设计的升级，更是一场商业航天技术发展范式的创新，让太空旅游更安全、更舒适、更高效，载人飞船成本进一步降低，更多人进入太空的梦想能够成为现实。”

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技术突破，打造“会呼吸”的载人飞船

当飞船高速（如7-8 km/s）再入大气层时，前方空气被剧烈压缩形成激波，导致气体分子动能转化为热能，此时气流最高温度可达到10000℃以上，舱体局部位置最高温度可达2000°C以上，舱体大面积温度达1000℃以上，足以熔化或烧毁大多数材料。为了承受飞船再入而面临的高温严酷环境，传统防热方案如航天飞机等采用的防热瓦、碳碳材料、硅碳材料等烧蚀防热材料，主要是通过被动式防热，即依靠防热材料的热解、熔化、蒸发、升华等多种化学反应，牺牲部分材料质量从而吸收并带走大量的热量。这种传统防热方案因价格高昂、力学性能差、不可重复使用等特点，难以满足商业载人飞船可重复使用、低成本运营的需求。

作为国内首家商业载人航天企业，穿越者站在国家30余年100%成功的载人航天工程体系基础上，吸收国内外各领域技术突破，创新性的从人体皮肤中汲取灵感，研发出“会呼吸人体毛孔主动防热技术”，通过航天毛孔控制冷却工质渗透速率，在再入大气层时形成主动动态气膜屏障，如同为飞船披上“会呼吸的智能皮肤”，穿越者壹号（CYZ1）有望成为全球首款“主动式载人飞船”。

不锈钢试验件在高温煅烧下，表面有明显气膜存在

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主动防热，赋予载人飞船“有机感”

在试验中，穿越者采用工业体系中成本低廉的304不锈钢材料作为基体材料，未做防热技术处理的不锈钢材料，当所遇温度超过1500°C后，抗拉强度和屈服强度会迅速下降，甚至发生结构解体，而做了热防护的不锈钢材料，则能够有效抵抗。

穿越者在不锈钢表面构建出智能微孔阵列，向外输送冷却工质，通过自主调节气压力和流量，使得冷却工质与来流相互作用，在试验件表面形成均匀稳定的气膜。利用热成像仪和点温仪等温度测量采集装置，实时监测试验件及其周边整体温度场和关键点位温度。实际飞行中，当飞船遭遇高温环境时，无数排列各异的气孔瞬间被激活，系统自主控制氮气渗透速率，通过精密排列的微孔释放冷气，在船体表面形成动态气膜屏障，抵御重重烈焰燃烧。这种“呼吸式”防护机制类似人体毛孔的排汗散热功能，可随温度变化自主调节气膜密度，实现热防护系统的智能化响应，让飞船拥有“感知高温、自主抵御”的能力，赋予飞船生命有机感。

试验结果表明，当穿越者主动防热材料在连续2小时经受超1600°C以上高温长时间煅烧下，材料表面最高温度保持在600℃以下，且未出现熔融、软化等现象，有效验证了主动防热技术的可行性和长时间可靠性。为了更直观地展示主动防热技术的效果，穿越者技术团队还进行了对照试验。在对照试验中，未开启主动防热系统，仅通过加热源对试验件进行加热。结果显示，未采用主动防热技术的不锈钢试验件在高温煅烧下最高温度可达1200℃以上，试验件表面出现了明显的高温氧化烧蚀现象，而采用主动防热技术的试验件则未出现明显氧化现象，表面保持了良好的光洁度。

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专家解读，主动防热技术省下的钱都是太空船票降价的空间

“穿越者模拟的飞船再入环境是极端热环境：实际飞行中，气动加热会随高度下降，大气密度骤增而达到峰值，但热流分布受飞行姿态和速度动态变化影响；而试验中使用火焰枪直接定向轰击，将热流强度稳定在峰值区间的1.3倍，且持续时间延长，其严苛程度远远超过真实工况。”向树红教授介绍道。

高温煅烧可达1600°C以上，经历时长超过两小时

关于试验的难度，专家指出，首先是主动热防护系统复杂流场分析与方案设计技术，主动防热形成的阵列微孔流动结构本身非常复杂，而对于高超声速流动，激波层很薄，气膜与边界层产生黏性干扰，高温空气导致强烈的化学反应及电离效应，而射流又会使得流动结构更加复杂，这些复杂因素对主动防热冷却效率的影响非常大。如何通过优化冷却结构及射流参数，实现使用相对少的冷却气体量来获得相对高的冷却效果，需要通过大量仿真及地面试验进行迭代验证；再者是阵列微孔成型技术，主动防热技术需要在材料表面加工成型一定数量且形状不同的微孔，在微孔前端加工出气流稳定腔及供气管路等，一方面防热材料自身加工成型难度大，另一方面材料打孔及气流腔设计加工需要结合飞行器基本构型特征，对防热结构一体化设计成型提出了更高的要求。

“根据试验数据，此次试验主要有三大突破。”向树红解析道。

(1)冷却效率超预期：连续2小时经受1600℃以上高温长时间燃烧下，主动防热系统冷却效率最高达到58%，超过仿真预测的50%阈值;

(2)安全冗余韧性强：材料核心温度始终锁定在600℃以下，且未出现熔融、软化等现象，验证了系统在热流突变、姿态失控等20种极端场景下的鲁棒性;

(3)经济性直线飞跃：相比采用防热瓦、防热涂层等常规防热材料，单位面积内穿越者主动防热技术降低成本超过50%，为商业化运营奠定基础。

随着穿越者壹号（CYZ1）载人飞船对主动防热技术的应用，或将撬动万亿级太空旅游市场，推动太空产业进入指数增长新周期。

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以人为本，穿越者坚持用乌龟精神追赶国际尖端科技

后续穿越者计划在2026年进行国内首次全尺寸载人飞船亚轨道无人飞行试验，并将此次试验的主动防热技术进行局部搭载飞行验证，这或许将是国内首次将主动防热技术应用在载人飞行器上。这不仅是技术又一次验证，更是打造“会呼吸的”载人飞船的历史性时刻。在此之前，穿越者会继续针对飞船返回舱再入过程中舱体受热最严重的部位，优化设计船载主动防热系统，实现最低的系统重量达到最大的防热效果，并进行相关的地面验证试验。

穿越者创始人雷诗情介绍到，穿越者打造以人为本、以用户为中心的商业载人飞船，让飞船更安全、更舒适、价格更可爱。此次主动防热试验正是以此设计原则和指导思想进行的关键技术攻关，打破传统方案，以创新的方式、更低的成本达到更强力的功效。

“对齐国际先进，中国商业载人航天不仅能追赶，更擅长突破！这次试验也标志着穿越者正用东方智慧为载人飞船赋予生命有机感，打造‘会呼吸’的载人飞船，开启从被动式载人飞船向‘主动式载人飞船’升级的新时代。当前中美商业航天的对比，恰似马拉松中的追赶者与领跑者，穿越者将继续以龟兔赛跑的‘乌龟精神’追赶国际先进。”雷诗情如是说。

当穿越者壹号（CYZ1）载人飞船从亚轨道俯冲而下，其表面跃动的蓝色气膜如同地球生命的能量场，在漆黑太空中划出一道璀璨航迹。

感谢

北京勤合科技有限公司提供试验场地支持！

北京勤合科技有限公司，2014年成立，研发出了以电子束、等离子束、火焰束三束装备为技术发展核心，并针对航天、航空领域定制开发特需装备。长期以来，勤合科技用产品说话，其电弧等离子束、电子枪束、火焰超音速、火焰燃烧器等产品得到了大面积的应用，先后交付625所、北航、西交大、上硅所、西工大、北理工、621所等机构。经过10余年的技术积累，勤合科技把电子束、等离子束、火焰束做到行业领先水平，拥有极端的可靠性和稳定性。

注：文章部分内容选自新华社《环球杂志》。