2020年5月5日18时，为我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭，成功将搭载的新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱送入预定轨道，首飞任务取得圆满成功，实现空间站阶段飞行任务首战告捷，也拉开了我国载人航天工程“第三步”任务序幕。自1999年神舟一号发射以来，我国载人航天工程已先后组织实施16次重大飞行任务，全部取得成功。
长征五号B发射升空
此次长五B飞行试验除了验证火箭使用的一批新技术，同时要把搭载的新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱送入太空，各自开展技术试验，为我国空间站在轨建造打基础。其中柔性充气式货物返回舱试验舱是中国新型空间运输飞行器的试验器，本次任务将对充气展开式返回飞行器轨道再入关键技术进行验证。按照飞行程序，试验舱完成在轨试验后，计划于5月6日返回东风着陆场。
众所周知，传统的返回技术主要依靠刚性的返回舱进行减速，其热防护系统大都采用刚性的烧蚀性材料，这种传统的减速和防热系统通常质量较大，不可重复使用，成本较高，同时返回舱的有效阻力面积受到运载火箭整流罩大小的限制。针对降低返回系统重量以增加有效载荷的需求，充气式再入减速器作为一种新型充气的弹道式大气再入飞行器，不仅它具有重量轻，可折叠包装和收拢体积小等特点，而且再入过程中利用充气形成的气动外形提供升力或阻力，并由表面耐高温的柔性防热材料提供热防护，最后由自身的充气结构实现着陆缓冲从而安全到达地面的航天回收系统。充气式再入减速器具有传统返回飞行器的热防护系统、降落伞减速装置和着陆缓冲/漂浮系统集成一体的特点，为有效载荷和航天员的应急返回提供了一种新的技术途径。与传统刚性返回舱相比，新型充气式柔性增阻结构具有有效载荷比大、结构简单、重量轻、发射体积小、成本低、阻力面积不受整流罩尺寸约束等优点。
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传统刚性返回舱
充气式再入减速器又叫充气式防热罩。在返回大气层的时候，减速器从包装折叠装填到完全展开飞行状态，将飞行器从高超声速逐渐降低到亚声速，直到满足降落条件。这个减速器在返回过程中同时具备两个功能，一是再入时防热功能，在进入大气层时承受高超声速气流的热载荷；二是气动减速功能，通过气动减速到达着陆要求。通常，减速器由4个部分组成：充气式展开机构、充气系统、头锥和有效载荷。
堆叠圆环型充气再入减速器的结构示意图
采用柔性轻质防热材料制成充气减速器可以大幅提高阻力面，能够使有效载荷大大增加，同同一尺寸的刚性再入飞行器相比，充气减速器能够通过最小的质量增加阻力面积以降低飞行器的弹道系数。从结构上来说，常见的有单充气环薄膜型、双充气环薄膜型、堆叠圆环型、单层锥形充气囊型、双层锥形充气囊型等。
从上图可以看到充气展开结构由充气展开圆环和柔性薄膜组成，充气系统通常采用携带高腰氮气瓶或者通过化学反应产生气体。减速器工作时展开结构呈倒圆锥型，需要在高压和高温条件下保持一定的气动外形和结构强度。有效载荷处于充气式减速器头锥部分内侧，以保护其免受气动加热，同时也使得整个减速器的重心位置更加靠近头锥，保持系统的稳定。
我国这次的充气减速器从目前CCTV新闻片段中展示动画看应该是属于堆叠圆环型。堆叠圆环型减速器主要是指柔性展开结构是由一系列不同直径的充气环组成倒锥形。其结构特点是结构刚度高，当展开后阻力面受到气动载荷作用时不容易变形。美国NASA研究的充气减速器IRVE也是采用的这种结构。
返回舱充气减速器展开过程
这三张图展示了此次柔性充气式货物返回舱试验舱充气减速器展开的过程，其最外层采用轻质柔性高强度的热防护层，能够承受高超声速返回时的强度和热载荷。
5月6日，据中国载人航天工程办公室消息，长征五号B运载火箭搭载进行首次试验验证的柔性充气式货物返回舱实验舱在返回过程中出现异常。在科学探索的道路上总是充满了各种荆棘和挑战，但是充气减速器这种新型减速方式，它与传统返回飞行器相比较，具有回收器体积小、阻力面大、弹道系数低、气动热量小和适应低密度大气等优点。未来，充气减速器技术一旦试验成功，将为我国航天返回提供一种新的技术途径，并极大地推动有效载荷及时回收和登陆火星等其它行星探索任务的发展。
