航天科普:“神舟”號載人飛船

神舟飛船(英文:Shenzhou Crewed Spacecraft[24])是中國自行研制、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、達(dá)到或優(yōu)于國際第三代載人飛船技術(shù)的空間載人飛船。 神舟飛船是采用三艙一段結(jié)構(gòu),即由返回艙、軌道艙、推進(jìn)艙和附加段構(gòu)成,由13個分系統(tǒng)組成。神舟飛船與國際第三代飛船相比,具有起點(diǎn)高、具備留軌利用能力等特點(diǎn)[1]。 神舟系列載人飛船由專門為其研制的長征二號F火箭發(fā)射升空,發(fā)射基地是酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心,回收地點(diǎn)在內(nèi)蒙古中部的烏蘭察布市四子王旗載人航天著陸場和酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心的東風(fēng)著陸場。截至2019年4月24日,神舟載人飛船和天舟貨運(yùn)飛船正在進(jìn)行正(試)樣產(chǎn)品組批生產(chǎn)。 北京時間2022年11月29日23時08分,搭載神舟十五號載人飛船的長征二號F遙十五運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射,神舟十五號載人飛船與火箭成功分離,進(jìn)入預(yù)定軌道,飛行乘組狀態(tài)良好,發(fā)射取得圓滿成功。北京時間11月30日7時33分,神舟十五號3名航天員順利進(jìn)駐中國空間站。 上世紀(jì)60年代人類的載人航天活動就是從載人天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的研制與試驗(yàn)開始的。在太空競賽時期,(前)蘇聯(lián)和美國分別研制了三個系列的載人飛船,即“東方”號、“上升”號、“聯(lián)盟”號和“水星”號、“雙子星”號、“阿波羅”號?!奥?lián)盟”號飛船經(jīng)過不斷改進(jìn),至仍作為俄羅斯的載人天地往返運(yùn)輸工具在使用。美國還研制使用了航天飛機(jī),未來各航天大國還將研制新一代載人飛船。 1961年4月,(前)蘇聯(lián)航天員尤里·加加林乘坐“東方”一號飛船飛上太空,宣告了人類載人航天時代的到來。雖然加加林乘坐的“東方”一號飛船僅環(huán)繞地球飛行了一周,卻完整地驗(yàn)證了天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)射入軌、在軌運(yùn)行、生命保障、測控通信、安全返回所需要的關(guān)鍵技術(shù),證明了人類有能力實(shí)現(xiàn)可靠的天地往返。 美國的第一代載人飛船是在(前)蘇聯(lián)取得巨大成就的情況下奮起直追的產(chǎn)物。1961年5月5日,艾倫·謝潑德乘坐水星3號飛船,成為美國第一位乘坐載人飛船升空的人,到達(dá)186千米的高空。之后乘坐水星4號飛船的格里索姆也采用了亞軌道飛行方式。在水星4號任務(wù)之后,因?yàn)橛辛送屏Ω蟮挠钪嫔裉栠\(yùn)載火箭,美國才得以將水星號飛船送入環(huán)繞地球的軌道。1962年2月20日,約翰·格倫乘坐水星6號飛船繞地球飛行3圈,成為美國第一個進(jìn)入地球軌道的人。此后的3次水星號飛行任務(wù)均取得了成功。 “東方”號飛船和“水星”號飛船的飛行,是人類初次進(jìn)入太空的嘗試,回答了“人能否進(jìn)入太空”的問題,其最大意義在于開創(chuàng)了載人航天的新紀(jì)元。 早在1958年,中國科學(xué)院就開始了載人航天的規(guī)劃工作。1961年4月,蘇聯(lián)人加加林首次進(jìn)入太空,中科院通過舉辦星際航行座談會探討載人航天問題。 1965年,在研究第一顆人造衛(wèi)星及航天發(fā)展計(jì)劃時,載人飛船名列其中。同年8月9-10日由周恩來總理主持的中央專委會議曾原則通過同意在1979年發(fā)射我國第一艘載人飛船的規(guī)劃設(shè)想。 1966年,中央專委進(jìn)一步要求著手研制宇宙飛船。 1967年9月,王希季和第八設(shè)計(jì)院進(jìn)行了一種載1人飛船的總體方案論證。10月,中央專委將飛船命名為“曙光”一號。當(dāng)年年底,八院先后完成了可載1名、2名、3名和5名航天員的四種方案的論證。 1968年4月1日,航天醫(yī)學(xué)工程研究所(507所)成立,開始了航天員的選拔工作。 1970年7月14日,毛澤東主席圈閱了“曙光”一號飛船的航天員選拔報告。因此,中國第一個載人航天計(jì)劃就被稱為“714”計(jì)劃。 1970年11月27日,國防科委提交《關(guān)于研制載人飛船、通信衛(wèi)星、導(dǎo)彈衛(wèi)星的請示報告》,提出“曙光”一號飛船由兩名航天員駕駛,最長飛行時間為8天,爭取1973年發(fā)射無人飛船,1974年發(fā)射載人飛船。 1971年4月,載人航天工程方案論證會召開,提出的方案為載2人雙艙式,構(gòu)型類似于美國的雙子座號。方案論證會后,由于政治形勢的變化,加之反對之聲不斷,“曙光”一號研制出現(xiàn)了極大困難。 1974年10月23日,國防科委、七機(jī)部聯(lián)合向中央軍委、中央專委報告,提出“曙光”號飛船研制工作應(yīng)暫緩。周恩來曾就中國載人航天問題講了幾條原則:不與蘇美搞太空競賽,要搞好國家建設(shè)急需的應(yīng)用衛(wèi)星。技術(shù)力量貯備不足,加之航天任務(wù)調(diào)整到以應(yīng)用衛(wèi)星為主的規(guī)劃上來,載人航天計(jì)劃自此停止了探索工作。 “曙光”一號飛船研制雖然停止了,還是取得了一些技術(shù)方面的進(jìn)展,包括高空生物實(shí)驗(yàn)、航天員選拔、航天醫(yī)學(xué)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備研制。1970年6~7月,首批20名航天員選拔工作結(jié)束。而后開展了大量醫(yī)學(xué)試驗(yàn)與測試。通過曙光一號飛船的預(yù)研,培養(yǎng)了一批從事飛船設(shè)計(jì)的技術(shù)專家,對飛船結(jié)構(gòu)、材料、防熱、試驗(yàn)、航天專用食品以及航天專用設(shè)備設(shè)計(jì)也積累了不少經(jīng)驗(yàn)。 1986年11月,國家出臺“863”計(jì)劃,航天技術(shù)是七大領(lǐng)域的第二個領(lǐng)域,其中包括兩個主題:大型運(yùn)載火箭及天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)、載人空間站系統(tǒng)及其應(yīng)用。在載人航天發(fā)展技術(shù)途徑以及天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的選擇上,出現(xiàn)了完全不同的觀點(diǎn)。當(dāng)時美國的航天飛機(jī)研制成功,包括(前)蘇聯(lián)在內(nèi)的許多國家都在積極探討研制航天飛機(jī)甚至空天飛機(jī)問題。在此背景下,我國航空航天界也在研究、規(guī)劃新時期載人航天發(fā)展和采取何種天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)問題。 1986年4月,航天領(lǐng)域?qū)<医M在京成立,在中國載人航天如何起步問題上,存在著明顯不同的意見。飛船方案抑或和航天飛機(jī)方案的論證和爭論持續(xù)了3年。最后,科學(xué)家們達(dá)成共識,即以載人飛船研制起步,為最后決策提供了重要依據(jù)。 1991年1月7日,為了推動載人飛船工程立項(xiàng),航空航天工業(yè)部成立“載人航天聯(lián)合論證組”,提出了載人飛船工程總體方案和飛船工程的技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)要求。同年6月底,中國空間技術(shù)研究院載人飛船工程總體論證組完成載人飛船工程技術(shù)方案的論證工作,并將論證報告于6月30日上報給航空航天工業(yè)部。隨即,中央專委聽取了航天領(lǐng)域?qū)<椅瘑T會《關(guān)于發(fā)展中國載人航天的意見》和國防科工委《關(guān)于發(fā)展中國載人航天及其應(yīng)用的意見》的匯報。1991年12月31日,論證結(jié)果上報航空航天工業(yè)部。 1992年1月8日,時任國務(wù)院總理李鵬主持中央專委會議,聽取載人航天工程可行性論證的匯報。會議認(rèn)為,從政治、經(jīng)濟(jì)、科技、軍事等諸方面考慮,我國發(fā)展載人航天技術(shù)是必要的。同年8月1日,中央同意《載人飛船技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性論證報告》,認(rèn)為:“載人航天是航天技術(shù)的重要組成部分,也是當(dāng)今世界高科技的一個重要發(fā)展領(lǐng)域。為了增強(qiáng)綜合國力和國防實(shí)力,促進(jìn)科技進(jìn)步,培養(yǎng)壯大科技隊(duì)伍,提高國家威望,增強(qiáng)民族自豪感和凝聚力,中國必須在這一領(lǐng)域占有一席之地。我國載人航天的發(fā)展設(shè)想是可行的?!?1992年9月21日,江澤民主持召開中央政治局?jǐn)U大會議,聽取了論證報告和技術(shù)方案、經(jīng)費(fèi)估算和組織實(shí)施辦法的匯報。經(jīng)討論,一致同意批準(zhǔn)中國載人航天工程開始實(shí)施。由于中央專委批準(zhǔn)日期是1992年1月,中央政治局?jǐn)U大會議批準(zhǔn)日期又是同年的9月21日,所以中國載人航天工程便被命名為921工程。中央決策實(shí)施載人航天工程,并確定了中國載人航天“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略: 第一步,發(fā)射載人飛船,建成初步配套的試驗(yàn)性載人飛船工程,開展空間應(yīng)用實(shí)驗(yàn); 第二步,突破航天員出艙活動技術(shù)、空間飛行器的交會對接技術(shù),發(fā)射空間實(shí)驗(yàn)室,解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問題; 第三步,建造空間站,解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應(yīng)用問題。 1992年11月,中國空間技術(shù)研究院建立了載人飛船兩師系統(tǒng),中國工程院院士戚發(fā)軔任首任總設(shè)計(jì)師,汪國林任首任行政總指揮。 1993年12月,載人飛船系統(tǒng)的方案論證工作完成,飛船13個分系統(tǒng)也完成了方案論證。 1994年,載人飛船被命名為“神舟”。 921工程是載人航天大系統(tǒng)的總稱。除了“神舟”飛船系統(tǒng)外,還包括航天員系統(tǒng)、有效載荷系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和返回著陸系統(tǒng),共計(jì)七大系統(tǒng)。由于載人航天專業(yè)涉及面廣、產(chǎn)品要求復(fù)雜、參加研制單位多、工程覆蓋地區(qū)廣,為了很好協(xié)調(diào)各系統(tǒng)研制,中國載人航天工程也設(shè)立了兩師系統(tǒng),王永志任首任工程總設(shè)計(jì)師、丁衡高上將任首任總指揮。 1995年,神舟飛船完成了總體技術(shù)方案的設(shè)計(jì)工作。 1998年,研制單位完成了火箭-飛船-發(fā)射場的合練、零高度狀態(tài)下的逃逸救生飛行試驗(yàn)等重大試驗(yàn)工作。隨后,飛船系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正樣研制階段。 1992年,長征二號F運(yùn)載火箭作為“神舟”飛船的發(fā)射工具開始研制。長征二號F是在長征二號E大推力捆綁式運(yùn)載火箭的基礎(chǔ)上增加了2個新系統(tǒng),即逃逸系統(tǒng)和故障檢測處理系統(tǒng)。長征二號F火箭全長58.343米,起飛質(zhì)量479.8噸,起飛推力604.4噸,芯級直徑3.35米,助推器直徑2.25米?;鸺慕剀壍肋\(yùn)載能力約為8噸。它是我國第一種高可靠、高安全、高質(zhì)量的載人飛船發(fā)射工具,元器件可靠性提高到99%。長征二號F火箭經(jīng)過8年旨在提高可靠性、安全性的設(shè)計(jì)工作之后,其性能穩(wěn)定性、可靠性水平已超過普通用于商用衛(wèi)星發(fā)射的運(yùn)載火箭。經(jīng)過適應(yīng)性修改的長征二號F可以將近地軌道運(yùn)載能力提高到11.2噸,通過調(diào)整助推器、上面級的組合能適應(yīng)不同有效載荷的需要。經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),它還可以用于開展月球探測或星際探索任務(wù)。 神舟載人飛船工程分為載人飛船工程大系統(tǒng)和載人飛船系統(tǒng)兩個層次。 載人飛船工程大系統(tǒng)由載人飛船系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、航天員系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、測控與通信系統(tǒng)和著陸場系統(tǒng)共7個系統(tǒng)組成; 神舟載人飛船系統(tǒng)是前述7個系統(tǒng)之一,由結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、環(huán)境控制與生命保障、熱控制、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制、推進(jìn)、測控與通信、數(shù)據(jù)管理、電源、返回著陸、逃逸救生、儀表與照明、有效載荷、乘員共13個分系統(tǒng)組成。13個分系統(tǒng)是神舟飛船上為完成某一特定功能的儀器、設(shè)備或部件的組合。它們涉及物理(機(jī)、電、光、熱)、化學(xué)、生物、天文、醫(yī)學(xué)和環(huán)境等數(shù)十個學(xué)科領(lǐng)域。 神舟飛船系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由軌道艙、返回艙、推進(jìn)艙和附加段組成。軌道艙是航天員生活和工作的地方。返回艙是飛船的指揮控制中心,航天員乘坐其上天和返回地面。推進(jìn)艙也稱動力艙,為飛船在軌飛行和返回時提供能源和動力。神舟飛船三艙總長8米,圓柱段直徑2.5米,錐段最大直徑2.8米,總質(zhì)量為7755千克,返回艙采用普通圓傘和著陸緩沖發(fā)動機(jī)陸地軟著陸,主傘面積1200平方米,著陸速度不大于3.5米/秒。 軌道艙 神舟飛船的軌道艙是一個圓柱體,總長度為2.8米,最大直徑2.27米,一端與返回艙相通,另一端與空間對接機(jī)構(gòu)連接。軌道艙被稱為“多功能廳”,因?yàn)閹酌教靻T除了升空和返回時要進(jìn)入返回艙以外,其它時間都在軌道艙里。軌道艙集工作、吃飯、睡覺和清潔等諸多功能于一體。 為了使軌道艙在獨(dú)自飛行的階段可以獲得電力,軌道艙的兩側(cè)安裝了太陽電池板翼,每塊太陽翼除去三角部分面積為2.0×3.4米,軌道艙自由飛行時,可以由它提供0.5千瓦以上的電力。軌道艙尾部有4組小的推進(jìn)發(fā)動機(jī),每組4個,為飛船提供輔助推力和軌道艙分離后繼續(xù)保持軌道運(yùn)動的能力;軌道艙一側(cè)靠近返回艙部分有一個圓形的艙門,為航天員進(jìn)出軌道艙提供了通道,不過,該艙門的最大直徑僅65厘米,只有身體靈巧、受過專門訓(xùn)練的人,才能進(jìn)出自由。艙門的上面有軌道艙的觀察窗。 軌道艙是飛船進(jìn)入軌道后航天員工作、生活的場所。艙內(nèi)除備有食物、飲水和大小便收集器等生活裝置外,還有空間應(yīng)用和科學(xué)試驗(yàn)用的儀器設(shè)備。 返回艙返回后,軌道艙相當(dāng)于一顆對地觀察衛(wèi)星或太空實(shí)驗(yàn)室,它將繼續(xù)留在軌道上工作半年左右。軌道艙留軌利用是中國飛船的一大特色,俄羅斯和美國飛船的軌道艙和返回艙分離后,一般是廢棄不用的。作為航天員的“太空臥室”,軌道艙的環(huán)境很舒適,艙內(nèi)溫度一般在17至25攝氏度之間。 返回艙 神舟飛船返回艙又稱座艙,長2.00米,直徑2.40米(不包括防熱層)。它是航天員的“駕駛室”,是航天員往返太空時乘坐的艙段,為密閉結(jié)構(gòu),前端有艙門。 神舟飛船的返回艙呈鐘形,有艙門與軌道艙相通。返回艙是飛船的指揮控制中心,內(nèi)設(shè)可供3名航天員斜躺的座椅,供航天員起飛、上升和返回階段乘坐。座椅前下方是儀表板、手控操縱手柄和光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡等,顯示飛船上各系統(tǒng)機(jī)器設(shè)備的狀況。航天員通過這些儀表進(jìn)行監(jiān)視,并在必要時控制飛船上系統(tǒng)機(jī)器設(shè)備的工作。軌道艙和返回艙均是密閉的艙段,內(nèi)有環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng),確保艙內(nèi)充滿一個大氣壓力的氧氮混合氣體,并將溫度和濕度調(diào)節(jié)到人體合適的范圍,確保航天員在整個飛行任務(wù)過程中的生命安全。 另外,艙內(nèi)還安裝了供著陸用的主、備兩具降落傘。神舟號飛船的返回艙側(cè)壁上開設(shè)了兩個圓形窗口,一個用于航天員觀測窗外的情景,另一個供航天員操作光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡觀測地面駕駛飛船。返回艙的底座是金屬架層密封結(jié)構(gòu),上面安裝了返回艙的儀器設(shè)備,該底座重量輕便,且十分堅(jiān)固,在返回艙返回地面進(jìn)入大氣層時,保護(hù)返回艙不被炙熱的大氣燒毀。 返回艙是航天員往返太空的“駕駛室”,內(nèi)設(shè)可供航天員斜躺的座椅,供航天員起飛、上升和返回階段乘坐。返回艙位于飛船中部,外形呈倒椎體鐘形,它的側(cè)壁開設(shè)了兩個窗口供航天員觀測外部環(huán)境,方便航天員駕駛飛船。與其他艙段不同的是返回艙外表面有燒蝕式防熱層包裹,并裝有主降落傘和備份降落傘,能在返回過程有效保護(hù)艙體和航天員。 推進(jìn)艙 神舟飛船推進(jìn)艙長3.05米,直徑2.50米,底部直徑2.80米,艙呈圓柱形,內(nèi)部裝載推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)和推進(jìn)劑,為飛船提供調(diào)整姿態(tài)和軌道以及制動減速所需要的動力,還有電源、環(huán)境控制和通信等系統(tǒng)的部分設(shè)備。兩側(cè)各有一對太陽翼,除去三角部分,太陽翼的面積為2.0×7.5米。與前面軌道艙的電池翼加起來,產(chǎn)生的電力將三倍于俄羅斯聯(lián)盟號飛船,平均1.5千瓦以上。這幾塊電池翼除了所提供的電力較大之外,它還可以繞連接點(diǎn)轉(zhuǎn)動,這樣不管飛船怎樣運(yùn)動,它始終可以保持最佳方向獲得最大電力,免去了“翹向太陽”所要進(jìn)行的大量機(jī)動,可以在保證太陽電池陣對日定向的同時進(jìn)行飛船對地的不間斷觀測。 推進(jìn)艙的尾部是飛船的推進(jìn)系統(tǒng)。主推進(jìn)系統(tǒng)由4個大型主發(fā)動機(jī)組成,它們在推進(jìn)艙的底部正中。在推進(jìn)艙側(cè)裙內(nèi)四周又分別布置了4對糾正姿態(tài)用的小推進(jìn)器,說它們小是和主推進(jìn)器比,與其他輔助推進(jìn)器比它們可大很多。另外推進(jìn)艙側(cè)裙外還有輔助用的小型推進(jìn)器。 推進(jìn)艙又叫儀器艙或設(shè)備艙,是飛船姿態(tài)和軌道的“調(diào)整器”,能夠?yàn)轱w船提供動力,使飛船能夠自如地調(diào)整飛行姿態(tài)軌道。 附加段 飛船附加段也叫飛船過渡段,是為將來與另一艘載人飛船或空間站交會對接做準(zhǔn)備用的。在載人飛行及交會對接前,它也可以安裝各種儀器用于空間探測。附加段存在于早期的神舟飛船上,主要用來完成與其他空間飛行器交會對接前的技術(shù)測試與驗(yàn)證工作。后期作為交會對接機(jī)構(gòu)的安裝位使用,此外也能夠安裝其他儀器進(jìn)行空間探測。 從“神舟”七號飛船開始附加段被空間對接機(jī)構(gòu)所取代。 “神舟”飛船分艙段進(jìn)行設(shè)計(jì),主要是為了減少飛船返回部分的體積和重量。返回艙作為返回地面的艙段,裝載著航天員和需帶回地面的設(shè)備儀器;軌道艙則繼續(xù)留在軌道工作,裝載需留在軌道上完成特定工作的設(shè)備;推進(jìn)艙中裝入任務(wù)用過后不需要的部分,一同燒毀在大氣層。通過減少飛船返回的艙段,可大大降低飛船返回的技術(shù)難度,此外飛船分艙設(shè)計(jì)的優(yōu)勢還在于,若飛船某艙段發(fā)生故障,不會影響其他艙段的正常工作,提高了飛船的安全性。 第一階段發(fā)射 神舟一號到神舟四號飛船的無人飛行試驗(yàn),全面考核了運(yùn)載火箭的性能與可靠性、飛船的安全和可靠性、地面測試發(fā)控系統(tǒng)的適應(yīng)性以及其他各大系統(tǒng)的可靠性。 神舟一號 基本信息 發(fā)射時間:1999年11月20日06時30分 發(fā)射火箭:新型長征二號F運(yùn)載火箭。 飛船進(jìn)入軌道飛行時間:火箭起飛約10分鐘,飛船與火箭分離,進(jìn)入預(yù)定軌道。 返回時間:1999年11月21日03時41分 發(fā)射地點(diǎn):酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心 著陸地點(diǎn):內(nèi)蒙古中部地區(qū) 飛行時間/圈數(shù):21小時11分/14圈 技術(shù)創(chuàng)新 首次采用了在技術(shù)廠房對飛船、火箭聯(lián)合體垂直總裝與測試,整體垂直運(yùn)輸至發(fā)射場,并進(jìn)行遠(yuǎn)距離測試發(fā)射控制的新模式。中國在原有航天測控網(wǎng)的基礎(chǔ)上新建的符合國際標(biāo)準(zhǔn)體制的陸?;教鞙y控網(wǎng),也在這次發(fā)射試驗(yàn)中首次投入使用。飛船在軌運(yùn)行期間,地面測控系統(tǒng)和分布于公海的4艘“遠(yuǎn)望”號測量船對其進(jìn)行了跟蹤與測控,成功進(jìn)行了一系列科學(xué)試驗(yàn)。 搭載物品包括:一是旗類,中華人民共和國國旗、澳門特別行政區(qū)區(qū)旗、奧運(yùn)會會旗等;二是各種郵票及紀(jì)念封;三是各10克左右的青椒、西瓜、玉米、大麥等農(nóng)作物種子,此外還有甘草、板藍(lán)根等中藥材。 任務(wù)意義 世界各國評論高度評價我國實(shí)施載人航天工程的第一次飛行試驗(yàn),稱其標(biāo)志著中國航天事業(yè)邁出了重要步伐,對突破載人航天技術(shù)具有重要意義,是中國航天史上的重要里程碑。 神舟一號是神舟飛船的原型機(jī),其發(fā)射、回收成功,驗(yàn)證了載人航天工程全系統(tǒng)和飛船系統(tǒng)的可靠性。 神舟二號 基本信息 發(fā)射時間:2001年01月10日01時00分 發(fā)射火箭:新型長征二號F運(yùn)載火箭,此次發(fā)射是長征系列運(yùn)載火箭第六十五次飛行,也是繼一九九六年十月以來中國航天發(fā)射連續(xù)第二十三次獲得成功。 飛船進(jìn)入軌道所需飛行時間:飛船起飛十三分鐘后,進(jìn)入預(yù)定軌道。 返回時間:2001年01月16日19時22分 發(fā)射地點(diǎn):酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心 著陸地點(diǎn):內(nèi)蒙古自治區(qū)中部地區(qū) 飛行時間/圈數(shù):6天零18小時22分/108圈 試驗(yàn)項(xiàng)目 中國第一艘正樣無人飛船。飛船由軌道艙、返回艙和推進(jìn)艙三個艙段組成。與神舟一號試驗(yàn)飛船相比,神舟二號飛船的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有了新的擴(kuò)展,技術(shù)性能有了新的提高,飛船技術(shù)狀態(tài)與載人飛船基本一致。據(jù)介紹,中國首次在飛船上進(jìn)行了微重力環(huán)境下空間生命科學(xué)、空間材料、空間天文和物理等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn),其中包括:進(jìn)行半導(dǎo)體光電子材料、氧化物晶體、金屬合金等多種材料的晶體生長、蛋白質(zhì)和其他生物大分子的空間晶體生長、還有植物、動物、水生生物、微生物及離體細(xì)胞和細(xì)胞組織的空間環(huán)境效應(yīng)實(shí)驗(yàn)等。 任務(wù)意義 神舟二號航天飛船發(fā)射返回,是中國載人航天工程的第二次飛行試驗(yàn),標(biāo)志著中國載人航天事業(yè)取得了新的進(jìn)展,向?qū)崿F(xiàn)載人航天飛行邁出了重要的一步。 神舟三號 基本信息 發(fā)射時間:2002年03月25日22時15分 神舟三號升空 發(fā)射火箭:新型長征二號F運(yùn)載火箭 飛船進(jìn)入軌道所需飛行時間:火箭點(diǎn)火升空10分鐘后,飛船成功進(jìn)入預(yù)定軌道。 返回時間:2002年04月01日16時54分 發(fā)射地點(diǎn):酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心 著陸地點(diǎn):內(nèi)蒙古自治區(qū)中部地區(qū) 飛行時間/圈數(shù):6天零18小時39分/108圈. 技術(shù)創(chuàng)新 神舟飛船進(jìn)行空間試驗(yàn)的有效載荷公用設(shè)備十項(xiàng),44件之多,包括:卷云探測儀、中分辨率成像光譜儀、地球輻射收支儀、太陽紫外線光譜監(jiān)視儀器、太陽常數(shù)監(jiān)測器、大氣密度探測器、大氣成分探測器、飛船軌道艙窗口組件、細(xì)胞生物反應(yīng)器、多任務(wù)位空間晶體生長爐、空間蛋白質(zhì)結(jié)晶裝置、固體徑跡探測器、微重力測量儀、有效載荷公用設(shè)備。據(jù)介紹,微重力測量儀、返回艙有效載荷公用設(shè)備是第三次參加飛船試驗(yàn);空間蛋白質(zhì)結(jié)晶裝置、多任務(wù)位空間晶體生長爐和軌道艙有效載荷公用設(shè)備是第二次參加飛船試驗(yàn);其余設(shè)備均是首次在太空作試驗(yàn)。 神舟三號飛船中安裝了模擬人及人體代謝模擬裝置、醫(yī)監(jiān)設(shè)備和艙內(nèi)輻射環(huán)境監(jiān)測設(shè)備等,并進(jìn)行了相應(yīng)試驗(yàn)[41]。 任務(wù)意義 神舟三號飛船是一艘正樣無人飛船,飛船技術(shù)狀態(tài)與載人狀態(tài)完全一致。與神舟二號飛船飛行試驗(yàn)相比,主要是增加了逃逸和應(yīng)急救生功能。飛船具備待發(fā)段和上升段應(yīng)急救生功能,完善了備份傘子系統(tǒng);運(yùn)載火箭具備了故障檢測和逃逸功能,控制分系統(tǒng)采用了冗余技術(shù)。 飛船在軌飛行期間,各分系統(tǒng)和有效載荷性能穩(wěn)定,運(yùn)行良好,取得了大量寶貴的飛行試驗(yàn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),圓滿完成了預(yù)定試驗(yàn)任務(wù)。其中,飛船擬人載荷提供的生理信號和代謝指標(biāo)正常,驗(yàn)證了與載人航天直接相關(guān)的座艙內(nèi)環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng),證明這套系統(tǒng)完全能滿足載人的醫(yī)學(xué)要求。飛船軌道艙繼續(xù)在軌運(yùn)行,并進(jìn)行多光譜對地遙感觀測和地球環(huán)境監(jiān)測等空間科學(xué)和應(yīng)用試驗(yàn)。 神舟三號飛船的成功發(fā)射和返回,表明中國載人航天工程技術(shù)日臻成熟,為最終實(shí)現(xiàn)載人飛行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ);同時也表明中國利用飛船開展空間科學(xué)研究和空間資源開發(fā)進(jìn)入了新的發(fā)展階段。 神舟四號 基本信息 發(fā)射時間:2002年12月30日00時40分 神舟四號升空 發(fā)射火箭:長征二號F捆綁式火箭,此次是長征系列運(yùn)載火箭的第69次飛行。 飛船進(jìn)入軌道所需飛行時間:火箭點(diǎn)火升空十幾分鐘后,飛船成功進(jìn)入預(yù)定軌道 返回時間:2003年01月05日19時16分 發(fā)射地點(diǎn):酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心 著陸地點(diǎn):內(nèi)蒙古自治區(qū)中部地區(qū) 飛行時間/圈數(shù):6天零18小時36分/108圈 搭載物品 神舟四號搭載除了大氣成分探測器等19件設(shè)備已經(jīng)參加過此前的飛行試驗(yàn)外,其他的空間細(xì)胞電融合儀等33件科研設(shè)備都是首次“上天”。一場籌備了10年之久的兩對“細(xì)胞太空婚禮”也將在飛船上舉行,一對動物細(xì)胞“新人”是B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞,另一對是植物細(xì)胞“新人”——黃花煙草原生質(zhì)體和革新一號煙草原生質(zhì)體。專家介紹說,在微重力條件下,細(xì)胞在融合液中的重力沉降現(xiàn)象將消失,更有利于細(xì)胞間進(jìn)行配對與融合這些“親熱舉動”,此項(xiàng)研究將為空間制藥探索新方法。 任務(wù)意義 神舟四號飛船是中國載人航天工程的第三艘正樣無人飛船,除沒有載人外,技術(shù)狀態(tài)與載人飛船完全一致。在這次飛行中,載人航天應(yīng)用系統(tǒng)、航天員系統(tǒng)、飛船環(huán)境控制與生命保障分系統(tǒng)全面參加了試驗(yàn),先后在太空進(jìn)行了對地觀測、材料科學(xué)、生命科學(xué)試驗(yàn)及空間天文和空間環(huán)境探測等研究項(xiàng)目;預(yù)備航天員在發(fā)射前也進(jìn)入飛船進(jìn)行了實(shí)際體驗(yàn)。飛船在軌飛行期間,船上各種儀器設(shè)備性能穩(wěn)定,工作正常,取得了大量寶貴的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)和科學(xué)資料。 中國載人航天工程的飛行任務(wù)規(guī)劃表明,中國空間站工程分為關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證,建造和運(yùn)營三個階段實(shí)施,其中關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段安排了長征五號B運(yùn)載火箭首飛、空間站天和核心艙、神舟載人飛船、天舟貨運(yùn)飛船等6次飛行任務(wù);建造階段安排了問天實(shí)驗(yàn)艙、夢天實(shí)驗(yàn)艙、神舟載人飛船、天舟貨運(yùn)飛船等6次飛行任務(wù)。 中國空間站命名為“天宮”,具有鮮明的中國特色和時代特征,總體方案優(yōu)化,通過交會對接和轉(zhuǎn)位組裝構(gòu)成空間站本體。其基本構(gòu)型包括天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ和夢天實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ,每個艙段規(guī)模20噸級。空間站在軌運(yùn)行期間,由神舟載人飛船提供乘員運(yùn)輸,由天舟貨運(yùn)飛船提供補(bǔ)給支持??臻g站設(shè)計(jì)壽命10年,可根據(jù)需要,通過維護(hù)維修進(jìn)一步延長壽命。額定乘員3人,乘組輪換期間短期可達(dá)6人。 天和艙用于空間站的統(tǒng)一管理和控制以及航天員生活,有3個對接口和2個停泊口。停泊口用于問天艙、夢天艙與天和艙組裝形成空間站組合體;對接口用于神舟飛船、天舟飛船及其他飛行器訪問空間站。 《2021中國的航天》白皮書指出,未來五年,中國將繼續(xù)實(shí)施載人航天工程,發(fā)射“問天”實(shí)驗(yàn)艙、“夢天”實(shí)驗(yàn)艙、“巡天”空間望遠(yuǎn)鏡以及“神舟”載人飛船和“天舟”貨運(yùn)飛船,全面建成并運(yùn)營中國空間站,打造國家太空實(shí)驗(yàn)室,開展航天員長期駐留、大規(guī)??臻g科學(xué)實(shí)驗(yàn)、空間站平臺維護(hù)等工作。深化載人登月方案論證,組織開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),研制新一代載人飛船,夯實(shí)載人探索開發(fā)地月空間基礎(chǔ)。 為進(jìn)一步提升載人航天工程的綜合能力和技術(shù)水平,中國將研制新一代載人運(yùn)載火箭和新一代載人飛船。其中,新一代載人運(yùn)載火箭和新一代載人飛船返回艙都可以實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用。新一代載人飛船綜合能力將大幅提升,可以搭載7名航天員。 神舟飛船“三艙一段”的結(jié)構(gòu)與總體方式具有鮮明的中國特色。神舟飛船起點(diǎn)高,一步到位,智能化程度較高。雖然中國載人航天工程起步較晚,但并不是從“加加林”時代的飛船起步:先搞無人飛船,再搞單人飛船,最后才是多人飛船,而是一步邁過美蘇的四十年發(fā)展歷程,實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展。世界其他國家的載人飛船是從搭載小動物開始試驗(yàn)航天員環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)的,中國則采用了先進(jìn)的現(xiàn)代裝置——模擬假人,模擬“航天員”所消耗的氧氣與二氧化碳,通過先進(jìn)的地面醫(yī)監(jiān)臺測試“航天員”的生理信號變化。 中國神舟飛船的起飛質(zhì)量和座艙最大直徑,遠(yuǎn)大于美國“水星”號和蘇聯(lián)“東方”號。神舟飛船的構(gòu)形比“水星”號和“東方”號的兩艙構(gòu)形具有更多的功能,在艙段間的電、氣、液路連接與分離技術(shù)等技術(shù)方面也更復(fù)雜。在電源方面神舟飛船采用了太陽電池陣為主的電源方案,比“水星”號、“東方”號的電源系統(tǒng)技術(shù)上有了很大的進(jìn)步。尤其是神舟飛船采用了升力式返回再入,由GNC分系統(tǒng)進(jìn)行再入過程中的升力控制,是比彈道式再入更為先進(jìn)的返回方式,可以大大提高飛船返回著陸點(diǎn)的精度和降低再入過載峰值,減輕航天員返回地面時承受過載的痛苦。神舟飛船與20世紀(jì)90年代國外的先進(jìn)載人飛船相比,從再入方式、著陸精度和再入過載峰值等指標(biāo)上大致與俄羅斯聯(lián)盟TMA飛船相當(dāng),并為航天員的工作和生活創(chuàng)造了更為舒適的環(huán)境。神舟是我國天地往返運(yùn)輸?shù)膬?yōu)良工具,堪稱擺渡天河的真正神舟。
(已故)江澤民同志為神舟飛船題名
神舟飛船在進(jìn)行總裝測試
神舟十五號載人飛行任務(wù)標(biāo)識
神舟飛船結(jié)構(gòu)示意圖
神舟五號載人飛行任務(wù)標(biāo)識
神舟十五號乘組與神舟十四號乘組太空會師