碩果累累的中國(guó)載人航天

1992年9月21日，中國(guó)正式作出實(shí)施載人航天工程的決策，批準(zhǔn)載人飛船工程啟動(dòng)實(shí)施，明確了中國(guó)載人航天“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。第一步是發(fā)射載人飛船，建成初步配套的實(shí)驗(yàn)性載人飛船工程，開展空間應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。第二步是突破航天員出艙活動(dòng)技術(shù)、空間飛行器交會(huì)對(duì)接技術(shù)、推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)，發(fā)射空間實(shí)驗(yàn)室和貨運(yùn)飛船，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題。第三步是建造空間站，解決較大規(guī)模、長(zhǎng)期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題。

從神舟一號(hào)一飛沖天、中國(guó)航天員首次進(jìn)入太空，到掌握空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)、第一艘貨運(yùn)飛船成功發(fā)射，中國(guó)航天人一步一個(gè)腳印，用智慧和汗水撐起了中華民族千年的飛天夢(mèng)。

截至目前，我國(guó)研制并發(fā)射了11艘“神舟”飛船、天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器和天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室，以及1艘貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)，先后將11名航天員14人次送入太空，成功突破并驗(yàn)證了載人天地往返、太空出艙活動(dòng)、空間交會(huì)對(duì)接、空間站貨物補(bǔ)給、推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加等載人航天關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)載人航天“三步走”的前兩步已圓滿完成，正式邁入“空間站”時(shí)代。

1 “神舟”飛船

我國(guó)“神舟”系列飛船由神舟一號(hào)至十一號(hào)共11艘飛船組成。

精心準(zhǔn)備 厚積薄發(fā)

1999 -2002 年，我國(guó)先后發(fā)射了4 艘“神舟”系列無(wú)人飛船，驗(yàn)證和提升了飛船的各項(xiàng)性能，為成功實(shí)現(xiàn)載人飛行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1999年11月20日，神舟一號(hào)飛船成功發(fā)射，開啟了中國(guó)載人航天的征程。神舟一號(hào)飛船是中國(guó)第一艘無(wú)人試驗(yàn)飛船，在太空飛行21h后，返回艙在中國(guó)內(nèi)蒙古中部地區(qū)成功著陸。該飛船是初樣電性船，采用最小配置，僅有與飛船返回系統(tǒng)緊密相關(guān)的9個(gè)分系統(tǒng)。此次飛行試驗(yàn)成功驗(yàn)證了飛船關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性，考核了飛船系統(tǒng)的艙段分離技術(shù)、調(diào)姿制動(dòng)技術(shù)、升力控制技術(shù)、防熱技術(shù)和回收著陸技術(shù)等五大關(guān)鍵技術(shù)的可靠性。

此后，神舟二號(hào)、三號(hào)和四號(hào)飛船分別于2001年1月、2002年 3月 和2002年12月成功發(fā)射。神舟二號(hào)是中國(guó)第一艘基本達(dá)到正樣要求的無(wú)人飛船，神舟三號(hào)是第一艘正樣飛船，神舟四號(hào)是完全按照載人狀態(tài)設(shè)計(jì)的無(wú)人飛船。

神舟一號(hào)飛船發(fā)射

中國(guó)首飛航天員楊利偉

“一人一天”到“多人多天”

神舟五號(hào)載人飛船于2003年10月15日9時(shí)發(fā)射，在軌正常運(yùn)行14圈后，于10月16日6時(shí)23分安全返回至主著陸場(chǎng)預(yù)定落區(qū)，航天員楊利偉自主出艙，圓滿完成了中國(guó)首次載人飛行試驗(yàn)任務(wù)，標(biāo)志著中國(guó)成為世界上第三個(gè)獨(dú)立掌握載人航天技術(shù)的國(guó)家。神舟五號(hào)載人飛船在神舟四號(hào)研制的基礎(chǔ)上，對(duì)乘坐的安全性與舒適性又做了進(jìn)一步改進(jìn)和完善。神舟五號(hào)自動(dòng)化程度非常高，制導(dǎo)、導(dǎo)航控制和數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)均具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。為保證航天員的生命安全，設(shè)置了多種安全救生模式和百余種故障對(duì)策方案。

神舟六號(hào)飛船于2005年10月12日發(fā)射，將費(fèi)俊龍和聶海勝兩名航天員送入太空，該任務(wù)首次實(shí)現(xiàn)了“真正有人參與的空間飛行試驗(yàn)”，使中國(guó)載人航天實(shí)現(xiàn)了從“一人一天”到“多人多天”載人飛行的重大跨越。

神舟七號(hào)飛船于2008年9月25日發(fā)射，將翟志剛、劉伯明和景海鵬3名航天員送入太空，翟志剛完成了太空行走任務(wù)，使我國(guó)成為世界上第三個(gè)獨(dú)立掌握空間出艙活動(dòng)技術(shù)的國(guó)家。飛船還與天鏈一號(hào)中繼衛(wèi)星進(jìn)行了中國(guó)國(guó)內(nèi)首次天地?cái)?shù)據(jù)中繼系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)。

神舟八號(hào)飛船于2011年11月1日發(fā)射，當(dāng)月3日凌晨，它與天宮－1目標(biāo)飛行器完成了中國(guó)首次空間無(wú)人自控交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，我國(guó)成為世界上第三個(gè)自主掌握空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。

神舟九號(hào)飛船于2012年6月16日發(fā)射，將景海鵬、劉旺、劉洋3名航天員入太空。神舟九號(hào)與天宮一號(hào)以組合體方式飛行10天，航天員進(jìn)入天宮一號(hào)，中國(guó)首次在軌實(shí)現(xiàn)人員和貨物在飛行期間的轉(zhuǎn)移，完成了運(yùn)輸任務(wù)。

神舟七號(hào)航天員翟志剛成功出艙

天宮一號(hào)與神舟八號(hào)交會(huì)對(duì)接示意圖

神舟十號(hào)航天員王亞平太空授課

神舟十一號(hào)2名航天員順利進(jìn)駐天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室

迎來(lái)載人航天應(yīng)用時(shí)代

神舟十號(hào)飛船于2013年6月11日發(fā)射，將聶海勝、張曉光和王亞平3名航天員送入太空。其與天宮一號(hào)成功實(shí)施1次手動(dòng)對(duì)接和1次近距離交會(huì)試驗(yàn)，與天宮一號(hào)形成組合體飛行期間，航天員王亞平進(jìn)行了中國(guó)首次太空授課。飛船首次繞飛天宮一號(hào)，為未來(lái)與空間站對(duì)接做準(zhǔn)備。2013年6月26日，神舟十號(hào)載人飛船完成首次應(yīng)用性飛行，中國(guó)載人航天工程戰(zhàn)略“三步走”第二步第一階段任務(wù)完美收官。

神舟十一號(hào)載人飛船于2016年10月17日發(fā)射，將景海鵬、陳冬送入太空。之后飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，形成組合體，2名航天員隨后順利進(jìn)駐天宮二號(hào)。2016年11月18日，神舟十一號(hào)飛船返回艙順利降落在內(nèi)蒙古中部主著陸場(chǎng)，航天員景海鵬、陳冬順利出艙，完成為期33天的飛行任務(wù)。此次交會(huì)對(duì)接首次模擬了未來(lái)空間站交會(huì)對(duì)接方式，即載人飛船利用自身機(jī)動(dòng)能力去追蹤空間站。

天宮一號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖

2 “天宮”空間實(shí)驗(yàn)室

中國(guó)載人航天工程第二步任務(wù)重點(diǎn)放在航天器交會(huì)對(duì)接和航天員空間活動(dòng)等重大技術(shù)突破上。2010年9月25日，中央批準(zhǔn)《載人空間站工程實(shí)施方案》，載人空間站工程正式啟動(dòng)實(shí)施。相比前期任務(wù)，空間站工程要突破和掌握長(zhǎng)期載人飛行、在軌組裝建造、批量物資補(bǔ)給、空間機(jī)械臂與艙外操作、大型艙段研制、新一代運(yùn)載火箭等一大批核心技術(shù)，任務(wù)規(guī)模更大、各種挑戰(zhàn)更多，技術(shù)上更加復(fù)雜、難度更大，影響也將更為深遠(yuǎn)。根據(jù)計(jì)劃，2022年前后完成空間站在軌建造任務(wù)。

天宮一號(hào)

天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器于2011年9月29日發(fā)射升空，它是為實(shí)施載人航天工程交會(huì)對(duì)接任務(wù)自主研制的全新載人航天器，具備空間實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)壽命、短期有人駐留的技術(shù)特點(diǎn)，是一個(gè)功能基本完整、規(guī)模較小的試驗(yàn)性空間實(shí)驗(yàn)室。天宮一號(hào)分別于2011年11月、2012年6月和2013年6月與神舟八號(hào)、九號(hào)、十號(hào)飛船成功進(jìn)行了交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，突破和掌握了空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)，建成了支持航天員在軌中短期駐留的載人空間試驗(yàn)平臺(tái)，中國(guó)成為了世界第三個(gè)掌握空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。

天宮一號(hào)采用兩艙方案構(gòu)型，由實(shí)驗(yàn)艙和資源艙組成，飛行器總長(zhǎng)10.4m，最大直徑3.35m，發(fā)射質(zhì)量為8600kg。實(shí)驗(yàn)艙是飛行器的控制艙，也是航天員的工作艙和生活艙，最大直徑3.35m，軸向長(zhǎng)度6.4m，艙內(nèi)可提供航天員活動(dòng)的空間為15m2。

天宮一號(hào)也是中國(guó)首個(gè)低軌長(zhǎng)壽命載人航天器，在軌運(yùn)行壽命設(shè)計(jì)為兩年。研究團(tuán)隊(duì)開展了設(shè)備材料的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)，以及中期在軌駐留資源配置等分析與研究。針對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部件、材料老化、資源消耗和空間環(huán)境影響方面進(jìn)行了25項(xiàng)壽命試驗(yàn)驗(yàn)證。此外，通過(guò)采用專用防護(hù)板和輻射器結(jié)合的空間碎片防護(hù)技術(shù)，解決了目標(biāo)飛行器易受空間碎片撞擊損壞的難題。

天宮二號(hào)

天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室于2016年9月15日發(fā)射，它是中國(guó)第一個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室。天宮二號(hào)先后接受了神舟十一號(hào)載人飛船和天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船的訪問(wèn)，驗(yàn)證了航天員中期駐留和推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)是未來(lái)空間站建成并運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。此外，開展了大規(guī)模的空間科學(xué)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。天宮二號(hào)與天宮一號(hào)相比，外形沒(méi)變，但為滿足推進(jìn)劑補(bǔ)加驗(yàn)證試驗(yàn)需要，對(duì)推進(jìn)分系統(tǒng)進(jìn)行了適應(yīng)性改造；為滿足中期駐留需要，對(duì)載人宜居環(huán)境進(jìn)行了重大改善。

2018年9月15日，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室圓滿完成2年在軌飛行和各項(xiàng)試驗(yàn)任務(wù)。為進(jìn)一步發(fā)揮空間應(yīng)用效益，2018年9月20日，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)管理委員會(huì)會(huì)議研究決定，天宮二號(hào)在軌飛行至2019年7月，之后將受控離軌。2019年7月19日21時(shí)06分，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室受控離軌并再入大氣層，少量殘骸落入南太平洋預(yù)定安全海域。天宮二號(hào)受控再入大氣層，標(biāo)志著中國(guó)載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室階段全部任務(wù)圓滿完成。

天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室自發(fā)射入軌以來(lái)，先后與神舟十一號(hào)載人飛船和天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船完成4次交會(huì)對(duì)接，成功支持2名航天員在軌工作生活30天，突破掌握航天員中期駐留、推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加等一系列關(guān)鍵技術(shù)，并在超期服役的300多天里，完成多項(xiàng)拓展試驗(yàn)，為中國(guó)空間站研制建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理積累了重要經(jīng)驗(yàn)。

天舟一號(hào)與天宮二號(hào)成功完成首次“太空加油”

3 “天舟”貨運(yùn)飛船

“天舟”貨運(yùn)飛船是中國(guó)載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略中載人空間站工程的重要組成部分。

天舟一號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖

2017年4月20日，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船成功發(fā)射，它是中國(guó)首艘貨運(yùn)飛船。在軌期間，它與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室完成多次交會(huì)對(duì)接，與天宮二號(hào)形成組合體飛行，進(jìn)行了大量在軌實(shí)驗(yàn)，成功驗(yàn)證了空間站貨物補(bǔ)給、推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加、自主快速交會(huì)對(duì)接等關(guān)鍵技術(shù)，突破和掌握推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)，為中國(guó)空間站組裝建造和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)掃清了能源供給上的障礙，使中國(guó)成為世界上第三個(gè)獨(dú)立掌握這一關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)家。天舟一號(hào)飛行任務(wù)取得圓滿成功，標(biāo)志著中國(guó)載人航天工程第二步勝利完成，也正式宣告中國(guó)航天邁進(jìn)“空間站”時(shí)代。

“天舟”貨運(yùn)飛船最大裝載狀態(tài)下質(zhì)量達(dá)13.5t，是中國(guó)目前為止體積最大、質(zhì)量最大的用于載人航天任務(wù)的貨運(yùn)航天器。其上行貨物運(yùn)輸能力為6.5t,推進(jìn)劑補(bǔ)加能力約為2t，具備獨(dú)立飛行3個(gè)月的能力。

天舟一號(hào)的推進(jìn)艙由“神舟”推進(jìn)艙的一層變成了兩層，貯箱數(shù)量由原來(lái)的4個(gè)增加為8個(gè)，分屬于兩個(gè)獨(dú)立設(shè)計(jì)的推進(jìn)劑貯箱系統(tǒng)，不僅可為天宮二號(hào)攜帶一箱推進(jìn)劑，還能把用于自身控制的推進(jìn)劑“轉(zhuǎn)讓”出去。推進(jìn)艙可以裝載2.4～3.5t的推進(jìn)劑，最高裝載量是天宮二號(hào)推進(jìn)劑攜帶量的2.5倍。

4 未來(lái)展望

當(dāng)前，我國(guó)空間站研制建設(shè)工作已經(jīng)全面展開。根據(jù)任務(wù)部署，我國(guó)的空間站將分為關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證、建造和運(yùn)營(yíng)3個(gè)階段實(shí)施。目前空間站任務(wù)主要系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)已完成，空間站核心艙初樣階段研制接近尾聲；實(shí)驗(yàn)艙I和實(shí)驗(yàn)艙II正在進(jìn)行初樣階段結(jié)構(gòu)熱控艙總裝工作。預(yù)計(jì)2022年前后我國(guó)將建成自己的中國(guó)空間站，開展較大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。