神舟号载人飞船
神舟号载人飞船(英文名Shenzhou spaceship),又称神舟飞船,是由中国自行研制的用于天地往返运输人员和物资的载人航天器。其能达到或优于国际第三代载人飞船技术,且具有完全自主知识产权及鲜明的中国特色。飞船可一船多用,既可留轨观测又可作为交会对接飞行器,满足天地往返的需求。
飞船由轨道舱、返回舱、推进舱和附加段组成。轨道舱是航天员生活和工作的地方。返回舱是飞船的指挥控制中心,航天员乘坐其上天和返回地面。推进舱也称动力舱,为飞船在轨飞行和返回地面提供能源和动力。附加段曾用于安装专用的空间科学和技术试验设备,现作为交会对接机构的安装部位。
神舟一号到六号飞船总长约8m,最大直径处2.8m,入轨质量不大于8800kg。
发展历史
载人飞船总体方案的设计进展
“神舟飞船”号载人飞船的研制始于20世纪90年代初期。
1992年9月,中央决策实施载人航天工程,并确定了中国载人航天“三步走”的发展战略。第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用实验;第二步,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;第三步,建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。 同年,中国航天科技集团开始了神舟飞船的研制工作。
“神舟”号载人飞船的研制历程可分为以下几个阶段:
技术、经济可行性论证阶段(1992年1月-1992年9月)
1992 年 1 月 8 日,中央专门委员会决定开展中国载人飞船工程(代号“921”工程)可行性论证工作。随后,国防科工委发出了关于进行载人飞船工程技术、经济可行性论证工作的通知,成立了以王永志为组长的中国载人飞船工程技术、经济可行性论证组,该论证组下设载人飞船系统论证组,由戚发轫任组长,张国富、范剑峰任副组长。
1992年1月20日,航空航天工业部党组确定由中国空间技术研究院承担载人飞船工程中的载人飞船系统的研制和可行性论证工作。为了完成国防科工委的论证要求,中国空间技术研究院也成立了载人飞船论证组。
经过努力,按时圆满地完成了载人飞船系统技术、经济可行性论证工作。1992年6月6日编写完成了《“921”工程技术、经济可行性论证报告·载人飞船系统》并得到批准。载人飞船系统的13个分系统也完成了相关的分系统可行性论证报告和多项专题报告,作为主报告的支撑性报告。在1992年6月25-30日召开的“921”工程可行性方案评审会上,报告经过专家评审通过,后经航空航天工业部上报国防科工委。
《“921”工程技术、经济可行性论证报告·载人飞船系统》提出的方案充分利用中国现有技术及现有技术的延伸技术,同时又具有中国特色和技术创新,在整体上达到国际先进水平。
技术、经济可行性方案复审阶段(1992年10月-1993年4月)
1992年9月21日,中共中央政治局常委会议批准了中国载人航天工程立项实施。10月6日,北京空间飞行器总体设计部成立了载人飞船总体设计室,负责载人飞船系统总体设计工作。11月,任命了载人飞船系统的“两总”。
鉴于载人飞船系统总体和某些分系统在承担单位和队伍上存在较大变动,中国空间技术研究院决定在开展方案论证之前,开展飞船总体及分系统可行性方案的复审。复审对象是1992 年9月上报的《载人飞船工程技术、经济可行性论证报告·载人飞船系统》及相应的各分系统报告和专题报告。复审的主要内容是方案的总体优化、系统的任务和指标、系统的功能和原理以及系统的组成和接口关系。在各相关单位的大力协同下,完成了载人飞船系统可行性方案复审工作,并在1993年3月29日完成了《载人飞船可行性方案复审报告》。
通过复审,确认了载人飞船系统可行性论证提出的总体方案可行,对一些分系统的某些技术方案做了优化。
方案论证阶段(1993年4月-1993年12月)
1993年4月,载人飞船系统方案论证工作开始。
在方案论证阶段,为优化总体设计,根据不同阶段的飞行任务,研究确定了载人飞船有“飞船的标准状态”(作为天地往返运输状态)、“飞船的留轨利用作为交会对接目标状态”和“飞船初期试验状态”3种技术状态。对每一种状态都进行了分析和设计,载人飞船系统所属的13个分系统也完成了各自的方案论证。
1993年12月,《载人飞船工程载人飞船系统总体方案论证报告》通过评审后上报,1994年4月14日国防科工委就此报告对中国航天工业总公司作了批复。
方案设计阶段(1994年1月-1995年6月)
在方案设计阶段,总体及各个分系统完成了“神舟飞船号”载人飞船方案设计,确定了飞船系统的状态和各级技术要求。完成了系统级和分系统级关键技术的攻关,关键技术攻关总结报告通过了上级审查。
在此基础上,于1995年6月编写完成了《载人飞船工程载人飞船系统总体方案设计报告》,评审通过后上报,1995年12月8日国防科工委就此报告对中国航天工业总公司作了批复。
在“神舟号”载人飞船可行性论证、可行性方案复审、方案论证和方案设计阶段,载人飞船系统总体经过多方案综合比较确定了三舱方案,提出了具有中国特色的轨道舱留轨方案,学习国外经验并进行技术创新确定了逃逸救生方案,结合实际情况进行创新确定了降落伞方案,综合各方要求和约束确定了返回舱构型和布局。
“神舟号”载人飞船总体方案设计的圆满完成,为后续历次飞行任务取得圆满成功奠定了基础。
神舟号载人飞船总体主要方案和技术状态的确定
舱段组成的论证和设计
在载人飞船技术、经济可行性论证阶段,经过多方案论证后集中在两种构型,一种方案是由轨道舱、返回舱、推进舱组成的返回舱居中的三舱方案,另一种方案是由返回舱和推进舱组成的两舱方案。对这两种方案论证组进行了相同深度的论证,最后经过综合比较认为返回舱居中的三舱方案完成载人任务后,可以留轨利用,继续开展科学试验,也可以作为飞船的交会对接的目标,进行交会对接试验。最终决定采用返回舱居中的三舱方案,该方案的返回舱最大直径大,不仅解决了联盟号飞船乘坐3名航天员过于拥挤的问题,同时增大了返回舱的升阻比,使航天员返回舱的再入过载峰值限制在3~4gn,优于“双子星”号飞船的再入过载峰值。
轨道舱留轨利用方案的论证
在载人航天工程的第一步,在飞船完成最多7天的轨道运行后,在返回前将轨道舱留在空间工作半年左右,从而大大延长飞船上轨道舱(含附加段)有效载荷的工作时间,提高飞船综合的效益,这是中国的首创。经论证,在留轨舱上安装一对较小的太阳电池阵,并在轨道舱内配以相应的镉蓄电池。留轨舱上采用动量轮控制方法,以减小姿态控制推进剂的消耗量,同时在轨道舱上配置有轨道舱推进子系统和相应的其他设备,这样轨道舱可在轨道上留轨工作半年左右。飞船轨道舱可为有效载荷提供2m3、300kg的实验能力。
应急救生方案的论证和设计
载人航天的首要目标就是要保证航天员的安全。为应对飞行全过程中可能出现的危及航天员安全的故障,必须确定有效的救生措施,保证航天员安全回到地面。方案论证和方案设计阶段,分析了各阶段可能出现的主要故障,制定了全过程的应急救生方案,并与各方协调确认。同时在方案阶段应急救生系统大胆实现了技术创新,攻克了“应急救生轨道设计与接口分析”的关键技术,从而为应急救生方案的设计奠定了基础。
降落伞方案的论证和设计
1992 年 4 月,中国空间技术研究院载人飞船论证组提出“神舟号”载人飞船回收着陆分系统降落伞子系统的两种方案: 主份伞中的主伞采用冲压式可控翼伞,备份伞中的主伞采用双伞方案;主份伞中的主伞采用三伞方案,备份伞中的主伞采用双伞方案。
1993年4月至1993年6月,明确了返回舱座椅的姿态按中间座椅椅背与返回舱的纵轴呈70°夹角布置,主份伞伞舱及备份伞伞舱分别布置在中间座椅上航天员头顶的侧上方的返回舱侧壁上,并采用普通伞方案。在方案论证阶段,回收着陆分系统决定将主份伞主伞的三伞方案和备份伞主伞的双伞方案都改为单伞方案。
返回舱构型和总体布局设计
在方案论证和方案设计阶段,载人飞船系统总体比较分析了不同的气动外形及其特性。根据总体方案要求,借鉴国外经验,结合实际情况,最终选择了类“联盟号飞船”返回舱的钟形气动外形,并在两个伞舱盖上各加一个耳片,以消除返回舱再入大气层中的第二配平点。并以此对总体返回舱质量特性控制、防热结构设计、以及GNC分系统分析与设计提出设计要求和提供了气动数据。
结构组成
神舟号载人飞船由推进舱、返回舱和轨道舱组成。轨道舱是航天员生活和工作的地方。返回舱是飞船的指挥控制中心,航天员乘坐其上天和返回地面。推进舱也称动力舱,为飞船在轨飞行和返回时提供能源和动力。参加试验任务的有结构与机构、热控、电源、制导导航与控制、数据管理、推进、测控通信、回收着陆、环控生保等九个分系统。
总体参数
早期型号的“神舟”载人飞船三舱总长8m,圆柱段直径2.5m,锥段最大直径2.8m,总质量为7755kg,返回舱采用普通圆伞和着陆缓冲发动机陆地软着陆,主伞面积1200m2,着陆速度不大于3.5m/s。
后期型号根据任务不同,参数有所调整。
轨道舱
神舟号载人飞船的轨道舱为圆柱形,长2.8m,直径2.2m。其两侧安装了太阳帆板,每块帆板面积为2.0m×3.4m,用于轨道舱在独自飞行的阶段获取电力,可提供0.5kW以上的电力。轨道舱尾部配备4组小型推进发动机,每组4个,以提供辅助推力和轨道舱分离后维持轨道运动的能力。轨道舱一侧靠近返回舱部分设有一个直径仅65cm的圆形舱门,提供航天员进出轨道舱的通道,该舱门上方设有轨道舱的观察窗。轨道舱内为航天员的工作和生活场所,备有生活装置如食物、饮水、大小便收集器等,并设有仪器设备,可进行空间应用和科学实验。回收后,轨道舱将继续留在轨道上工作半年左右,相当于一颗对地观察卫星或太空实验室。
返回舱
神舟号载人飞船的返回舱采用钟形设计,长2.0m,直径2.4m(不包括防热层)内部设有舱门与轨道舱相连,内部设有最多3个斜躺式座椅,供航天员在起飞、升空和返回阶段乘坐。座椅前下方是仪表板、手控操纵手柄和光学瞄准镜等设备,以显示飞船上各个系统机器设备的状态,航天员可通过这些仪表进行监视和控制。返回舱和轨道舱均为密闭的舱段,内置环境控制和生命保障系统,以确保舱内充满1大气压力的氧氮混合气体,并将温度和湿度调节到适宜的范围,以确保航天员在整个飞行任务过程中的生命安全。
此外,返回舱内还安装有主、备两具降落伞,用于着陆。返回舱的侧壁上设有两个圆形窗口,一个用于航天员观测窗外的情景,另一个供航天员操作光学瞄准镜观测地面驾驶飞船。返回舱底座为金属架层密封结构,上面安装有返回舱的仪器设备,该底座重量轻便,且十分坚固,在返回舱返回地面进入大气层时,保护返回舱不被炙热的大气烧毁。
推进舱
神舟号载人飞船的推进舱,亦称作设备舱,采用圆柱形设计,内部集成推进系统的发动机和推进剂,为飞船提供调整姿态、轨道以及制动减速等所需动力,同时也装备有电源、环境控制和通信等部分系统设备。两侧各装有一对太阳帆板,每块帆板面积为2.0m×7.5m。该太阳帆板与前方轨道舱上的帆板相结合,使神舟飞船的总电力输出在平均1.5kW以上。这些太阳帆板可以绕与舱体的连接点旋转,使其在飞船移动时保持最佳方向,获得最大电力,无需飞船本身进行大量的机动以朝向太阳,从而保证太阳帆板对日定向的同时进行飞船对地的不间断观测。推进舱的尾部为飞船的推进系统,由四个大型主发动机组成,分布于推进舱底部正中。此外,在推进舱侧壁内部四周,还布置了四对小型纠正姿态用的推进器。此外,推进舱侧壁外还配备了辅助小型推进器。
附加段
又被称为过渡段,其通常不单独成为一个舱体。在工程设计之初,附加段是为将来与另一艘飞船或空间站交会对接做准备用的。在载人飞行及交会对接前,也可以安装各种仪器用于空间探测。从神舟八号飞行任务起,为神舟号载人飞船提供了交会对接功能。
任务记录
发射记录
任务说明
神舟一号
神舟一号飞船是中国载人航天工程中发射的第一艘无人试验飞船,飞船于1999年11月20日凌晨6点在酒泉卫星发射中心发射升空,承担发射任务的是在长征2F捆绑式火箭的基础上改进研制的长征2F载人航天火箭。在发射点火十分钟后,船箭分离,飞船准确进入预定轨道。
飞船入轨后,地面的各测控中心和分布在太平洋、印度洋上的测量船对飞船进行了跟踪测控,同时,还对飞船内的生命保障系统、姿态控制系统等进行了测试。
北京时间1999年11月21日凌晨3时41分,神舟一号飞船顺利降落在内蒙古自治区中部地区的着陆场。飞船在太空中共飞行了21个小时。
这次试验飞行没有载人,主要验证了有关创新技术。它是中国载人航天工程的首次飞行,标志着中国在载人航天飞行技术上有了重大突破,是中国航天史上的重要里程碑。
这次发射首次采用了在技术厂房对飞船、火箭联合体垂直总装与测试,整体垂直运输至发射场,进行远距离测试发射控制的新模式。中国在原有的航天测控网基础上新建的符合国际标准体制的陆海基航天测控网,也在这次发射试验中首次投入使用。飞船在轨运行期间,地面测控系统和分布于公海的4艘远望号测量船对其进行了跟踪与测控,成功进行了一系列科学试验。
神舟一号试验飞船的成功发射与回收,标志着中国载人航天技术获得了新的重大突破。
神舟二号
2001年1月10时零分,神舟二号无人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。这是中国载人工程第二次飞行试验,神舟二号飞船是第一艘正样无人飞船。飞船由轨道舱、返回舱和推进舱三个舱段组成。与神舟一号试验飞船相比,神舟二号飞船的系统结构有了新的扩展,技术性能有了新的提高,飞船技术状态与载人飞船基本一致。飞行期间,进行了空间生命科学、空间材料、空间天文和物理、微重力科学等领域的实验。
神舟二号标志着中国载人航天事业取得了新进展,向实现载人飞行迈出了重要的一步。
神舟三号
2002年3月25号22时15分,神舟飞船三号无人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空并成功进入预定轨道。神舟三号是一艘正样无人飞船,飞船技术状态与载人状态完全一致。与第二次飞行试验相比,主要是增加了逃逸和应急救生功能。飞船具备待发段和上升段应急救生功能,完善了备份伞子系统;运载火箭具备了故障检测和逃逸功能,控制分系统采用了冗余技术。
飞船装载10项44台有效载荷设备,其中返回舱13件、轨道舱11件、附加段20件,以对地观测和科学实验为主,主要包括卷云探测仪、中分辨率成像光谱仪、地球环境监测系统、多工位空间晶体生长炉、空间蛋白质结晶装置、空间细胞生物反应器、空间环境监测系统、窗口组件、有效载荷公用设备等。飞船自主飞行期间,空间应用系统主要进行了材料科学和生命科学试验,同时穿插进行部分光学遥感在轨测试试验及地球环境探测和空间环境高层大气监测仪器的试验任务。留轨期间,主要进行中分辨率成像光谱仪、卷云探测仪和地球环境探测设备的光学遥感对地探测试验,并进行空间环境高层大气监测试验。
飞船上装有的人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人,能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数。
神舟三号在轨运行7天,各系统工作正常,运行状态良好,完成了预定的全部科学实验和探测任务,取得了圆满成功。这次发射成功标志着中国载人航天工程取得了新的重要进展,为把中国的航天员送上太空打下了坚实的基础。
神舟四号
神舟四号飞船于2002年12月30日凌晨在酒泉卫星发发射中心发射升空,该飞船是在神舟一号、神舟二号飞船、神舟三号飞行任务成功的基础上,经进一步完善研制而成,其配置、功能及技术状态与载人飞船基本相同。
神舟四号是中国载人航天工程第三艘正样无人飞船,除没有载人外,技术状态与载人飞船完全一致。其按预定计划在太空飞行了6天零18小时,环绕地球108圈。飞船在轨运行期间,北京航天飞行控制中心统一调度分布在三大洋的四艘“远望”号航天测量船及各有关地面测控站,对飞船进行了持续跟踪、测量与控制。飞船在太空成功地实施了太阳能帆板展开、轨道机动、姿态确定等数百个动作,成功实施变轨,并进行了两次轨道维持。
在这次飞行中,载人航天应用系统、航天员系统、飞船环境控制与生命保障分系统全面参加了试验,先后在太空进行了对地观测、材料科学、生命科学试验及空间天文和空间环境探测等研究项目;预备航天员在发射前也进入飞船进行了实际体验。飞船在轨飞行期间,船上各种仪器设备性能稳定,工作正常,取得了大量宝贵的飞行试验数据和科学资料。
神舟五号
神舟五号载人飞船是中国在无人飞船基础上研制的第一艘载人飞船,乘有1名航天员,2003年10月15日至16日,进行了首次载人航天飞行,在轨运行1天。整个飞行期间为航天员提供必要的生活和工作条件,同时将航天员的生理数据、电视图像发送地面,并确保航天员安全返回。飞船由轨道舱、返回舱、推进舱和附加段组成。飞船的手动控制功能和环境控制与生命保障分系统为航天员的安全提供了保障。
飞船由长征2F运载火箭发射到近地点200公里、远地点350公里、轨道倾角42.4°初始轨道,实施变轨后,进入343公里的圆轨道。飞船环绕地球14圈后在预定地区着陆。
中国载人航天工程网给予评价:“神舟五号载人航天飞行任务实现了中华民族千年飞天的愿望,是中华民族智慧和精神的高度凝聚,是中国航天事业在新世纪的一座新的里程碑。”
神舟六号
2005年10月12日至16日,中国航天员费俊龙,聂海胜乘坐神舟六号载人飞船,在太空绕地球运行76圈,历时4天19小时33分,实现了多人多天飞行并安全返回主着陆场。轨道舱留轨运行了707天,开展了大量的科学实验,为长寿命空间飞行器的研制积累了经验。神舟六号载人飞船与神舟五号在外形上没有差别,仍为推进舱、返回舱、轨道舱的三舱结构,重量基本保持在8吨左右,用长征二号系列运载火箭F型运载火箭进行发射。它是中国第二艘搭载航天员的飞船,也是中国第一艘执行“多人多天”任务的载人飞船。
飞船上新增加了40余台设备和6个软件,使飞船的设备达到600余台,软件82个,元器件10万余件,做出了4个方面110项技术改进。
围绕两人多天任务的改进:食品柜得到真正使用,通过水箱和单独的软包装两种方式准备了航天员用水。扩大了冷凝水箱,把所有裸露管线都贴上了吸水材料,确保飞船湿度控制在80%以下。
在轨道舱功能使用方面做了改进,放置了食品加热装置和餐具等。轨道舱中挂有一个睡袋,供两名航天员轮流休息用。轨道舱中还有一个专门的清洁用品柜,航天员可以用里面的温巾等物品进行清洁。大小便收集装置这次也是首次使用。
在提高航天员安全性方面也做了改进,对航天员的坐椅缓冲器进行了重新设计,使返回前坐椅提升后航天员可以看到舷窗外的情况。研制成功了返回舱与轨道舱之间的舱门密闭快速自动检测装置。研制出一种专用抹布,这种布不产生纤维、静电、异味,专门用来清洁舱门。
此外,还进行了持续性改进,“黑匣子”不仅存储量比原来大了100倍,而且数据的写入和读出速度也提高了10倍以上,体积却不到原来的一半。
神舟七号
神舟七号载人飞船于2008年9月25日21时10分在酒泉卫星发射中心由新型长征二号F遥七火箭发射,翟志刚、刘伯明、景海鹏3名航天员搭乘神舟七号飞船进入太空。共在轨飞行2天20小时27分,绕地球飞行45圈后,于9月28日17时37分安全着陆。
此次任务中,长征2F运载火箭将神舟七号飞船准确送入太空预定轨道;航天员飞行乘组出色完成了各项预定的操作项目,其中,航天员翟志刚着“飞天”舱外航天服、刘伯明着“海鹰”舱外航天服,互相配合,成功完成了空间出舱活动,航天员翟志刚在舱外取回了科学试验材料并进行了太空行走。出舱活动结束后,释放了伴飞卫星,并将绕轨道舱进行伴飞试验。飞船在轨期间,还成功进行了“天链一号”卫星数据中继试验。任务实施过程中,俄方专家对“海鹰”舱外航天服提供了有力的技术支持,中俄两国在此次飞行任务中的成功合作,为双方下一步开展更深入的合作创造了条件。
神舟七号飞船任务后,中国成为世界上第三个独立掌握空间出舱关键技术的国家。
神舟八号
神舟八号飞船于2011年11月1日5时58分在酒泉卫星发射中心新型长征二号系列运载火箭F遥八火箭发射。神舟八号飞船为改进型载人飞船,沿用返回舱、推进舱和轨道舱三舱结构,全长9m,舱段最大直径2.8m,起飞质量为8082kg。增加了微波雷达、激光雷达、CCD敏感器等交会测量设备,以及主动式对接机构,具备自动和手动交会对接与分离功能。对接机构采用导向板内翻式的异体同构周边式构型,对接后可形成0.8m的航天员转移通道。神舟八号飞船首次交会对接为无人自动交会对接试验,对接目标飞行器为天宫一号,追踪飞行器为神舟八号飞船。交会对接飞行过程分为远距离导引段、自主控制段、对接段、组合体飞行段和分离撤离段。远距离导引段自神舟八号飞船入轨后开始,在地面测控通信系统的导引下,神舟八号飞船经五次变轨,从初始轨道转移到330km的近圆轨道,在距天宫一号目标飞行器后下方约52km处,与天宫一号目标飞行器建立稳定的空空通信链路,开始自主导航。自主控制段经历寻的、接近和平移靠拢三个阶段,神舟八号飞船通过交会对接测量设备,自主导航至与天宫一号目标飞行器接触,自主控制飞行过程约144分钟。对接段从对接机构接触开始,在15分钟之内完成捕获、缓冲、拉近和锁紧四个过程,最终实现两飞行器刚性连接,形成组合体。
天宫一号与神舟八号的成功交会对接标志着中国空间交会对接技术取得重大突破,是中国载人航天事业发展历程中的重要里程碑。
神舟九号
神舟九号载人飞船于2012年6月16日18时37分在酒泉卫星发射中心由新型长征二号系列运载火箭F遥九火箭发射。神舟九号飞船与神舟八号飞船技术状态基本一致,为进一步提高安全性与可靠性,进行了部分技术状态更改。飞船全长9m,舱段最大直径2.8m,起飞质量不大于8130kg。
神舟九号飞船入轨后,经地面远距离导引和自主控制飞行,于6月18日14时14分,在距地面高度343km的近圆轨道上,与天宫一号目标飞行器成功实现自动交会对接,形成组合体,18日17时07分,航天员景海鹏首次成功进驻天宫一号,随后,刘旺、刘洋依次进驻。
6月24日11时12分,天宫一号与神舟九号组合体分离,神舟九号自动撤离至距天宫一号400m处。随后,神舟九号逐渐接近天宫一号,至140m停泊点,神舟九号飞船转由航天员手动控制。航天员刘旺操作平移和姿态手柄,在航天员景海鹏、刘洋的密切配合下,控制神舟九号飞船向天宫一号目标飞行器接近。12时55分,神舟九号与天宫一号成功对接,第二次形成组合体,航天员再次进入天宫一号。
组合体飞行期间,3名航天员在轨正常工作和生活,开展了一系列的空间科学实验和技术试验。
6月28日9时24分,航天员刘旺手动控制神舟九号与天宫一号目标飞行器再次分离,并撤离至140m停泊点,飞船转自主控制,继续撤离至5公里外安全距离,并开展了重入自主控制至140m停泊点的交会飞行试验。
2012年6月29日9时17分,飞船进入返回程序,于10时03分准确降落在预定区域。天宫一号目标飞行器抬高运行轨道,最终进入高度约370km的长期运行轨道。
神舟九号任务圆满成功标志着中国载人航天工程第二步任务取得了重大成果,为今后的载人航天的发展、空间站的建设奠定了良好的基础。
神舟十号
神舟十号载人飞船于2013年6月11日17时38分,在酒泉卫星发射中心由长征二号系列运载火箭F遥十火箭发射。神舟十号飞船与神舟九号技术状态基本一致,为进一步提高安全性与可靠性,进行了部分技术状态更改。飞船全长9m,舱段最大直径2.8m。飞行乘组由3名航天员组成,其中1名为女航天员,分别是聂海胜、张晓光、王亚平;飞船在轨飞行10余天,飞船与天宫一号进行了两次交会对接,第一次为自动交会对接,第二次由航天员手动控制完成。
神舟十号入轨后,经地面远距离导引和自主控制飞行,于6月13日13时18分与天宫一号实现自动交会对接,16时17分,航天员顺利进驻天宫一号。6月20日10时04分至52分,航天员王亚平在聂海胜、张晓光的配合下,为全国6000多万中小学生进行了太空授课,演示了失重环境下一些独特的物理现象,并进行了天地互动交流。
6月23日8时26分,在张晓光和王亚平的密切配合下,指令长聂海胜手动控制神舟十号与天宫一号分离并撤离至天宫一号一定距离处,随后,手动控制神舟十号与10时07分再次与天宫一号成功对接,航天员再次进驻天宫一号。
6月25日7时05分,神舟十号飞船自动撤离天宫一号。尔后,开展了飞船绕飞等技术试验。
6月26日7时19分,飞船进入返回程序,返回舱于8时07分准确降落在预定区域。同时,天宫一号已恢复至长期运行轨道。
神十任务实现了中国载人航天飞行任务的连战连捷,为工程第二步第一阶段任务划上了圆满的句号,也为后续载人航天空间站的建设奠定了良好的基础。
神舟十一号
神舟十一号载人飞船由长征二号F遥十一火箭于2016年10月17日7时30分在酒泉卫星发射中心发射,随后与天宫二号对接形成组合体,飞行乘组由2名男航天员组成,分别是景海鹏、陈冬,进行了为期30天的驻留,完成了一系列空间科学实验和技术试验。神舟十一号飞船与神舟十号技术状态基本一致,根据任务和产品研制需要,进行了部分技术状态更改。
10月19日3时31分,神舟十一号飞船在距地面393公里的近圆轨道与天宫二号实现自动交会对接,形成组合体;06时32分,两名航天员顺利进驻天宫二号。
组合体飞行期间,两名航天员在轨正常工作和生活,按预定计划开展了失重生理效应研究、人机协同在轨维修等一系列科学实验和技术试验;成功释放伴随卫星,并对组合体进行了近距离观测与拍摄;伽玛暴偏振探测、空间冷原子钟、新型材料制备等应用项目也取得了丰富的数据和初步成果。
11月17日12时41分,神舟十一号与天宫二号实施分离。尔后,开展了快速变轨控制验证试验。11月18日13时11分,飞船进入返回程序,13时59分,返回舱顺利降落主着陆场。同时,天宫二号转入独立运行状态,继续开展空间应用和科学实验。
神舟十二号
神舟十二号载人飞船由长征二号系列运载火箭F遥十二运载火箭于2021年6月17日9时22分从酒泉卫星发射中心发射升空,随后与天和核心舱对接形成组合体,3名航天员进驻核心舱,进行了为期3个月的驻留,在轨飞行期间进行了2次航天员出舱活动,开展了一系列空间科学实验和技术试验,在轨验证了航天员长期驻留、再生生保、空间物资补给、出船活动、船外操作、在轨维修等空间站建造和运营关键技术。
2021年7月4日8时11分,航天员刘伯明成功开启天和核心舱节点舱出舱舱门,11时02分,航天员刘伯明、汤洪波身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服,先后从天和核心舱节点舱成功出舱,并完成在机械臂上安装脚限位器和舱外工作台等工作。并在机械臂支持下,相互配合开展空间站舱外有关设备组装等作业。期间,在舱内的航天员聂海胜配合支持两名出舱航天员开展舱外操作。
2021年8月20日8时38分,航天员聂海胜成功开启天和核心舱节点舱出舱舱门,10时12分,航天员聂海胜、航天员刘伯明身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服,先后从天和核心舱节点舱成功出舱,并完成在机械臂上安装脚限位器和舱外工作台等工作。并在机械臂支持下,相互配合开展空间站舱外有关设备安装等作业。期间,在舱内的航天员汤洪波配合支持两名出舱航天员开展舱外操作。
2021年9月17日12时43分,北京航天飞行控制中心通过地面测控站发出返回指令,神舟十二号载人飞船轨道舱与返回舱成功分离。此后,飞船返回制动发动机点火,返回舱与推进舱分离。13时34分,神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,空间站阶段首次载人飞行任务取得圆满成功。此次是东风着陆场首次执行载人飞船搜索回收任务。
神舟十二号载人飞行任务的圆满成功,为后续空间站建造运营莫定了更加坚实的基础。
神舟十三号
神舟十三号载人飞船于2021年10月16日0时23分在酒泉卫星发射中心由长征二号系列运载火箭F遥十三运载火箭发射。飞船入轨后顺利完成入轨状态设置,于北京时间2021年10月16日6时56分,采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱径向端口,与此前已对接的天舟二号货运飞船、天舟三号货运飞船一起构成四舱(船)组合体,整个交会对接过程历时约6.5小时。3名航天员随后将从神舟十三号载人飞船进入天和核心舱。在顺利进驻空间站天和核心舱后,2021年10月17日9时50分,神舟十三号航天员乘组成功开启货物舱舱门,并顺利进入天舟三号货运飞船。按计划,航天员乘组开启了天舟二号货运飞船货物舱舱门,并开展货物转运等相关工作。
2021年11月7日18时51分,航天员翟志刚成功开启天和核心舱节点舱出舱舱门,截至20时28分,航天员翟志刚、航天员王亚平先后从天和核心舱节点舱成功出舱,中国首位出舱航天员翟志刚时隔13年后再次进行出舱活动;王亚平成为中国首位进行出舱活动的女航天员,迈出了中国女性舱外层空间行走第一步。两名出舱航天员在机械臂支持下,配合开展了机械臂悬挂装置与转接件安装和舱外典型动作测试等作业。期间,在舱内的航天员叶光富配合支持两名出舱航天员开展舱外操作。2021年11月8日1时16分,经过约6.5小时的出舱活动,航天员翟志刚、航天员王亚平安全返回天和核心舱,出舱活动取得圆满成功。
2021年12月9日15时40分,翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行太空授课,这是中国空间站首次太空授课活动。在约60分钟的授课中,神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富介绍展示了空间站工作生活场景,演示了微重力环境下细胞学实验、人体运动、液体表面张力等现象,并讲解了实验背后的科学原理。授课期间,航天员通过视频通话形式与地面课堂师生进行了实时互动交流。
2021年12月26日18时44分,神舟十三号航天员叶光富成功打开天和核心舱节点舱舱门,航天员叶光富于18时50分、航天员翟志刚于19时37分,身着中国新一代“飞天”舱外航天服,先后从天和核心舱节点舱成功出舱,并协同开展空间站舱外全景相机C抬升、自主携物转移验证等操作。期间,驻守舱内的航天员王亚平配合地面操控机械臂,支持两名出舱航天员开展舱外作业。
2022年3月23日15时44分,翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行第二次太空授课。在约45分钟的授课中,翟志刚、王亚平、叶光富演示了微重力环境下太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验,同时展示了部分空间科学设施,介绍了在空间站的工作生活情况。授课期间,航天员通过视频通话形式与地面课堂师生进行了互动交流。
2022年4月16日09时06分,北京航天飞行控制中心通过地面测控站发出返回指令,神舟十三号载人飞船轨道舱与返回舱成功分离。此后,飞船返回制动发动机点火,返回舱与推进舱分离。09时56分,神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,现场医监医保人员确认航天员翟志刚、王亚平、叶光富身体状态良好,神舟十三号载人飞行任务取得圆满成功。
神舟十三号载人飞行任务的圆满成功,标志着空间站关键技术验证阶段任务圆满完成,中国空间站即将进入建造阶段。
神舟十四号
神舟十四号载人飞船于2022年6月5日10时44分在酒泉卫星发射中心由长征二号系列运载火箭F遥十四运载火箭发射。约577秒后,神舟十四号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,飞船入轨后,按照预定程序,采用自主快速交会对接模式,经过6次自主变轨,于北京时间2022年6月5日17时42分,成功对接于天和核心舱径向端口,整个对接过程历时约7小时。在神舟十四号载人飞船与空间站组合体成功实现自主快速交会对接后,航天员乘组从返回舱进入轨道舱。按程序完成各项准备后,航天员陈冬成功开启天和核心舱舱门,2022年6月5日20时50分,航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲依次全部进入天和核心舱。并按计划开展相关工作。
2022年6月6日11时9分,已进驻空间站天和核心舱的神舟十四号航天员乘组成功开启天舟一号货运飞船四号货物舱舱门,在完成环境检测等准备工作后,于12时19分顺利进入天舟四号货运飞船,按计划开展货物转运等相关工作。
2022年9月1日18时26分,航天员陈冬成功开启问天实验舱气闸舱出舱舱门。至19时09分,航天员陈冬、航天员刘洋成功出舱,并完成安装脚限位器和舱外工作台等工作。在小机械臂的支持下,进行了问天实验舱扩展泵组安装、问天实验舱全景相机抬升等作业,并开展舱外自主转移应急返回能力验证。期间,航天员蔡旭哲在核心舱内配合支持两名出舱航天员开展舱外操作。
2022年9月17日13时35分,航天员蔡旭哲成功开启问天实验舱气闸舱出舱舱门。在航天员陈冬的配合下,蔡旭哲完成了脚限位器和舱外工作台的安装。后续通过小机械臂的支持,航天员完成了舱外助力手柄和载荷回路扩展泵组的安装工作。这是问天实验舱上安装的第二个扩展泵组。15时33分,航天员陈冬成功出舱。航天员出舱活动期间,先后完成了舱外助力手柄安装、载荷回路扩展泵组安装、舱外救援验证等任务,全过程顺利圆满,进一步检验了航天员与小机械臂协同工作的能力、验证了问天实验舱气闸舱和出舱活动相关支持设备的功能性能。航天员刘洋在核心舱内对舱外两名航天员进行支持。
2022年11月17日11时16分,航天员陈冬、蔡旭哲成功开启气闸舱出舱舱门完成出舱,航天员刘洋在核心舱内配合支持。航天员出舱活动期间,首先完成了天和核心舱与问天实验舱舱间连接装置、天和核心舱与梦天实验舱舱间连接装置安装,航天员蔡旭哲通过该装置实现了首次跨舱段舱外行走。此外,还完成了问天实验舱全景相机A抬升和小机械臂助力手柄安装等任务。这是空间站“T”字基本构型组装完成后的首次航天员出舱活动,首次检验了航天员与组合机械臂协同工作的能力,进一步验证了问天实验舱气闸舱和出舱活动相关支持设备的功能性能。
2022年12月2日晚,神舟十四、神舟十五号航天员乘组进行交接仪式,两个乘组移交了中国空间站的钥匙。中国空间站正式开启长期有人驻留模式。
2022年12月4日19时20分,北京航天飞行控制中心通过地面测控站发出返回指令,神舟十四号载人飞船轨道舱与返回舱成功分离。此后,飞船返回制动发动机点火,返回舱与推进舱分离。20时09分,神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,现场医监医保人员确认航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲身体状态良好,神舟十四号载人飞行任务取得圆满成功。
神舟十五号
神舟十五号载人飞船于2022年11月29日23时08分在酒泉卫星发射中心由长征二号F遥十五运载火箭发射。约10分钟后,神舟十五号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道。
2022年11月30日5时42分,神舟十五号载人飞船按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接,成功对接于空间站天和核心舱前向端口,整个对接过程历时约6.5小时。
2022年11月30日7时33分,神舟十四号航天员乘组打开舱门,与神舟十五号航天员乘组汇合,并留下合影。
2023年2月10日00时16分,经过约7小时的出舱活动,神舟十五号航天员费俊龙、邓清明、张陆密切协同,完成了梦天舱外扩展泵组安装等任务。
未来规划
神舟十六号载人飞行任务
发射时间:2023年5月
发射地点:酒泉卫星发射中心
飞行乘组:由3名航天员组成
空间站构型:神舟十六号对接于核心舱径向端口,形成三舱三船组合体。
主要任务:实施航天员出舱活动和货物气闸舱出舱任务;继续开展空间科学实验和技术试验;开展平台管理工作、航天员保障相关工作以及科普教育等重要活动。
神舟十七号载人飞行任务
发射时间:2023年10月
发射地点:酒泉卫星发射中心
飞行乘组:由3名航天员组成
空间站构型:神舟十七号对接于核心舱前向端口,形成三舱三船组合体。
主要任务:实施航天员出舱活动和货物气闸舱出舱任务;继续开展空间科学实验和技术试验;开展平台管理常规工作、航天员保障相关工作以及科普教育等重要活动。
总体评价
神舟飞船突破了载人飞船再入升力控制、应急救生、软着陆、GNC故障诊断、舱段间分离、防热等13项关键技术。神舟飞船“三舱一段”的结构与总体方式具有鲜明的中国特色,神舟飞船起点高,一步到位,智能化程度较高。虽然中国载人航天工程起步较晚,却一步迈过美苏的四十年发展历程,实现了跨越式的发展。
神舟飞船的起飞质量和座舱最大直径,都远远大于美国“水星”号和苏联“东方”号。神舟飞船的构形比“水星”号和“东方”号的两舱构形具有更多的功能,在舱段间的电、气、液路连接与分离技术等技术方面也更复杂。在电源方面神舟飞船采用了太阳电池阵为主的电源方案,这比“水星”号、“东方”号的电源系统技术上有了很大的进步。尤其是神舟飞船采用了升力式返回再入,由GNC分系统进行再入过程中的升力控制,这是比弹道式再入更为先进的返回方式,可以大大提高飞船返回着陆点的精度和降低再入过载峰值,减轻航天员返回地面时承受过载的痛苦。神舟飞船与20世纪90年代国外的先进载人飞船相比,从再入方式、着陆精度和再入过载峰值等指标上大致与联盟TM飞船相当,并为航天员的工作和生活创造了更为舒适的环境。神舟是中国天地往返运输的优良工具,堪称摆渡天河的真正神舟。
参考资料
载人飞船系统.中国载人航天工程.2023-02-15
神舟飞船 Shenzhou spaceship.中国空间技术研究院.2023-02-15
中国载人航天工程简介.国家航天局.2023-02-15
回眸 | “神二”飞天22周年,回顾“神舟号”载人飞船总体方案形成过程.中国载人航天工程.2023-02-15
神舟一号:横空出世.中国载人航天工程.2023-02-15
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神舟七号载人航天飞行任务圆满成功 国新办在京举行新闻发布会.中国载人航天工程.2023-02-15
人民网评:神八升空 梦更近了.中国载人航天工程.2023-02-15
中国载人航天工程总指挥常万全宣布神舟九号飞船发射成功.中国载人航天工程.2023-02-15
神舟十号飞船发射取得圆满成功.中国载人航天工程.2023-02-15
神舟十一号载人飞船发射圆满成功.中国载人航天工程.2023-02-15
神舟十二号载人飞船发射圆满成功.中国载人航天工程.2023-02-15
神舟十三号载人飞船发射取得圆满成功.中国载人航天工程.2023-02-15
神舟十四号载人飞船发射取得圆满成功.中国载人航天工程.2023-02-15
神舟十五号载人飞船发射取得圆满成功.中国载人航天工程.2023-02-15
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神舟九号.国家航天局.2023-02-15
天宫一号与神舟九号载人交会对接任务第三场新闻发布会.中国载人航天工程.2023-02-15
神舟十号.国家航天局.2023-02-15
天宫一号与神舟十号飞行任务第二场新闻发布会.中国载人航天工程.2023-02-15
神舟十一号.国家航天局.2023-02-15
天宫二号与神舟十一号载人飞行任务新闻发布会召开.中国载人航天工程.2023-02-15
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