神舟二号
神舟二号(简称:神二,英文名:Shenzhou-2)是中国载人航天工程发射的第二艘飞船,也是中国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。
神舟二号于2001年1月10日在酒泉卫星发射中心发射升空,在太空飞行6天零18小时,环绕地球108圈后,于2001年1月16日在内蒙古自治区中部地区着陆。在飞船自主飞行期间,进行了半导体光电子材料、氧化物晶体、金属合金等多种材料的晶体生长实验;进行了蛋白质和其他生物大分子的空间晶体生长实验;开展了植物、动物、水生生物、微生物及离体细胞和细胞组织的空间效应实验;对宇宙γ射线和空间环境进行探测。
神舟二号的成功发射和返回,表明中国载人航天工程技术日臻成熟,为最终实现载人飞行奠定了坚实基础。同时,利用飞船有效载荷开展的一系列空间科学试验,是中国首次在自己研制并发射的飞船上进行多学科、大规模和前沿性的空间科学与应用研究,标志着中国空间科学研究和空间资源的开发进入了新的发展阶段。
历史背景
1986年,邓小平批准实施“863”计划,计划以载人飞船开始起步,最终建成中国的空间站。1992年,中国载人航天工程正式立项,并确定按照“三步走”的战略实施。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。
1999年11月20日,中国自主研制的第一艘试验飞船神舟一号发射成功,经过21小时11分的太空飞行顺利返回地球。中国载人航天工程首次飞行试验取得成功。
技术特点
结构组成
神舟二号飞船由轨道舱、返回舱和推进舱三个舱段组成。与神舟一号飞船相比,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。
携带物品
神舟二号飞船共携带64件仪器设备,其中返回舱里15件,轨道舱有12件,附加段有37件。这些仪器设备有进行空间材料科学试验的多工位空间晶体生长炉和空间晶体生长观察装置;有进行空间生命科学试验的空间蛋白质结晶装置和空间通用生物培养箱;有进行空间天文观测的太阳和宇宙天体高能辐射监测仪,包括超软X射线探测器、X射线探测器和γ射线探测器;有进行空间环境探测的大气成份探测器、大气密度探测器和固体径迹探测器;还有有效载荷公用系统、微重力测量仪等。其他搭载物还包括蔬菜、花卉种子和树苗等,如专为西部开发和北京周边绿化而搭载的杨树苗和红豆杉苗。
技术变化
神舟二号是中国首次正样飞船发射试验,与神舟一号试验飞船相比,神舟二号增加了3种主要系统功能,即留轨运行、舱内环境控制和应急救生。在这次任务中,船上13个分系统均参加飞行试验,凡是与航天员生命环境保障有关的设备基本上都采用了真实件。
相关系统
运载火箭系统
发射神舟二号飞船的长征二号F运载火箭是中国为载人航天工程而研制的捆绑式大推力运载火箭,由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成。为适应载人航天的需求,长征二号F火箭除对箭体结构、动力装置系统、控制系统、遥测系统等进一步提高可靠性外,还增加了故障检测和逃逸救生系统,以提高载人航天的安全性。与发射神舟一号相比,发射神舟二号飞船的运载火箭增加了故障监测系统。这次试验还首次考验了逃逸救生系统。
飞船应用系统
神舟二号飞船自主飞行期间载人航天应用系统第一次全系统执行在轨飞行试验任务,主要进行材料科学、生命科学试验,同时穿插进行部分对地观察设备的在轨测试试验及空间天文、环境监测仪器的试验任务。留轨期间主要进行对地观测试验、空间天文观测和以高层大气为主的空间环境监测试验。
空间材料科学试验
由于太空中几乎没有重力,在这种特殊的环境中,可以生长出地面上得不到的结构完整、性能优良的晶体材料。因此,在飞船上进行空间材料科学试验,对于获取高品质的功能晶体材料,了解晶体材料生长过程中对晶体品质的影响,指导地面批量生产,具有重要意义。
在飞船上安装有材料科学通用装置——多工位空间晶体生长炉,科研人员利用其进行半导体光电子材料、氧化物晶体、金属合金和非晶合金等材料的晶体生长,研究太空微重力条件下各种效应对晶体材料生长过程的影响规律。由于在太空中克服了不利于获得高品质晶体材料生长的诸多因素的影响,加上对微重力条件下晶体生长特殊规律的深入研究,有可能在空间获得高性能的用于高新技术领域的晶体。
为了观察晶体生长过程,科研人员还设计了一种特殊的安装在飞船上的空间晶体生长观察装置,利用摄像机全过程拍摄空间微重力条件下氧化物单晶的生长过程,通过对空间晶体熔化和结晶过程图像的分析,研究晶体生长动力学和重力对流消失后各种效应对晶体生长的影响。通过在空间对晶体材料生长机理和生长工艺的深入研究,可以指导地面晶体材料生产过程,改进工艺,提高晶体质量,推进材料科学及工程的发展。
空间生命科学研究
空间环境独特的微重力、高能辐射、节律变化是生命科学研究与应用的新领域。空间生命科学研究有助于揭示,因重力掩盖在地面环境下不可能获知的一些本质特征,有助于获取或生产高纯、高效和高值的生物制品,发展新的空间生物工程方法。
科研人员利用神舟二号飞船上装载的蛋白质结晶装置,进行15种蛋白质和其他生物大分子的空间晶体生长,获取能用X射线衍射等方法进行大分子三维结构测定的单晶体,为新型高效药物和生物制品的设计、生产探索出新的方式。
神舟二号所进行的空间生物效应研究,是中国航天领域首次多物种、多种生物综合性生物学研究。科研人员利用神舟二号飞船上装载的两只空间通用生物培养箱,以集约化支持的方式同时开展植物、动物、水生生物、微生物及离体细胞和细胞组织共19种生物,25种生命形态的空间环境效应实验。从细胞、组织、个体、种群和简单生态系统不同层次上研究生物体和生物封闭系统的空间生物学效应,争取发展出空间生物加工的共培养技术、反应器技术和发现高效、高质生命物质的特殊代谢途径;争取利用空间环境诱发变异获得具有优良性状和经济价值的生物品系;提供空间生命过程调控的新技术、新思路。
空间天文观测
神舟二号飞船上携带了进行空间天文观测的超软X射线探测器、X射线探测器和γ射线探测器。通过对X射线和γ射线的探测和分析,对研究宇宙γ射线暴的起源、产生机制、爆发的能谱及时变特征等有重要的科学意义。太阳耀斑中质子耀斑产生的高能质子辐射,对载人飞船有很大威胁,对短波通讯、洪涝灾害等也有直接影响。通过对太阳高能辐射变化的观测研究可以判断耀斑性质,可能提前几十小时对质子事件作出警报,在太阳活动高年期间对太阳高能电磁辐射进行监测,具有重要的科学意义和对载人航天器的安全保障作用。中国天文学家以神舟二号飞船为平台,同样利用由上述设备组成的宽能区、高时间分辨率谱仪,在进行宇宙γ射线暴探测研究的同时兼顾太阳耀斑高能辐射监测。这是中国首次对γ暴和太阳耀斑进行空间探测。
测控通信系统
神舟二号飞船在轨运行期间,分布在大西洋、太平洋和印度洋上的四艘远望号航天测量船及各有关地面测控站组成的陆海基地航天测控网,由北京航天指挥控制中心统一调度和指挥,按照预定的测控方案,对飞船进行了持续跟踪、测量与控制。向飞船发出一系列遥控指令和控制数据,确保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。
从船箭分离至跟踪结束,四艘远望号测量船航天测量船持续在三大洋上跟踪测控7天共108圈,完成了神舟二号飞船飞行段各圈可观测弧段的测控通信任务,完成了太阳帆板展开、数据注入、变轨控制、轨道维持和返回制动控制等事关试验全局的关键性控制指令,标志着中国低轨航天器的海上测控技术取得了新的突破。
发射场系统
神舟二号飞船发射场是中国“九五”期间自主建造的新型航天发射设施,它既可以发射飞船也可以发射卫星。发射场采用具有国际水平的垂直总装、垂直测试、垂直运输模式和远距离测试、发射控制方式。自发射神舟一号试验飞船以后,又进行了新的技术改造和完善,并通过了国家验收。酒泉卫星发射中心新型航天发射工位,也在本次任务中正式投入使用。
着陆场系统
神舟二号着陆场在内蒙古自治区中部地区,由4架直升机和6辆搜索车担负飞船回收任务。
任务经过
发射升空
2001年1月10日1时零分,神舟二号飞船在酒泉卫星发射中心由长征二号系列运载火箭F型运载火箭发射升空,后进入距地球表面高度近地点为200公里、远地点为340公里的椭圆轨道。
在轨活动
2001年1月10日21时至22时,经过北京航天指挥控制中心的精确测控,神舟二号完成飞船变轨,飞船进入距地球表面340公里高的圆轨道上。1月12日20时,为了应对神舟二号飞船在飞行过程中轨道高度逐渐衰减,在北京航天指挥控制中心的统一指挥和调度下,由陆海基航天测控网对神舟二号飞船实施首次轨道维持。
返回着陆
2001年1月16日18时33分,当环绕地球运行最后一圈的神舟二号飞临南大西洋海域上空时,远望三号航天测量船向其发出了返回命令。随后,飞船完成相应的调姿、舱段分离、返回制动、点火。19时22分,神舟二号在内蒙古地区成功着陆。
科学成果
在空间天文研究中,获得了多个宇宙γ暴完整的光变曲线、能谱和时间结构,发现有超软X射线、硬X射线到γ射线宽能谱覆盖的事例,这是中国在γ暴实测研究这一前沿领域的重要突破,证明中国自己研制的探测器系统已达到国际同类设备的先进水平。
在空间环境探测中,获得了详细的大气成分质谱图和大气密度实测数据,这一成果具有重要的应用价值,其中首次获得的准全球大气密度周日变化分布图,具有重要的科学意义。
通过对回收的金属合金、金属复合材料等空间材料科学实验样品的分析,表明中国自行研制的空间多工位材料晶体生长炉和相应的空间晶体生长工艺取得了突破性进展,在微重力材料科学研究方面上了一个台阶。
生物培养箱离心机、光照和温度控制在飞行中完全正常,表明中国空间生物效应实验的实验设计、实验方法等上了一个新的台阶,实验工艺和流程日趋成熟,为进一步开展空间生命科学和应用研究奠定了基础。
评价与意义
意义
神舟二号在太空飞行了7天,尽管返回着陆时没有完全达到所预期的目标,但通过神舟二号的发射,进一步完善了设计,并解决了产品暴露出的质量、技术方面的问题,为以后的飞行试验提供了宝贵经验,奠定了坚实基础。
中国空间科学和应用研究在神舟二号飞船上取得的科研成果,标志着中国的空间科学和应用研究实现了新的跨越,对中国科学技术和国民经济发展将起到积极的促进作用。
评价
神舟二号飞船的发射成功,对中国全面掌握和突破载人航天技术具有重要意义,下一步还要进行若干次无人飞行试验,在此基础上,实施载人航天飞行,把中国的航天员送上太空。——人民网股份有限公司
这次神舟二号飞船围绕“载人”进行的试验系统成倍增加,飞行时间也由神舟一号的不到一天,大幅增加到七天,意义不同寻常,可以说中国航天飞行几乎只差真人入舱,只要再取得三到四次无人飞行试验的成功,技术准备相对成熟的时候,中国就可实施载人航天飞行了,这比美国及前苏联的实验准备时间大大缩短。——法国《欧洲时报》
神舟二号将为中国把太空人送上太空发挥起步作用,这一成就,使越来越多的人相信,中国古老的飞天梦想将不仅仅是传说,中国宇航员上天的日子又近了一大步。——美国《国际日报》
争议事件
延期发射
2000年12月31日,负责运载神舟二号的长征二号系列运载火箭F火箭因基地发射站一个工作人员操作失误,发射平台意外启动,已经处于垂直对接状态的重达40多吨的火箭与十一层平台撞在一起。经过一番检测,火箭一共被碰伤18处,原定于2001年1月5日的发射被迫取消。经过连续两天的细致检测与分析,13位权威专家一致认为:碰撞产生的力量小于火箭的设计承受力量,撞击位置距离火箭关键气路就差几毫米,而这个数值恰好还在安全范围内。随后,经过紧张的准备,火箭再次等待发射,并于2001年1月10日发射成功。
降落伞故障
2017年5月16日,杨利伟在接受采访时表示:“神舟二号返回时,降落伞没有打开,返回舱硬着陆,如果人在里面必死无疑。”
参考资料
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人民网:我国第一艘无人飞船“神舟二号”发射成功.新浪科技.2023-04-04
我国向实现载人飞行迈出重要一步 神舟二号飞船发射成功.中国载人航天工程.2023-03-05
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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.2023-04-04
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“神舟二号”圆满完成空间科学和技术试验.新浪科技.2023-04-04
“神舟二号”太空飞行7昼夜 圆满完成实验任务.新浪科技.2023-04-04
载人航天扬国威——访中国载人航天工程总设计师周建平.中国共产党新闻网.2023-03-18
探寻中国空间站建造之路 “太空家园”即将三舱合一.中华人民共和国国防部.2023-03-18
新闻背景:中国“神舟”飞船无人飞行试验历程.新浪新闻.2023-03-28
“神舟二号”轨道舱继续环绕地球进行科学试验.新浪科技.2023-04-04
长篇综述:“神舟二号”上都有什么.新浪科技.2023-03-31
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壁中春雷--“神舟二号”飞船发射现场侧记(2).新浪科技.2023-04-04
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黄菊徐匡迪祝贺上海“神舟二号”试验队凯旋.新浪科技.2023-04-04
我国近2000项空间技术已移植国民经济.中国载人航天工程.2023-04-04
空间应用系统在神舟二号飞行任务中的应用.中国载人航天工程.2023-03-05
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新华网:“神舟二号”无人飞船准确返回地面.新浪科技.2023-04-04
神舟呼啸傲长空--我国载人航天取得新进展.新浪科技.2023-04-04
环绕地球108圈 “神舟二号”成功着陆.新浪科技.2023-04-04
航天测量船“远望号”追踪“神舟二号”.新浪科技.2023-04-04
“神舟二号”无人飞船在内蒙古成功着陆.中国新闻网.2023-04-05
新华网:“神舟二号”测控回收纪实.新浪科技.2023-04-05
中科院与载人航天工程.中国科学院.2023-04-05
小知识:“神舟二号”飞船的变轨是怎么回事?.新浪科技.2023-04-05
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发射前的意外一撞,神舟二号差点上不了天.中国新闻网.2023-04-16
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