神舟和天宫,中国载人航天工程回顾

<神舟>和<天宮>

中國載人航天工程的回顧與展望

手動翻頁從1999年11月20日神舟一號成功發射，到今年6月26日神舟十號的安全著陸;從無人到有人，單人到多人，從一天到多天，環遊太空到出艙行走，從神舟八號和天宮一號對接到<神十>女性航天員的太空授課……短短十四年間，神舟系列飛船見證了大陸載人航天事業突飛猛進的發展。循著歷史的足跡向前追溯：1992年9月21日，大陸決定實施<神舟飛船載人航天工程>，並確定了三步走的發展策略。第一步，發射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船，開展空間應用實驗。第二步，突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術，並利用載人飛船技術改裝、發射空間實驗室，解決一定規模、短期有人照料的空間應用問題。第三步，建造載人空間站，解決較大規模、長期有人照料的空間應用問題。神舟五號和神舟六號飛行任務的圓滿成功，象徵實現了工程第一步的任務目標。神舟七號任務的成功，標誌著大陸掌握了航天員空間出艙活動關鍵技術；天宮一號與神舟八號和神舟九號交會對接任務的圓滿成功，代表中國突破和掌握了自動和手動控制交會對接技術；神舟十號飛行任務則是工程第二步第一階段任務的圓滿收官。大陸載人航天三步曲神舟一號:樣品飛船上天

神舟一號是大陸載人航天計畫中發射的第一艘無人實驗飛船，於1999年11月20日淩晨6時30分在酒泉發射升空。在沒有得到實際驗證前，大陸航天人給這艘自己建造的飛船定位為<樣品>。不過，神舟一號成功地完成了它的歷史使命。考核運載火箭性能和可靠性，驗證飛船關鍵技術和系統設計的正確性，以及包括發射、測控通信、著陸回收等地面設施在內的整個系統工作的協調性，也宣告了中國載人航天時代的到來。神舟二號:正樣無人飛船

2001年1月10日1時0分，中國第二艘無人飛船<神舟二號>在酒泉成功發射。飛船按預定計劃，在太空飛行了7天。除了沒有載人，神舟二號的結構、技術性能和要求，都與載人飛船基本一致，凡是與航天員生命保障有關的設備，基本上都採用了真實件。它也被大陸航天人稱之為<正樣>。神舟二號還承擔了微重力環境下的空間生命科學、空間材料、空間天文和物理等領域諸多實驗任務。神舟三號:<摸擬人>上天

神舟三號飛船於2002年3月25日22時15分發射升空，這次發射也是長征系列運載火箭第66次飛行。神舟三號搭載的人不是真人，而是可以模擬航天員呼吸和血液循環系統中的心律、血壓、耗氧以及產生熱量等多種太空生活的重要生理活動參數的形體假人。在火箭發射和飛船入軌後，模擬人傳輸回來的各項指標，為將來航天員進入太空提供可靠的資料。神舟四號：低溫考驗

2002年12月30日0時40分，在零下29攝氏度的酒泉航天發射中心，神舟四號飛船發射升空。它經受住嚴竣低溫的考驗，並突破了大陸低溫發射的歷史紀錄。

神舟四號飛船的系統組態、功能及技術狀態已經與載人飛船基本相同，並成功解決了在前三次發射中發現的有毒氣體超標、太空輻射等問題。神舟五號:圓國人飛天夢

2003年10月16日7時左右，當楊利偉從神舟五號返回艙探出頭來，微笑著向人群揮手致意時，寒風凜冽的內蒙古草原，一下子沸騰起來。這一刻，中國人千年的飛天夢想終於圓滿實現，中國成為世界上繼俄、美之後，第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家。

在距離地面343公里的太空中，航天員楊利偉用中英文兩種語言問候地球：“和平利用太空，造福全人類。”載人飛行前，美國當年曾進行過8次無人飛船試驗，前蘇聯5次，大陸4次。大陸首次載人航空神舟五號全程記錄神舟六號:真正嘗試太空生活

2005年10月12日9時在酒泉發射的神舟六號載人飛船，是中國第一艘執行<多人多天>任務的載人飛船，也是人類的第243次太空飛行。

五天五夜的航行中，航天員聶海勝和費俊龍真正嘗試到了失重狀態下的太空作息。另外一些微生物菌種、農作物種子、雞蛋、蠶卵和雲南普洱茶也隨<神六>升空，以研究其基因變異可能性。神舟七號:出艙漫步

於2008年9月25日21點10分發射升空。發射升空43個小時後，航天員翟志剛開始了中國人第一次艙外活動。神舟七號載人航天飛行實現了航天員出艙活動和小衛星伴飛，另外也成功完成了多項技術試驗。

持續19分35秒的艙外活動，使大陸成為世上繼俄國、美國後，第三個掌握空間出艙活動技術的國家。神舟八號:一個新起點

神舟八號無人飛船，於2011年11月1日5時58分發射升空。升空後2天，<神八>與此前發射的<天宮一號>目標飛行器進行了大陸載人航天工程的第一次空間交會對接。

<神八/天一>組合體運行12天後，神舟八號飛船脫離天宮一號，並再次成功與它進行了交會對接試驗。神八的圓滿標誌著大陸已經成功突破了空間交會對接及組合體運行等一系列關鍵技術。神舟九號:人控對接

2012年6月16日18時37分發射的神舟九號飛船，載著景海鵬、劉旺、劉洋三位航天員再訪天宮一號，並由劉旺實現了<人控交會對接>，標誌著大陸從此具備了向在軌航天器進行人員輸送和物資補給的能力。天地往返、出艙活動、交會對接……隨著完整掌握載人航天三大關鍵技術，中國開始邁向空間站時代。劉洋是大陸第一個飛向太空的女性航天員。神九任務四大亮點神舟十號:太空授課

2013年6月26日成功返回的神舟十號飛船是大陸第五艘搭載航天員的飛船，其肩負的任務是對<神九>載人交會對接技術的拾遺補缺。神舟十號在太空飛行15天，與天宮一號目標飛行器進行自動和手動交會對接，航天員進入天宮一號實驗艙進行短暫的有人照管科學實驗，並開展科普講課等天地互動專案。神舟十號四大任務航天器和航天員背後複雜的系統工程、嚴謹的品保制度、堅實的科研團隊、龐大的組織動員、充份的財力支持。載人航天工程的系統組成載人航天工程係由航天員、空間應用、載人飛船、運載火箭、發射場、測控通信、著陸場和空間實驗室八大系統組成。

-載人飛船系統和空間實驗室系統由中國航天科技集團

第五及第八研究院負責研製。

-運載火箭系統由航天科技集團第一研究院負責研製。-空間應用系統由中國科學院有關研究所負責研製。

-航天員、發射場、測控通信及著陸場系統由大陸相關國防

單位負責研製建設。

-測控通信設備主要由中國電子科技集團有關廠所負責研製。航天員系統航天員系統的主要任務是選拔、訓練航天員，並在訓練和載人飛行任務實施過程中，對航天員實施醫學監督和醫學保障。為此乃在北京建設了航天員科研訓練中心，研製了航天服、航天員的醫監醫保，及飛船的環境控制和生命保障等設備。環境控制與生命保障系統是任何載人航天器必備的系統，是航天技術從無人航天向載人航天發展必須要突破的關鍵技術。它的基本任務是在密封艙(飛船軌道艙、返回艙)內為航天員創造一個基本的生活條件和適宜的工作環境:即對座艙大氣的環境(包括大氣的壓力、氣體成分、溫度和濕度等)實行人工調節控制；為航天員提供生命支援,如對航天員供氧、供水和供食；對艙內航天員生理代謝等產生的廢棄物進行收集和處理；為艙內可能出現的火情實行探測和抑制。航天員的條件大陸選拔航天員的年齡定在25-35歲之間。入選後的預備航天員，經歷四年的訓練，到執行任務時也不超過40歲，恰好在最佳的年齡段之內。身高要求在1.60至1.72米，體重在55公斤至70公斤之間。這種限制是因為飛船座艙的幾何尺寸和艙內空間是有限的，身材小一點，就能為飛船騰出更多的空間。從生理學角度看，身材粗矮一些的人，其脊柱對抗衝擊的能力也會更強一些。此外，航天員需要有堅定的自信心和極佳的心理素質，面對問題能沉穩從容，有信心自己解決，而不是依靠別人去完成任務。擁有這種個性的人，在遇到危險情況需要自救時，會有更多的成功機會。大陸航天員基本上是從其現役空軍戰鬥機的飛行員中挑選，需大專以上學歷，3年以上年資，累計飛行時逾600小時，並具有三種以上氣象條件飛行的能力。並要求飛行成績優良，能獨立擔任戰鬥值班和具有處理應急情況的經驗，機種改裝能力快，飛行耐力好，善於獨立思考，機動靈活，動作協調，緊急情況下沉著、果斷、準確無誤、口齒清晰、綜合處置能力強。

聶海勝、張曉光進行手控交會對接訓練。王亞平在離心機作訓練準備神九航天員于模擬機內進行訓練神九航天員野外求生訓練神九航天員接受任務出發航天服示意圖發射場系統酒泉發射場是大陸唯一的現代化載人航天發射場。1994年發射場開始動工建設，1998年正式投入使用，截至2013年，成功實施了五艘無人飛船和五艘載人飛船的發射，安全可靠地將楊利偉、費俊龍、聶海勝等十名航天員送入太空。載人航天發射場的主要任務是總裝、測試、和發射運載火箭和飛船。它需為火箭和飛船提供測試發射條件，為航天員提供發射前生活、醫監醫保和鍛煉設施。它必需具有待發段緊急撤離和零高度逃逸救生的判斷、控制和指揮能力，完成運載火箭上升段的跟蹤測量和安全控制，提供發射場區的氣象和各種後勤保障。

酒泉航天發射中心全景酒泉航天發射中心衛星照片，

圖片右下方為發射塔和燃料貯存地

垂直總裝測試廠夕陽下的發射塔架神十發射台三連拍神舟十號發射長征-2F運載火箭長征2F火箭，簡稱長2F，別稱<神箭>，縮寫為CZ-2F，是大陸自1992年開始研製，1999年11月19日首次發射，並成功將神舟一號飛船送入太空。長征2F火箭是在長征二號捆綁火箭的基礎上，按照發射載人飛船的要求而研製的運載火箭。它首次採用了垂直總裝、垂直測試和垂直運輸的<三垂>測試發射模式。長2F屬二級捆綁式火箭，由四個液體助推器、芯一級火箭、芯二級火箭、整流罩和逃逸塔等幾個部分組成，是目前中國安全性能最好、起飛重量最大、長度最長的火箭。長2F運載火箭全長58.3米，起飛重量479.7噸，芯級直徑3.35米，其中芯一級長約21米，芯二級長約15.4米，4個助推器的直徑各為2.25米，長約16.1米。整流罩最大直徑3.8米，逃逸塔高約8米。可將8噸有效載荷送入近地點200公里，遠地點350公里的橢圓軌道、傾角42.4-42.7的近地軌道。長2F火箭係由箭體結構、動力裝置、控制、推進劑利用、故障檢測處理、逃逸救生、遙測、外測安全、地面設備和附加系統共十個分系統組成。長征-2F結構圖長征2F火箭吊裝作業廠房裡一級與二級火箭垂直對接神舟飛船

神舟飛船是中國自行研製，具有自主智慧財產權，達到或優於國際第三代載人飛船技術的飛船。神舟號飛船與國外第三代飛船相比，有起點高、具備留軌利用能力等特點。神舟系列載人飛船由專門為其研製的長征二號F火箭發射升空，發射基地是酒泉航天發射中心，回收地點在內蒙古中部的草原上。神舟飛船構造示意圖神舟號飛船是採用三艙一段，即由返回艙、軌道艙、推進艙和附加段構成。返回艙是載人飛船唯一返回地球的艙段，飛船起飛、上升到入軌及返回著陸時，航天員都在返回艙內。鐘形返回艙其艙門與軌道艙相連，航天員通過這個艙門可以進入軌道艙。神舟飛船的軌道艙呈圓筒形狀，是航天員工作、生活和休息的地方。軌道艙的後端底部設有艙門，通過這個艙門，與返回艙相連接。軌道艙外部兩側裝有兩個像翅膀一樣的太陽電池翼，軌道艙所需要的電能就是通過這兩個電池翼提供的。推進艙又稱設備艙，其形狀是圓柱形的，艙內安裝發動機和推進劑，其使命是為飛船提供姿態調整和進入軌道維持所需的動力。飛船電源、環境控制和通信等系統的一部分設備也安裝在這裡。推進艙外部兩側安裝了兩個太陽電池翼，為飛船提供所需的電能。加上軌道艙上的兩個太陽電池翼，神舟飛船上共有四個太陽電池翼。安裝中的神舟飛船返回艙和推進艙對接神舟飛船轉至燃料加注廠天宮一號

<天宮一號>實際上就是一個雛形空間實驗室，其主體為短粗的圓柱型，直徑比神舟飛船更大，前後各有一個對介面。採用兩艙構型，分別為實驗艙和資源艙，實驗艙由密封的前錐段、柱段和後錐段組成，實驗艙前端安裝一個對接機構，以及交會對接測量和通信設備，用於支援與飛船實現交會對接。資源艙為軌道機動提供動力，為飛行提供能源。由於天宮一號是空間交會對接試驗中的被動目標，所以也被稱作<目標飛行器>。而神舟系列飛船，則被稱作<追蹤飛行器>，入軌後會主動接近目標飛行器。天宮一號於2011年9月29日21時16分在酒泉衛星發射中心發射，飛行器全長10.4米，最大直徑3.35米，重8.5噸。它的發射標誌著大陸邁入載人航天<三步走>戰略的第二步階段。2011年11月3日淩晨實現與神舟八號飛船的對接任務。2012年6月18日下午與神舟九號對接成功。神舟十號飛船也在2013年6月13日13時18分與天宮一號完成自動交會對接。

天宮一號生活示意圖2010珠海航展所陳列的天宮一號模型測控通信系統測控通信系統的主要任務是完成飛行試驗的地面測量和控制任務。在原有衛星測控通信網的基礎上，研製了符合國際標準體制、可進行國際聯網的S波段統一測控通信系統，形成了新的陸海基載人航天測控通信網。載人航天測控通信系統是一個龐大而複雜的體系，包括三個任務中心、五個國內固定測控站、四個國外測控站、兩個機動測控站和分佈于三大洋的六艘遠望號測量船、一個對各站(船)進行資源調度的網管中心、一個遍佈各網站的通信網和時間統一系統。這些測控中心、測控站(船)通過通信網有機結合、協調工作，共同完成對火箭和飛船的測控通信任務。

全球跟蹤測量神舟飛船示意圖北京航天測控站陸地飛船測控系統航天測控站的光電望遠鏡遠望號-綜合性遠洋航天測量船著陸場系統著陸場系統的主要任務是負責對飛船再入的捕獲、跟蹤和測量，搜索回收返回艙，並對航天員返回後進行醫監醫保、醫療救護。著陸場主要包括內蒙古中部的主著陸場和酒泉衛星發射中心附近的副著陸場以及若干陸地、海洋應急救生區。該系統擁有先進的無線電測量系統，能夠在飛船進入大氣層後對它的軌跡實施跟蹤、測量。由於飛船在上升段、運行段和返回段均有可能出現緊急情況需應急返回。因此，著陸場系統在飛船點火升空至降落返回的全過程中，都必須做好隨時迎接飛船返回的準備。飛船正常著陸如何搜索？

神舟飛船返回地面，需要經歷4個階段。首先是制動飛行階段，其次是自由滑行階段，接著是返入大氣層階段，最後才是著陸階段。空間應用系統空間應用系統的主要任務是利用載人飛船的空間實驗支持開展各項科學實驗和應用研究。空間應用系統作為載人航天工程八大系統之一，有著很強的實用性，它與人們的生活、環境息息相關。

載人航天工程一期應用系統包括27項254件裝船有效載荷及有效載荷中心和空間環境預報中心。在對地觀測、地球環境監測、空間天文、空間環境、空間生命科學、空間材料科學和微重力流體物理實驗等多個領域開展了大量的實驗和研究工作，取得了豐碩的成果，這是大陸在空間科學與應用領域，涉及學科領域最寬，規模最大，內容最豐富的研究活動。研究成果也將廣泛用於工程材料、醫藥發展、食品保健、疑難病症防治等領域。飛船上的空間環境監測系統空間材料科學實驗研究

在飛船上安裝空間材料多工位晶體生長爐和空間晶體生長即時觀察裝置，開展二元/三元半導體材料、金屬/非金屬合金及非晶合金材料製備及其相關規律、工藝的研究；在重力消失後某些次級效應影響的作用機理研究，如深過冷等，從而為深化材料物化性能認識，為地面加工製造優質材料，開發新型特殊材料提供理論依據。

在神舟二號、三號飛船上使用空間材料多工位晶體生長爐科學實驗進行了20餘項材料科學實驗研究，取得若干重要成果。飛船上的空間材料多工位晶體生長爐太空與地球所生長共晶組織的變化科研人員將生物樣本置于衛星搭載艙神舟三號飛船實驗獲得的人脫氫異雄酮磺基轉移酶蛋白晶體，它是迄今為止空間實驗中生長最好的蛋白質晶體之一由神舟飛船看地球未來發展