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科学家讲科学:从神舟飞船到空间站计划——中国航天,圆梦太空!

来源:《知识就是力量》杂志社
    撰文/钱航(中国科学院国家空间中心博士,现中国运载火箭技术研究院总体设计部型号设计师)
    “探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦”
    ——习近平
    中国空间站时代稳步推进!11月中旬,在第四届(2019)中国人因工程高峰论坛上,中国载人航天工程总设计师、中国工程院院士周建平透露,我国将在2022年前后完成空间站建造并开始运营,空间站的近期规模为100吨,可载3人。

 

我国空间站示意图(图源/新华社)

    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,是载人航天工程第三步的重要目标。回顾历史,中国载人航天工程从无到有、从有到强,作为我国航天领域规模最大、技术难度最高的国家重大工程,实施至今取得了举世瞩目的成绩。
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    太空迎来中国首位“太空使者”
    2000年1月1日,在天安门广场的升旗仪式上,一面鲜红的五星红旗缓缓升起,引得无数群众注目。这面五星红旗并不简单,它来自成功遨游太空21小时的神舟一号舱内,在千禧年的第一天,中国人选择用这面国旗迎来了21世纪的第一缕曙光。

来自神舟一号舱内的五星红旗(图片来源/腾讯新闻)

    时光倒流20年前,回到1999年的11月20日,我国第一艘无人试验飞船神舟一号从酒泉卫星发射中心腾空而起,飞向太空。在环绕地球飞行14圈、完成各项试验后,神舟一号返回舱于21日3时41分在内蒙古自治区主着陆场成功着陆,中国载人航天工程首次飞行试验取得圆满成功。从此,浩瀚太空有了中国人探索的身影,中国航天事业揭开了迈向太空的崭新篇章。

神舟一号发射升空(图片来源:网络)

    在神舟一号成功发射之后,中国太空飞行目标并没有止步,2001年神舟二号发射,人体代谢模拟装置和假人被安置在飞船上,以检验飞船生命保障系统的功能。2002年神舟三号与神舟四号发射,改进了航天员的逃逸和应急救生系统。在这3次无人飞行成功后,载人飞行的全部准备任务已经完成,中国载人航天的第二步——真正的载人飞船任务,即将开始。
    神舟五号是神舟号系列飞船中的第五艘,是中国第一艘载人飞船,于2003年10月15日9时整从酒泉卫星发射中心发射,神舟五号在轨运行14圈,历时21小时23分,顺利完成各项预定操作任务后,于2003年10月16日6时23分安全返回主着陆场。由此,中国成为了世界上第三个独立进行载人航天活动的国家。

神舟五号发射升空(图片来源:网络)

    神舟五号飞船由轨道舱、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。神舟五号飞船由长征-2F运载火箭发射,长征-2F运载火箭由四个助推器、一级、二级、整流罩和逃逸塔组成,火箭全长58.34米;起飞质量479.8吨。火箭上部整流罩、逃逸塔和飞船轨道舱、返回舱组成逃逸飞行器。飞船发射到近地点200公里、远地点350公里、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。
    由于神舟五号是我国首次载人飞行,因此保障人员安全成了首要任务,神舟五号载人飞船与四号飞船基本相似,所不同的是五号的头部是圆柱体,而四号的头部是半球体。神舟四号飞船里面装满了实验仪器和物品,而神舟五号载人飞船舱内只有航天员,几乎是空荡荡的,为的是尽可能给航天员留出空间,其空间的平面大约为2.2米×2.5米,不足6平方米,可容纳3名航天员。

 中国第一艘载人飞船“神舟五号”成功着陆,航天英雄杨利伟自主出舱(图片来源:网络)

    神舟五号的成功发射我国航天史上一座新的里程碑,是我国人民攀登世界科技高峰的有一个伟大壮举,它表明我国在航天技术方面已经走在了世界前列,中国民族探索的千年梦想终于实现了!
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    浩瀚太空中的中国人“足迹”
    在神舟五号飞行成功后,神舟六号于2005年10月12日发射成功,这是我国的第二次载人飞行,搭载了航天员费俊龙、聂海胜。神舟五号和神舟六号的成功,标志着实现了我国载人航天工程第一步—发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程并开展空间应用实验的目标已完成。而突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术,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成为了载人航天工程的关键问题。
    北京时间2008年9月25日21时10分,伴着轰鸣声神舟七号用长征-2F火箭发射升空一飞冲天。神舟七号是中国第三个载人航天器,也是中国首次进行出舱作业的飞船。它全长9.19米,由轨道舱、返回舱和推进舱构成,重达12吨。长征-2F运载火箭和逃逸塔组合体整体高达58.3米。

神舟七号在中国酒泉卫星发射中心发射升空(图片来源:网络)

    “神七”飞天实现了多项技术的重大突破:一是航天员人数将增至3人分别为翟志刚(指令长)、刘伯明和景海鹏;二是将实现中国航天员首次太空行走;三是在飞船进入预定轨道后会择机释放一颗伴飞小卫星。而首次实现太空行走无疑成为“神七”最重要的任务。
    9月27日下午1点33分,神舟七号返回舱门关闭,航天员开始执行太空行走任务。16时43分24秒,航天员翟志刚出舱,26时45分17秒,翟志刚在太空迈出了第一步。经过十多分钟的太空漫步,16时59分,翟志刚结束太空行走,返回轨道舱。此次太空行走标志着中国成为继美俄之后第三个掌握空间出舱技术的国家。神舟七号是我国载人航天工程三步走战略的第二步中的第一步,是为我国建立宇宙空间站打好前哨战。在我国航天事业三部曲中属于承上启下重要作用。

神舟七号航天员翟志刚身穿“飞天”舱外航天服在舱外挥舞国旗
    在实现了载人航天工程的第二阶段的第一步后,中国航天工程继续加速前进,2011年9月29日,酒泉卫星发射中心,长征-2FT1运载火箭将无人太空实验舱天宫一号送入太空,在实现航天员上天、太空行走后,中国迈出了建设永久载人空间站的关键一步;2011年11月1日5时58分,承载着首次交会对接使命的神舟八号飞船从酒泉卫星发射中心升空点火,开始了追逐天宫一号的漫漫行程。11月3日凌晨,神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器在距地球343公里的轨道实现自动对接。11月14日晚,神舟八号飞船与天宫一号二次对接成功,组合体完成锁紧。17日19时31分,神舟八号在内蒙古四子王旗的阿木古郎草原成功着陆,这标志着天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船交会对接任务取得圆满成功,标志着我国突破和掌握了自动和手动控制交会对接技术。

天宫一号和神舟八号对接锁紧完成(图片来源:网络)

    2013年发射成功的神舟十号飞船从天宫一号目标飞行器上方绕飞至其后方,并完成近距离交会,标志着中国首次成功实施航天器绕飞交会试验,达到了预期效果。这次任务期间面向全国中小学生实施了我国首次太空授课。中国载人航天计划的第二阶段完美收官!
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    太空中的“中国家园”
    在天宫一号与神舟八号实施空间飞行器无人交会对接试验和天宫一号与神舟九号的实施首次载人交会对接后,中国空间站计划已经建设了良好的基础,建立中国的“太空家园”,并解决有较大规模的长期有人照料的空间应用问题,已经进入实质性阶段。
    2019年3月4日,中国载人航天工程办公室宣布,我国空间飞行任务将在今年拉开序幕。这些飞行任务有着稳步推进的时间表:“6月,中国载人航天工程办公室将与联合国外空司联合完成空间科学应用合作项目遴选工作,同时抓紧新一代载人运载火箭、新一代载人飞船等专项预研项目的实施工作;7月,天宫二号受控离轨;年底,空间站核心舱和执行发射任务的长征五号B运载火箭,进行发射场合练和首飞任务准备工作;2020年前后,中国空间站核心舱计划发射;2022年,空间站全站预计建成并投入运营。”
    建造空间站是我国载人航天工程“三步走”发展战略的最后一步。空间站建成后,将在轨道运营十年以上。接下来,中国载人航天工程办公室将在支持入选团队实施项目的同时,与联合国外层空间事务办公室紧密合作,进一步完善并发布第二轮合作机会公告。

中国空间站邀请各国参与太空合作(图片来源:网络)

    中国空间站计划正按照既定的时间计划稳步推进,2020年前后,中国空间站核心舱计划发射,全站预计于2022年建成并投入运营,设计寿命10年,运行轨道高度340公里至450公里,可容纳3名航天员同时在轨工作生活,轮换期间可容纳6名航天员。空间站总体构型是三个舱段,由一个核心舱、两个实验舱组成,每个舱都是20吨级,整体呈T字对称构型。核心舱用于统一控制和管理空间站组合体,提供航天员生活和工作场所。实验舱用于支持空间科学实验、空间应用和空间技术实验。空间站预留新舱段接口可拓展舱位,并支持外挂大型实验。

 

中国空间站构想图(图片来源:网络)

    从神舟一号的升空到空间站计划的开展,20年的时间,中国航天走出了一条独立自主创新的路,等到2022年,中国将有自己独自的空间站实验室,这将成为每个中国人都引以为豪的事!
    俱怀逸兴壮思飞,欲上青天揽明月。
    从古人吟诗畅想到如今上天揽月,中国人的飞天梦想终于从想象照进了实际,“北斗”指路、“天宫”览胜、“墨子”传信、“嫦娥”问月……随着中国航天事业的不断发展,我们正在不断揭开太空的神秘面纱,宇宙深处的奥妙等待着我们揭开,人让我们一起期待下一次航天出发!
本文来自:《知识就是力量》杂志社
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