載人航天篇

1 概述

1992年9月21日，中國正式作出實施載人航天工程的決策，批準載人飛船工程啟動實施，明確了中國載人航天“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。第一步是發(fā)射載人飛船，建成初步配套的實驗性載人飛船工程，開展空間應(yīng)用實驗。第二步是突破航天員出艙活動技術(shù)、空間飛行器交會對接技術(shù)、推進劑補加技術(shù)，發(fā)射空間實驗室和貨運飛船，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問題。第三步是建造空間站，解決較大規(guī)模、長期有人照料的空間應(yīng)用問題。

中國空間技術(shù)研究院（簡稱研究院）是中國載人航天任務(wù)的主體承研單位，截至2017年底，研制并發(fā)射了11艘“神舟”飛船、天宮一號目標飛行器和天宮二號空間實驗室，以及1艘貨運飛船天舟一號，成功突破并驗證了載人天地往返、太空出艙活動、空間交會對接、空間站貨物補給、推進劑在軌補加等載人航天關(guān)鍵技術(shù)。

2 發(fā)展歷程

“神舟”飛船

研究院研制了神舟一號至十一號共11艘“神舟”系列飛船。

1999年11月20日，研制院研制的神舟一號飛船成功發(fā)射，開啟了中國載人航天的征程。神舟一號飛船是中國第一艘無人試驗飛船，在太空飛行21h后，返回艙在中國內(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個分系統(tǒng)。此次飛行試驗成功驗證了飛船關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計的正確性，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，研究院研制的神舟二號、三號和四號飛船分別于2001年1月、2002年3月和2002年12月成功發(fā)射。神舟二號是中國第一艘基本達到正樣要求的無人飛船，神舟三號是第一艘正樣飛船，神舟四號是完全按照載人狀態(tài)設(shè)計的無人飛船。

研究院研制的神舟五號載人飛船于2003年10月15日9時發(fā)射，在軌正常運行14圈后，于10月16日6時23分安全返回至主著陸場預(yù)定落區(qū)，航天員楊利偉自主出艙，圓滿完成了中國首次載人飛行試驗任務(wù)，標志著中國成為世界上第三個獨立掌握載人航天技術(shù)的國家。

神舟五號載人飛船在神舟四號研制的基礎(chǔ)上，對乘坐的安全性與舒適性又做了進一步改進和完善。神舟五號自動化程度非常高，制導(dǎo)、導(dǎo)航控制和數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)均具有較強的容錯能力。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策方案。

神舟五號載人飛船在內(nèi)蒙古主著陸場成功著陸后，楊利偉自主出艙

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

“神舟”飛船整船熱真空試驗

“神舟”飛船返回艙回收試驗

神舟六號飛行任務(wù)圓滿成功

神舟七號航天員翟志剛出艙時揮動國旗

研究院研制的神舟七號飛船于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)，使我國成為世界上第三個獨立掌握空間出艙活動技術(shù)的國家。飛船還與天鏈一號中繼衛(wèi)星進行了中國國內(nèi)首次天地數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸試驗。

研究院研制的神舟八號飛船于2011年11月1日發(fā)射，它與天宮-1目標飛行器完成了中國首次空間無人自控交會對接試驗，標志著中國已基本掌握空間交會對接技術(shù)。

研究院研制的神舟九號飛船于2012年6月16日發(fā)射，將景海鵬、劉旺、劉洋3名航天員送入太空。神舟九號與天宮一號以組合體方式飛行10天，航天員進入天宮一號，中國首次在軌實現(xiàn)人員和貨物在飛行期間的轉(zhuǎn)移，完成了運輸任務(wù)。

研究院研制的神舟十號飛船于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。其與天宮一號成功實施1次手動對接和1次近距離交會試驗，與天宮一號形成組合體飛行期間，開展了密封圈更換等在軌維修操作工作。飛船首次繞飛天宮一號，為未來與空間站對接做準備。此次試驗是載人天地往返運輸系統(tǒng)首次應(yīng)用性飛行，驗證了航天員在軌駐留保障技術(shù)，進一步驗證和鞏固了中國的交會對接技術(shù)，并執(zhí)行了中國首次在軌維修操作、太空授課活動，使中國載人航天工程戰(zhàn)略“三步走”第二步第一階段任務(wù)完美收官。

神舟九號航天員手控交會對接訓(xùn)練

神舟十號航天員出艙后揮手致意

打造中的神舟十一號載人飛船

研究院研制的神舟十一號載人飛船于2016年10月17日發(fā)射，將景海鵬、陳冬送入太空。在軌期間，其與天宮二號空間實驗室自動交會對接成功。此次交會對接首次模擬了未來空間站交會對接方式，即載人飛船利用自身機動能力去追蹤空間站。此次任務(wù)開展了豐富的在軌實驗/試驗和科普活動。神舟十一號飛船按照60人天駐留要求設(shè)計，優(yōu)化了軌道艙布局。

天宮一號進行總裝

“天宮”空間實驗室

中國載人航天工程第二步任務(wù)重點放在航天器交會對接和航天員空間活動等重大技術(shù)突破上。2006年3月，國家批準同意成立載人航天工程空間實驗室系統(tǒng)。

研究院研制的天宮一號目標飛行器于2011年9月29日發(fā)射升空，它是為實施載人航天工程交會對接任務(wù)自主研制的全新載人航天器，具備空間實驗室長壽命、短期有人駐留的技術(shù)特點，是一個功能基本完整、規(guī)模較小的試驗性空間實驗室。天宮一號分別于2011年11月、2012年6月和2013年6月與神舟八號、九號、十號飛船成功進行了交會對接試驗，突破和掌握了空間交會對接技術(shù)，建成了支持航天員在軌中短期駐留的載人空間試驗平臺，中國成為了世界第三個掌握空間交會對接技術(shù)的國家。

天宮一號采用兩艙方案構(gòu)型，由實驗艙和資源艙組成，飛行器總長10．4m，最大直徑3．35m，發(fā)射質(zhì)量為8600kg。實驗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，軸向長度6．4m，艙內(nèi)可提供航天員活動的空間為15m2。

洞察天宮一號內(nèi)部

天宮一號也是中國首個低軌長壽命載人航天器，在軌運行壽命設(shè)計為兩年。研究團隊開展了設(shè)備材料的長壽命設(shè)計，以及中期在軌駐留資源配置等分析與研究。針對轉(zhuǎn)動部件、材料老化、資源消耗和空間環(huán)境影響方面進行了25項壽命試驗驗證。此外，通過采用專用防護板和輻射器結(jié)合的空間碎片防護技術(shù)，解決了目標飛行器易受空間碎片撞擊損壞的難題。

研究院研制的天宮二號空間實驗室于2016年9月15日發(fā)射，它是中國第一個真正意義上的空間實驗室。天宮二號先后接受了神舟十一號載人飛船和天舟一號貨運飛船的訪問，驗證了航天員中期駐留和推進劑在軌補加技術(shù)，這兩項技術(shù)是未來空間站建成并運行的重要基礎(chǔ)。此外，開展了大規(guī)模的空間科學和應(yīng)用實驗。天宮二號與天宮一號相比，外形沒變，但為滿足推進劑補加驗證試驗需要，對推進分系統(tǒng)進行了適應(yīng)性改造；為滿足中期駐留需要，對載人宜居環(huán)境進行了重大改善。

“天舟”貨運飛船

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

2017年4月20日，研究院研制的天舟一號貨運飛船成功發(fā)射，它是中國首艘貨運飛船。在軌期間，它與天宮二號空間實驗室完成多次交會對接，與天宮二號形成組合體飛行，進行了大量在軌試驗/實驗，成功驗證了空間站貨物補給、推進劑在軌補加、自主快速交會對接等關(guān)鍵技術(shù)，突破和掌握推進劑在軌補加技術(shù)，為中國空間站組裝建造和長期運營掃清了能源供給上的障礙，使中國成為世界上第三個獨立掌握這一關(guān)鍵技術(shù)的國家。天舟一號飛行任務(wù)取得圓滿成功，標志著中國載人航天工程第二步勝利完成，也正式宣告中國航天邁進“空間站”時代。

“天舟”貨運飛船最大裝載狀態(tài)下質(zhì)量達13．5t，是中國目前為止體積最大、質(zhì)量最大的用于載人航天任務(wù)的貨運航天器。其上行貨物運輸能力為6．5t，推進劑補加能力約為2t，具備獨立飛行3個月的能力。

天舟一號進行熱真空試驗

天舟一號的推進艙由“神舟”推進艙的一層變成了兩層，貯箱數(shù)量由原來的4個增加為8個，分屬于兩個獨立設(shè)計的推進劑貯箱系統(tǒng)，不僅可為天宮二號攜帶一箱推進劑，還能把用于自身控制的推進劑“轉(zhuǎn)讓”出去。推進艙可以裝載2．4～3．5t的推進劑，最高裝載量是天宮二號推進劑攜帶量的2．5倍。

3 未來展望

中國載人航天工程的第三步是建成和運營近地載人空間站，使中國成為獨立掌握近地空間長期載人飛行技術(shù)、具備長期開展近地空間有人參與科學技術(shù)試驗和綜合開發(fā)利用太空資源能力的國家。

研究院為中國載人航天工程第三步空間站系統(tǒng)研制的1個核心艙和2個實驗艙預(yù)計將于2019～2022年間陸續(xù)發(fā)射。研究院研制的光學艙也計劃于2022年前后發(fā)射入軌，光學艙系統(tǒng)作為空間站的“巡天”平臺，將與空間站共軌飛行，支持多功能光學設(shè)施開展巡天和對地觀測；需要時可與空間站主體對接，開展推進劑補加、設(shè)備維護和載荷設(shè)備升級等活動。

研究院將持續(xù)加強技術(shù)創(chuàng)新，為中國后續(xù)的載人航天工程及和平利用和開發(fā)空間資源，擔負起更多的責任，做出新的更大的貢獻。