碩果累累的中國載人航天

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，開展空間應用實驗。第二步是突破航天員出艙活動技術、空間飛行器交會對接技術、推進劑補加技術，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用問題。

從神舟一號一飛沖天、中國航天員首次進入太空，到掌握空間交會對接技術、第一艘貨運飛船成功發(fā)射，中國航天人一步一個腳印，用智慧和汗水撐起了中華民族千年的飛天夢。

截至目前，我國研制并發(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，先后將11名航天員14人次送入太空，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鍵技術。我國載人航天“三步走”的前兩步已圓滿完成，正式邁入“空間站”時代。

1 “神舟”飛船

我國“神舟”系列飛船由神舟一號至十一號共11艘飛船組成。

精心準備 厚積薄發(fā)

1999 -2002 年，我國先后發(fā)射了4 艘“神舟”系列無人飛船，驗證和提升了飛船的各項性能，為成功實現(xiàn)載人飛行奠定了堅實的基礎。

1999年11月20日，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)緊密相關的9個分系統(tǒng)。此次飛行試驗成功驗證了飛船關鍵技術和系統(tǒng)設計的正確性，考核了飛船系統(tǒng)的艙段分離技術、調姿制動技術、升力控制技術、防熱技術和回收著陸技術等五大關鍵技術的可靠性。

此后，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)設計的無人飛船。

神舟一號飛船發(fā)射

中國首飛航天員楊利偉

“一人一天”到“多人多天”

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，標志著中國成為世界上第三個獨立掌握載人航天技術的國家。神舟五號載人飛船在神舟四號研制的基礎上，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、導航控制和數(shù)據管理分系統(tǒng)均具有較強的容錯能力。為保證航天員的生命安全，設置了多種安全救生模式和百余種故障對策方案。

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，使我國成為世界上第三個獨立掌握空間出艙活動技術的國家。飛船還與天鏈一號中繼衛(wèi)星進行了中國國內首次天地數(shù)據中繼系統(tǒng)數(shù)據傳輸試驗。

神舟八號飛船于2011年11月1日發(fā)射，當月3日凌晨，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，我國成為世界上第三個自主掌握空間交會對接技術的國家。

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移，完成了運輸任務。

神舟七號航天員翟志剛成功出艙

天宮一號與神舟八號交會對接示意圖

神舟十號航天員王亞平太空授課

神舟十一號2名航天員順利進駐天宮二號空間實驗室

迎來載人航天應用時代

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，航天員王亞平進行了中國首次太空授課。飛船首次繞飛天宮一號，為未來與空間站對接做準備。2013年6月26日，神舟十號載人飛船完成首次應用性飛行，中國載人航天工程戰(zhàn)略“三步走”第二步第一階段任務完美收官。

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。之后飛船與天宮二號空間實驗室自動交會對接，形成組合體，2名航天員隨后順利進駐天宮二號。2016年11月18日，神舟十一號飛船返回艙順利降落在內蒙古中部主著陸場，航天員景海鵬、陳冬順利出艙，完成為期33天的飛行任務。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。

天宮一號結構示意圖

2 “天宮”空間實驗室

中國載人航天工程第二步任務重點放在航天器交會對接和航天員空間活動等重大技術突破上。2010年9月25日，中央批準《載人空間站工程實施方案》，載人空間站工程正式啟動實施。相比前期任務，空間站工程要突破和掌握長期載人飛行、在軌組裝建造、批量物資補給、空間機械臂與艙外操作、大型艙段研制、新一代運載火箭等一大批核心技術，任務規(guī)模更大、各種挑戰(zhàn)更多，技術上更加復雜、難度更大，影響也將更為深遠。根據計劃，2022年前后完成空間站在軌建造任務。

天宮一號

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，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的國家。

天宮一號采用兩艙方案構型，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，艙內可提供航天員活動的空間為15m2。

天宮一號也是中國首個低軌長壽命載人航天器，在軌運行壽命設計為兩年。研究團隊開展了設備材料的長壽命設計，以及中期在軌駐留資源配置等分析與研究。針對轉動部件、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合的空間碎片防護技術，解決了目標飛行器易受空間碎片撞擊損壞的難題。

天宮二號

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，這兩項技術是未來空間站建成并運行的重要基礎。此外，開展了大規(guī)模的空間科學和應用實驗。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。

2018年9月15日，天宮二號空間實驗室圓滿完成2年在軌飛行和各項試驗任務。為進一步發(fā)揮空間應用效益，2018年9月20日，天宮二號空間實驗室運營管理委員會會議研究決定，天宮二號在軌飛行至2019年7月，之后將受控離軌。2019年7月19日21時06分，天宮二號空間實驗室受控離軌并再入大氣層，少量殘骸落入南太平洋預定安全海域。天宮二號受控再入大氣層，標志著中國載人航天工程空間實驗室階段全部任務圓滿完成。

天宮二號空間實驗室自發(fā)射入軌以來，先后與神舟十一號載人飛船和天舟一號貨運飛船完成4次交會對接，成功支持2名航天員在軌工作生活30天，突破掌握航天員中期駐留、推進劑在軌補加等一系列關鍵技術，并在超期服役的300多天里，完成多項拓展試驗，為中國空間站研制建設和運營管理積累了重要經驗。

天舟一號與天宮二號成功完成首次“太空加油”

3 “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。

天舟一號結構示意圖

2017年4月20日，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鍵技術，突破和掌握推進劑在軌補加技術，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鍵技術的國家。天舟一號飛行任務取得圓滿成功，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)下質量達13.5t，是中國目前為止體積最大、質量最大的用于載人航天任務的貨運航天器。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。

4 未來展望

當前，我國空間站研制建設工作已經全面展開。根據任務部署，我國的空間站將分為關鍵技術驗證、建造和運營3個階段實施。目前空間站任務主要系統(tǒng)關鍵技術攻關已完成，空間站核心艙初樣階段研制接近尾聲；實驗艙I和實驗艙II正在進行初樣階段結構熱控艙總裝工作。預計2022年前后我國將建成自己的中國空間站，開展較大規(guī)模的空間科學實驗和技術試驗。