2021年6月17日,中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心,搭載著聶海勝、劉伯明和湯洪波三名航天員的神舟十二號飛船,由“神箭”長征2F火箭順利發(fā)射升空。6小時后,飛船將采用自主快速交會對接模式,與已經(jīng)在軌的天宮空間站“天和”核心艙對接,這也將創(chuàng)造我國載人航天歷史上最快載人對接記錄。

搭載著神舟十二號載人飛船的長征二號F遙十二運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空。(圖片來源:新華社)
一、中國載人航天全面進入第三階段
載人航天是人類航天技術(shù)的“皇冠上的明珠”,也是人類邁出地球搖籃的必備技術(shù)。由于要運輸相對無人飛行器而言極度脆弱的人類身體進入環(huán)境惡劣的太空,相對于普通航天工程,載人航天不僅需要增加載人運載火箭、載人飛船、貨運飛船、航天員訓(xùn)練和著陸回收等高難度分系統(tǒng),整個系統(tǒng)還會變成可以用“木桶桶底”理論適用的環(huán)節(jié):只要有任何一個環(huán)節(jié)出問題,桶里的水都會徹底漏光,導(dǎo)致徹底失敗。因此,載人航天技術(shù)的門檻極高。人類進入航天時代60余年來,僅有蘇聯(lián)/俄羅斯、美國和中國掌握了獨立自主的載人航天技術(shù)。
然而,中國取得這一切成果并非易事,需要從篳路藍縷的起點階段默默耕耘。中國載人航天自1992年9月21日開啟以來(“921”工程),先后規(guī)劃了三大發(fā)展階段:

神舟五號任務(wù)的楊利偉成為中國航天劃時代發(fā)展的見證者?(圖源:中國載人航天辦公室)
第一階段,發(fā)射載人飛船,建成初步配套的試驗性載人飛船工程,開展空間應(yīng)用實驗,神舟一號至六號等任務(wù)已實現(xiàn)這個目標;
第二階段,突破航天員出艙活動技術(shù)、空間飛行器的交會對接技術(shù),發(fā)射空間實驗室,解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問題,神舟七號至十一號、天舟一號、天宮一號和二號等任務(wù)已實現(xiàn)這個目標;
第三階段,建造空間站,解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應(yīng)用問題。這一步計劃的實現(xiàn)是載人航天發(fā)展近30年來的最核心目標:中國要建立一座“天上宮闕”(天宮空間站),讓“天神”(航天員)長期駐留。

建造天宮需要長征家族三大主力一起上陣。長征二號F負責發(fā)射8噸級的神舟載人飛船,長征七號負責發(fā)射13.5噸級的天舟貨運飛船,長征五號B負責發(fā)射22.5噸級的天宮核心艙和實驗艙(圖源:中國載人航天辦公室)
建造天宮的難度遠超以往,它具備三個核心部分:空間站核心與實驗艙段、載人飛船和貨運飛船。它們不僅功能、尺寸、重量完全不同,還需要搭配完全不同的運載火箭和發(fā)射場系統(tǒng)等。2021年4月29日,天宮空間站核心艙“天和”順利升空;5月29日,天舟二號貨運飛船順利升空,二者對接后開始等待載人飛船的到來,即今天發(fā)射的神舟十二號。這也標志著,天宮正式進入載人駐留運營狀態(tài)。
二、神舟十二,四大特點支撐新階段發(fā)展
神舟十二號飛行任務(wù)的執(zhí)行,距離神舟十一號已有5年之久。經(jīng)過這幾年的蟄伏和發(fā)展,新的神舟十二號飛行任務(wù)將通過四大特點,滿足未來中國空間站常態(tài)化運營下的更高需求。
1.飛船性能大幅提高。神舟十二載人飛船增加了自助快速交會對接功能,這將大大縮短航天員在對接空間前的等待時間。在天宮一號和二號飛行期間,對接的神舟九號、十號和十一號飛船都需要在發(fā)射后在軌等待兩天左右,期間不斷調(diào)整軌道才達到最佳對接狀態(tài),而快速交會對接模式下,僅需6小時左右即可完成??紤]到未來空間站積木式布局和對接口位置,它還能實現(xiàn)徑向?qū)?。它在再入返回控制方面進行了一定提升,首次啟動應(yīng)急救援模式,更加安全可靠。

神舟十二號載人飛行任務(wù)標識(圖源:中國載人航天辦公室)
2.長期駐留保障能力大幅提高。神舟十一號飛行任務(wù)曾經(jīng)創(chuàng)造了33天在軌工作時間記錄,但這對于長期伴飛天宮空間站并不夠。在設(shè)計方面,神舟十二號的飛行壽命大幅增加到180天,足夠?qū)崿F(xiàn)未來空間站穩(wěn)定運行階段半年一次的航天員輪換頻率。這意味著再生資源回收復(fù)用、生命維持系統(tǒng)和航天員健康管理等方面,都進行了大幅提升。
3.在軌作業(yè)難度更大。在三個月內(nèi),神舟十二飛行任務(wù)要進行至少兩次出艙行走,期間需要使用核心艙所攜帶的機械臂作業(yè),時間長達數(shù)小時,整體難度遠超神舟七號執(zhí)行飛行任務(wù)時進行的約半小時艙外活動。未來的天宮建設(shè)階段,機械臂將起到“搭積木”等建設(shè)、維修和維護核心作用。

帶機械臂操作將是神舟十二航天員出艙行走的重要任務(wù)?(圖源:中國空間技術(shù)研究院)
4.首次在載人航天中啟用東風著陸場。在此前任務(wù)中,位于內(nèi)蒙古中部的四子王旗一直作為主要著陸場,而這次任務(wù)將首次測試載人任務(wù)著陸位于內(nèi)蒙古西部的東風著陸場,這里距離發(fā)射場更近,在發(fā)射階段應(yīng)急著陸能力更強,是我國新一代載人飛船試驗船的著陸地。這次在載人航天中全面啟用,將為未來常態(tài)化應(yīng)用打下重要基礎(chǔ)。
三、聶海勝三入太空,功勛航天員傳幫帶
作為任務(wù)的焦點,三名進入太空的航天員頗受關(guān)注。其中,“英雄航天員”、航天員大隊大隊長聶海勝已經(jīng)是第三次進入太空,他今年已經(jīng)57歲。作為1998年選拔出的中國首批航天員,他在過去23年內(nèi)見證了中國載人航天事業(yè)的快速發(fā)展。聶海勝參與的三次飛行任務(wù),也恰好是三個階段的最好見證:2005年,神舟六號飛行任務(wù)中,他和費俊龍實現(xiàn)了首次多人太空飛行;2013年,神舟十號飛行任務(wù)中,實現(xiàn)了多人對接空間實驗室并中期生存;如今,他又將見證天宮空間站的運行。

新聞發(fā)布會上的三名航天員:湯洪波(左)、聶海勝(中)和劉伯明(右),他們胸前衣服上繡制的星星數(shù)量(0,2,1)說明了他們執(zhí)行過幾次任務(wù)(圖源:我們的太空)
劉伯明已經(jīng)是二次升空,早在2008年的神舟七號任務(wù)中,他配合翟志剛共同完成了中國首次太空出艙行走,這是載人航天技術(shù)的一個重大突破。作為我國第二批航天員的湯洪波,將進行首次飛行任務(wù),逐漸接過首批航天員打下的重要基礎(chǔ)。
四、空間站時代,中國載人航天將迎來跨越式發(fā)展
按照計劃,整個天宮空間站建設(shè)將包括11次任務(wù):三次長征五號B火箭發(fā)射核心艙和兩個實驗艙,四次長征二F火箭發(fā)射四艘神舟飛船,四次長征七號火箭發(fā)射天舟飛船,預(yù)計于2022年天宮空間站將正式建成。這將是兩個發(fā)射基地、三型長征火箭和十一個航天器共同建設(shè)的結(jié)果。

天宮空間站示意圖(圖源:人民日報)
于此同時,顛覆性的新一代載人飛船也在快速發(fā)展中,它已經(jīng)于2020年5月5日長征五號B火箭首飛中測試并取得圓滿成功。相比較三艙段(推進艙,軌道艙和返回艙)、一次性、最大運力3人、壽命相對較短的神舟飛船,它將使用兩個艙段(推進艙、返回艙)、可復(fù)用、最大運力7人、壽命大幅增加到2-3年。由于嶄新的設(shè)計和隔熱、防輻射、結(jié)構(gòu)強度等多方面的大幅提高,它也能飛離地球進行更加復(fù)雜的深空探測任務(wù),是能讓中國航天員走向“星辰大?!钡膰仄鳌?/p>

世界主流現(xiàn)役和在研載人飛船對比,中國新一代載人飛船的能力已經(jīng)處于世界前列水平(授權(quán)圖源:Memorian-QN)
未來隨著最重可達21.6噸的新一代載人飛船投入使用,運力在8.6噸級的長征二號F火箭能力也將無法應(yīng)對,我們還需要新一代載人火箭。在2018年舉辦的第十二屆中國國際航空航天博覽會(簡稱珠海航展),它也嶄露頭角,它起飛重量約2000噸,大大超過長征二號F的464噸,可將近70噸有效載荷送入近地軌道,甚至運送25噸有效載荷進入地月轉(zhuǎn)移軌道。模塊化設(shè)計允許它根據(jù)任務(wù)需求提供不同運力選項,這也將成為未來中國載人航天的重要主力火箭。
載人航天工程建設(shè)29年來,中國航天人用長征、神舟、天舟、天宮等一系列浪漫名詞,搭起了溝通天與地的“天梯”,讓“天神”們?nèi)胱 疤鞂m”。這一切輝煌與矚目成就,離不開千千萬萬默默在背后耕耘的航天人們。今天,感謝他們!
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