中国载人航天工程(中国的重大国家工程)

中国航天载人工程(英文:China Manned Space)1992年9月,中央决策实施(重大国家工程)载人航天工程,并确定了中国载人航天“三步走”的发展战略。这项工程的主要目的就是要有计划有步骤的将航天员送往太空,并建设载人空间站,开展相关领域的科学研究,以便于加深对宇宙和未知空间的了解。以此为核心展开的一系列技术创造和科学研究,并设计制造相应的航天装备。

该计划的制定,是国家着眼于国内外环境和航天技术的发展情况,以及未来太空领域的竞争,站在当时的国家实际情况的基础上,提出的一项具有前瞻性的重大计划。这项计划的实施,将对中国抢占太空技术前沿和树立现代化国家的形象起到很好的支撑作用,同时也有利于维护中国的国家安全。

1992年,中国政府正式推动中国的载人航天工程建设。站在中国实际情况的基础之上,国家确立了载人航天工程的三步走阶段,经过30多年的发展,中国已经完成了从载人航天到太空驻人的跨越。2022年12月2日晚,神舟十四号航天员乘组向神舟十五号航天员乘组移交中国空间站的钥匙。中国空间站正式开启长期有人驻留模式。2022年12月31日,国家主席习近平在新年贺词中向全世界郑重宣布,“中国空间站全面建成”。2024年2月,中国载人月球探测任务新飞行器名称已经确定,新一代载人飞船命名为“梦舟”,月面着陆器命名为“揽月”。

工程背景

国际背景

自从人类第一次走出地球开始,太空领域的竞争与合作就已经存在了。20世纪50年代中期,航天技术逐步发展起来,在这两个领域有着深厚技术基础的美国和苏联开始将两个国家的竞赛推向太空。1957年苏联发射第一颗人造卫星斯普特尼克1号,1958年1月,美国也发射了自己的第一颗人造卫星探险者1号,并建立了著名的美国航空航天局(NASA),美苏间的太空竞赛由此开始。美苏两国的太空竞赛是从发射人造卫星开始,到载人航天、再到建设空间站等步骤逐渐过渡的。

1961年,苏联成功将加加林送入太空,成为第一个有能力将航天员送入太空的国家,同年5月5日,美国也将航天员送入了太空(虽然是亚轨道)。这场竞赛从1957年-1975年,持续长达18年,1975年美苏两国在太空领域开始由竞争转向合作,或者说开始进入竞争合作并存的时代,双方共同推动了“阿波罗-联盟测试计划”,让阿波罗飞船和苏联的联盟号载人飞船进行对接,并于当年7月成功完成对接。虽然这场太空竞赛是两国在科技领域的激烈的比拼,带有很强的政治目的,但是也正是这场竞争客观上推动了人类在太空技术方面的进步。受到美苏太空争霸的影响,其他国家也纷纷开始自己的航天计划。法国于1965年11月26日成功地发射了第一颗“试验卫星”-1(A-l)号人造卫星;1970年2月11日日本成功地发射了第一颗人造卫星“大隅号”;中国也在1970年4月24日发射了自主研发的第一颗人造卫星“东方红一号”。在此之后,如英国、印度、朝鲜、以色列、加拿大等国家或者成功发射卫星、或者计划研制卫星,都将目光转向了外太空。

运载火箭的研制和人造卫星的上天,只是人类航天活动的开始,各国在进行航天探索的过程中都在追求将人类送上太空。但是直到中国载人航天工程立项之前,世界上能够独立完成载人航天活动只有美国和前苏联,前苏联解体后,俄罗斯继承了这种能力,即便如此,也只有美国、俄罗斯2个国家能够做到这一步。“地球是人类的摇篮,但是人类绝不会永远只躺在摇篮里。”实现载人航天,不仅能够大大地拓展人类的活动范围,而且将极大地促进经济、科技甚至国防的发展。因此,世界各主要国家对于载人航天技术都非常重视,并制定了相关发展战略。

国内背景

载人航天工程的提出,是中国在已有的航天技术上寻求的再次突破。从当时的国内情况来看,20世纪50年代开始,中国在航天技术领域的探索就已经起步,起步时间并不比美国、俄罗斯(前苏联)等国家晚太多。1956年中国就将火箭技术开发工作纳入国家十二年科学发展规划,到1965年,中国正式将发射人造卫星列入国家重点项目。1970年,中国继苏、美、法、日之后,发射了中国的第一颗人造卫星,成为世界上第五个独立掌握用自制的运载火箭,发射本国自行研制人造卫星的国家。在载人航天计划提出之前,中国在人造卫星的发射和实际运用领域已经有了较大进展,试验通信卫星、国土普查卫星、摄影定位卫星、通信广播卫星、气象卫星都得到迅速发展并已投入应用。这些成就都在表明,1956年-1992年间,中国航天技术已经有了较深厚的积累。

这是在改革开放后党和国家推动的一项重大国家工程,经历十多年的对外开放、对内改革之后,中国的国民经济已经有了一定程度的发展。学术界普遍认为,1978年到1992年间,是改革开放的第一阶段,这个阶段中国的经济体制明确了建立社会主义市场经济体制的转变目标,国民生产总值从3645亿元迈入万亿级台阶,1992年就已经达到了23938亿元。截止到2012年的中国国务院新闻办公室消息,从1992年开始实施载人航天工程,在完成第一步任务,也就是完成神舟六号任务以后,经费一共花了200亿元人民币,这里面的投入还不到1992年国民经济总量的1%,经历改革开放的中国,已经能够拿出充足资金来支持载人航天工程的建设。

工程发展

1992年9月,中国政府决定实施载人航天工程,代号921,并确定了中国载人航天“三步走”的发展战略。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,开展空间应用实验;第二步,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术,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;第三步,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。 

工程前期通过实施四次无人飞行任务,以及神舟五号、神舟六号载人飞行任务,突破和掌握了载人天地往返技术,使中国成为第三个具有独立开展载人航天活动能力的国家,实现了工程第一步任务目标。通过实施神舟七号飞行任务,以及天宫一号与神舟八号、神舟九号、神舟十号交会对接任务,突破和掌握了航天员出舱活动技术和空间交会对接技术,建成中国首个试验性空间实验室,标志着工程第二步第一阶段任务全面完成。

2010年,中央批准载人空间站工程立项,分为空间实验室任务和空间站任务两个阶段实施。空间实验室阶段主要任务是:突破和掌握货物运输、航天员中长期驻留、推进剂补加、地面长时间任务支持和保障等技术,开展空间科学实验与技术试验,为空间站建造和运营奠定基础、积累经验。通过实施长征七号首飞任务,以及天宫二号与神舟十一号、天舟一号交会对接等任务,工程第二步任务目标全部完成。空间站阶段的主要任务是:建成和运营中国近地载人空间站,掌握近地空间长期载人飞行技术,具备长期开展近地空间有人参与科学实验、技术试验和综合开发利用太空资源能力。(注:资料来源于中国载人航天工程官网)

工程意义

有利于开发太空资源

人类为了社会进步和生活,总是不断扩大活动的领域,探索新的理论和方法,开发和利用更多的资源。这是包括空间科学和技术在内的高新技术发展的动力。太空又被称为外层空间,是人类未来活动的最新疆域,充满了未知,但也充满了机遇,拥有不可计量的空间资源。大致可分为信息类、能源类和物质类。

载人航天工程的实施,可以进一步开发空间能源和物质资源,如利用航天器微重力环境制备高级材料和高级药品;在空间获取能源和建立电站等。在这个过程中,所获取、加工、运输和储存的主要是物质和太阳能,因此所需要的设备、装备和设施非常的复杂且珍贵。在可预见的未来,凭借现有的技术还很难做到大部分或者全部的无人化。这也就需要有专门的人员来现场负责设备的操作,与智能化机器相互补充,维持航天设备的运行。包括未来的载人登月活动和兴建月球基地、开发月球资源等,也需要有人能够长期的参与工作。故此,现在的载人航天工程,就是在为未来的更远距离的航天活动和太空资源的开发,搭建硬件设施,积累相应的经验,

有利于维护国家安全

中国始终奉行和平利用外太空的政策,但是前苏联和美国都曾经在载人航天器上进行过相应的空间兵器研制、侦察监视等军事方面的实验。前苏联曾经利用空间站进行了反弹道导弹观测实验、指挥陆军释放烟雾训练,进行天基激光瞄准跟踪实验等活动。美国也使用航天飞机在轨道上自由检修、回收自己的卫星和其他航天器,也可以用来拦截、搜查、破坏敌方的卫星,而且随着航天技术的成熟,来自外太空的威胁,要远超大气层内部的战机或侦察机的威胁。

具体来看,航天技术的发展不可避免的会让太空成为世界各国未来竞争的主要领域,太空安全也就变成了国家安全重要组成部分。其一,太空安全正在成为新时代国家安全由传统领域向新兴领域拓展的边疆高地;是保障国家战略利益、彰显国家安全能力的高地;是太空科技发展与应用的前沿战略领域,是多学科与技术高度综合的集成域,是牵引高精尖新兴科技群融合发展的风向标。其二,就目前的太空安全基本态势而言,太空疆域需应对自然环境和人类太空活动的双重威胁,主要内容是威胁人类生存、航天器运行的天外陨石和各种太空垃圾,以及一些国家日益增多的太空军事活动。而载人航天工程的发展,则有利于中国在航天领域赶上世界先进水平,进一步提高应对来自太空的各种威胁,保障国家安全。

有利于开发航天经济

推动载人航天工程的建设,无论是从当下还是从长远来看,都蕴含着很大的商业价值。载人航天技术的成熟,让“太空旅游”成为可能,2021年9月,4名游客乘坐SpaceX的“龙飞船”体验了人类手册商业太空旅行。目前,中国虽然还没有开始将载人航天“旅游化”,但是随着中国在这方面技术的成熟,“太空旅游”也会成为拉动经济增长的一种新模式。除此之外,随着空间应用技术的展开,还会衍生出太空生物制药、太空育种等太空经济新业态。

有利于提升国家形象

载人航天工程是一个复杂的、漫长的国家工程,需要各个基础领域和先进技术领域的紧密配合。因此,推动如此庞大的工程建设,也是一个国家综合国力的体现。载人航天计划的实施,能够很好的凝聚国人共识,提升民族自豪感和自信心。中国每一次的载人航天行动的成功都是对全国人民、全球华人的一次鼓舞,会让他们看到国家的强大和民族的未来。中国外文局2018年的《中国国家形象全球调查报告2016—2017》显示,超六成受访者对中国在科技和经济领域参与全球治理的表现表示“非常认可”或“比较认可”;中国科技创新能力正成为中国闪亮的名片。报告显示,59%的海外受访者对中国的科技创新能力表示认可,高铁(36%)、载人航天技术(19%)和超级计算机(16%)成为海外认知度最高的三项科技成就。

工程体制

管理体制

中国载人航天工程是一个涉及多个先进科技领域和制造领域的庞大工程,需要全国各地的相关行业的配合。为了协调各方资源和加强管理,设立“中国载人航天办公室”(CMSA)代表政府行使管理职能。载人航天工程按行政、技术两条指挥线组织开展研制、建设工作,设立了总指挥、总设计师联席会议制度。总指挥、总设计师联席会议研究决定工程实施过程中的重要问题,重大决策报请国务院批准后实施。工程总指挥、副总指挥分别由总装备部、工业与信息化部、中国科学院和航天科技集团公司领导担任;工程总设计师、副总设计师由技术专家担任。

中国载人航天工程办公室成立于1993年6月,负责中国载人航天工程的发展战略、规划计划、总体技术、科研生产、条件建设、飞行任务组织实施、应用推广、国际合作和新闻宣传等工作,按照工程总指挥、总设计师联席会议的决定,对工程进行全系统、全过程的管理,统筹协调工程各部门、各系统的工作,下设运营管理局、科技计划局、工程建设局、总体技术局

中国载人航天办公室主任郝淳,副主任林西强。

参研部门

工程阶段

立项论证

1966年,中国制定了第一个“载人宇宙航行规划”,设想在1973年至1975年发射中国第一艘载人宇宙飞船,并开始了中国载人飞船的总体方案论证工作。1970年7月14日,党中央批准实施“曙光一号”载人飞船工程,代号“714”。但是由于当时财政吃紧、技术水平难以支撑载人航天计划等原因,这项计划最终下马。

1986年3月,“863”计划被启动,其中涉及到了诸多前沿科技的开发,航天技术被列为其中第二大项。有关载人航天计划的论证也随即开始,有关部门组织了60多家科研单位、2000多人参与此次论证。各方的分歧在于中国的载人航天工程如何起步,关于这个问题,各方逐步形成了三种意见,分别是发展载人飞船,航天飞机和空天飞机。论证前后进行了五年零十个月,这其中钱学森的观点起到了较为重要的作用,“应将飞船方案也报中央”。最后考虑到航天飞机和空天飞机的建设成本以及技术难度较高,与中国当时的国情不符,决定采用载人飞船的方案。1992年9月21日,中共中央决定:中国载人航天工程正式上马,工程代号“921”。60岁的王永志担任中国载人航天工程总设计师,59岁的戚发轫担任载人飞船总设计师。

工程实施

第一步:载人航天阶段

根据中国载人航天三步走战略,第一步是发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用实验。载人航天首先要解决的就是运载工具的问题,而这又分成了两个部分,其一,运载火箭,其二,载人飞船。1994年,中国载人飞船的名字被命名为“神舟号”,意为“神奇的天河之舟”,有“神州”的谐音,还有神气、神采飞扬之意。1999年11月20日,“长征二号f”火箭搭载“神舟一号”无人飞船,进行了第一次载人航天无人飞行实验,此后的两年时间里,2001年-2002年,中国先后发射了“神舟二号”到“神舟四号”无人飞船,进一步验证了运载工具的可靠性。通过系统技术的进一步提高和多项科学实(试)验的在轨完成,为实现载人飞行打下了坚实基础。

在经过前四次无人飞行实验后,中国开始迈出有人航天的第一步,2003年10月15日,中国第一位航天员杨利伟乘坐神舟五号载人飞船进入太空。历时21个小时,在轨飞行14圈,实现了“成功发射、精确测控、正常运行、安全返回”的任务目标。

2005年10月12日,神舟六号载人飞船搭载着费俊龙、聂海胜两位航天员按预定计划发射升空,于17日安全着陆。航天员乘组达成了“成功发射、正常飞行、安全返回、航天员健康出舱”的任务目标,历时4天19小时33分,这是中国第一次实施多人多天载人航天任务。掌握了环境控制与生命保障、飞行器控制、航天医学保障等载人飞船“多人多天”在轨飞行关键技术,首次开展了真正意义上有人参与的空间科学实验。从1992年载人航天工程立项,到2003年神舟5号载人飞船执行第一次载人航天任务,再到2005年,神舟六号圆满完成飞行任务,中国突破和掌握了载人技术,成为第三个具有独立开展载人航天活动能力的国家,实现了工程第一步任务目标。

第二步:空间实验室阶段

这一步的主要目标有两个,其一是要实现航天员出舱活动,其二是要搭建空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题,而这其中就涉及到了空间出舱技术,空间交会对接等核心技术。中国于2008年开始载人航天工程的第二步计划,2008年9月25日,神舟七号载人飞船搭载三名航天员(翟志刚、刘伯明、景海鹏3名航天员)进入太空,9月27日,航天员翟志刚圆满完成中国首次空间出舱任务。中国成为世界上第三个独立掌握空间出舱关键技术的国家。

中国空间站建设于2010年9月正式立项,2011年9月29日,天宫一号目标飞行器发射升空,将与之后升入太空的神舟八号飞船实施空间交会对接试验。11月1日,神舟八号飞船在酒泉卫星发射中心飞入外太空,并在11月13日、14日与天宫一号飞船完成了两次自动交会对接。通过神舟八号的返回舱,中德两国开展了17次空间生命实验,此次飞行活动使中国成为世界上第三个独立掌握空间交会对接技术的国家,因为国际合作广泛开展奠定了基础。

2012年6月16日,神舟九号成功发射升空,航天员乘组景海鹏、刘旺、刘洋三人进行了长达13天的在轨驻站工作,开展了多项太空实(试)验,包括人工空间交会操作、载人环境维护操作、在轨航天医学实验和更换维修试验等相关空间科学实验和技术试验。随后,神舟十号(2013年6月)、天宫二号空间实验室(2016年9月)、神舟十一号(2016年10月)、天舟一号(2017年4月)等航天器发射升空,并圆满完成各项任务,载人航天工程第二步完美收官。

第三步:建设空间站阶段

天宫二号空间实验室发射升空并正常运作,为后来空间站的正式建设打下了良好的基础,载人航天工程也进入到第三步,即建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。2020年5月5日,为空间站发射任务研制的新一代运载火箭长征五号B在海南文昌航天发射场成功发射,标志中载人航天工程的第三步全面开启。

此后的天和核心实验舱(2021年4月)、神舟十二号、神舟十三号载人飞船、天舟二号、天舟三号货运飞船等6次飞行任务的圆满结束,完成了关键技术验证阶段的任务目标,为空间站建造阶段任务实施奠定了坚实基础。2022年6月,神舟十四号载人飞船发射成功,成为中国空间站首批入驻的航天员,7月,问天试验舱发射成功,10月,梦天试验舱发射成功,11月,中国“天宫”空间站“T”字型结构形成。2022年11月29日,神舟十五号载着费俊龙、邓清明和张陆三名航天员在酒泉卫星发射中心发射升空。在轨期间,航天员乘组在地面支持下,首次实现2个乘组6名航天员“太空会师”,神舟十五号与神舟十四号飞行乘组完成在轨轮换,随后圆满完成4次出舱活动,刷新了中国航天员单个乘组出舱活动纪录,顺利开展空间站三舱状态长期驻留的验证工作,进行多项空间科学实验和技术试验,验证货物气闸舱出舱工作模式。2022年12月31日,国家主席习近平在新年贺词中郑重宣布,“中国空间站全面建成”。

第四步:应用与发展阶段

中国载人空间站工程全面建成后,已经进入应用与发展阶段,每年预计发射2艘载人飞船、1至2艘货运飞船,开展航天员在轨太空科学实验,同时与其他国家进行广泛的合作,有效的和平利用太空资源。

2023年5月10日,天舟六号货运飞船在文昌航天发射场成功发射。同年5月30日,神舟十六号载人飞船从酒泉卫星发射中心发射升空,随后与天和核心舱对接形成组合体。此次飞行任务目的是完成与神舟十五号乘组在轨轮换,驻留约5个月,开展空间科学与应用载荷在轨实(试)验,实施航天员出舱活动及货物气闸舱出舱,进行舱外载荷安装及空间站维护维修等任务。10月31日,神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。“神舟十六号”任务是中国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的首次载人飞行任务,迈出了载人航天工程从建设向应用、从投入向产出转变的重要一步。

2023年10月26日,搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。这次飞行的主要任务为实施航天员出舱活动和货物气闸舱出舱任务;继续开展空间科学实验和技术试验;开展平台管理常规工作、航天员保障相关工作以及科普教育等重要活动。这是中国载人航天工程立项实施以来第30次飞行,也是第12次载人飞行任务,驻守空间站的神舟十七号航天员乘组预计于2024年4月底返回地面。

2024年1月17日,搭载天舟七号货运飞船的长征七号遥八运载火箭发射成功。1月18日,天舟七号货运飞船与中国空间站组合体完成交会对接。

工程系统

航天员系统

航天员系统的工作主要由中国航天员科研训练中心负责,总设计师为黄伟芬。主要目标是保障航天员长期在轨健康生活和高效工作,是医学与工程相结合的系统。主要任务是“培养人、保障人、研究人”三大块。

培养人

航天员选拔

航天员是经历过特殊训练之后能够在太空操纵载人航天器、进行工作和科学实验的人员统称。因为工作内容和性质的不同,航天员又被分为航天驾驶员、飞行工程师以及载荷专家三大类别。中国航天员一般情况下是从现役飞行员中选拔,不同的类别有不同的细则,但大致的选拔标准是,年龄在25至35岁,身高在1.60米至1.72米,体重在55公斤至70公斤。飞行时间累计600小时以上,并具有三种以上气象条件飞行的能力。要求飞行成绩优良,能独立担任战斗值班和具有处理应急情况的经验,机种改装能力快,飞行耐力好,善于独立思考,机动灵活,动作协调,紧急情况下沉着、果断、准确无误、综合处置能力强。

中国首批航天员来自空军的优秀飞行员,他们是1998年从空军的1500名初选者选出的佼佼者,第一批获得航天员资格的仅有14人,这些航天员的飞行时长至少都达到了600个小时,最多的可以达到2000个小时。2003年10月15日,中国首位航天员杨利伟公开亮相,这也是中国的航天员首次出现在世人面前。

中国已经进行了四批次的航天员选拔,2009年5月选出第二批7名航天员中,包括2名女性航天员。第二批因为航天技术飞速发展、航天发射任务频次大幅增加,到空间站建设阶段,第二批航天员全部参与了发射任务。第三批航天员选拔从2019年5月开始,2020年9月结束,历时近两年,选拔出18名航天员,包括7名航天飞行工程师以及4名载荷专家。选拔部门涵盖海陆空三军航空兵现役飞行员,航空航天工程以及相关领域的专业工程师,空间科学研究以及应用领域的科研人员。

第四批次的预备航天员选拔工作于2022年9月启动,计划选拔12-14名航天员,截止到2023年3月,已经有100人通过初选,进入复选阶段,其中有10余名来自香港和澳门地区候选对象进入复选。

航天员训练

一般而言,航天员的选拔要经过初选、复选、定选三个阶段,又要经历4年左右的时间(载荷专家需要2.5年)训练,考核合格之后才能合格的职业航天员,通常分为基础训练、航天专业技术训练、航天飞行任务模拟训练、强化训练与任务准备四个阶段。在经历体质训练、心理训练等8大类100余个科目的训练考核之后,才能成为一名真正的航天员。

保障人

航天员的保障分为三个大板块,分别是环境控制与生命保障系统、航天员医学监督与医学保障、航天服。其中环境控制与生命保障系统是要通过创造人类适宜的环境,为航天员工作提供安全可靠的场所;航天员医学监督和医学保障主要是通过医学手段,在飞行任务前保持航天员身体良好状态,在飞行任务中监视航天员身体健康状态,在飞行任务后促进航天员身体恢复;航天服指的是航天员在太空中执行任务时,为维护生命安全而穿着的特殊服装。

研究人

“研究人”是载人航天的重要任务,即探究解决人类相关空间生命科学问题,掌握发展先进的健康保障和人因工程技术,为载人航天创新发展和未来载人深空探测提供持续的理论和技术支撑。载人航天总设计师周建平曾说,“在载人航天之前,航天工程实际上是无人飞行,靠自动化或遥控运行。当人进入这个环路,我们开始深入探讨如何发挥人的作用。”载人航天任务本身就是一次巨大的人因工程试验。(人因工程(Human Factors Engineering,HFE)是随着军事装备发展,科技、社会进步,特别是工业化水平提升而迅速发展起来的一门综合性交叉学科)

运载工具系统

中国载人航天的运载工具是由中国自主研发设计的长征系列运载火箭,1970年,中国使用自行研制的长征一号火箭将东方红一号卫星送入太空,开启了中国航天领域运载工具的发展史。随着深空探测领域的扩张和相关技术的变革,世界上的主要航天大国于20世纪80年代纷纷开启了新一代运载工具的研发工作,而中国当时的在役最大运载火箭的运载能力仅为5吨,极大的限制了中国空间技术的发展,1986年,中国科研团队也在863计划中提出了要研制新型运载火箭的目标。在载人航天工程中,中国先后使用并研制了三款运载火箭,即长征二号F型运载火箭、长征七号运载火箭、长征五号B型运载火箭。

长征二号F

长征二号F型火箭(CZ-2F)是由中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)负责总体设计研制,它是在原长征2E型运载火箭的基础上改进的一款新型运载火箭,主要用于发射神舟系列载人飞船和其他大型目标空间器到近地轨道。该型火箭长58.4米,芯一、二级直径3.35米,火箭起飞质量约480吨,可以把8.6吨的有效载荷送入近地点200公里、远地点350公里的地球近地轨道。在后来的载人航天活动中,又发展出了“T””Y”两种系列,分别用于发射载人飞船和发射目标飞行器。火箭由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成,又分为箭体结构系统、动力装置系统、控制系统、推进剂利用系统、故障检测处理系统、逃逸系统、遥测系统、外测安全系统和附加系统及地面设备系统共 10 个系统组成。

1999年,长征2F运载火箭首飞,执行神舟一号无人飞船运载任务。由此开始,该型火箭参与了中国载人航天工程的所有载人飞船和目标空间器的发射任务。前后执行了18次发射任务,发射了16艘神舟系列飞船,其中5次无人飞行,11次载人飞行,发射了两个空间实验室,成功率达到100%。

长征七号

长征七号运载火箭(CZ-7)由“火箭院”总体设计,用于发射货运飞船、卫星的运载工具,长度为53.1米,直径3.35米,起飞重量近600吨,近地运载能力为13.5吨。该型火箭也是中国首个采用全三维设计、制造的无毒低污染的液体中型运载火箭,采用的发动是 YF-100液氧煤油发动机,海平面推力为120吨,在地面发射过程中,6台YF-100发动机同时工作,产生超过720吨推力,这型发动机的研制成功也标志着中国在航天发动机技术上有了新的突破。在构型上采取了捆绑四枚助推器的新构型,4个助推器直径2.25米,助推器长度为现役运载火箭的2倍,起飞重量597吨。

长征七号于2016年6月在海南文昌卫星发射场首飞成功,次年4月长征七号搭载天舟一号货运飞船升空,为空间实验室在轨活动送去物资。此后,又相继完成天舟二号、天舟三号货运飞船的发射任务。

长征五号B

长征五号B型运载火箭(CZ-5B)是中国研制的最新型、运载能力最大的一型火箭,专门为载人空间站组建承担发射任务。这款火箭长约54米,芯级直径5米,助推器直径3.35米,起飞重量837.5吨,近地轨道运载能力大于22吨。该型火采用了氢氧推进剂的芯一级和采用液氧煤油推进剂的助推器同时为火箭提供动力的方式,配备了8台120吨级液氧煤油发动机和两台氢氧发动机,可以为火箭发射升空提供约1000吨的推进动力。

2020年5月5日,长征5B运载火箭在海南文昌卫星发射场,搭载新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱发射升空,正式开始执行载人空间站运载任务。

载人飞船系统

中国的载人飞船取名为“神舟”,意为“天河之舟”,又取“神州”的谐音,表达了中华民族对载人飞天的美好期盼。载人飞船系统是整个载人航天工程的重点建设内容,是三步走计划的第一步,由中国空间技术研究院总体负责。

从1999年11月神舟一号无人试验飞船到2023年5月的神舟十六号载人飞船圆满发射,“神舟”系列已经执行了十六次无人或载人升空任务,具备世界先进水平。整体来看,神舟系列飞船基本上由轨道舱、返回舱、推进舱和附加舱段的三舱一段组成,分别承担航天员的生活工作、飞船指挥控制和返回地球的任务。(自神舟七号开始,附加舱段被空间对接机构取代)

2024年2月,中国载人月球探测任务新飞行器名称已经确定,新一代载人飞船命名为“梦舟”,月面着陆器命名为“揽月”。“梦舟”寓意载人月球探测承载中国人的航天梦,开启探索太空的新征程,也体现了与神舟、天舟飞船家族的体系传承;新一代载人飞船包括登月版和后续执行空间站任务的近地版两个型号,其中,登月版采用“梦舟Y”(飞船名称+“月”字音节的大写首字母)。“揽月”取自毛主席诗词“可上九天揽月”,彰显中国人探索宇宙、登陆月球的豪迈与自信。

轨道舱

“神舟”飞船的轨道舱是一个类似圆柱体,总长度为2.8米,最大直径2.27米,一端与返回舱相通,另一端与空间对接机构连接。主要功能是为航天员提供生活、工作的场所。轨道舱是飞船进入轨道之后,航天员就会进入这个舱室吃饭、休息,这里面也储存着航天飞行所必须的各种物资,包括食物、饮水和大小便收集器等。轨道舱外安装着可以提供0.5千瓦以上的电力的太阳能电池板。轨道舱在航天员返回后,还能够继续在轨工作,相当于当于一颗对地观察卫星或太空实验室,这也是中国航天飞船的一大特色。

返回舱

返回舱室航天飞船的控制中心,呈现出一个钟形,长2.00米,直径2.40米(不包括防热层),供航天员起飞、上升和返回阶段乘坐。航天员在返回舱内通过这些仪表进行监视,并在必要时控制飞船上系统机器设备的工作。返回舱属于密闭的舱段空间,内部设有环境控制和生命保障系统,可以将舱内温度调节至人体能够接受的范围,保障航天员在飞行过程的生命安全。返回舱内还装有主、备两具降落伞,供返回舱着陆时使用。两侧各有一个圆形窗口,航天员可以通过一个窗口观察外部情况,另一个供航天员操作光学瞄准镜观测地面驾驶飞船。

推进舱

推进舱又叫仪器舱或设备舱,总体呈圆柱形,长3.05米,直径2.50米,底部直径2.80米。航天飞窜的推进系统、电源、轨道制动设备都安装在此,同时为航天员提供氧气和水。两侧各有一对太阳翼,除去三角部分,太阳翼的面积为2.0×7.5米。与轨道舱的太阳翼加起来,可以为飞船提供充足的电力。设备舱的尾部是飞船的推进系统。主推进系统由4个大型主发动机和附加小推进器组成,为飞船的运动提供动力。

附加舱段

附加段也叫过渡段,存在于早期的神舟飞船上,主要用来完成与其他空间飞行器交会对接前的技术测试与验证工作,后期作为交会对接机构的安装位,此外也能够安装其他仪器进行空间探测。

货运飞船系统

在前苏联“礼炮”空间站设计初期之前,其设计师就考虑到了空间站的补给问题。为此,在“礼炮”空间站在轨运行之后,前苏联设计师就以“联盟”号飞船为基础,设计了专门用于货物运输的“进步”号货运飞船,之后,美国和欧洲相继研究出了“龙”飞船和ATV货运飞船。

中国的“天舟”系列货运飞船,由中国空间技术研究院负责总体研究设计,于2011年开始论证立项,确立了货运舱和推进舱组合的两舱主体结构。飞船分为全密封货运飞船、半密封货运飞船和全开放货运飞船。将第一艘天舟一号作为试验平台,在满足货运任务的同时,验证相关技术的可靠性。飞船全长10.6米,最大直径3.35米,最大装载状态下重量达13.5吨,由货物舱和推进舱两舱结构组成。运载能力为6吨

空间实验室系统

载人航天工程的空间实验室是开展空间试验活动的载人航天飞行器,规模上小于空间站,是空间站的雏形,是空间站建造的过渡系统。空间实验室的主要任务是“突破并掌握飞行器空间交会对接及组合体控制技术;突破航天员中期驻留、飞行器长期在轨自主飞行、再生式生保和货运飞船补加等关键技术;验证天地往返运输飞船的性能和功能;先期考核空间站建造相关关键技术。

该系统前后发射天宫一号、天宫二号,天宫一号于2011年9月29日在酒泉卫星发射中心发射成功,飞行器全长10.4米,最大直径3.35米,由试验舱和推进舱两部组成,在轨运行时间4年零九个月,于2016年3月16日终止服务,并与4月22日受控坠入大气层陨毁。天宫一号分别与神舟八号、神舟九号、神舟十号载人飞船进行对接试验,并成功完成任务,其装载有效载荷23件,发射成功之后,成功开展了对地观测、复合胶体晶体生长和空间环境探测等科学实验,在陨毁之前,向地面发回了高光谱数据产品约22TB,包括零级有效数据5TB、一级数据3.7TB、二级数据产品13.2TB,为科学和应用用户提供各级数据产品超过10TB。在轨运行期间,也曾多次参与过应急抢险任务,为澳大利亚火灾、云南鲁甸地震、浙江余姚水灾提供数据服务。

天宫二号是中国首个空间实验室,是在天宫一号备份目标飞行器的基础上改进研制而成,同样由实验舱和资源舱组成,试验场为航天员提供工作和生活场所,而资源舱则是为天宫二号提供能源和动力。总体长度10.4米,最大直径3.35米,太阳翼翼展约18.4米,重8.6吨,设计在轨寿命2年。2016年9月15日,由长征二号F运载火箭从酒泉卫星发射中心发射升空,在轨运行期间,天宫二号需要完成三个主要的任务,即突破推进剂在轨补加、在轨维修技术试验、航天中期驻留等核心技术。天宫二号于2016年10月19日与神舟十一号载人飞船完成交会对接,三名航天员成功进入舱内,开展了为期30天的空间站驻留任务。2017年4月24日至27日,到达太空的天舟一号货运飞船与天宫二号交会对接,向天宫二号补充了推进剂,使得中国成为第二个独立掌握太空推进剂补加技术的国家。

天宫二号搭载有效载荷51件,在轨期间开展了涉及8个领域的太空试(实)验,其中包括微重力基础物理、微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学、空间天文探测、空间环境监测、对地观测及地球科学研究应用以及应用新技术试验。2019年7月19日,完成预期任务的天宫二号受控离轨并再入大气层陨毁,标志着中国载人航天工程空间实验室阶段全部任务圆满完成。

空间站系统

中国载人航天的空间站系统主要负责的是中国的“天宫”空间站研制建设,这也是这项工程的最后一步,完成这一步中国人将实现在太空的长期驻留并开展太空试验,为未来的太空探索打下基础。2010年,中央专门委员会批准了载人空间站计划,2012年3月,空间站由立项论证正式转入设计阶段,2013年,中国载人航天工程办公室对外宣布,中国空间站定名为“天宫”,这是一个规模较大、长期有人参与的国家级太空实验室,可以支持航天员长期在轨工作、生活,额定的成员为3人,设计寿命为10年。空间站在轨运行期间,分别由载人飞船和货运飞船实现空间站驻留人员的轮换和物资补给、废弃物下行。“天宫”空间站由三个分舱段组成,分别为“天和”核心舱、“梦天”试验舱和“问天”实验舱,建成之后呈“T”字构型,内部可活动空间约为110立方米。

“天和”核心舱

2021年4月29日,“天宫”空间站的首舱“天和”核心舱在海南文昌航天发射中心“乘坐”长征五号B遥二运载火箭发射入轨,中国空间站的舱段组合走出了第一步。这个核心舱长16.6米、最大直径4.2米,重量达到22.5吨。为了给航天员提供更加舒适的生活工作环境,“天和”核心舱内部细分出了工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区,设计使用寿命为15年。

“问天”实验舱

2022年7月24日,“问天”实验舱成功发射,25日成功与“天和”核心舱完成对接,组成空间站的“一”构型,9月30日,为了迎接“梦天”实验舱的到来,“问天”实验舱在天地协同的操作下完成在轨转位,由原来的“一”字型转为“L”型。该试验舱由工作舱、气闸舱和资源舱三部分组成,舱体总长17.9米,直径4.2米,发射重量约23吨。

“梦天”实验舱

2022年10月31日,“梦天”实验舱发射升空,随后与“天和”核心舱完成对接,至此,中国空间站的基本构型完成。梦天实验舱由工作舱、货物气闸舱、载荷舱、资源舱四个舱段组成,舱体全长17.88米,直径4.2米,发射质量约23吨。

其他系统

空间应用系统

中国科学院空间应用工程与技术中心是载人航天工程空间应用系统总体机构依托单位,代表中国科学院具体负责工程组织实施及总体技术支持/支撑。主要任务是利用载人航天器的应用支持能力,开展空间科学实验与应用研究,推动和引领空间科学与应用领域的发展。载人航天工程实施以来,中国科学家利用神舟系列飞船和天宫空间站、太空实验室等航天装备和搭载的设备,进行了50多项空间应用试(实)验,其中涉及到空间生命科学与生物技术、微重力流体和燃烧科学、空间材料科学、微重力基础物理、空间天文、空间物理与空间环境、空间地球科学与应用以及空间应用新技术试验等领域,全新研制了500多台/套有效载荷。

测控通讯系统

测控通讯系统主要承担对火箭、航天器的飞行轨迹、姿态和工作状态的测量、监视与控制任务,为航天员的视频和话音通行提供通道,是航天器从起飞到宛城区全部任务的天地联系的唯一手段。该系统包括多个指挥控制中心、国内固定测控站、国外测控站、机动测控站、远望号远洋测量船和中继卫星系统在内的陆海天基测控网。

光学舱系统

主要负责研制空间站“巡天”光学舱平台,用于上行多功能光学设施,单独发射入轨,与空间站共轨飞行,支持多功能光学设施开展巡天和对地观测;需要时可与空间站主体对接,开展推进剂补加、设备维护和载荷设备升级等活动。

发射场系统

发射场系统的主要任务是为载人航天器和空间站组成舱段提供发射服务,将这些航天器送入太空。中国载人航天工程的发射场主要有两个,分别是位于甘肃的酒泉卫星发射场和位于海南的文昌卫星发射场。

酒泉卫星发射场(中心)

中国酒泉卫星发射中心,组建于1958年10月20日,是中国第一个卫星发射中心,酒泉发射场系统的主要负责运载火箭和飞船等航天器、有效载荷及航天员系统装船设备在发射场的测试与发射,并提供相应保障条件。在空间站建设中,承担载人飞船的发射任务。系统总体单位为中国酒泉卫星发射中心。 

文昌航天发射场(中心)

海南文昌航天发射场于2007年8月启动建设,系统总体由中国西昌卫星发射中心负责。主要负责运载火箭、飞船、空间站、有效载荷和航天员系统装船设备在发射场的测试与发射,并提供相应保障条件。在空间站建设中,主要承担货运飞船、光学舱、空间站核心舱和实验舱等舱段的发射任务。 

着陆场系统

该系统有西安卫星遥测中心总体负责,主要任务是为载人飞船返回舱选定安全的返回着陆场区,完成返回舱在返回着陆段的测控通信任务,搜索、寻找着陆后的返回舱,救援航天员,回收返回舱和有效载荷,并提供着陆场区的通信和气象保障服务。由主着陆场、副着陆场、陆上应急搜救、上升段海上应急搜救、通信和航天员医监医保六部分组成。中国载人航天工程的着陆场为内蒙古四王子旗着陆场和东风着陆场。

工程文化

载人航天标识

标识创意诠释:

中国载人航天logo以现代科技和中国传统文化符号传达中国载人航天是“创新、超越、高端”的重大项目,以代表宇宙科技的神秘、广阔、无限、智慧的航天蓝色传达“现代、超越、宇宙科技无限”并结合中国与宇宙科技的思想

色彩释义

蓝色是科技、冷静与智慧的象征,中国载人航天将以崭新的姿态与您共创科技新起点,以智慧的无限可能性思想和为祖国争光的心态竭诚为国家服务

结构示意:

【中国】 铿锵有力的书法体呈现出中国的“中”字,寓意中华民族腾飞的力量

【腾空之力】标志尾部的书法笔触如同火箭腾空时刺破苍穹的烈焰,体现出豪迈拼搏的航天精神

【中国版图】标志尾部的书法笔触由中国版图轮廓构成

【空间站】标志图形创意源于空间站外形——舱体与太阳能板,同时结合成中国的“中”字呈现,体现出航天的属性特征

【鲲鹏】标志整体如同一只展翅翱翔的大鹏鸟,有逾越天际,志存高远的自信

载人航天精神

“在长期的奋斗中,中国航天工作者铸就了特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献的载人航天精神。”

中国航天之父

钱学森,中国航天事业的奠基人,曾经留学美国,在美学习研究期间,与他人合作完成的《远程火箭的评论与初步分析》,奠定了地地导弹和探空火箭的理论基础;与他人一起提出的高超音速流动理论,为空气动力学的发展奠定了基础。新中国建立后,钱学森回到中国,参与并主导了中国的导弹、火箭和第一颗人造卫星的等尖端装备的研制。同时为中国培养的航天事业的工作者,后来又参与了载人航天工程的论证工作,被誉为“中国航天之父”。

常见术语

注:有关内容来源于中国载人航天官网、中国科学院等官方网站

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