庞之浩：精彩纷呈的中国航天科技（5）

三、载人航天铸辉煌

（一）总体概述

载人航天是航天技术向更高阶段的发展，航天员可以在太空完成更复杂的工作。但它又是当今高技术中最具挑战性的领域，能体现一个国家的综合国力和整体科技水平。

早在20世纪70年代初，我国曾拟研制曙光号2舱式载人飞船，并选拔出19名预备航天员，毛泽东同志在1970年7月14日批准了该项目，即“714”工程。但由于当时的政治环境、经济能力和工业基础等条件不成熟，该工程在1975年不得不中途下马。

1992年9月21日，党中央批准实施我国载人航天工程，即“921”工程。自此，我国的载人航天工程再次正式启动。我国载人航天领域流行着一句话：“造船为建站，建站为应用”。这句话简单扼要地概括了我国发展载人航天的路径和目的。

根据我国的实际情况，经过专家们充分论证决定，我国载人航天工程采用“三步走”的发展战略。

第一步是研制载人飞船，把航天员送入太空，并在完成预定任务后安全返回地面，实现我国载人航天的历史性突破，掌握载人航天的最基本技术。这一步通过2003年和2005年先后发射的神舟-5、6载人飞船圆满完成了。

第二步是突破和掌握航天员太空行走、空间交会对接两项关键技术，然后发射空间实验室和货运飞船。这些也是建造空间站的前提条件。这一步通过2008年登天的神舟-7航天员翟志刚完成太空行走拉开了序幕，并分两个阶段实施。

第一阶段除了完成太空行走任务外，还在2011年通过发射天宫-1目标飞行器和神舟-8无人飞船实现了自控交会对接；在2012年、2013年通过分别发射的神舟-9、10与天宫-1实现了自控和手控对接，并先后送2名女航天员上天。这4次航天发射使我国成为世界第三个独立掌握了空间交会对接技术的国家，还验证了组合体飞行技术，并使神舟飞船定型。至此，第二步第一阶段结束。

此后，我国载人航天进入第二步第二阶段，于2016年、2017年先后发射天宫-2空间实验室和与之分别对接的神舟-11载人飞船和天舟-1货运飞船，验证了航天员中期在轨驻留技术、在轨加注技术、货运飞船技术和未来空间站的部分新技术，并进行了较大规模的科学实验和技术试验。

第三步是计划在2022年建成长期载人的大型空间站天宫，开展大规模、长期有人照料的空间应用。天宫空间站采用积木式构型，由3个20吨级舱段组成T字形，天和核心舱居中，问天实验舱1和梦天实验舱2分别对接于两侧。空间站按长期载3人状态设计，每半年由载人飞船实施人员轮换，由货运飞船进行推进剂和物资补给。为此，突破了四大关键技术：推进剂补加技术、物化式再生生保技术、电源技术和空间机械臂技术，并将在轨运营10年以上，成为我国空间科学和新技术研究试验的重要基地，用于获取具有重大科学价值的研究成果和重大战略意义的应用成果。

（二）载人飞船

1.三舱构型

目前，我国已发射了13艘神舟飞船，其中8艘是载人飞船，5艘是无人试验飞船。

神舟飞船采用由轨道舱、返回舱和推进舱组成的3舱式构型，乘员人数3人，可自主飞行7天，停靠飞行180天。其中，轨道舱位于飞船前部。飞船在轨运行后，航天员由返回舱进入到轨道舱生活和工作。轨道舱的前端装有用于交会对接的装置。返回舱位于飞船中部，是航天员往返时的座舱，也是飞船的控制中心，具有着陆后支持航天员陆上生存48小时、海上生存24小时的能力。推进舱位于飞船后部，为非密封结构，给飞船提供动力、电源、燃料等。尾部装有4台2.5千牛的变轨发动机，侧壁装有姿控发动机和24米2主太阳电池翼。

别看“神舟”是一种小型载人航天器，但它由14个分系统组成。这些分系统涉及物理、医学等数十种学科领域，所以具有技术多样性和研制复杂性。

2.主要特点

第一，起点很高。作为我国第一代载人飞船，“神舟”采用了当时最先进而且目前仍比较先进的3舱式构型。

第二，一船多用。外国载人飞船的轨道舱一般会废弃在轨道上，而神舟飞船的轨道舱具有“留轨利用”的功能。

第三，性能先进。“神舟”采用了信息技术的最新成果，其电子技术和智能化水平远远领先。

第四，防热高超。神舟飞船返回舱的表面积是22.4平方米，使用的防热材料总质量约500千克，比俄罗斯联盟飞船的要大、要轻。

第五，降落伞大。“神舟”的降落伞是世界上最大的单顶降落伞，有1200平方米。可叠起来却只有一个小提包大。

神舟飞船采用了多项新技术，其中10多项关键技术达到国际先进水平。

3.最新飞船

2021年发射的神舟-12载人飞船，采用了一些新技术，实现了五个首次：首次实施载人飞船自主快速交会对接；首次实施绕飞和径向交会；首次实现长期在轨停靠；首次具备从不同高度轨道返回东风着陆场的能力；首次具备天地结合多重保证的应急救援能力。与神舟-12相比，同年发射的神舟-13载人飞船采用自主快速交会对接的方式，首次径向停靠空间站，首次在轨驻留6个月。2020年，我国成功发射了新一代飞船试验船。它与“神舟”相比，具有载人多、用途广和重复使用等一系列优点，可用于未来的载人登月等任务。

（三）实验小站

2011年，我国发射了天宫-1目标飞行器，2016年9月15日发射了天宫-2空间实验室。与宇宙飞船相比，它们具有体积大、寿命长和功能强的特点，可视为微型空间站。

1.任务不同

天宫-2是天宫-1的备份，但它们的任务不同。天宫-1目标飞行器的任务是：作为交会对接的目标，实现组合体控制和管理，航天员的在轨驻留、生活和工作，开展科学实验，进行空间技术试验。与天宫-1相比，天宫-2的轨道更高、驻留时间更长、试验做得更多，是第一个真正意义上的空间实验室。它主要完成三大任务：验证航天员在轨中期驻留技术，进行在轨维修技术试验；与货运飞船对接，验证推进剂在轨补加技术，开展大规模空间科学和应用实验。为了满足航天员中期驻留需要，我们对天宫-2载人宜居环境做了重大改善，具备支持2名航天员在轨工作、生活30天的能力。例如，改善就餐和睡眠环境，增加了锻炼设备和娱乐设施。

2.两舱功能

“天宫”由实验舱和资源舱组成，其中实验舱的密封舱有专用睡眠区、锻炼区、实验区、仪表区，有较多实验设备；资源舱提供动力和电能。

（四）货运飞船

由于我国大型空间站天宫要长期载3人在轨运行，而先期研制和发射的神舟载人飞船每次满载3人上天时只能携带300千克货物，为此，我国又研制发射了每次能为空间站运送近7吨货物的天舟货运飞船，从而满足空间站长期载人航天的需求。另外，它还可用于下行销毁空间站各种废弃物，并具有为空间站轨道控制能力和支持科学实验的能力。2017年，我国首艘货运飞船天舟-1升空，与天宫-2空间实验室对接。2021年发射天舟-2、3，与空间站核心舱对接，为后续发射的神舟-12、13乘组送去大量所需物资。

天舟货运飞船由货物舱和推进舱组成，整船最大装载状态下重量达13.5吨，上行货物运输能力为6.9吨，其载货比（所载货物重量与飞船总重量之比）高达51%，居世界第一，每次货物的运载量在全球现役货运飞船中也最大的。飞船采用型谱化和模块化设计，货物舱有全封闭、半开放和全开放、以及小型舱段运输型4种构型，因而可根据需要进行不同种类物资的运输。前三种皆具备推进剂在轨补加能力，可满载3.5吨推进剂，其中1吨自用。另外，飞船的货物舱内设计了40个货格，每个货包上都有二维码，扫描后能获得货物的位置信息和产品信息。并且，根据货船的圆形舱体结构，我们设计出了26种不同尺寸规格、不同形状的货包。货包使用的布料添加了螃蟹壳，能有效抗菌。

（五）空间大厦

2021年4月29日，我国用长征-5B成功将天和核心舱送入太空预定轨道，宣告了中国开启空间站任务的新时代。2022年，我国还将先后发射问天实验舱I、梦天实验舱II与天和核心舱依次对接，从而建成我国第一座空间站天宫的基本型。

1.起点高

2010年9月25日，中央批准实施空间站工程。其主要任务是使我国成为独立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技术试验和综合开发利用太空资源能力的国家。我国第一座空间站——“天宫”，它没有走美苏先建造单舱式，再建造多舱式空间站的老路，而是直接建造采用积木式构型的多舱式空间站，能达到世界第三代空间站水平，使我国具备长期开展有人参与科学实验、技术试验和综合开发利用太空资源能力。

2.三舱构型

我国天宫空间站以天和核心舱、问天实验舱I和梦天实验舱II三舱对接为基本构型，共有15个分系统。其中，核心舱作为空间站组合体控制和管理主份舱段，具备交会对接、转位与停泊、乘组长期驻留、航天员出舱和保障空间科学实验等能力。问天和梦天实验舱均用于大规模舱内外空间科学实验和技术试验载荷的支持舱段。同时，问天实验舱I还作为组合体控制和管理的备份舱段，并具备乘员出舱活动能力；梦天实验舱II则具备载荷自动进出舱能力。

另外，在发射了这3个舱之后，我国还将发射与天宫空间站共轨飞行的巡天光学舱，将搭载2米口径的巡天望远镜。这台望远镜的分辨率与美国哈勃空间望远镜相当，但视场角是后者的200多倍，可在大范围巡天科学研究方面显身手。

3.细说核心

最先发射的天和核心舱对建造天宫空间站至关重要。天和核心舱的体积和重量比目前在轨飞行的国际空间站的任何一个舱位都大，供航天员工作生活的空间可达50立方米。2022年对接上两个实验舱后，空间站供航天员的活动空间可达110立方米。

天和核心舱由节点舱、生活控制舱、后端通道和资源舱组成。其中，生活控制舱能够提供三名航天员生活、工作空间以及配套支持系统，设有3个睡眠区，即每名常驻航天员都有一个独立的睡眠区，还有卫生间。另外，还配置了工作区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区，设有微波炉、冰箱等家居。

4.技高一筹

天和核心舱采用了不少新技术。比如：配置一部承载力达25吨的10米长的七自由度大型空间机械臂；设计完整的再生式生命保障系统，回收净化航天员排泄的尿液作二次使用；采用了大面积可展收柔性太阳电池翼；除了配备了常规的化学能轨控发动机和自控发动机外，额外配置了四台大功率霍尔电推进发动机等。

目前，我国空间站虽没有最先进的国际空间站规模大，但我国空间站的效益更高一些。