策划、统筹:占豪剑
文、图表整理:占豪剑
来源:新华社、人民网、中国载人航天工程官方网站、央视新闻
图片来源:中国载人航天工程官方网站、央视新闻(视频截图)
手绘:黄思勤
天宫,中国神话传说中天帝居住的宫殿,今天,被赋予新定义——中国空间站。
二十世纪90年代初,我国载人航天工程启动,规划了“三步走”战略,要逐渐建造中国自己的空间站。从无人飞行到载人飞行,从舱内实验到太空行走,从一人一天到多人长期驻留……中国载人航天一步一个脚印稳步前行,走过了三十年。
随着梦天实验舱升空,建设完成的中国空间站,将成为国家太空实验室,携带14亿多人的深空梦想,开启全新的求索之路。
一 起步
往返天地,首先得有用于运送人员的运输器,神舟飞船由此诞生。
科研人员大胆提出由推进舱、返回舱和轨道舱组成的三舱结构。其中,后端的推进舱为飞船提供动力,中间的返回舱是航天员的座舱,也是唯一可以返回着陆的舱段,前端的轨道舱,则在完成任务后留轨飞行,开展大量空间科学实验。
为了保障航天员的生命安全、验证各项技术,需先进行无人飞船发射。1999年11月20日,运载着神舟一号的长征二号F运载火箭,在巨大的轰鸣声中腾空而起,直冲太空。经过21小时的飞行,神舟一号成功降落在预定的着陆场,中国载人航天技术实现重大突破。
之后三年,中国又发射了多艘无人飞船,包括神舟二号、神舟三号和神舟四号飞船,进一步提高系统技术并在轨完成多项科学实(试)验。
至此,中国载人航天的第一步无人飞船试验基本完成,第二步真正的载人飞船阶段紧锣密鼓地进行。
2003年10月15日,中国第一艘载人飞船神舟五号搭载着航天员杨利伟顺利升空。环绕地球飞行14圈,历时21小时23分,杨利伟与神舟五号飞船完成了中国首次载人航天飞行,将中国人的身影留在了浩瀚太空。中国也成为世界上第三个能独立将人类送上太空的国家。
两年后,神舟六号搭载两名航天员,首次成功进行多人多天太空飞行试验,飞行时间延长至5天。至此,中国载人航天工程“三步走”发展战略“第一步”收官。
天宫,不是传说。
二 蓄能
神舟飞船继续优化,科研人员同时着手突破几个关键难题:出舱行走、交会对接以及太空补给。
首先是出舱行走。未来空间站的建设和维修,需要航天员进行大量的舱外工作,因此舱外行走是载人航天的一项关键技术。2008年9月25日21时10分,神舟七号将翟志刚、刘伯明、景海鹏3名航天员送上太空,两天后的9月27日,在另外两名搭档的配合协助下,翟志刚在太空迈出第一步,完成了中国人的首次太空行走。为了这次出舱,科研人员还在短期内研制出了第一件舱外航天服,并重新为飞船轨道舱增加了气闸舱。
接下来,是交会对接技术。这是建设空间站最基本最关键的技术。掌握了这项技术,才能将一个个被送入太空的“模块”,组装成太空站这个庞大的“太空家园”。2011年9月29日,天宫一号发射升空,它和神舟飞船肩负着共同突破这项技术的艰巨任务。
实际操作中,交会对接技术是公认的航天技术难题,曾有专家形容,天宫一号和神舟八号,两个七八吨重的飞行器,在茫茫太空中以比子弹还快数倍的速度飞行,要完成无缝对接,难度好比百米之外“穿针引线”。
2011年11月1日,神舟八号无人飞船升空,11月3日凌晨,两者在太空完成无人状态下的自动交会对接。
2012年6月16日,神舟九号搭载着三名航天员升空,在载人状态下,先是6月18日与天宫一号实现自动交会对接,之后又与天宫一号分离。6月24日,航天员刘旺操控飞船实现与天宫一号首次手控交会对接。
无人状态下的自动交会对接、载人状态下的自动交会对接以及载人状态下的手控交会对接,这三次“花式对接法”的完成,意味着中国完整掌握了太空交会对接技术。
此外,空间站建设和长期运营,解决太空货物运输问题迫在眉睫。这就需要派出负责载货的太空“快递小哥”,即天舟飞船。2017年4月20日,天舟一号在新建成的海南文昌航天发射场成功发射,与天宫二号空间实验室自动交会对接,上演了浪漫的“太空之吻”,顺利完成首次“太空加油”。
此后,天舟货运飞船和长征七号运载火箭正式组成空间站货物运输系统,为空间站运送补给物资。
天舟一号登场并成功完成任务,标志着我国载人航天工程“三步走”规划“第二步”的实现,中国正式进入空间站时代。
天宫,不再遥远。
三 筑梦
时间指向2021年,这是关键的一年。4月29日,天和核心舱成功发射。这是一个拥有大量接口的“大家伙”,全长16.6米,发射质量22.5吨。利用此前已验证的交会对接技术,可以将各个舱体连接在一起,拼装成型。“天宫”建设大戏正式拉开。
空间站建造过程,每次发射载人飞船前,都将先行发射货运飞船,提前进行“太空加油”。
5月29日,天舟二号货运飞船顺利升空,带着为神舟十二号宇航员准备的物资,与天和核心舱对接、在轨飞行。6月17日,神舟十二号发射升空,随行的航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波在空间站驻留了3个月。在轨期间,他们进行了2次出舱活动,开展了一系列空间科学实验和技术试验,验证了多项空间站建造和运营关键技术,于9月17日安全返回。
三天后,“快递小哥”天舟三号货运飞船,又开启“送货”之旅,提前为神舟十三号3名航天员送去足够在轨6个月的物资。这次天舟三号除了“送货”,还被分配了试验任务:它先后与天和核心舱组合体进行了2次交会对接,进行了绕飞试验;与组合体分离后,还开展了空间技术试验,为空间站在轨建造和运营管理积累了重要经验。
一切准备就绪,10月16日,神舟十三号发射升空,航天员翟志刚、王亚平和叶光富共在轨飞行183天,创下中国航天的多个“首次”,并于次年4月16日,成功返回。这标志着中国空间站关键技术验证阶段完美收官,进入全面建造阶段。
按照惯例,“粮草”先行。2022年5月10日,天舟四号携带约5吨货物,升空与“天和”“碰头”对接。6月5日,神舟十四号发射,航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲搭乘飞船进入太空,在空间站驻留6个月。
神舟十四号到位不久,7月24日,问天实验舱发射,这是空间站建造阶段发射的首个实验舱,也是我国迄今为止发射的最重载荷。问天实验舱完成对接后,中国空间站“床位”数增加到6个。后续神舟十五号发射后,其与神舟十四号两个乘组6名航天员还将实现“太空会师”。
9月30日,23吨的问天实验舱上演了一场惊心动魄的“太空泊车”。在机械臂的协助下,“问天”转位90°,从前向对接口平移至侧向对接口,并再次对接锁紧,与天和形成一个L构型,腾出前向对接口迎接“小伙伴”——梦天实验舱。
三个多月的翘首等待,“梦天”如约而至。至此,由天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱形成的“T”字构型成型,“太空家园”正式建成。
三十年逐梦星辰,接力奋斗。梦想天宫,大“宫”告成!
三十年 三步走
1992年9月,中央决策实施载人航天工程,并确定我国载人航天“三步走”发展战略,至今已三十年。1999年正式起步,2005年“第一步”收官,2017年“第二步”完成,2022年中国空间站建成……这三十年,是时间的刻度,更是奋斗的标尺。
第一步:起步(1992~2005)
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。
2005年10月12日,神舟六号搭载两名航天员首次成功进行多人多天太空飞行试验,标志第一步收官。
第二步:蓄能(2005~2017)
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。
2017年4月20日,天舟一号货运飞船成功发射,标志第二步收官。
第三步:筑梦(2017~2022)
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。
按计划,2022年10月底,梦天实验舱发射并与天和核心舱对接,标志中国空间站正式建成。
三舱两船T型结构
问天实验舱、梦天实验舱组成T型一横、天和核心舱组成T型一竖。舱内活动空间超过110立方米,配置2个航天员出舱舱口和1个货物气闸舱,并提供6个睡眠区和2个卫生区,可实现长期3人、短期6人驻留。
全部国产化
中国空间站由我国自主建造,实现了产品全部国产化,部组件全部国产化,原材料全部国产化,关键核心元器件100%自主可控,建成了全国产化稳定运行的飞行控制系统平台,构建了一整套具有中国特色的空间站在轨飞控管理体系。
6名宇航员将同时在轨
年内还将发射天舟五号和神舟十五号。神舟十四号和神舟十五号两个乘组都将在轨飞行6个月,将首次实现在轨乘组轮换。其间,两个乘组6名航天员将共同在轨驻留5~10天。
未来,计划每年发射两艘载人飞船和两艘货运飞船,航天员长期在轨驻留,开展空间科学实验和技术试验,并对空间站进行照料和维护。
太空最大“相机”明年登场
明年我国计划发射首个大型巡天空间望远镜——中国空间站望远镜,开展广域巡天观测,未来它将与中国空间站共轨飞行,并带来全景式宇宙高清图。中国空间站望远镜非常有“气势”,大小相当于一辆大客车。它的口径为两米,与美国哈勃太空望远镜的口径相当,而视场却比哈勃太空望远镜大350倍。
神舟飞船 越飞越久
2022年 神舟十四号(陈冬、刘洋、蔡旭哲) 在轨飞行中,计划半年 主要任务之一是完成中国空间站在轨组装建造
2021年 神舟十三号(翟志刚、王亚平、叶光富) 182天 中国女航天员王亚平首次进驻中国空间站
2021年 神舟十二号(聂海胜、刘伯明、汤洪波) 92天 中国人首次进入自己的空间站
2016年 神舟十一号(景海鹏、陈冬) 32天 与天宫二号对接,完成一系列在轨科学实验
2013年 神舟十号(聂海胜、张晓光、王亚平) 350小时 首次太空授课
2012年 神舟九号(景海鹏、刘旺、刘洋) 303小时 首次手控交会对接
2011年 神舟八号(无人) 397小时 与天宫一号自动交会对接
2008年 神舟七号(翟志刚、刘伯明、景海鹏) 68小时 首次太空行走
2005年 神舟六号(费俊龙、聂海胜) 115小时 首次多人多天太空飞行试验
2003年 神舟五号(杨利伟) 21小时 首次进行载人航天飞行
2002年 神舟四号(无人) 162小时 创世界超低温发射奇迹
2002年 神舟三号(无人) 162小时 搭载一位模拟人,模拟航天员太空生活状态
2001年 神舟二号(无人) 168小时 首次在自研飞船上开展空间实验
1999年 神舟一号(无人) 21小时 首次无人飞行试验