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 神舟八號之後的飛船設計 | |||
| 製造 | 中國運載火箭技術研究院 | ||
|---|---|---|---|
| 國家 |  中國 | ||
| 營運 | 中國載人航天工程辦公室 | ||
| 應用 | 中國空間站的人員及貨物運輸 | ||
| 技術指標 | |||
| 航天器類型 | 載人飛船 | ||
| 設計壽命 | 可在軌滯留6個月 | ||
| 發射重量 | 7,790公斤（17,170磅） | ||
| 乘員 | 最高3人 | ||
| 尺寸 | 9.25 x 2.8 m | ||
| 體積 | 14.00 m3 | ||
| 電池 | 太陽能帆板供電 | ||
| 軌道 | 近地軌道 | ||
| 生產 | |||
| 狀態 | 現役 | ||
| 已建造 | 14 | ||
| 已發射 | 13 | ||
| 運行中 | 1 | ||
| 失敗 | 0 | ||
| 首次發射 | 神舟一號 1999年11月20日 | ||
| |||
神舟飛船是中國載人太空工程（921工程）為實現太空員天地往返而研製的載人宇宙飛船系統，其名字「神舟」由中國載人太空工程辦公室向參加飛船研製的各單位徵集而來，意為「神奇的天河之舟」，又是「神州」的諧音[1]。原型機神舟一號於1999年11月20日成功發射，而其發展型號神舟五號於2003年10月15日完成中國首次載人太空飛行。2011年11月1日發射的神舟八號為其正式定型型號。
神舟系列載人飛船由推進艙、返回艙、軌道艙和可選的附加段構成，總長約9公尺，總重約8噸，與俄羅斯的聯盟號飛船相似，外貌則略有不同，內部更具備全新的結構和更大的尺寸，在載人天龍號飛船示範2號完成前，曾是全世界正在運用的空間最大的載人飛船。神舟飛船由專門為其研製的長征二號F火箭自酒泉衛星發射中心發射升空，回收地點曾為位於內蒙古中部的四子王旗，自2021年的神舟十二號任務起改為東風着陸場[2]。
背景
20世紀60至70年代，中國曾經試圖進行中國首艘載人飛船「曙光一號」的研發，該項工程被命名為「714工程」。曙光一號的設計外觀類似美國雙子座飛船，為兩艙式，產出了設計草圖和全尺寸模型。但因為70年代綜合國力過於薄弱，工業製造及相關的工藝水平過低，714工程於1971年被下令暫停並最終取消[3]。
1986年3月3日，隨着情勢穩定王大珩、王淦昌、楊嘉墀、陳芳允四位科學家，向中央提出了全面追蹤世界高科技的發展和制定中國發展高科技計劃的建議和設想。經過鄧小平批示，中華人民共和國國務院批准了《國家高技術研究發展計劃綱要》，根據提出的時間將其命名為863計劃[4]。863計劃包含了七大領域，其中太空技術位列第二，獲國家撥款50億元，主題項目是：大型運載火箭及天地往返運輸系統、載人空間站系統及其應用[5]。
1992年1月，國防科學技術工業委員會開始正式組織對載人太空工程進行技術經濟可行性論證。8月，中央專委審議了太空專家王永志為載人太空項目支持起草的《技術經濟可行性論證報告》，聽取了工程各大系統的基本研製方案和後續的發展規劃，並原則上同意了工程的實施[3]。
1992年9月21日，中共中央政治局十三屆常委會第195次會議討論同意了中央專委《關於開展我國載人飛船工程研製的請示》，中國載人太空工程正式啟動，代號「921工程」[5]。
在載人天地往返運輸系統的論證與研製階段，太空方面相關的專家之間曾出現過數次爭論。
穿梭機與載人飛船之爭
在載人太空工程開始初步論證的80年代末至90年代初期，穿梭機正處在世界太空界的黃金髮展期，對中國載人太空的論證產生了很大影響[3]。對於天地往返運輸系統，有五種方案得到了較多的支持，分別為：多用途飛船、不帶主動力的小型穿梭機、帶主動力的小型穿梭機、垂直起飛水平着陸的兩級火箭飛機和水平起降兩級入軌的空天飛機，隨後在1988年7月，可選方案進一步縮小至多用途飛船和不帶主動力的小型穿梭機[5]。
對於這兩者，穿梭機的支持者認為載人飛船已是落後技術，而穿梭機代表着先進的發展方向，可以為中國的載人太空帶來高起點。而載人飛船的支持者認為中國尚不具備研製穿梭機的技術條件，經濟能力也支撐不起穿梭機的昂貴開銷，相比之下載人飛船的可行性更高。最終，載人飛船方案得到了包括錢學森在內的太空專家們的支持，在經過了1989年航空太空部主持召開的「飛船與小型穿梭機比較論證會」後，航空太空系統內逐漸達成共識，確定採用載人飛船方案[5]。
兩艙與三艙構型之爭
接下來，在載人飛船論證初期，專家之間對於採用類似俄羅斯「聯盟號」的三艙構型還是美國「雙子座」的兩艙構型產生了爭論[3]。其中三艙構型又分為返回艙在最上方使用硬通道與軌道艙連接的硬通道方案，和返回艙在中間的現方案。三者的特點分別為：[6][7]
- 兩艙方案：優點為方便返回艙逃逸，缺點為返回艙必須做得較大，且必須搭載不必要的物品返回。
- 三艙硬通道方案：優點同樣為方便返回艙逃逸，缺點是硬通道難以使用，且會降低返回防熱和在軌密封的可靠性。
- 三艙現方案：優點是返回艙尺寸與質量可以做小，並且軌道艙可在分離後留軌繼續使用，缺點是發射段逃逸複雜。
經過比較，返回艙在中間的三艙構型成為最終被採納的方案，而大小則比聯盟號稍大。
結構
神舟系列飛船採用三艙構型，由推進艙、返回艙、軌道艙和附加段組成。
- 全船資料
- 總質量：7,840公斤。
- 長度：9.25公尺。
- 直徑：2.80公尺。
- 翼幅：17.00公尺。
推進艙
推進艙位於飛船的後部，外形為圓筒狀，裝有4台主發動機和姿態控制發動機，兩側裝有總面積超過40平方公尺的主太陽能電池陣列。推進艙包含維生系統和其他功能儀器，主要用於飛船的姿態控制、變軌和制動，以及向飛船提供電力。
- 推進艙資料
- 設計壽命：20天。
- 長度：2.94公尺。
- 基本直徑：2.50公尺。
- 最大直徑：2.80公尺。
- 翼幅：17.00公尺。
- 質量：3,000公斤。
- 粗略姿控系統(RCS Coarse)（噴口×推力）：8×150牛頓。
- 精確姿控系統(RCS Fine)（噴口×推力）：16×5牛頓。
- 姿控系統燃料：甲基肼/四氧化二氮(N2O4/MMH)與引擎同一系統。
- 主引擎：4×2500牛頓。
- 主引擎推力：10.000千牛頓。
- 主引擎燃料：甲基肼/四氧化二氮(N2O4/MMH)。
- 主引擎比沖：290秒。
- 電力系統：太陽能板：24.48+12.24平方公尺，共36.72平方公尺。
- 電力消耗：平均1.0千瓦。
- 電力消耗：2.40千瓦/時。
返回艙
返回艙位於飛船的中段，外形呈鐘形，直徑2.5m，空間約6m3，設計可容納3名太空員，是繼龍飛船2號之後世界上正在運用的可利用空間第二大的載人飛船（聯盟號系列飛船的可用空間最大為4m3[8]，龍飛船2號加壓艙部分為9.3m3）。太空員在火箭升空時和重返大氣層時穿着太空服躺在返回艙里的座椅上。返回艙的底部有隔熱板用於抵禦直接進入大氣時的高溫。由於返回艙不是純粹的球體，在重返大氣層時仍然可以獲得一定的氣動升力，產生減速的功能。
- 返回艙資料
- 乘員量：3人。
- 設計壽命：20天。
- 長度：2.50公尺。
- 基本直徑：2.52公尺。
- 最大直徑：2.52公尺。
- 適居容積：6.00立方公尺。
- 質量：3,240公斤。
- 隔熱罩質量：450公斤。
- 粗略姿控系統(RCS Coarse)（噴口×推力）：8×150牛頓。
- 姿控系統燃料：聯氨(Hydrazine)。
軌道艙
軌道艙位於飛船的前段，外形呈兩端帶有錐角的圓柱形，通過艙口與後面的返回艙相通，在發射前，太空員先通過軌道艙的水平艙門進入飛船，再下降到返回艙里。
與聯盟號飛船不同，神舟飛船的軌道艙在兩側各裝有可繞單軸旋轉的太陽電池陣，前端可視需要安裝附加段或對接機構。為了最大化軌道艙的利用價值，軌道艙被設計為與返回艙分離後仍然可繼續在軌工作半年以上以繼續進行對地觀測和空間試驗。[6]。
- 軌道艙資料
- 設計壽命：200天。
- 長度：2.80公尺。
- 基本直徑：2.25公尺。
- 最大直徑：2.25公尺。
- 翼幅：10.40公尺。
- 適居容積：8.00立方公尺。
- 質量：1,500公斤。
- 粗略姿控系統(RCS Coarse)（噴口×推力）：16×5牛頓。
- 姿控系統燃料：聯氨(Hydrazine)。
- 電力系統：太陽能板：12.24平方公尺。
- 電力消耗：平均0.5千瓦。
- 電力消耗：1.20千瓦/時。
附加段
附加段位於飛船的最前端，根據飛船的任務不同而有不同的設計。包括神舟7號攜帶的伴飛衛星。神舟8號和天宮一號的對接亦由此部分完成。
對比聯盟號
| 聯盟號 | 神舟號 | |
|---|---|---|
| 長度 | 7.48 m | 8.65 m |
| 直徑 | 2.72 m | 2.8 m |
| 翼幅 | 10.06 m | 17.0 m |
| 總質量 | 7250 kg | 7800 kg |
任務
神舟飛船在中國載人太空工程的第一和第二步用於驗證各項相關技術，包括太空人安全往返地球軌道，太空行走（EVA），飛船的交會和對接等。隨着工程的進展，在2021年中國的天宮空間站入軌後，神舟飛船將作為向空間站運送人員和物資的交通工具使用。
已執行的任務
截至神舟十二號任務完成後，中國已經發射了從神舟一號到神舟十二號12艘系列飛船，其中載人任務7項、無人任務5項。
| 任務名稱 | 發射時間 | 發射地點 | 着陸時間 | 着陸地點 | 太空員 | 備註 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 神舟一號 | 1999年11月20日 06時30分03.500秒 |
酒泉衛星發射中心 | 1999年11月21日 15時41分 |
四子王旗着陸場 | （無人） | 首次測試飛行，成功實現天地往返。 |
| 神舟二號 | 2001年1月10日 01時00分03.561秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2001年1月16日 19時22分 |
四子王旗着陸場 | （無人） | 第一艘正樣無人飛船，飛行試驗的主要目的是，對工程各系統從發射到運行、返回、留軌的全過程進行考核，檢驗各技術方案的正確性與匹配性，取得與載人飛行有關的科學數據和實驗數據。 |
| 神舟三號 | 2002年3月25日 22時15分03.544秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2002年4月1日 16時51分 |
四子王旗着陸場 | （搭載模擬人） | 第二艘正樣無人飛船，主要目的是考核火箭逃逸功能、控制系統冗餘、飛船應急救生、自主應急返回、人工控制等功能，這次任務載有模擬太空人。 |
| 神舟四號 | 2002年12月30日 00時40分03.543秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2003年1月5日 19時16分 |
四子王旗着陸場 | （搭載模擬人） | 第三艘正樣無人飛船，主要目的是確保太空人絕對安全，進一步完善和考核火箭、飛船、測控系統的可靠性。 |
| 神舟五號 | 2003年10月15日 09時00分03.497秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2003年10月16日 06時22分48秒 |
四子王旗着陸場 | 楊利偉 |
首次載人飛行，成功圍繞地球十四圈，使中國成為繼蘇聯/俄羅斯、美國之後的第三個擁有載人太空發射技術的國家。 |
| 神舟六號 | 2005年10月12日 09時00分03.583秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2005年10月17日 04時33分 |
四子王旗着陸場 | 費俊龍 聶海勝 |
首次搭載二人，進行多人多天的太空飛行。 |
| 神舟七號 | 2008年9月25日 21時10分04.988秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2008年9月28日 17時38分 |
四子王旗着陸場 | 翟志剛 劉伯明 景海鵬 |
首次搭載三人，成功完成出艙活動（又稱太空行走）。 |
| 神舟八號 | 2011年11月1日 05時58分10.430秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2011年11月17日 19時32分30秒 |
四子王旗着陸場 | （搭載模擬人） | 第五艘無人飛船，於11月3日及11月14日兩次自動與天宮一號交會對接,組成一座小型的低地軌道「空間實驗室」，為建立中國空間站做準備。 |
| 神舟九號 | 2012年6月16日 18時37分24.558秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2012年6月29日 10時03分 |
四子王旗着陸場 | 景海鵬 劉旺 劉洋 |
搭載三人，首次搭載女太空人，手動與天宮一號交會對接，進駐進行空間實驗[9][10]。 |
| 神舟十號 | 2013年6月11日 17時38分02.666秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2013年6月26日 08時07分 |
四子王旗着陸場 | 聶海勝 張曉光 王亞平 |
搭載三人，第二次搭載女太空人，第二次手動與天宮一號交會對接，進駐進行空間實驗。進行首次太空授課。 |
| 神舟十一號 | 2016年10月17日 07時30分31.409秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2016年11月18日 13時59分 |
四子王旗着陸場 | 景海鵬 陳冬 |
搭載兩人，與天宮二號進行自動和手動交會對接，駐留30天。 |
| 神舟十二號 | 2021年6月17日 09時22分31.693秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2021年9月17日 13時34分 |
東風着陸場 | 聶海勝 劉伯明 湯洪波 |
搭載三人，於2021年6月17日15時54分與天和號核心艙交會對接成功，太空員於18時48分進入天和號核心艙，並開展為期3個月的空間站駐留。 |
進行中的任務
| 任務名稱 | 發射時間 | 發射地點 | 着陸時間 | 着陸地點 | 太空員 | 備註 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 神舟十三號 | 2021年10月16日 00時23分56.469秒 |
酒泉衛星發射中心 | 2022年4月 | 東風着陸場 | 翟志剛 王亞平 葉光富 |
搭載三人，於2021年10月16日6時56分與天和號核心艙交會對接成功，太空員於9時58分進入天和號核心艙，並開展為期6個月的空間站駐留。 |
計劃中的任務
從神舟十二號開始，神舟飛船第二批次將用於中國空間站天地定期往返，負責一系列對接與安裝、支持任務，設計乘員均為3人。
| 任務名稱 | 發射時間 | 發射地點 | 着陸時間 | 着陸地點 | 太空員 | 備註 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 神舟十四號 | 預定2022年5月 | 酒泉衛星發射中心 | （不詳） | 東風着陸場 | 景海鵬 陳冬 張陸 |
（不詳） |
| 神舟十五號 | 預定2022年11月 | 酒泉衛星發射中心 | （不詳） | 四子王旗着陸場 | 張曉光 劉旺 蔡旭哲 |
（不詳） |
其它
2005年3月16日，南京紫金山天文台將1981年10月25日發現的小行星8256命名為「神舟星」[11]。
參考文獻
- ↑ 中国载人航天飞船为何命名“神舟”号？. 中國太空科技集團有限公司. 2010-10-25 [2021-07-30].
- ↑ 黃明; 黎雲. 神舟十二号载人飞行任务具有四大特点 返回舱将首次在东风着陆场着陆. 新華網. 2021-06-16 [2021-07-30].
- ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 蘭寧遠. 中国飞天路. 湖南科技出版社. 2020-01-01. ISBN 9787571002008.
- ↑ 1986年邓小平亲自决策启动“863”计划--邓小平纪念网. 人民網. [2019-11-29].
- ↑ 5.0 5.1 5.2 5.3 左賽春. 中国载人航天工程立项的背后：争论与决策. 中國新聞網. 中國青年報. 2003-10-16 [2021-07-30].
- ↑ 6.0 6.1 周武. 神舟神箭攻关奇迹之七:轨道舱双重功能建奇功. 新浪網. 2003-10-16 [2021-07-30].
- ↑ 神舟号飞船为什么采用三舱布局？. 中國太空科技集團有限公司. 2011-08-10 [2021-07-30].
- ↑ Russian Soyuz TMA Spacecraft Details [NASA的聯盟號系列飛船數據]. [2013-06-23] （英語）.
- ↑ 我国成功发射神舟八号飞船(图). 新浪網. 2011-11-01 [2011-11-01] （簡體中文（中國大陸））.
- ↑ 神舟九号成功返回 三位航天员顺利出舱. 中國新聞網. 2012-06-29 [2012-06-29] （簡體中文（中國大陸））.
- ↑ 两颗小行星被命名为“神舟星”和“杨利伟星”.
來源
- 中國宇航學會 編著：《中國神舟》，科學出版社，2003年10月第一版。ISBN 7-03-012349-2
- 張慶偉：中國載人太空工程成就述評及未來展望
- 張慶偉：先進的中國載人飛行器
- 李繼耐撰文回憶我國載人太空工程的艱辛與喜悅
外部連結
參見
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