神舟载人飞船

中国载人飞船系列
(重定向自神舟号飞船

神舟飞船中国载人航天工程(921工程)为实现航天员天地往返而研制的载人宇宙飞船系统,其名字“神舟”由中国载人航天工程办公室向参加飞船研制的各单位征集而来,意为“神奇的天河之舟”,又是“神州”的谐音[1]。原型机神舟一号于1999年11月20日成功发射,而其发展型号神舟五号于2003年10月15日完成中国首次载人航天飞行。2011年11月1日发射的神舟八号为其正式定型型号。

神舟载人飞船
Shenzhou spacecraft ground test.png
总装测试中的神舟飞船,太阳能帆板未安装。
製造中国运载火箭技术研究院
國家 中华人民共和国
營運中国载人航天工程办公室
應用中国空间站的人員及少量貨物运输
技术指标
航天器类型载人飞船
设计寿命可在轨滞留6个月
发射重量7,790公斤(17,170磅)
乘员最高3人
尺寸9.25 x 2.8 m
體積14.00 m3
電池太阳能帆板供电
軌道近地軌道
建造
狀態现役
已建造15
已發射14
運行中1
失敗0
首次發射神舟一号
1999年11月20日
← 曙光号飞船 新一代载人飞船

神舟系列载人飞船由推进舱、返回舱、轨道舱和可选的附加段构成,总长约9米,总重约8,与俄罗斯联盟号飞船相似,外貌則略有不同,內部更具备全新的结构和更大的尺寸,在載人天龍號太空船示範2號完成前,曾是全世界正在运用的空间最大的载人飞船。神舟飞船由专门为其研制的长征二号F火箭酒泉卫星发射中心发射升空,回收地点曾为位于内蒙古中部的四子王旗,自2021年的神舟十二号任务起改为东风着陆场[2]

背景编辑

20世纪60至70年代,中国曾经试图进行中国首艘载人飞船“曙光一号”的研发,该项工程被命名为“714工程”。曙光一号的设计外观类似美国双子座飞船,为两舱式,产出了设计草图和全尺寸模型。但因为70年代综合国力过于薄弱,工业制造及相关的工艺水平过低,714工程于1971年被下令暂停并最终取消[3]

1986年3月3日,隨著情勢穩定王大珩王淦昌杨嘉墀陈芳允四位科学家,向中央提出了全面追踪世界高科技的发展和制定中国发展高科技计划的建议和设想。经过邓小平批示,中华人民共和国国务院批准了《国家高技术研究发展计划纲要》,根据提出的时间将其命名为863计划[4]。863计划包含了七大领域,其中航天技术位列第二,获国家拨款50亿元,主题项目是:大型运载火箭及天地往返运输系统、载人空间站系统及其应用[5]

1992年1月,国防科学技术工业委员会开始正式组织对载人航天工程进行技术经济可行性论证。8月,中央专委审议了航天专家王永志为载人航天项目支持起草的《技术经济可行性论证报告》,听取了工程各大系统的基本研制方案和后续的发展规划,并原则上同意了工程的实施[3]

1992年9月21日,中共中央政治局十三届常委会第195次会议讨论同意了中央专委《关于开展我国载人飞船工程研制的请示》,中国载人航天工程正式启动,代号“921工程”[5]

在载人天地往返运输系统的论证与研制阶段,航天方面相关的专家之间曾出现过数次争论。

航天飞机与载人飞船之争编辑

在载人航天工程开始初步论证的80年代末至90年代初期,航天飞机正处在世界航天界的黄金发展期,对中国载人航天的论证产生了很大影响[3]。对于天地往返运输系统,有五种方案得到了较多的支持,分别为:多用途飞船、不带主动力的小型航天飞机、带主动力的小型航天飞机、垂直起飞水平着陆的两级火箭飞机和水平起降两级入轨的空天飞机,随后在1988年7月,可选方案进一步缩小至多用途飞船和不带主动力的小型航天飞机[5]

对于这两者,航天飞机的支持者认为载人飞船已是落后技术,而航天飞机代表着先进的发展方向,可以为中国的载人航天带来高起点。而载人飞船的支持者认为中国尚不具备研制航天飞机的技术条件,经济能力也支撑不起航天飞机的昂贵开销,相比之下载人飞船的可行性更高。最终,载人飞船方案得到了包括钱学森在内的航天专家们的支持,在经过了1989年航空航天部主持召开的“飞船与小型航天飞机比较论证会”后,航空航天系统内逐渐达成共识,確定采用载人飞船方案[5]

两舱与三舱构型之争编辑

 
同樣構型的俄罗斯联盟号宇宙飞船,返回舱位于中间位置,但不同在於大小以及表面覆蓋有隔絕材料。

接下來,在载人飞船论证初期,专家之间对于采用类似俄罗斯“联盟号”的三舱构型还是美国“双子座”的两舱构型产生了争论[3]。其中三舱构型,轨道舱可在分离后留轨继续使用,因此優先考慮三舱,又分为返回舱在最上方,側壁掛硬通道与轨道舱连接的使用硬通道方案,和返回舱在中间的现方案。三者的特点分别为:[6]

  • 两舱方案:优点为方便返回舱逃逸,缺点为返回舱必须做得较大,且必须搭载不必要的物品返回。
  • 三舱硬通道方案:优点同样为方便頂部的返回舱逃逸,缺点是硬通道空間难以利用,并且会降低返回防热和在轨密封的可靠性。
  • 三舱现方案:优点是返回舱尺寸与质量可以做小,缺点是发射段逃逸复杂,以及再入時艙体若無法分離下可能會難以控制姿態。

经过比较,返回舱在中间的三舱构型成为最终被采纳的方案,而大小則比联盟号稍大,柱型的軌道艙則更加不同於圓型的联盟号[7]

结构编辑

 
完成总装的神舟飞船,可見飞船的三舱构型與太陽能板,由上往下依次为轨道舱、返回舱和推进舱。

神舟系列飞船采用三舱构型,由推进舱返回舱轨道舱和附加段组成。

全船资料
总质量:7,840千克。
长度:9.25米。
直径:2.80米。
翼展:17.00米。
 
神舟飞船早期型号(一至六号)结构,前方轨道舱带太阳翼。
 
神舟飞船后期型号(八号及之后)结构,前方轨道舱不带太阳翼,最前端附有对接机构。

推进舱编辑

推进舱位於飞船的后部,外形为圆筒状,装有4台发动机(联盟号则为1台主发动机)和姿态控制发动机,两侧装有总面积超过40平方米的主太阳能电池阵列。推进舱包含维生系统和其他功能仪器,主要用於飞船的姿态控制、变轨和制动,以及向飞船提供电力。

推进舱资料
设计寿命:20天。(早期版本)
长度:2.94米。
基本直径:2.50米。
最大直径:2.80米。
翼展:17.00米。
质量:3,000千克。
粗略姿控系统(RCS Coarse)(喷口×推力):8×150牛顿。
精确姿控系统(RCS Fine)(喷口×推力):16×5牛顿。
姿控系统燃料:甲基肼/四氧化二氮(N2O4/MMH)与引擎同一系统。
主引擎:4×2500牛顿。
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)。
主引擎比冲:290秒。
电力系统:太阳能板:24.48+12.24平方米,共36.72平方米。
电力消耗:平均1.0千瓦。
电力消耗:2.40千瓦/时。

返回舱编辑

 
展示于香港的神舟七号返回舱

返回舱位於飞船的中段,外形呈钟形,直径2.5m,空间约6m3,设计可容纳3名航天员,是继龙飞船2号之后世界上正在运用的可利用空间第二大的载人飞船(联盟号系列飞船加压舱最大为4m3[8],龙飞船2号包含貨物部分的可用空间为9.3m3),此部分中國曾取得联盟号的返回舱(俄國將此部分稱作下降載具)作参考[9]航天员在火箭升空时和重返大气层时穿着航天服躺在返回舱里的座椅上。返回舱的底部有隔热板用于抵御直接进入大气时的高温。由于返回舱不是纯粹的球体,在重返大气层时仍然可以获得一定的气动升力,產生减速的功能。

返回舱资料
乘员量:3人。
设计寿命:20天。
长度:2.50米。
基本直径:2.52米。
最大直径:2.52米。
适居容积:6.00立方米。
质量:3,240千克。
隔热罩质量:450千克。
粗略姿控系统(RCS Coarse)(喷口×推力):8×150牛顿。
姿控系统燃料:联氨(Hydrazine)。

轨道舱编辑

 
神舟飞船早期型号(一至六号)的轨道舱外观

轨道舱位于飞船的前段,外形不同於圓形的聯盟號,呈两端带有锥角的圆柱形,通过舱口与后面的返回舱相通,在发射前,航天员先通过轨道舱的水平舱门进入飞船,再下降到返回舱里。

与联盟号飞船不同,神舟飞船的轨道舱更大功能也更多,所以在两侧各装有可绕单轴旋转的太阳电池阵,還有動力系統,前端可视需要安装附加段或对接机构。为了最大化轨道舱的利用价值,轨道舱被设计为与返回舱分离后仍然可继续在轨工作半年以上以继续进行对地观测和空间试验。[6]

轨道舱资料
设计寿命:200天。
长度:2.80米。
基本直径:2.25米。
最大直径:2.25米。
翼展:10.40米。
适居容积:8.00立方米。
质量:1,500千克。
粗略姿控系统(RCS Coarse)(喷口×推力):16×5牛顿。
姿控系统燃料:联氨(Hydrazine)。
电力系统:太阳能板:12.24平方米。
电力消耗:平均0.5千瓦。
电力消耗:1.20千瓦/时。

附加段编辑

附加段位于飞船的最前端,根据飞船的任务不同而有不同的设计。包括神舟7号携带的伴飞卫星。神舟8号和天宫一号的对接亦由此部分完成。原本聯盟號是蘇聯式SSVP系統,神舟則是採用科羅廖夫能源火箭航天集團的對接構造,该公司的APAS(Androgynous Peripheral Attach System)已經在國際空间站上广泛使用,自行改造为符合國際對接系統標準的接口[10][11]

对比编辑

神舟号研製時參考的對象為联盟号TM型,並以此為基礎發展(俄太空局最新路線則為MS型)

联盟号 神舟号
长度 7.48 m 8.65 m
直径 2.72 m 2.8 m
翼展 10.06 m 17.0 m
总质量 7250 kg 7800 kg

任务编辑

神舟飞船在中国载人航天工程的第一和第二步用于验证各项相关技术,包括宇航员安全往返地球轨道,太空行走(EVA),飞船的交会和对接等。随着工程的进展,在2021年中国的天宫空间站入轨后,神舟飞船将作为向空间站运送人员和物资的交通工具使用。

已执行的任务编辑

截至神舟十三号任务完成后,中国已经发射了从神舟一号到神舟十三号13艘系列飞船,其中载人任务8项、无人任务5项。

任务名称 发射时间 发射地点 着陆时间 着陆地点 航天员 备注
神舟一号 1999年11月20日
06时30分03.500秒
酒泉卫星发射中心 1999年11月21日
15时41分
四子王旗着陆场 (无人) 首次测试飞行,成功实现天地往返。
神舟二号 2001年1月10日
01时00分03.561秒
2001年1月16日
19时22分
第一艘正样无人飞船,飞行试验的主要目的是,对工程各系统从发射到运行、返回、留轨的全过程进行考核,检验各技术方案的正确性与匹配性,取得与载人飞行有关的科学数据和实验数据。
神舟三号 2002年3月25日
22时15分03.544秒
2002年4月1日
16时51分
(搭载模拟人) 第二艘正样无人飞船,主要目的是考核火箭逃逸功能、控制系统冗余、飞船应急救生、自主应急返回、人工控制等功能,这次任务载有模拟宇航员。
神舟四号 2002年12月30日
00时40分03.543秒
2003年1月5日
19时16分
第三艘正样无人飞船,主要目的是确保宇航员绝对安全,进一步完善和考核火箭、飞船、测控系统的可靠性。
神舟五号 2003年10月15日
09时00分03.497秒
2003年10月16日
06时22分48秒
  杨利伟 首次载人飞行,成功围绕地球十四圈,使中国成为继苏联/俄罗斯美国之后的第三个拥有载人航天发射技术的国家。
神舟六号 2005年10月12日
09时00分03.583秒
2005年10月17日
04时33分
  费俊龙
  聂海胜
首次搭载二人,进行多人多天的航天飞行。
神舟七号 2008年9月25日
21时10分04.988秒
2008年9月28日
17时38分
  翟志刚
  刘伯明
  景海鹏
首次搭载三人,成功完成出舱活动(又称太空行走)。
神舟八号 2011年11月1日
05时58分10.430秒
2011年11月17日
19时32分30秒
(搭载模拟人) 第五艘无人飞船,于11月3日及11月14日两次自动与天宫一号交会对接,组成一座小型的低地轨道空间实验室”,为建立中国空间站做准备。
神舟九号 2012年6月16日
18时37分24.558秒
2012年6月29日
10时03分
  景海鹏
  刘旺
  刘洋
搭载三人,首次搭载女宇航员,手动与天宫一号交会对接,进驻进行空间实验[12][13]
神舟十号 2013年6月11日
17时38分02.666秒
2013年6月26日
08时07分
  聂海胜
  张晓光
  王亚平
搭载三人,第二次搭载女宇航员,第二次手动与天宫一号交会对接,进驻进行空间实验。进行首次太空授课。
神舟十一号 2016年10月17日
07时30分31.409秒
2016年11月18日
13時59分
  景海鹏
  陈冬
搭载两人,与天宫二号進行自动和手动交会对接,驻留30天。
神舟十二号 2021年6月17日
09时22分31.693秒
2021年9月17日
13时34分
东风着陆场   聶海勝
  劉伯明
  湯洪波
搭载三人,于2021年6月17日15时54分与天和核心舱交会对接成功,航天員于18时48分进入天和核心舱,并开展为期3个月的空间站驻留。
神舟十三号 2021年10月16日
00時23分56.469秒
2022年4月16日
09时56分
  翟志刚
  王亚平
  叶光富
搭载三人,于2021年10月16日6时56分与天和核心舱交会对接成功,航天員于9时58分进入天和核心舱,并开展为期6个月的空间站驻留。

进行中的任务编辑

任务名称 发射时间 发射地点 着陆时间 着陆地点 航天员 备注
神舟十四号 2022年6月5日
10时44分10.460秒
酒泉卫星发射中心 2022年12月(预定) 东风着陆场

  陈冬
  刘洋
  蔡旭哲

搭载三人,于2022年6月5日17时42分与天和核心舱交会对接成功,航天員于20时50分进入天和核心舱,并开展为期6个月的空间站驻留。

计划中的任务编辑

神舟十二号開始,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。

任务名称 发射时间 发射地点 着陆时间 着陆地点 航天员 备注
神舟十五号 预定2022年12月27日 酒泉卫星发射中心 (不详) 东风着陆场 (非官方)

  刘旺

  张晓光

  张陆

(不详)

其它编辑

2005年3月16日,南京紫金山天文台将1981年10月25日发现的小行星8256命名为“神舟星”[14]

落点分布图编辑

 
 
酒泉卫星发射中心
 
太原卫星发射中心
 
北京航天飞行控制中心
 
神舟三号
 
神舟四号
 
神舟五号
 
神舟六号
 
神舟七号
 
神舟八号
 
神舟九号
 
神舟十号
 
神舟十一号
 
神舟十二号
 
神舟十三号
神舟载人飞船返回落点分布图:【 -载人飞船落点、 -无人飞船落点】

参考文献编辑

  1. ^ 中国载人航天飞船为何命名“神舟”号?. 中国航天科技集团有限公司. 2010-10-25 [2021-07-30]. (原始内容存档于2021-07-30). 
  2. ^ 黄明; 黎云. 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. 新华网. 2021-06-16 [2021-07-30]. (原始内容存档于2021-06-19). 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 兰宁远. 中国飞天路. 湖南科技出版社. 2020-01-01. ISBN 9787571002008. 
  4. ^ 1986年邓小平亲自决策启动“863”计划--邓小平纪念网. 人民网. [2019-11-29]. (原始内容存档于2019-12-07). 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 左赛春. 中国载人航天工程立项的背后:争论与决策. 中国新闻网. 中国青年报. 2003-10-16 [2021-07-30]. (原始内容存档于2021-07-30). 
  6. ^ 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. 新浪网. 2003-10-16 [2021-07-30]. (原始内容存档于2021-07-30). 
  7. ^ 神舟号飞船为什么采用三舱布局?. 中国航天科技集团有限公司. 2011-08-10 [2021-07-30]. (原始内容存档于2021-07-30). 
  8. ^ Russian Soyuz TMA Spacecraft Details [NASA的联盟号系列飞船数据]. [2013-06-23]. (原始内容存档于2021-03-24) (英语). 
  9. ^ Время новостей: N°194, 16 октября 2003. www.vremya.ru. [2022-06-10]. (原始内容存档于2022-06-13). 
  10. ^ Новости, Р. И. А. Китайская "птица-тройка". РИА Новости. 20080925T1700 [2022-06-10]. (原始内容存档于2022-06-10) (俄语). 
  11. ^ 中国重笔勾勒航天宏图:向第四疆域发起最后冲刺_新浪军事_新浪网. mil.news.sina.com.cn. [2022-06-10]. (原始内容存档于2022-06-12). 
  12. ^ 我国成功发射神舟八号飞船(图). 新浪网. 2011-11-01 [2011-11-01]. (原始内容存档于2019-06-15) (中文(中国大陆)). 
  13. ^ 神舟九号成功返回 三位航天员顺利出舱. 中国新闻网. 2012-06-29 [2012-06-29]. (原始内容存档于2020-02-02) (中文(中国大陆)). 
  14. ^ 两颗小行星被命名为“神舟星”和“杨利伟星”. [2013-06-03]. (原始内容存档于2018-10-04). 

来源编辑

外部链接编辑

参见编辑