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神舟載人飛船
中國載人飛船系列 来自维基百科，自由的百科全书
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除特別註明外，此條目的時間均以北京時間（UTC+8）為準。神舟飛船是中國載人航天工程（921工程）為實現航天員天地往返而研製的一次性載人飛船，也是中國目前唯一的載人飛船，運載工具為長征二號F火箭。於1999年首次發射，2003年首次載人飛行；2021年起，配合天宮空間站，神舟飛船每年常態化實施2次飛行任務。 2005年3月，一顆小行星被命名為小行星8256神舟星，以示紀念。
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名稱
飛船的名稱由中國載人航天工程辦公室於1993年向參加飛船研製的各單位徵集，並於1994年初確定為「神舟」——意為「神奇的天河之舟」，又是中國古稱「神州」的諧音。當時其他名稱有「華夏」「九州」「騰龍」等。[3]
概要
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米，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，在載人龍飛船示範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着陸場，自2021年的神舟十二號任務起改為東風着陸場[4]。
第一艘神舟飛船神舟一號（當時稱為「神舟號」）於1999年11月20日成功發射；第一艘載人神舟飛船神舟五號於2003年10月15日發射，實現中國首次載人航天飛行；2011年11月1日發射的神舟八號至神舟十號3艘飛船為其正式定型批量生產型號[5][6]；隨着天宮空間站的發射，載人飛行進入每年2次的常態化飛行階段，神舟飛船也再次進入批量生產，2021年6月17日發射的神舟十二號至神舟十五號4艘飛船為同一批次型號；2023年5月30日發射的神舟十六號至神舟二十一號6艘飛船為新一批次升級型號[7]；此後的下一批次飛船將提升上下行能力至二到三倍[8][9]。神舟飛船未來可能衍生新型貨運飛船，用於專門運送由天宮空間站到地面的實驗載荷。[10]
神舟飛船歷任總設計師為戚發軔（神舟一號至神舟五號[11]）、張柏楠（神舟六號至神舟十一號[12][13][14]）和賈世錦（神舟十二號起[15]）。歷任總指揮為戚發軔（神舟一號[16]）、袁家軍（神舟二號至神舟五號[17]）、尚志（神舟六號至神舟八號[18]）和何宇（神舟九號起[19][20]）。
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歷史
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[21]。
1986年3月3日，隨著情勢穩定，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[22]。863計劃包含了七大領域，其中航天技術位列第二，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[23]。
1992年1月，國防科學技術工業委員會開始正式組織對載人航天工程進行技術經濟可行性論證。8月，中央專委審議了航天專家王永志為載人航天項目支持起草的《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[21]。
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》，中國載人航天工程正式啟動，代號「921工程」[23]。
在載人天地往返運輸系統的論證與研製階段，航天方面相關的專家之間曾出現過數次爭論。
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在載人航天工程開始初步論證的80年代末至90年代初期，航天飛機正處在世界航天界的黃金發展期，對中國載人航天的論證產生了很大影響[21]。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、不帶主動力的小型航天飛機、帶主動力的小型航天飛機、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航天飛機[23]。
對於這兩者，航天飛機的支持者認為載人飛船已是落後技術，而航天飛機代表着先進的發展方向，可以為中國的載人航天帶來高起點。而載人飛船的支持者認為中國尚不具備研製航天飛機的技術條件，經濟能力也支撐不起航天飛機的昂貴開銷，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航天專家們的支持，在經過了1989年航空航天部主持召開的「飛船與小型航天飛機比較論證會」後，航空航天系統內逐漸達成共識，確定採用載人飛船方案[23]。
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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[21]。其中三艙構型，軌道艙可在分離後留軌繼續使用，因此優先考慮三艙，又分為返回艙在最上方，側壁掛硬通道與軌道艙連接的使用硬通道方案，和返回艙在中間的現方案。三者的特點分別為：[24]
- 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：優點同樣為方便頂部的返回艙逃逸，缺點是硬通道空間難以利用，並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，缺點是發射段逃逸複雜，以及再入時艙體若無法分離下可能會難以控制姿態。
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，柱型的軌道艙則更加不同於圓型的聯盟號[25]。
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1998年，用4年時間建設的北京空間技術研製試驗中心在北京航天城投入使用，中心組裝了4艘供地面試驗用的初樣神舟飛船同時展開測試：結構Ⅰ測試船、結構Ⅱ測試船、熱控測試船和電性能測試船。1998年11月中旬接連3天，江澤民總書記，李鵬委員長，朱鎔基總理先後視察航天城，並分別作了重要指示，江澤民親筆為飛船題下了「神舟」兩個大字，給飛船研製隊伍以巨大的鞭策和鼓舞。[16]
1998年10月19日上午9時，一艘初樣神舟飛船與長征二號F火箭的逃逸系統一同進行了零高度逃逸試驗，逃逸系統成功地將飛船逃逸，安全地帶到了地面。這也是逃逸系統唯一一次實際測試，其他測試則由計算機模擬替代。[26]
為了趕在1999年下半年長征2F火箭首次試驗發射時搭載首艘神舟飛船，本來僅供地面測試的電性能測試船被改裝為上天飛行的首艘神舟飛船，即「神舟一號」試驗船。為了保證任務成功，試驗船按最小技術狀態配置，飛船的13個分系統中的8個參與試飛考核，另外5個只安裝而不考核[21]。1999年下半年，神舟一號試驗船在酒泉衛星發射中心進行了4個月的合練，完成了飛船全部技術流程的演練和與其他系統的對接工作。1999年11月20日凌晨6時30分，神舟一號飛船順利升空，飛行21小時後圓滿着陸。[16][27][28]
2001年9月，神舟三號飛船進入酒泉衛星發射中心不久，出現電氣設備接插件批次性質量問題。經研究決定，撤出酒泉衛星發射中心，回到北京航天城查找質量問題。經過一個多月的工作，理清了接插件故障機理，並對廠家生產的新接插件進行了可靠試驗。[16][29]
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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：7,840千克。
- 長度：9.25米。
- 直徑：2.80米。
- 翼展：17.00米。
推進艙位於飛船的後部，外形為圓筒狀，為非加壓艙段，裝有4台發動機，和姿態控制發動機，相比聯盟號則只用1台KTDU-80主發動機系統（並結合姿態功能而非分離式設計，燃料也改為UDMH），兩側裝有總面積超過40平方米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。（早期版本）
- 長度：2.94米。
- 基本直徑：2.50米。
- 最大直徑：2.80米。
- 翼展：17.00米。
- 質量：3,000千克。
- 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平方米，共36.72平方米。
- 電力消耗：平均1.0千瓦。
- 電力消耗：2.40千瓦/時。
返回艙位於飛船的中段，外形呈鐘形，作為一種升力體，在重返大氣層時可以獲得一定的氣動升力，實現減速以及改變軌跡的功能。返回艙直徑2.5m，空間約6m3，設計可容納3名航天員，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（聯盟號系列飛船加壓艙最大為4m3[30]，龍飛船2號包含貨物部分的可用空間為9.3m3）。
返回艙頂部設有一個艙門，是航天員進出返回艙的唯一通道，在着陸後可由外側打開；頂部有降落傘傘包，其中存有引導傘、減速傘、主降落傘和備份傘各一頂，負責大氣層內減速，着陸後由航天員判斷是否切除；返回艙外表面有燒蝕式防熱層，兩側各設有一個窗戶[31]；下方裝有伽馬高度控制裝置和4台反推發動機，在即將着陸階段，伽馬高度控制裝置通過發射伽馬射線測定飛船高度和速度，確定開啟4台反推發動機工作的時機[32]；最底部為防熱板，用於抵禦再入大氣層時的高溫。
返回艙內有3個盆狀座椅，航天員在火箭升空時和再入大氣層時穿着艙內航天服躺在座椅中，座椅上面有一塊為每個航天員量體定做、專人專用的緩衝減振墊，用途是減少飛行中的振動和衝擊過載[33]；神舟飛船發射時，艙內可攜帶300千克物資（含軌道艙存儲空間），返回地面時，返回艙可攜帶50千克物資，由於目前中國使用的天舟貨運飛船不具備運輸在軌物資返回地面的能力，神舟飛船返回艙是唯一能夠攜帶在軌物資返回地面的航天器[34]。
在返回艙設計過程中，中國曾取得聯盟號的返回艙（俄國則將此部分稱作下降載具）作主要參考。[35]
- 返回艙資料
- 乘員量：3人。
- 設計壽命：單次，20天至180天
- 長度：2.50米。
- 基本直徑：2.52米。
- 最大直徑：2.52米。
- 適居容積：6.00立方米。
- 質量：3,240千克。
- 隔熱罩質量：450千克。
- 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)。
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軌道艙位於飛船的前段，外形呈兩端帶有錐角的圓柱形。軌道艙底部設有艙口，直接與返回艙門連接（沒有單獨的軌道艙門）。軌道艙側壁設有一個水平艙門。在發射前，航天員先通過水平艙門進入飛船，再穿過艙口和返回艙門下降到返回艙里。軌道艙有一個對地觀測舷窗[31]。
軌道艙的功能和用途為：航天員在軌道飛行期間的生活艙；有效載荷試驗時的試驗艙；交會對接試驗時的目標飛行器；航天員出艙活動時的氣閘艙；以及作為天地往返運輸器時的貨艙。[24]
神舟一號至神舟六號飛船軌道艙兩側裝有一對可繞單軸旋轉的太陽電池陣，頂部連接附加段。神舟飛船主任務結束，返回艙與軌道艙分離後，軌道艙仍然可繼續在軌工作，視需求可進行半年以上飛行以繼續進行對地觀測和空間試驗[24]。但此時由於沒有艙門，軌道艙內暴露在真空中。
神舟飛船發射時，軌道艙和返回艙內共可攜帶300千克物資。[34]
神舟七號出艙活動中，軌道艙作為氣閘艙使用，存放艙外航天服，航天員通過水平艙門出艙。軌道艙頂部裝有氣瓶。
自神舟八號開始，由於需要對接，軌道艙頂部增設一個艙門和相應對接機構。
- 軌道艙資料
- 設計壽命：200天。
- 長度：2.80米。
- 基本直徑：2.25米。
- 最大直徑：2.25米。
- 翼展：10.40米。
- 適居容積：8.00立方米。
- 質量：1,500千克。
- 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平方米。
- 電力消耗：平均0.5千瓦。
- 電力消耗：1.20千瓦/時。
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附加段也叫過渡段，存在於早期的神舟飛船上，位於軌道艙最前端，主要用來完成與其他空間飛行器交會對接前的技術測試與驗證工作，後期作為交會對接機構的安裝位使用，此外也能夠安裝其他儀器進行空間探測。從神舟六號開始，附加段被取消；神舟七號在軌道艙最前端安裝氣閘艙氣瓶和神舟七號伴飛衛星；從神舟八號開始，被正式的空間對接機構所取代。[31]
聯盟號的對接機構是蘇聯式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，該公司的APAS（Androgynous Peripheral Attach System）已經在國際空間站上廣泛使用，自行改造為符合國際對接系統標準的接口[36][37]。
神舟載人飛船研製時參考的對象為聯盟號TM型（俄太空局最新路線則為MS型），在神舟五號飛行之時，其再入方式、着陸精度和再入過載峰值等指標已大致與聯盟TM飛船相當，且具備更大的尺寸，為航天員的工作和生活創造了更為舒適的環境。[38]。
任務
神舟飛船在中國載人航天工程的第一和第二步用於驗證各項相關技術，包括宇航員安全往返地球軌道，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，神舟飛船作為在空間站與地面之間往返運送人員和物資的交通工具使用。
神舟一號至四號和神舟八號任務屬於無人飛行任務，其餘皆為載人飛行任務。
神舟飛船的各次載人飛行任務皆有任務標識，其中自神舟十六號起的任務標識面向全社會公開徵集[39]。神舟一號至四號和神舟八號任務因屬於無人飛行任務，沒有為航天員設計可佩戴的任務標識，不過神舟八號地面工作人員佩戴的標識也被認可為任務標識。
返回艙落點分布圖
酒泉衛星
發射中心
發射中心
太原衛星
發射中心
發射中心
北京
航天飛行
控制中心
航天飛行
控制中心
四子王旗
着陸場
着陸場
東風着陸場
神舟載人飛船返回落點分布圖：【
－載人飛船落點、
－無人飛船落點】
－載人飛船落點、
－無人飛船落點】
神舟一號
（僅示意）
（僅示意）
神舟二號
（僅示意）
（僅示意）
神舟三號
神舟四號
神舟五號
神舟六號
神舟七號
神舟
八號
八號
神舟九號
神舟十號
神舟十一號
酒泉衛星
發射中心
發射中心
12
13
14
15
16
17
18
19
紀念
參考文獻
外部連結
參見
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