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北京时间年6月17日9时22分,搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射,以一往无前之势冲入澄澈霄汉。
随后,神舟十二号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,并完成太阳翼展开,顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入太空,中国人从此将由太空“访客”变“房客”。
这是我国载人航天工程立项实施以来的第19次飞行任务,也是空间站阶段的首次载人飞行任务。
这是中国载人航天史上由中国人书写的又一壮举,标志中国空间站建造任务再次向前迈出了一大步。
天地往返,生命之舟
神舟十二号载人飞船是迄今为止我国研制的标准最高,各方面指标要求最严格的载人航天器。
它的座驾是我国第一款也是目前唯一一款载人运载火箭——长征二号F(CZ-2F)。
这是一款两级半火箭,全长58.34米,重约吨,起飞推力吨,可将8吨多的载荷送入距离地面至公里高的轨道。百分之百的发射成功率,使长二F享有“神箭”的美名。
长征二号F/G火箭结构示意图
图源:空天逐梦V标注:WLR
神舟十二飞船主要方案继承二期神舟系列飞船设计,为推进舱、返回舱、轨道舱三舱结构,总长度约9米,总重量约8吨,乘员人数3人,飞船内航天员自由活动空间6立方米,全船共有14个分系统,是航天员实现天地往返的“生命之舟”。
在轨为三舱飞行,返回前轨道舱、推进舱依次分离,返回舱单舱返回地面。
轨道舱位于飞船前部,呈圆柱形。其侧壁有一内开式舱门。前端有交会对接装置。该舱用于航天员入轨后的工作、吃饭、方便和睡觉。
返回舱呈钟形。外表为低密度烧融材料所包敷,设有两个伞舱。大底里装有4台固体缓冲发动机。该舱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。轨道舱和返回舱均为密封压力舱,舱内环境与地面基本一样,航天员活动的地方,被称为“一室一厅”。
推进舱采用非密封结构,为飞船提供动力、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平方米主太阳电池翼。
神舟十二号飞船正样
CCTV
在技术性能上,神州十二飞船的智能化水平也在不断提升,都是由飞船控制计算机自主计算和执行轨道控制。
对于需要进行交会对接的神舟十二号来说,每天与空间站核心舱轨道面共面的机会只有几分钟甚至是以秒计算,如若错过,发射就要推迟一天或更久。
尽管如此苛刻,长征二号和神舟十二号仍然完美地完成了艰巨的任务。
本次神舟十二号飞船的发射轨道为公里(近地点高度)×公里(远地点高度),轨道倾角为41.3°。从酒泉卫星发射中心起飞后,一路向东偏南方向飞行,经过宁夏、陕西、山西、河北、山东等省,最终在黄海上空入轨。
神舟十二号飞船的发射飞行轨迹及残骸落区分布
发射后约6.5小时完成与核心舱的对接,航天员即可以进入空间站开始太空生活和工作,大约与从北京乘坐高铁到长沙的时间相当。
此外,面对以往卡脖子的芯片,神舟十二号飞船进行了多项国产化芯片应用改进,元器件和原材料全面实现自主可控,飞船使用的控制计算机、数据管理计算机完全使用国产CPU芯片。而且随着我国北斗系统全球组网完成,北斗导航终端也引入飞船设计中,导航计算、返回搜救落点报告等都采用了北斗系统定位数据。依托我国中继卫星系统,测控由地基测控为主全面转为天基测控为主,地面站船测控为辅,减少对测站、测量船的需求,既扩大了测控覆盖率,又节约了任务成本。
和以往神舟载人飞船的任务相比,这次神舟飞船首次实现长期在轨停靠3个月,在空间站停留的时间更久,面对的空间环境也更加恶劣。
届时,飞船迎向太阳侧的舱体表面温度将高达90℃,而背向太阳侧的舱体表面温度则低至-30℃。这种温度差将对神舟飞船内部的空气温度造成严重波动,航天员的生活环境与多种精密设备在舱内也会受到影响。除了温度的问题,长时间的太空停留,还会使飞船经历持久的空间高强度紫外照射,以及多种带电粒子配合高速原子氧的不断轰击,材料损耗将非常严重。
为此,研发团队经过反复试验,突破了多项关键技术,历时两年精心为飞船研制出了一身银闪闪的崭新“外衣”——低吸收-低发射热控涂层。
这件“外衣”可以通过它自身对太阳辐照的低吸收强反射能力,大大减少飞船受太阳长时间辐照的内部温度升温现象,再通过它自身的极低的红外发射特性,在飞船处于背阳面时期减少辐射漏热,大大减缓舱内温度下降速率,起到保温效果。同时还具备抵抗空间中时时刻刻的高能紫外辐照、原子氧轰击以及多种高能粒子与电离辐射的攻击,为神舟十二号载人飞船全方位做到外部保护屏障,可谓是全天时无间断全效防护服,确保了航天员能够有一个更加舒适的舱内环境,顺利完成后续各项任务。
神舟载人飞船与空间站天和核心舱、天舟货运飞船组合体交会对接。
(图片来自:中国航天科技集团)
从的年神舟一号到年的神舟十二号,我国的航天事业先后突破了从无人到有人,从出舱活动到交会对接,从短期在轨试验到中期驻留停靠的关键技术攻关,一艘艘具有中国特色的飞船早已成为中国载人航天领域的闪亮名片。
曾经艰辛出发是窄路,如今征途无限有宽途。
神舟十二号载人飞船是我国空间站任务阶段第一艘载人飞船,是载人空间站建设的重中之重。
在未来的三个月里,中国人在太空的生存时长纪录将得到突破;
在未来的两年内,中国的空间站运行体系将实现历史性突破;
在未来的几十年中,中国的载人航天事业将以这一天为起点,迈向成熟。
为国出征,荣耀一生
神舟十二飞船入轨后,将按照预定程序,与天和核心舱进行自主快速交会对接。组合体飞行期间,航天员将进驻天和核心舱,完成为期3个月的在轨驻留,开展机械臂操作、太空出舱等活动,验证航天员长期在轨驻留、再生生保等一系列关键技术。
为确保航天任务的顺利完成,在备飞期间,有包括杨利伟在内的16位宇航员在为神十二的发射进行准备。最后,确定了聂海胜、刘伯明、汤洪波3名宇航员执行本次航天任务,聂海胜担任指令长。
聂海胜是特级航天员,参加过神舟六号、神舟十号载人飞行任务;
刘伯明也特级航天员,参加过神舟七号载人飞行任务;
汤洪波虽是首次飞行,但已是二级航天员,经验和技术过硬。
神舟十二号飞行任务乘组:聂海胜(中)、刘伯明(右)、汤洪波(左)
新华社发(徐部摄)
太空之旅听起来非常浪漫、神奇,但是这背后也意味着很高的风险和挑战。能上太空的人,必须经历身体和心灵的千锤百炼,才能扛得住太空旅行当中的各种磨难。
首先,就是“超重”。
飞船要挣脱地球的引力,它的速度就必须要大于每秒7.9公里的第一宇宙速度。这时,人坐在里面,就像被紧紧压在座椅上,不得动弹,这就是“超重”。
在NASA做过11年宇航员的汤姆·琼斯曾经把这种超重的感觉形容为“有一只大猩猩坐在你的胸口”。
所以,宇航员要上天首先要进行超重耐力训练,在高速旋转的离心机里承受40秒的8倍重力加速度,相当于8个自己的重量压在身上,每次训练都会造成航天员面部肌肉严重变形,呼吸异常困难,甚至有可能昏过去。
航天员在模拟太空场景中训练(图片来自:新华社)
其次,失重。
飞船进入轨道稳定飞行后,不会再觉得胸口压着一只大猩猩了,但要面临第二重关卡的磨难:失重。
跟超重不同,失重时会觉得身体变得特别轻。身体告诉大脑,正在进行自由落体,但眼睛却没有看到这样的景象,大脑就会开始犯迷糊,人就很容易就恶心、呕吐。
模拟失重训练,要求航天员身着多公斤的水下训练服,持续训练三四个小时,每次训练下来体重都会减轻四五斤,吃饭时常常连筷子都拿不住。
此外,每一名航天员在“飞上太空”前,还需要经历30多门基础理论知识、8大类多个专业科目的严苛训练。
至此,我们的航天员也将以这一天为起点,走向了更加浩渺的深空,迈出的每一步,都凝结着成千上万航天人的心血和汗水,牵动着亿万中国人的心。
人类的脚步虽窄,但我们探索的征程却宽。
承上启下,开创未来
年1月,中国载人航天工程正式批准立项,名为“工程”。
此后,神舟飞船作为我国载人航天科技的一个最高的标杆,它的每一次飞行,都有着非常重要的意义。
年至2年,我国发射了神舟一号至四号无人试验飞船。终于在3年,神舟五号将我国首位航天员杨利伟送入太空,标志着工程实现了“第一步”目标——独立掌握载人航天能力。中国也成为继俄罗斯和美国之后世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家。
5年至年间,我国陆续发射了神舟六号至十一号,以及天宫一号、天宫二号和天舟一号,掌握了航天员出舱、航天器交会对接技术,实现了航天员中期驻留、建成空间站运输系统的目标,圆满完成了工程“第二步”,为空间站时代的到来做好了准备。
可以说,神舟号贯穿了中国载人航天计划“三步走”的整个历程。
神舟一号至六号属于“第一步”,即把宇航员送入太空和返回;神舟七号至十一号属于“第二步”,即建立短期和中期太空实验室;如今,中国航天正在走“第三步”,即建立长期空间站。
量产型神舟飞船结构示意图
年长征五号B首飞拉开了工程“第三步”的序幕。
关于神舟十二号的任务,中国载人航天工程设计师在很早以前,就曾介绍过这一系列发射的目的:
第一步:发射空间站核心舱,保障空间站在轨道能正常地运转;
第二步,发射天舟二号货运飞船,测试我国空间站的货运能力和技术实现;
第三步,发射神舟十二号飞船,运送第一批宇航员进入空间站进行空间科学实验。
今年4月29日,中国空间站天和核心舱成功发射,标志我国正式进入空间站时代。
5月29日,天舟二号货运飞船成功发射,5月30日完成与核心舱的自主快速交会对接,静待太空之家“住户”——航天员的到来。
从3年,载着杨利伟的神舟五号,到18年后的神舟十二号,我国的神舟系列已经走向另一个台阶。而神舟十二号作为我国空间站建造阶段的首次载人飞行,更起着承上启下的关键作用。
在神州十二之后,今明两年我国将接续实施11次飞行任务,包括3次空间站舱段发射、4次货运飞船以及4次载人飞船发射,于年前后完成空间站在轨建造,最终实现中国载人航天工程“三步走”发展战略“第三步”的任务目标。
个体虽窄,梦想持宽。星辰大海,终究入怀。
格局改变,宏图无限
太空,因为其特殊的物理条件——失重、无大气以及复杂的辐射环境——成为了众多科学实验的理想场所。相比于其他航天器,空间站由于在轨时间更长,搭载的人员更多,能进行的科学实验也更加丰富。
年,苏联“礼炮一号”发射升空,成为世界上首个空间站。此后,-年,苏联(后归俄罗斯)又建造了著名的“和平号”空间站,于1年退役。
目前唯一已建成且仍在轨运行的空间站是“国际空间站”,这个项目由美国主导,俄罗斯、日本、欧洲、加拿大共同参与建造,0年开始载人研究项目。
国际空间站,图片来源:NASA
中国曾表态希望参与国际空间站的合作项目,但最终走上了一条独立自主研发的道路。
中国空间站比美苏第一个试验型空间站技术成熟得多,比和平号更完善,比国际空间站更有效。
而年迈的国际空间站很可能于未来几年内退役,届时中国“天宫号”空间站也许将成为唯一在轨运行的空间站。
中国太空空间站示意图(图片来自:中国航天科技集团)
神舟12号的成功发射及中国空间站的首次入驻和20多年前国际空间站的首次入驻具有相似的意义,都代表了人类在太空的持续存在。所不同的是,这次是不同的国家,不同的人,标示着太空中的格局或力量对比已经悄悄发生了变化,实力新玩家已经出现,几十年来美俄主导的太空格局将被改变。
而这不仅是太空中力量对比的变化,更代表了国家综合实力的消长。
太空只是一场历史性大变局的局部,我们将曾经的窄局面,开拓成了现在的宽鸿图,未来我们仍将不断地超越自我!
祝福我们的祖国!
References:
1).中国航天科技集团