一、總體概述

載人航天是航天技術(shù)向更高階段的發(fā)展，航天員可以在太空完成更復雜的工作。但它又是當今高技術(shù)中最具挑戰性的領(lǐng)域，能體現一個(gè)國家的綜合國力和整體科技水平。

早在20世紀70年代初，我國曾擬研制曙光號2艙式載人飛船，并選拔出19名預備航天員，毛澤東同志在1970年7月14日批準了該項目，即“714”工程。但由于當時(shí)的政治環(huán)境、經(jīng)濟能力和工業(yè)基礎等條件不成熟，該工程在1975年不得不中途下馬。

1992年9月21日，黨中央批準實(shí)施我國載人航天工程，即“921”工程。自此，我國的載人航天工程再次正式啟動(dòng)。我國載人航天領(lǐng)域流行著(zhù)一句話(huà)：“造船為建站，建站為應用”。這句話(huà)簡(jiǎn)單扼要地概括了我國發(fā)展載人航天的路徑和目的。

根據我國的實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家們充分論證決定，我國載人航天工程采用“三步走”的發(fā)展戰略。

第一步是研制載人飛船，把航天員送入太空，并在完成預定任務(wù)后安全返回地面，實(shí)現我國載人航天的歷史性突破，掌握載人航天的最基本技術(shù)。這一步通過(guò)2003年和2005年先后發(fā)射的神舟-5、6載人飛船圓滿(mǎn)完成了。

第二步是突破和掌握航天員太空行走、空間交會(huì )對接兩項關(guān)鍵技術(shù)，然后發(fā)射空間實(shí)驗室和貨運飛船。這些也是建造空間站的前提條件。這一步通過(guò)2008年登天的神舟-7航天員翟志剛完成太空行走拉開(kāi)了序幕，并分兩個(gè)階段實(shí)施。

第一階段除了完成太空行走任務(wù)外，還在2011年通過(guò)發(fā)射天宮-1目標飛行器和神舟-8無(wú)人飛船實(shí)現了自控交會(huì )對接；在2012年、2013年通過(guò)分別發(fā)射的神舟-9、10與天宮-1實(shí)現了自控和手控對接，并先后送2名女航天員上天。這4次航天發(fā)射使我國成為世界第三個(gè)獨立掌握了空間交會(huì )對接技術(shù)的國家，還驗證了組合體飛行技術(shù)，并使神舟飛船定型。至此，第二步第一階段結束。

此后，我國載人航天進(jìn)入第二步第二階段，于2016年、2017年先后發(fā)射天宮-2空間實(shí)驗室和與之分別對接的神舟-11載人飛船和天舟-1貨運飛船，驗證了航天員中期在軌駐留技術(shù)、在軌加注技術(shù)、貨運飛船技術(shù)和未來(lái)空間站的部分新技術(shù)，并進(jìn)行了較大規模的科學(xué)實(shí)驗和技術(shù)試驗。

第三步是計劃在2022年建成長(cháng)期載人的大型空間站天宮，開(kāi)展大規模、長(cháng)期有人照料的空間應用。天宮空間站采用積木式構型，由3個(gè)20噸級艙段組成T字形，天和核心艙居中，問(wèn)天實(shí)驗艙1和夢(mèng)天實(shí)驗艙2分別對接于兩側?？臻g站按長(cháng)期載3人狀態(tài)設計，每半年由載人飛船實(shí)施人員輪換，由貨運飛船進(jìn)行推進(jìn)劑和物資補給。為此，突破了四大關(guān)鍵技術(shù)：推進(jìn)劑補加技術(shù)、物化式再生生保技術(shù)、電源技術(shù)和空間機械臂技術(shù)，并將在軌運營(yíng)10年以上，成為我國空間科學(xué)和新技術(shù)研究試驗的重要基地，用于獲取具有重大科學(xué)價(jià)值的研究成果和重大戰略意義的應用成果。

二、載人飛船

（一）三艙構型

目前，我國已發(fā)射了13艘神舟飛船，其中8艘是載人飛船，5艘是無(wú)人試驗飛船。

神舟飛船采用由軌道艙、返回艙和推進(jìn)艙組成的3艙式構型，乘員人數3人，可自主飛行7天，?？匡w行180天。其中，軌道艙位于飛船前部。飛船在軌運行后，航天員由返回艙進(jìn)入到軌道艙生活和工作。軌道艙的前端裝有用于交會(huì )對接的裝置。返回艙位于飛船中部，是航天員往返時(shí)的座艙，也是飛船的控制中心，具有著(zhù)陸后支持航天員陸上生存48小時(shí)、海上生存24小時(shí)的能力。推進(jìn)艙位于飛船后部，為非密封結構，給飛船提供動(dòng)力、電源、燃料等。尾部裝有4臺2.5千牛的變軌發(fā)動(dòng)機，側壁裝有姿控發(fā)動(dòng)機和24米2主太陽(yáng)電池翼。

別看“神舟”是一種小型載人航天器，但它由14個(gè)分系統組成。這些分系統涉及物理、醫學(xué)等數十種學(xué)科領(lǐng)域，所以具有技術(shù)多樣性和研制復雜性。

（二）主要特點(diǎn)

第一，起點(diǎn)很高。作為我國第一代載人飛船，“神舟”采用了當時(shí)最先進(jìn)而且目前仍比較先進(jìn)的3艙式構型。

第二，一船多用。外國載人飛船的軌道艙一般會(huì )廢棄在軌道上，而神舟飛船的軌道艙具有“留軌利用”的功能。

第三，性能先進(jìn)?！吧裰邸辈捎昧诵畔⒓夹g(shù)的最新成果，其電子技術(shù)和智能化水平遠遠領(lǐng)先。

第四，防熱高超。神舟飛船返回艙的表面積是22.4平方米，使用的防熱材料總質(zhì)量約500千克，比俄羅斯聯(lián)盟飛船的要大、要輕。

第五，降落傘大?！吧裰邸钡慕德鋫闶鞘澜缟献畲蟮膯雾斀德鋫?#xff0c;有1200平方米?？莎B起來(lái)卻只有一個(gè)小提包大。

神舟飛船采用了多項新技術(shù)，其中10多項關(guān)鍵技術(shù)達到國際先進(jìn)水平。

（三）最新飛船

2021年發(fā)射的神舟-12載人飛船，采用了一些新技術(shù)，實(shí)現了五個(gè)首次：首次實(shí)施載人飛船自主快速交會(huì )對接；首次實(shí)施繞飛和徑向交會(huì )；首次實(shí)現長(cháng)期在軌?？?#xff1b;首次具備從不同高度軌道返回東風(fēng)著(zhù)陸場(chǎng)的能力；首次具備天地結合多重保證的應急救援能力。與神舟-12相比，同年發(fā)射的神舟-13載人飛船采用自主快速交會(huì )對接的方式，首次徑向?？靠臻g站，首次在軌駐留6個(gè)月。2020年，我國成功發(fā)射了新一代飛船試驗船。它與“神舟”相比，具有載人多、用途廣和重復使用等一系列優(yōu)點(diǎn)，可用于未來(lái)的載人登月等任務(wù)。

三、實(shí)驗小站

2011年，我國發(fā)射了天宮-1目標飛行器，2016年9月15日發(fā)射了天宮-2空間實(shí)驗室。與宇宙飛船相比，它們具有體積大、壽命長(cháng)和功能強的特點(diǎn)，可視為微型空間站。

（一）任務(wù)不同

天宮-2是天宮-1的備份，但它們的任務(wù)不同。天宮-1目標飛行器的任務(wù)是：作為交會(huì )對接的目標，實(shí)現組合體控制和管理，航天員的在軌駐留、生活和工作，開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗，進(jìn)行空間技術(shù)試驗。與天宮-1相比，天宮-2的軌道更高、駐留時(shí)間更長(cháng)、試驗做得更多，是第一個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗室。它主要完成三大任務(wù)：驗證航天員在軌中期駐留技術(shù)，進(jìn)行在軌維修技術(shù)試驗；與貨運飛船對接，驗證推進(jìn)劑在軌補加技術(shù)，開(kāi)展大規?？臻g科學(xué)和應用實(shí)驗。為了滿(mǎn)足航天員中期駐留需要，我們對天宮-2載人宜居環(huán)境做了重大改善，具備支持2名航天員在軌工作、生活30天的能力。例如，改善就餐和睡眠環(huán)境，增加了鍛煉設備和娛樂(lè )設施。

（二）兩艙功能

“天宮”由實(shí)驗艙和資源艙組成，其中實(shí)驗艙的密封艙有專(zhuān)用睡眠區、鍛煉區、實(shí)驗區、儀表區，有較多實(shí)驗設備；資源艙提供動(dòng)力和電能。

四、貨運飛船

由于我國大型空間站天宮要長(cháng)期載3人在軌運行，而先期研制和發(fā)射的神舟載人飛船每次滿(mǎn)載3人上天時(shí)只能攜帶300千克貨物，為此，我國又研制發(fā)射了每次能為空間站運送近7噸貨物的天舟貨運飛船，從而滿(mǎn)足空間站長(cháng)期載人航天的需求。另外，它還可用于下行銷(xiāo)毀空間站各種廢棄物，并具有為空間站軌道控制能力和支持科學(xué)實(shí)驗的能力。2017年，我國首艘貨運飛船天舟-1升空，與天宮-2空間實(shí)驗室對接。2021年發(fā)射天舟-2、3，與空間站核心艙對接，為后續發(fā)射的神舟-12、13乘組送去大量所需物資。

天舟貨運飛船由貨物艙和推進(jìn)艙組成，整船最大裝載狀態(tài)下重量達13.5噸，上行貨物運輸能力為6.9噸，其載貨比（所載貨物重量與飛船總重量之比）高達51%，居世界第一，每次貨物的運載量在全球現役貨運飛船中也最大的。飛船采用型譜化和模塊化設計，貨物艙有全封閉、半開(kāi)放和全開(kāi)放、以及小型艙段運輸型4種構型，因而可根據需要進(jìn)行不同種類(lèi)物資的運輸。前三種皆具備推進(jìn)劑在軌補加能力，可滿(mǎn)載3.5噸推進(jìn)劑，其中1噸自用。另外，飛船的貨物艙內設計了40個(gè)貨格，每個(gè)貨包上都有二維碼，掃描后能獲得貨物的位置信息和產(chǎn)品信息。并且，根據貨船的圓形艙體結構，我們設計出了26種不同尺寸規格、不同形狀的貨包。貨包使用的布料添加了螃蟹殼，能有效抗菌。

五、空間大廈

2021年4月29日，我國用長(cháng)征-5B成功將天和核心艙送入太空預定軌道，宣告了中國開(kāi)啟空間站任務(wù)的新時(shí)代。2022年，我國還將先后發(fā)射問(wèn)天實(shí)驗艙I、夢(mèng)天實(shí)驗艙II與天和核心艙依次對接，從而建成我國第一座空間站天宮的基本型。

（一）起點(diǎn)高

2010年9月25日，中央批準實(shí)施空間站工程。其主要任務(wù)是使我國成為獨立掌握近地空間長(cháng)期載人飛行技術(shù)，具備長(cháng)期開(kāi)展近地空間有人參與科學(xué)技術(shù)試驗和綜合開(kāi)發(fā)利用太空資源能力的國家。我國第一座空間站——“天宮”，它沒(méi)有走美蘇先建造單艙式，再建造多艙式空間站的老路，而是直接建造采用積木式構型的多艙式空間站，能達到世界第三代空間站水平，使我國具備長(cháng)期開(kāi)展有人參與科學(xué)實(shí)驗、技術(shù)試驗和綜合開(kāi)發(fā)利用太空資源能力。

（二）三艙構型

我國天宮空間站以天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗艙I和夢(mèng)天實(shí)驗艙II三艙對接為基本構型，共有15個(gè)分系統。其中，核心艙作為空間站組合體控制和管理主份艙段，具備交會(huì )對接、轉位與停泊、乘組長(cháng)期駐留、航天員出艙和保障空間科學(xué)實(shí)驗等能力。問(wèn)天和夢(mèng)天實(shí)驗艙均用于大規模艙內外空間科學(xué)實(shí)驗和技術(shù)試驗載荷的支持艙段。同時(shí)，問(wèn)天實(shí)驗艙I還作為組合體控制和管理的備份艙段，并具備乘員出艙活動(dòng)能力；夢(mèng)天實(shí)驗艙II則具備載荷自動(dòng)進(jìn)出艙能力。

另外，在發(fā)射了這3個(gè)艙之后，我國還將發(fā)射與天宮空間站共軌飛行的巡天光學(xué)艙，將搭載2米口徑的巡天望遠鏡。這臺望遠鏡的分辨率與美國哈勃空間望遠鏡相當，但視場(chǎng)角是后者的200多倍，可在大范圍巡天科學(xué)研究方面顯身手。

（三）細說(shuō)核心

最先發(fā)射的天和核心艙對建造天宮空間站至關(guān)重要。天和核心艙的體積和重量比目前在軌飛行的國際空間站的任何一個(gè)艙位都大，供航天員工作生活的空間可達50立方米。2022年對接上兩個(gè)實(shí)驗艙后，空間站供航天員的活動(dòng)空間可達110立方米。

天和核心艙由節點(diǎn)艙、生活控制艙、后端通道和資源艙組成。其中，生活控制艙能夠提供三名航天員生活、工作空間以及配套支持系統，設有3個(gè)睡眠區，即每名常駐航天員都有一個(gè)獨立的睡眠區，還有衛生間。另外，還配置了工作區、衛生區、就餐區、醫監醫保區和鍛煉區，設有微波爐、冰箱等家居。

（四）技高一籌

天和核心艙采用了不少新技術(shù)。比如：配置一部承載力達25噸的10米長(cháng)的七自由度大型空間機械臂；設計完整的再生式生命保障系統，回收凈化航天員排泄的尿液作二次使用；采用了大面積可展收柔性太陽(yáng)電池翼；除了配備了常規的化學(xué)能軌控發(fā)動(dòng)機和自控發(fā)動(dòng)機外，額外配置了四臺大功率霍爾電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機等。

目前，我國空間站雖沒(méi)有最先進(jìn)的國際空間站規模大，但我國空間站的效益更高一些。

（根據全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專(zhuān)家龐之浩《精彩紛呈的中國航天科技》講稿摘編整理）