年10月,神舟11号飞船发射升空,当时担任总设计师的张柏楠对记者表示,神舟十一号和神舟十号相比,最大的变化就是没有变化,我国已掌握天地往返运输技术,神舟飞船的技术状态已基本稳定。5年之后的年,神舟12号、13号飞船相继升空,取得飞行成功。
也就是说,发射于年的神舟十号,是神舟飞船发展史上离我们最近的一个里程碑,标志着它作为天地往返运输工具的成熟。中国仅仅发射了10艘飞船就达到这样的成绩,真正做到了快好省。那么之前的神舟飞船,是如何一步一个台阶取得连续突破呢?
中国载人航天工程是从飞船起步,一步步向长期有人值守空间站迈进。总体分成三个大的历史阶段。在神舟十号之前,每一艘神舟,都可以看做是一个里程碑。
第一步突破载人航天
第一步是发射无人和载人飞船,实现安全的天地往返,这个阶段从年神舟一号发射,到年神舟五号返回,已经完成。期间经历5艘飞船发射和返回。
神舟一号
神舟一号是中国载人航天工程发射的第一艘飞船。
它的意义,是验证飞船关键技术和系统设计的正确性,考核飞船的一些关键技术,包括舱段分离、调姿制动、升力控制、防热和回收着陆。它的飞行成功,为后续神舟飞船建立了一个良好的开端,也为整个载人队伍建立了信心。
可以注意到,神舟一号其中并不包括为宇航员服务的生命保障、逃逸救生等技术。这也体现了载人航天工程研发的谨慎与循序渐进。
神舟二号
神舟二号飞船于年1月10日发射,1月16日19着陆。这原本是一艘正样船,也就是完全按照载人状态配置的飞船。飞船的空间飞行活动取得了成功。
但是按照杨利伟的回忆录透露,神舟二号在返回着陆时出现了问题,伞系统发生故障。虽然具体故障过程还没有公开,但是可以认为,这是一次宝贵的经历,充分暴露了降落伞系统存在的风险,为后续技术改进指明了方向。此后,中国的各种航天返回活动,包括载人飞船和探月工程,都没有再发生过降落伞故障。
神舟三号
神舟三号被称为“正样飞船”,意思是努力实现真正的载人飞行技术状态,但还有一部分技术问题没有解决。为了贴近真实载人飞行,神舟三号充分考虑了应急救生技术的验证,所谓的待发段和上升段应急救生功能已经到位。在飞船的座椅上,还有一个模拟人体。它的身体形状与真人宇航员基本一致,还可以模拟宇航员在太空生活时的脉搏、心跳、呼吸、饮食和排泄。
很多人可能不知道,虽然说神舟三号是神舟系列的三号船,但从设计方案上来来说,已经成为世界上最安全的天地往返运输工具,载人航天整个过程可以分为待发射段、发射段、轨道运行段、返回段和着陆段5个阶段。之前美苏所有飞船以及航天飞机,救生措施都无法覆盖5个阶段,而中国神舟飞船在5个阶段都有救生措施。
神舟四号
神舟四号是为真正载人航天飞行做的最后准备,在神舟三号飞行基础上做了完善了改进,技术状态与载人飞船完全一致。除了飞船本身,用来支撑载人飞行的所有分系统,包括应用系统、航天员系统、飞船环境控制与生命保障分系统全部到位。甚至预备航天员也在发射前进入飞船,进行了实际体验。有意思的是,神舟三号上的假人“船长”再次参加了神舟四号的飞行。它或许是第一个两次进入太空的中国手办吧。
神舟五号
神舟五号可能是中国载人航天任务中名气最大的一次。
因为它是中国人第一次依靠自己的力量,实现了宇航员从地面起飞,绕地球飞行几圈之后,再安全返回地面。在此之前,虽然苏联、美国已经解决了人能不能在太空生存的问题,俄罗斯还与中国进行了载人航天的学术技术交流,但工程实践却需要靠中国人自己来实施。
神舟五号飞行任务不仅仅实现了载人飞行的突破,也暴露了飞船、火箭设计和任务规划上的很多问题。正如杨利伟在回忆录上所说的那样自己不但经历了太空的神奇,也遭遇了巨大的风险,甚至有一个时刻以为自己要牺牲了。
这些问题,不实施真正的载人飞行,是永远也无法知道真相的。
因此,神舟五号飞行任务对中国载人航天事业的贡献,是无论多么高度评价都不为过的。
第二步为空间站做准备
第二步是继续突破载人航天的基本技术,为开发空间站做准备。这个阶段从年神舟六号发射开始,到年7月19日天宫二号任务结束为止,已经完成。期间经历6艘飞船发射与返回。
神舟六号
神舟六号是中国的第二次载人航天飞行。与神舟五号不同的是,乘坐神舟六号升空的是两位宇航员。他们不仅仅要在太空里呆上一个星期,而且要解开安全带,从返回舱里进入轨道舱,进行一系列空间科学实验。
两个人一起在空间飞行七天,有几个重要的问题需要解决。首先是飞船的生命保障系统,包括供氧、发电和温湿度控制系统,能不能满足两个人的需求。
然后是两个人在狭窄的飞船里,如何彼此协调动作和运动。还有非常现实的问题,就是两人在宇宙里吃七天的太空餐能否适应,以及大小便能否正常解决。在从返回舱进出轨道舱的过程中,在失重状态下,用什么姿势和动作才能保证安全进出,也是非常现实的。解决了这些问题,后续神舟飞船的飞行,乃至空间站任务,才能向正确的方向前进。
神舟七号
神舟七号的主要突破,是中国航天员首次空间出舱活动。
这或许是载人航天活动当中最受关心的部分。从某种意义上说,神舟七号的任务,是三艘飞船一起执行的。除了神舟七号本身,负责出舱的翟志刚和负责协助他的刘伯明,因为身穿舱外航天服,也临时性地成为了两艘迷你载人飞船。
从神舟七号飞船本身来说,为了支持出舱活动,需要把轨道舱作为气闸舱来使用。出舱期间,要求两位航天员穿好航天服,在轨道舱内待命。然后关闭轨道舱和返回舱之间的舱门,确保留在返回舱内的景海鹏生命安全。然后打开轨道舱侧面的舱门,连通宇宙空间。然后翟志刚出舱执行测试任务,再返回轨道舱,关闭舱门、重新加压。这个过程,验证了气闸舱技术,为天和核心舱的出舱活动奠定了基础。
神舟八号
神舟八号在年11月发射。此前的年9月,中国第一个空间实验室天宫一号发射升空。
神舟八号在并没有搭载宇航员。但是,它需要完成中国历史上第一次空间交会对接任务。不载人的选择,正是为了减低任务风险。
为了实现交会对接,航天科研人员实施了大量技术突破,特别是飞船自主相对测量、制导导航和控制。飞船发射入轨后,要从距天宫一号1万多千米之外,彼此发现、追赶靠近。在对接之前,神舟八号和天宫一号的相对位置偏差不能超过18厘米。
神舟八号任务的成功,为载人交会对接铺平了道路。
并且,神舟八号实现了神舟系列的定型,正式标志中国的首个天地往返载人航天运输工具进入量产阶段,中国从首飞到定型,只用了8次试验,比美国的航天飞机和俄罗斯联盟号的快得多。
神舟九号、十号、十一号
神舟九号是中国的第四次载人航天飞行任务,也是中国首次载人交会对接任务。
它于年6月16日发射升空,6月18日与天宫一号自动交会对接,形成组合体。6月29日返回。它的飞行,被称为“载人航天工程第二步任务取得了重大成果”。具体内容,是首次验证手控交会对接技术,进一步验证自动交会对接技术;全面验证目标飞行器,也就是天宫一号,能否保障支持航天员的生活、工作,如何管理飞船+空间站的组合体,这也是中国首次实现从地面向在轨飞行器进行人员、物资的往返运输与补给。
此后的十号、十一号飞船,基本状态与神舟九号相同。从这以后,神舟飞船就基本上不存在“研发”活动,只需要按照图纸和工艺要求制造、质检就可以了。神舟飞船将与俄罗斯“联盟”飞船一样,充当一种稳定的载人工具,会有越来越多的宇航员、任务专家甚至太空游客,乘坐神舟飞船进入中国空间站。
这是中国载人飞船技术真正进入成熟期的标志,是天地往返航班化的物质基础。
人们越是把它的存在看做理所当然,就越是对神舟飞船科研攻关的肯定。在空间实验室阶段的最后,中国航天还经历了非常惊险的小插曲,神舟十一号飞船还差点遭到空间碎片的袭击,不过当时北京飞控中心的发现处置都非常及时,避免了这次袭击。同时也验证了神舟飞船空间碎片规避能力。
第三步中国空间站你好
第三步,就是建立永久性的空间实验室,这个阶段从年天和核心舱发射开始,正在进行中。期间已经进行了两次飞船发射和返回,也就是神舟十二号和神舟十三号。后续,神舟飞船在地面和空间站之间的往返运输,将成为惯例.特别是采用快速入轨方案后,神舟飞船内部空间比较小的缺点也将不再明显。
作为一种成熟设计,它的制造成本会随着产量上升而逐步下降,成为经济适用的“太空出租车”。
正如总设计师本人所说:“我希望以后发射飞船就是一条普通的新闻,更希望未来的中国老百姓能够像坐飞机一样乘飞船去太空旅行。”
虽然说神舟飞船早已不是最先进的飞船,但却是最安全的飞船,神舟系列飞船迄今为止没有出现过一次重大故障,这是一件非常值得我们骄傲的事情。
纵观整个中国载人航天工程,那是继“两弹一星”后中国航天领域迄今为止规模最庞大、系统最复杂、技术难度最高、可靠性要求最严和风险挑战最大的重点工程。
这都来源于航天人日以继夜的努力,几乎所有分系统的交付都必须通过的极其严格的标准检验,这就在中国人对尊重生命的方式,我们的疫苗研发、抗疫政策和发生灾难时那种万众一心的救援行动,都无不体现中国人那种刻在DNA里面的本能。