“梦天”顺利入轨，中国载人航天即将完成“三步走”

2021年4月29日，长五B火箭成功发射天和核心舱，中国空间站在轨组装建造全面展开。2022年7月24日，长五B火箭成功发射中国空间站第二个舱段——问天实验舱。2022年10月31日，长五B火箭成功发射梦天实验舱，即将完成中国空间站“T”字基本构型在轨建造任务。

今年是我国载人航天工程(603698)立项实施30周年，梦天实验舱的成功发射也标志着我国载人航天工程“三步走”的发展战略即将完成。

据中国载人航天工程办公室消息，后续我国空间站将转入为期十年以上的应用与发展阶段。初步计划每年发射两艘载人飞船和两艘货运飞船。同时，将研制新一代载人运载火箭和载人飞船，并考虑研发空间站扩展舱段，进一步提升工程综合能力和技术水平。

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中国空间站任务规划稳步推进

载人航天事业，对我国政治、经济、科技等都有重要意义。1992年9月21日，中国载人航天工程正式立项，代号为“921工程”。

根据规划，工程将按“三步走”发展战略实施：第一步，发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程，开展空间应用实验；第二步，突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术，发射空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题；第三步，建造空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

“921”工程正式启动后，我国确定了“第一艘试验无人飞船要争取1998年、确保1999年首飞”的目标，即神舟一号飞船要“争八保九”。这也是当时整个神舟工程团队必须完成的军令状。

神舟团队面临着巨大的压力。飞船与返回式卫星有相通之处，但由于多了“人”，对各项技术要求极高，复杂程度极大，许多技术问题必须先在地面做充分验证，完成初样、正样两个阶段。

当时，以长征二号E（长二捆）为基础的长征二号F火箭打造完成，准备在1999年进行首次发射试验。为了抓住这次机会，神舟团队创造性地提出了将仅用于地面电性能测试的试验飞船（初样电性船）改造为试验船的方案，制定了飞船最小配置进行首飞的简化方案，去掉5个分系统，仅保留8个确保飞船返回中国境内的分系统。

方案报批后，1999年，神舟一号成功升空，这也为“921”工程后续开展奠定了坚实基础。进入21世纪后，我国载人航天事业有了飞跃式的发展。

2003年发射的神舟五号是我国首艘载人飞船，中国首位航天员杨利伟搭乘神舟五号飞船，从酒泉卫星发射中心飞向太空。在这次任务前，神舟二号、神舟三号、神舟四号飞船先后发射成功，积累了必要经验。

2005年，神舟六号实现多人多天太空飞行。与神舟五号相比，神舟六号乘组中，航天员人数增加到2人，飞行天数增加到5天。2008年9月27日，航天员翟志刚穿着中国自主知识产权的“飞天”舱外航天服，走出轨道舱舱门，迈开了中国人漫步太空的第一步。

天宫一号是我国全新研制的载人飞行器，也是我国首个目标飞行器。天宫一号由实验舱和资源舱构成，实验舱有效使用空间约15立方米，可满足3名航天员在舱内工作和生活需要，前端安装被动式对按机构，可与飞船实现对接，资源舱为空间飞行提供动力和能源。

2011年，神舟八号与天宫一号完成首次交会对接任务，标志着我国空间交会对接技术取得重大突破。2012年，神舟九号载人飞船发射成功，天宫一号与神舟九号载人交会对接任务全面实现了“准确进人轨道、精准操控对接、稳定组合运行、安全健康返回”的预定目标。

为了实现航天员更长时间的驻留，维持空间站的长时间运行，除了载人的神舟飞船，还需要负责载货的“太空货车”——“天舟”飞船。

2017年，“天舟一号”与“天宫二号”自动对接成功，开始多次向后者补加推进剂，实现了“太空快递”的使命。“天舟一号”飞行任务取得圆满成功，标志着中国载人航天迈进“空间站时代”。

整个空间站任务规划包括关键技术验证、建造和运营三个阶段。随着载人航天工程稳步推进，我国目前掌握了载人天地往返、空间出舱、空间交会对接、航天员中期驻留和空间货物运输与补给等关键技术。

中国空间站舱段的“专属座驾”

我国载人航天工程有CZ-2F、CZ-5B、CZ-7三种运载火箭系统。作为参与载人航天工程的长征火箭“三勇士”之一，CZ-5B（长五B火箭）是目前世界在役火箭中唯一一级半直接入轨的火箭。

作为专门为载人航天工程空间站建设而研制的新型运载火箭，长五B火箭已相继完成了天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱的发射任务，算得上是我国空间站舱段的“专属座驾”。

长五B火箭为一级半构型，捆绑4个直径3.35米液体助推器，芯一级直径5米。火箭总长约54米，起飞重量约850吨，起飞推力约1078吨，近地轨道运载能力达到25吨级。

据火箭院长五火箭副总设计师黄兵介绍，为满足空间站大舱段发射任务要求，长五B火箭突破了多项关键技术，其中包括20.5米国内最大整流罩分离技术、4.1 米大直径舱箭连接分离技术、大推力直接入轨偏差精确控制技术等，并将发射窗口由“零窗口”拓展为±2.5分钟的“窄窗口”。

整流罩是运载火箭的重要组成部分，用于保护卫星或其他有效载荷免受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响。长五B火箭拥有目前我国最长最大的整流罩，长度达到20.5米、直径5.2米，容积超过345立方米。

整流罩的规模增大后，为了保证运载效率，结构的刚度会随之减少，而刚度是影响分离能源设计、分离包络设计的关键要素。如何准确模拟飞行及分离过程中整流罩的刚度特性、确保安全可靠分离，是研制过程中面临的技术难题。

对此，研制团队通过大量的仿真分析、预示，对整流罩分离方案进行评估，并多次开展了整流罩分离试验，有效验证了设计正确性和各系统接口协调性。

火箭院长五B火箭总体副主任设计师王乾介绍，针对此次任务，在整流罩生产初期，研制团队采用了三维视觉扫描等技术，对整流罩以及实验舱的尺寸进行了精准仿真，反复详细校核，确认了关键位置的安全间隙，确保在飞行、分离的过程中，实验舱享有足够的空间，不会在飞行过程中贴近整流罩。

据了解，长五B还将承担中国第一个大型空间巡天望远镜发射任务，届时与空间站共轨飞行，开展更多的宇宙空间探测和前沿科学研究，未来还将与远征系列上面级形成组合，形成多星组网发射的能力，充分发挥运载能力大、单位有效载荷经济性好的优势，满足国家不同发射任务的需求。

集结新技术，空间站建造运营更加经济合理

我国空间站建设虽然起步晚，但通过借鉴经验，大量采用当代最新技术，从而拥有了自己的特点。

北京大学地球与空间科学学院教授焦维新告诉记者，俄罗斯的和平号空间站有6个实验舱，但因结构紧凑，属立体分布，导致太阳电池翼受遮挡，同时维修不便。此外，国际空间站采用桁架式结构，整体结构庞大，建设周期长，各舱段互不相干，造成资源浪费。

基于这两种情况，我国空间站在建造上进行了两方面的改进。一是各舱段的布局在同一平面内，减少舱段间舱体的互相遮挡；二是借鉴了国际空间站横向将太阳电池翼布局于整体构型的两侧，以减少遮挡的设计。同时配置双自由度驱动机构，使太阳电池翼能够随时与太阳光光线垂直，让发电效率保持在最高状态。

相比其他空间站，我国空间站建造采用新技术的比重大是显著特征之一。例如再生生保技术、大面积柔性太阳翼技术、 空间站舱段转位技术等。“我们空间站中的科学实验起点也高。科学事业项目是经过全国各行各业的科学家充分论证，并借鉴了国际空间站实验项目的基础才确定的，瞄准了当代科技的前沿。”焦维新说。

从总体重来看，我国空间站比其他空间站都要轻。但实际上，我国空间站的实验舱要比其他空间站的实验舱大。整体结构做到了统筹兼顾，让我国空间站在建造和运营上更为经济合理。

焦维新介绍，“中国空间站目前配备实验柜25个，国际空间站安装的实验柜有31个，但是我们的空间站以大约国际空间站1/6的重量，提供了约4/5的实验柜数量，这体现了很高的应用支持效率。”

天宫空间站还有很强的舱外应用载荷支持能力，可支持67个暴露应用载荷。天宫空间站也可作为未来载人深空探测关键技术的先期验证平台，通过现有应用载荷支持设施或者扩展建设专用的支持设施，开展相关关键技术的在轨验证，有效降低深空探测任务实施的技术风险。

我国空间站的核心舱配备了生命保障系统，但为了确保航天员在轨工作和生活的绝对安全，在问天实验舱中也配备了几乎同样规模的生命保障系统。作为天宫空间站的应急避难场所，一旦天和核心舱出现舱体失压、被空间碎片撞击等问题，航天员可进入问天实验舱进行紧急避难。航天员在关闭双向承压舱门后，节点舱和问天实验舱将连为一体，为航天员进入神舟飞船保留了生命通道。

此外，我国空间站重大科学研究设施部署了两米口径的巡天空间望远镜，与空间站同轨飞行。该望远镜预计2024年发射，是我国空间天文的旗舰项目。发射后的望远镜将围绕银河系和恒星、天体测量、系外行星、太阳系天体和暂现源等内容开展观测研究。

“在空间站建造之后的应用与发展阶段，我们国家还规划了第二个旗舰型项目，即高能宇宙辐射探测设施‘HERD’。该项目测量宇宙线中的电子和核子的能量范围以及探测灵敏度，其比现有的设备高出一个量级或数10倍。”焦维新告诉记者。

天宫空间站建造完成后将在轨运行10年以上，需具备良好的舱段扩展和应用支持扩展能力。根据空间科学技术研究、空间应用和国际合作的需要，我国空间站可进行灵活扩展。

焦维新表示，天宫空间站在方案设计阶段，即对未来的扩展方案进行了统筹考虑，在现有三舱构型基础上，预留了机、电、热等扩展接口，具备扩展对接三个新舱段形成的约180吨6舱组合体的扩展能力。

今年年底实现空间站建造阶段所有既定任务

目前，我国空间站在轨关键技术验证已取得重大进展。机械臂在轨爬行测试与巡检、太阳翼在轨辨识、推进剂在轨补加等任务成功实施，多次飞行任务也全面验证了核心舱作为空间站管理和控制中心的各项功能及性能，突破和掌握了空间站建造与运营所需的各项关键技术，为后续空间站的全面建造与运营奠定了坚实的技术基础。

空间站在轨应用实验实现新突破。天和核心舱在轨部署了无容器材料科学实验柜和高微重力科学实验柜等两个大型研究设施，已完成基本功能测试，突破了部分关键实验技术，获取了高质量的在轨测试和应用数据。

其中，无容器材料科学实验柜为国内首台在轨空间站材料实验设施，可进行金属、非金属的无容器加工研究，获得先进材料的空间制备技术和生产工艺关键条件，指导地面材料加工工艺的改进与发展；高微重力科学实验柜首创采用双层悬浮隔离振动，可开展相对论物理与引力物理、流体动力学及其应用、材料制备机理等前沿科学研究。

此外，今年年初，《2021中国的航天》白皮书发布，首次提出在外空领域推动构建人类命运共同体。可以预见，面向未来五年及更远的将来，中国航天将以更加积极开放的姿态开展国际交流合作，加快发展高质量、可持续、增福祉的航天事业。

2016年以来，中国与19个国家和地区、4个国际组织，签署46项空间合作协定或谅解备忘录；积极推动外空全球治理；利用双边、多边合作机制，开展空间科学、空间技术、空间应用等领域国际合作，取得丰硕成果。

据中国航天科技(000901)集团介绍，未来，我国将继续实施载人航天工程，全面建成并运营中国空间站，打造国家太空实验室，开展航天员长期驻留、大规模空间科学实验、空间站平台维护等工作。深化载人登月方案论证，组织开展关键技术攻关，研制新一代载人飞船，夯实载人探索开发地月空间基础。

据了解，今年年底，长征七号和长征二号F火箭将分别发射天舟五号货运飞船、神舟十五号载人飞船，实现空间站建造阶段所有既定任务。

新京报记者 张建林

编辑 白爽 校对 李立军

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