敲黑板！今年中國航天看什麼？重點都在這裏了_風聞

來源：微信公眾號“中國的航天”

在剛剛過去的2020年，我國在航天科技領域取得了巨大成就，例如，新一代載人飛船試驗船試飛成功、北斗三號全球衞星導航系統正式開通、首顆Ku頻段高通量寬帶商業通信衞星成功發射、嫦娥五號實現我國首次地外天體採樣返回、高分衞星專項系統建設圓滿收官、新一代運載火箭長征八號首飛成功等等。

2021年，我國航天將繼續再接再厲，僅中國航天科技集團就計劃進行40餘次宇航發射任務，尤其要在火星探測領域和空間站領域創造出具有國際影響的高光時刻。

01

天問一號抵達火星

據悉，2020年7月23日我國首次發射的第一個火星探測器天問一號，已順利完成了幾次在軌自檢、中途修正和1次深空機動。它將在總的飛行里程達到4.7億公里之時，在距離地球約1.9億公里處抵達火星附近，於2021年2月10日左右實施近火制動，俗稱“剎車”減速，從而被火星捕獲，進入火星環繞軌道。然後，天問一號在着陸區上空對着陸區開展探測，為着陸火星做準備。

總重約5噸的天問一號探測器由環繞器和着陸巡視器組成，着陸巡視器主要包括進入艙和火星車。它將於2021年5月擇機實施降軌機動，其着陸巡視器與環繞器分離。環繞器升軌返回到停泊軌道，為着陸過程提供中繼通信。着陸巡視器進入火星大氣，依次完成配平翼展開、降落傘開傘、大底分離、背罩分離、動力減速、懸停、避障及緩速下降、着陸緩衝等動作，最終軟着陸於火星表面。

天問一號在飛往火星途中的自拍圖片

在火星表面軟着陸後，火星車與着陸平台解鎖分離。火星車駛離着陸平台，開始巡視探測。與此同時，環繞器進入中繼軌道，為火星車提供中繼通信，兼顧科學探測。火星車完成探測任務後，環繞器進入使命軌道，開展火星全球遙感探測，兼顧火星車擴展任務中繼通信。

在完成火星探測任務中，最關鍵的一個環節就是着陸巡視器在火星着陸。這是由於火星距離地球遙遠，測控信號十分微弱，且延時達10分鐘以上，所以必須提前給着陸巡視器注入數據，使它完全自主精確地闖過氣動減速、降落減速、制動減速、着陸減速等一系列難關，任何步驟都不能有一點失誤。其難度被形容為相當於從巴黎打一個高爾夫球，正好落到東京的某個洞裏；其着陸過程也被稱為“恐怖的7分鐘”。為此，中國航天人正積極進行各項準備，以迎接這一巨大挑戰。

着陸巡視器在火星着陸示意圖

如果上述獲得成功，天問一號將是世界上第一個通過一次發射實現環繞、着陸和巡視三項任務的火星探測器，具有起點高、效益高的特點，可使我國深空探測能力和水平實現跨越式發展，成為世界第三個在火星着陸的國家、第二個在火星巡視的國家。

用環繞器可以對火星開展全球性、綜合性的環繞探測，用巡視器可以對有科研價值的局部地區開展高精度、高分辨率的詳細調查，對火星形態、地質學、礦物學、空間環境、土壤和水冰分佈等進行最全面的研究，這有利於建立起對火星全面而基礎的認識，為我國獨立開展行星際探測奠定重要基礎。

02

空間站核心艙亮相

我國空間站發展雖然起步晚，但起點高，沒有走美蘇先發展單艙式空間站，再發展多艙式空間站的老路。我國第一個空間站“天宮”將由一個名叫“天和”的核心艙和兩個分別名叫“問天”和“夢天”的實驗艙組成，每個艙都重20噸級。

2021年1月17日，中國空間技術研究院舉行了空間站“天和”核心艙任務試驗隊出征儀式，這標誌着我國空間站建造即將轉入任務實施階段。按照我國空間站建造任務規劃，“天和”核心艙將由長征五號B遙二火箭在今年春季從文昌航天發射場升空。

“天和”核心艙主要用於統一控制和管理空間站組合體，支持實驗艙、載人飛船和貨運飛船等飛行器與其交會對接和在軌組裝，具備接納航天員長期訪問和物資補給的能力，提供航天員生活和工作場所，同時支持部分學科的科學研究，配置了大機械臂，具有氣閘艙功能。

核心艙上用於對接的節點艙

它有3個對接口和2個停泊口。3個對接口用於對接2艘“神舟”載人飛船及其他飛行器訪問空間站，2個停泊口用於兩個實驗艙與核心艙組裝形成空間站組合體，另有一個出艙口供航天員出艙活動。“天舟”貨運飛船對接在核心艙後面。

該核心艙採用了一些先進的新技術。例如，推進劑在軌補加、再生式生命保障和大型空間機械臂等。

“天和”模型上的大型空間機械臂

其上的大型空間機械臂長15米，有7個關節，達到世界先進水平，無論是艙段轉位、大設備的移動，還是航天員自身移動，都可用它完成，從而能使我國空間站具有鮮明的中國特色和時代特徵。

為了減少天地往返運輸成本，“天和”將採用部分再生式生命保障系統，即航天員呼出的水蒸氣可通過冷凝水的方式回收，排出的尿液也會回收淨化，重新作為飲用水和生活用水使用。

“天和”核心艙整體模型

此後在今明兩年內，我國還將陸續實施10次飛行任務，包括2次空間站實驗艙的發射、4次貨運飛船以及4次載人飛船發射，於2022年完成空間站在軌建造，實現中國載人航天工程三步走發展戰略第三步的任務目標。其設計壽命在十年以上，能長期載3人，半年一輪換，主要用於取得重大科學價值的研究成果和取得重大戰略意義的應用成果。

據有關專家介紹，我國空間站的特點是：起點高、效益高。它在建成後具有世界第三代空間站水平。與和平號空間站和“國際空間站”相比，我國的規模較小，但從建造成本和應用效益的角度分析，屬於“經濟適用型”，是符合中國國情和實際需要的理性選擇。我國既不貪大求全，但又規模適度，尤其是與目前在軌運行的“國際空間站”相比，我國空間站載荷支持效率更高，可提供多種標準接口，有望取得較高的工程應用效益。

03

兩種飛船鼎立相助

目前，世界現役的載人航天器有兩種，一類是作為交通工具的宇宙飛船，其優點是可以天地往返，但它們體積小，運行時間短，所以主要用來接送航天員和貨物；另一類作為科研基地的空間站，其優點是體積大、壽命長和功能強，但不能進行天地往返，需要用宇宙飛船提供運輸服務，所以它主要用於科研、生產和在軌服務等。

定型以後的“神舟”載人飛船飛行示意圖

為此，我國在研製和發射空間站艙段之前，先成功研製和發射了“神舟”載人飛船和“天舟”貨運飛船。在“天和”核心艙升空後，今年我國還將繼續發射“神舟”和“天舟”飛船，分別把航天員和核心艙所需物資送到核心艙內。

至今，我國已陸續成功發射了6艘“神舟”載人飛船，把11名航天員、14人次送上了太空，所以該飛船的技術比較成熟。

“神舟”總長近9米，總重約8噸左右，乘員人數3人，能自主飛行7天，停靠飛行180天。它由系統總體和13個分系統組成，其中包括環境控制與生命保障、回收着陸、儀表與照明、應急救生和乘員等分系統。

該載人飛船採用3艙式構型。位於飛船前部的軌道艙用於航天員入軌後的工作、吃飯、方便和睡覺。其前端裝有交會對接裝置，可與空間站核心艙交會對接。位於飛船中部的返回艙是航天員往返太空時的座艙，也是飛船的控制中心，具有着陸後支持航天員陸上生存48小時、海上生存24小時的能力。位於飛船後部的推進艙為非密封結構，為飛船提供動力、電源和燃料等。

我國曾於2017年4月20日發射了首艘貨運飛船天舟一號，它順利地完成了各項預定任務，從而表明“天舟”貨運飛船達到了設計目標，能滿足我國空間站的貨物運輸需求。

“天舟”貨運飛船飛行示意圖

“天舟”貨運飛船由貨物艙和推進艙組成，整船最大裝載狀態下重量達13.5噸，上行貨物運輸能力為6.5噸，這在世界現役貨運飛船中是最大的。其載貨比為48%，也是世界第一，所以能以最小的結構重量達到最大的裝貨能力，並具備獨立飛行3個月的能力。

它不僅可以為核心艙送去航天員所需的各類生活用品和各種科研設備等，還能作為一個空間站的臨時艙段開展科學實驗和技術試驗，也可以提升空間站的軌道、帶回和銷燬空間站上的垃圾等。

04

“長征”三箭舉足輕重

上述介紹的空間站“天和”核心艙、“神舟”載人飛船和“天舟”貨運飛船將分別由三種型號的“長征”運載火箭於今年發射升空，其中長征五號B用於發射“天和”核心艙，長征二號F用於發射“神舟”載人飛船，長征七號用於發射“天舟”貨運飛船。

首枚長征五號B已於2020年5月5日將我國新一代載人飛船試驗船及柔性充氣式貨物返回艙試驗艙的組合體準確送入預定軌道，它表明我國已突破和掌握了大整流罩研製及分離技術、大推力直接入軌偏差精確控制技術、大直徑艙箭連接分離技術等關鍵技術。另外，2020年我國長征五號成功進行了2次發射，而長征五號B是在長征五號基礎上改進研製而成的。所以，有理由對今年用長征五號B運載火箭發射“天和”核心艙充滿信心。

長征五號B運載火箭

長征五號採用二級半構型，長征五號B是在長征五號的基礎上去掉長征五號的第二級，即採用一級半構型。其芯級直徑為5米，裝有2台推力均為50噸的液氫/液氧發動機；芯級並聯了4個直徑3.35米的助推器，每個裝有2台推力均為120噸的液氧/煤油發動機。

該火箭的起飛質量約849噸，起飛推力約1078噸，近地軌道運載能力不小於22噸。這是目前我國近地軌道運載能力最大的運載火箭，也是我國目前唯一一種只用一級火箭就能直接將有效載荷送入預定軌道的運載火箭。其近地軌道運載能力已躋身國際前列，為我國空間站工程任務的順利實施奠定了堅實基礎。

長征五號B總長約53.66米，其中整流罩長度20.5米，相當於六層樓的高度，比長征五號的整流罩長8米，這也是目前我國最大的整流罩，為裝載空間站艙段而量身打造的。

長征五號B遙二運載火箭已在天津總裝測試廠房內完成測試，火箭將按計劃運往發射場發射空間站核心艙。

今年發射“神舟”載人飛船的長征二號F是我國第一種也是目前唯一一種載人運載火箭，它已成功發射了6艘“神舟”載人飛船、5艘“神舟”無人試驗飛船、天宮一號目標飛行器和天宮二號空間實驗室，創造了發射成功率100%的13次完美飛行。其中發射載人飛船狀態時的近地軌道運載能力為8.1噸。它是在長征二號E基礎上廣泛採用了冗餘設計，提高了元器件等級和篩選標準，結構設計提高了剩餘強度係數，發動機也進行了旨在提高可靠性的設計，並增加了故障檢測處理和逃逸系統，以保證航天員的安全，使火箭可靠性從長征二號E的91%提高到97%。其頂部裝有一個類似避雷針的逃逸塔，可使航天員的安全性達到99.7%，從而在功能、性能、可靠性和安全性方面全部達到了載人運載火箭的要求。

長征二號F運載火箭今年預計執行2次載人發射任務，即先後發射神舟十二號、十三號載人飛船。

長征二號F運載火箭

今年發射“天舟”貨運飛船的長征七號是為滿足我國載人空間站工程發射貨運飛船的需求而研製的新一代高可靠、高安全的中型運載火箭，也是我國首型採用全三維數字化手段設計的火箭，首枚在海南文昌航天發射場發射的火箭。此前它已成功發射了2次，其中包括髮射天舟一號貨運飛船。它採用兩級半構型，可以把14噸的有效載荷送入近地點200千米、遠地點400千米、傾角42°的地球近地軌道。

它是利用長征二號F火箭成熟技術，在大體不變情況下換成新研製的120噸級液氧/煤油發動機。其優點是：一是提高了火箭的運載能力，把我國火箭的近地軌道運載能力由8.6噸一下提高到14噸。二是推進劑綠色環保，燃燒後產生二氧化碳和水。三是便宜，平均成本僅為常規推進劑的1/10強。四是今後可重複使用。

其基本型總長53.1米，芯一、二級直徑3.35米，單個助推器直徑2.25米，起飛質量約597噸，起飛推力720噸。其芯一級裝有2台單台推力為120噸的雙擺液氧/煤油發動機；芯一級並聯了4個助推器，每個助推器裝有1台單台推力為120噸的單擺液氧/煤油發動機；芯二級直徑為3.35米，裝有4台單台推力為18噸的雙擺液氧/煤油發動機。其整流罩直徑4.2米。

長征七號運載火箭

長征七號遙三運載火箭目前正在進行總裝。今年預計執行2次貨船發射任務，即先後發射天舟二號、三號貨運飛船。

2021年，中國航天已經取得了“開門紅”。2021年1月20日，我國用長征三號乙火箭在西昌衞星發射中心成功發射了天通一號03星。此後，將期待我國在火星探測、空間站建造等方面取得更加輝煌的成果。