神舟十二號：終極使命和新的起點丨回形針_風聞

2021 年 6 月 17 日 9 時 22 分，中國神舟十二號載人飛船搭載着三名航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波順利發射升空。

這次發射任務是中國新一代天宮空間站建設的關鍵環節之一。在神舟十二號與天和號核心艙完成交會對接、航天員順利進駐之後，天和號核心艙將在他們的介入管理和控制下，依次與隨後發射的問天號實驗艙、夢天號實驗艙進行對接，從而組成完整的天宮號空間站。

但此次載人飛船任務，也意味着神舟系列飛船開始步入其歷史生涯的後期。雖然它還將被使用很長一段‍‍時間，中國載人航天主力的地位，卻即將移交給新一代的兩艙式載人飛船。

在這個時刻，我們不妨聊聊神舟系列飛船不為人知的過去，和未來星光璀璨的繼承者。

我們現在所提起的中國載人航天工程，一般特指 1992 年 9 月 21 日正式確立、代號 921 工程的載人航天項目。

921 工程制定了三步走戰略，即載人飛船實現航天員的天地往返、探索並建設以過渡實驗性質為主的空間實驗室、建設完整功能的空間站。神舟系列飛船的主要基調，就是在第一步戰略中被定下來的。

上世紀 80 年代中期，中國下決心重啓載人航天計劃，隨後在 1987~1991 年期間進行了廣泛的調查和論證工作。921 工程的三步走戰略，實際上就是相關工作的總結性產物。

然而鮮為人知的是，在論證前期，後來成為神舟系列的飛船式載具路線並沒有得到今天這樣壓倒性的認同，反而一度是航天飛機路線更受歡迎。

中國載人航天工程中的「長城一號」航天飛機方案

這源於多方面因素。

首先，是美國航天飛機展現出了遠強於蘇聯聯盟系列飛船的運載能力，特別是在攜帶貨物返回地球的時候。即使是經歷了挑戰者號爆炸的災難性事故，在整個 80 年代，航天飛機路線仍是包括蘇聯在內的全世界最推崇的先進方向。

美國挑戰者號航天飛機與蘇聯暴風雪航天飛機丨來源：Alex Hollings

中國不受影響是不可能的。當時國內航天飛機支持者的一個重要理由，就是飛船很快要被航天飛機淘汰。相當多的飛船支持者同樣認可這個結論，只是認為航天飛機的技術風險和經濟負擔對當時的中國太高了。

中國在 80 年代的一些航天飛機方案方案

其次，1988~1993 年期間，原來的航天工業部和航空工業部被合併成為了航空航天工業部。航天飛機路線要求在大氣層內實現可控飛行和常規跑道着陸，高度依賴飛機設計技術的轉移。原航空工業系統的單位不僅深度參與了載人航天的論證工作，而且都非常推崇航天飛機路線。

然而隨着國際關係的劇烈變化，80 年代的中西蜜月走向終結。1991 年蘇聯解體，俄羅斯陷入了嚴重的經濟衰退，這意味着中國能以很低的代價，從俄羅斯引入大量較為先進而且成熟可靠的技術。

在這種外部環境變化下，國內載人航天路線的論證方向在中後期出現了巨大的變化。最終，出於穩妥、經濟、可靠的考慮，中國載人航天選擇了飛船路線，並引進了俄羅斯聯盟號飛船的技術作為設計參考基礎。

俄羅斯聯盟號飛船丨來源：wikipedia

神舟系列飛船結構示意圖，神舟十二號的結構與之類似

從 1999 年，第一艘實驗飛船神舟一號發射成功。雖然它還只是一艘無人飛船，但依然代表着中國正式踏上了載人航天的征途，踏出了第一個實實在在的腳印。

歷經了 20 餘年的發展，神舟系列飛船通過不斷的反饋改進已經發展的相當完善，並且形成了三個不同類型的分支型號系列。

這三個分支，大致上可以對應實現航天員的天地往返、探索並建設以過渡實驗性質為主的空間實驗室、建設完整功能的空間站的三步走戰略中的每一步。

首先是基本型。

神舟系列一至六號，都屬於基本型載人飛船。從設計目的上看，它們的用途侷限於將航天員送入近地軌道，並能穩定在軌道上運行一段時間，最終安全返回地面，僅能支持航天員在飛船內進行少量空間活動。

神舟系列基本型丨來源：《載人飛船型譜發展研究》

這6艘飛船中，一至三號帶有濃重的技術驗證性質，沒有進行載人飛行。

一號飛船 1999 年 11 月20 日發射，用於基本的飛行技術驗證，在軌飛行了 21 小時。

二號飛船 2001 年 1 月 10 日發射，主要是對環境控制和生命保障系統進行重點功能考核——比如飛船內的氣壓維持和氧氣供應，並測試了飛船能否在長時間的軌道飛行中可靠工作。在軌飛行 7 天。

三號飛船中的假人（左），着陸後的三號飛船（右）丨來源：《載人航天器技術》

三號飛船 2002 年 3 月 25 日發射，部分任務是二號飛船任務的重複和擴展，還搭載設備實現了對地觀測和一些科學實驗。在軌飛行 6 天 18 小時。

四號飛船 2002 年 12 月 30 日發射，它已具備完整的載人飛行功能，但出於安全穩妥的考慮，沒有真正搭載航天員飛行，而是作為載人發射的一次全面預演。在軌飛行 6 天 18 小時。

神舟三、四號拍攝了大量的遙感圖片，這是其中一張丨來源：《神舟三號、神舟四號遙感應用圖集》

五號飛船 2003 年 10 月 15 日發射，搭載楊利偉進入太空並安全返回，但暴露了發射過程中高過載狀態下存在較強烈共振、導致航天員非常難受等問題，為後續設計改進提供了方向。在軌飛行 21 小時。

六號飛船 2005 年 10 月 12 日發射，這是神舟系列基本型的最後一艘，改善了很多五號飛船暴露出的問題。

其次是出艙活動型。

七號飛船 2008 年 9 月 25 日發射。它把軌道艙的留軌功能取消了，換成了氣閘艙設計，突破了航天員的出艙活動技術。包括氣閘艙在內，該飛船有相當多的新設計和新技術，都是在為空間站研製進行前期探索，帶有濃重的技術驗證色彩。

神舟系列出艙活動型丨來源：《載人飛船型譜發展研究》

最後是交會對接型。

八號飛船 2011 年 11 月 1 日發射。它在基本型飛船的基礎上，添加了交會對接功能，可以與空間實驗室、空間站進行對接。直到此時，神舟飛船系列才算真正形成了功能完備的天地往返運輸能力，這個分支也因此成為了改進型的標準載人飛船。

從八號飛船開始，神舟系列的功能和設計均已趨於完備。包括此次發射的十二號飛船在內，後續的神舟雖然還不斷有細節上的設計優化改善和設備更新，但總體上已經沒有什麼實質性的差別。

神舟系列交會對接型丨來源：《載人飛船型譜發展研究》

藉由交會對接型神舟飛船，中國載人航天得以完成三步走戰略的最後一步建設完整功能的空間站。空間站建成之時，將標誌着 921 工程載人航天項目圓滿成功，而神舟飛船也將就此完成自己的終極使命。

由於飛船與航天飛機的路線之爭，世界各國的載人飛船發展其實普遍存在斷檔和停滯的現象。神舟系列飛船使中國幸運地完成了補課任務，在窗口期內最大程度的彌補了與美俄等國的技術差距。

但神舟的基礎設計畢竟源於聯盟號系列，在今天已經無法滿足新的太空運輸需求。因此，完全拋棄神舟的基礎設計，開發全新的載人飛船勢在必行。

神舟飛船的繼承者，就是在 2020 年 5 月 5 日搭載長征五號系列火箭進行了原型機首次無人飛行試驗的新一代載人飛船。它能滿足以下幾個神舟無法做到的關鍵要求：

新一代載人飛船試驗船於 2020 年 5 月 5 日 18 時從中國文昌航天發射場發射升空，在軌飛行 2 天 19 小時丨來源：中新網

一是超越近地軌道，搭載航天員邁向月球。

神舟飛船的設計是針對近地軌道任務設計的，無論是單獨飛行還是與空間站對接，高度通常在 200~400 公里，飛行速度小於第一宇宙速度（7.9 公里/秒）。這意味着神舟飛船在重返大氣層的時候，進入大氣層的速度也是低於第一宇宙速度的。

正在進行零高度逃逸救生飛行試驗的神舟飛船，外側是即將合攏的整流罩丨來源：《載人航天器技術》

當飛船進行了更遠的飛行，比如載人登月、甚至是載人登陸火星或者其它小行星的任務時，它必須突破第二宇宙速度（11.2 公里/秒）。飛船必須具備以第二宇宙速度再入返回的能力，才能平安着陸，否則會直接在大氣層中失控、燒燬。

現有的神舟飛船，無論是外形、結構、還是減速制動設計，都不可能滿足以第二宇宙速度再入重返的要求，也不具備在原有基礎上改進出這一能力的價值。

鈍頭式設計成為新一代載人飛船的標配，主要就是為了滿足第二宇宙速度再入丨來源：SpaceX

二是強化運輸能力。

神舟飛船受限於結構佈局、火箭運載能力、結構輕量化能力等方面的侷限性，運輸能力有限——特別是飛船內部的可用空間很小，搭載 3 名航天員後已經非常擁擠。

在新時期的載人航天任務中，即使是近地軌道任務，這樣的運輸能力也是無法滿足要求的。比如天宮號空間站在人員輪換等特殊情況下，會有 6 名航天員同時在軌，一旦需要緊急撤離，神舟就只能帶走一半的航天員。

中國空間站的基本構型 丨來源：《我國空間站工程總體構想》

無論是要一次能撤下更多的人員，還是攜帶航天員進行更久、更遠的深空飛行，又或者攜帶更多的貨物返回地面，都需要飛船擁有強得多的運輸能力。而在長征五號重型火箭服役以後，中國已經可以研製新的大直徑重型飛船。

根據《新一代多用途載人飛船概念研究》等公開資料的披露，新型載人飛船相比於神舟，返回艙的規模至少增大一倍以上，自主飛行時間不少於 21 天，和空間站對接後的可用停靠時間不少於兩年。

三是用模塊化設計降低使用成本。

在未來的載人航天中，降低成本是極為重要的需求，沒有省錢的飛船和火箭，大規模的載人應用就不可能實現。按照目前的公開資料，國內新一代載人飛船降低成本的主要措施有兩個：一船多用、重複使用。

新載人飛船取消了神舟飛船的軌道艙，從三艙設計變為兩艙，只保留返回艙和推進艙（公開報道也稱之為服務艙），有基本型和增強型兩種不同的構型，分別重 14、20 噸左右。兩者的返回艙是完全相同的，區別只在於推進艙的配置。

在新一代載人飛船試驗船上就能看出返回艙與推進艙兩艙構型丨來源：中新網

14 噸的基本型，用於近地軌道飛行，在不需要重返地表的情況下，也足夠用於搭載太空車、探測器等設備進行深空探測，用於小行星和火星任務。20 噸的增強型，目前最明確的任務需求就是支持載人登月。

中國新一代載人飛船丨來源：《新一代多用途載人飛船概念研究》

在可重複使用的設計上，新載人飛船目前採用的思路主要是通過各種強化和緩衝結構降低着陸瞬間的衝擊損傷，同時支持在海上或者陸地進行回收。

在新一代載人飛船上，中國將完成航天技術對美俄等國的關鍵性追趕。

美俄中等國的設計最終呈現出強烈的趨同傾向，因為大家的任務形式本質上都非常接近，在現有的技術能力下，鈍頭外形、兩艙式結構佈局等設計就是繞不開的最優解。

在可見的未來，新一代載人飛船將繼承神舟飛船的太空旅程，作為中國載人航天事業的主力，在人類探索太空的歷史上留下自己的印跡。

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封面圖來源：

中國航天報

參考文獻：

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中國科學:技術科學.

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航空學報.

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海洋出版社.