神舟十二號載人飛船成功發射升空!神舟任務全解析來了!



副標題:    作者:    時間:2021年06月17日   分類:

神舟十二號載人飛船成功升空

據央視新聞消息,2021年6月17日9時22分,我國長征二號F運載火箭搭載神舟十二號載人飛船順利升空,發射地點位于酒泉衛星發射中心。這是繼2016年10月神舟十一號飛行任務以來,時隔近五年,我國再次發射載人飛船。


本次搭乘神舟飛船的航天員分別是:聶海勝、劉伯明和湯洪波。三名航天員中,特級航天員聶海勝參加過神舟六號、神舟十號載人飛行任務,特級航天員劉伯明參加過神舟七號載人飛行任務,二級航天員湯洪波是首次飛行。



這是神舟系列飛船的第十二次飛行任務,同時也是第七次載人發射任務。


圖注:神舟十二號載人飛船飛行乘組。從左向右依次是:湯洪波、聶海勝和劉伯明。

神舟十二號的飛行目標是對接我國空間站“天和”核心艙,三名航天員將成為“天和”核心艙的首批“入住人員”。

按計劃,他們要在空間站駐留三個月,這將創造我國航天員在太空駐留天數的新紀錄。在太空期間,他們將開展艙外維修維護、設備更換、科學應用載荷等一系列操作。

一、載人神箭:長征二號F


圖注:神舟十二轉場照片。

長征二號F火箭安全性極高,主要用于載人航天?;鸺?8.34米,由四個助推器、芯一級火箭、芯二級火箭、整流罩和逃逸塔組成。其中,芯級直徑3.35米,助推器直徑2.25米,逃逸塔位于火箭頂部,因此長征二號F火箭的辨識度非常高。在發射初始階段,一旦航天員有危險,逃逸塔上的火箭會迅速點燃,可快速把航天員帶到安全的高度并最終安全落地。

二、太空擺渡車:神舟飛船

神舟飛船是我國自行研制,用于天地往返運送航天員。飛船主體由軌道艙、返回艙和推進艙構成。


圖注:神舟載人飛船結構(藝術圖)。

軌道艙是一個圓柱體,總長度為2.8米,最大直徑2.27米,一端與返回艙相通,另一端與空間對接機構連接。軌道艙集工作、吃飯、睡覺和清潔等諸多功能于一體。軌道艙的兩側安裝有太陽能電池板,在獨自飛行時也有電能供應。

返回艙呈鐘形,有艙門與軌道艙相通。返回艙是飛船的指揮控制中心,長2米,直徑2.4米,內設可供三名航天員斜躺的座椅,供航天員起飛、上升和返回階段乘坐。

推進艙呈圓柱形,長3米,直徑2.5米,底部直徑2.8米,內部裝載推進系統的發動機和推進劑,為飛船提供調整姿態和軌道以及制動減速所需要的動力,還有電源、環境控制和通信等系統的部分設備。

三、太空快遞小哥:天舟飛船


圖注:天舟貨運飛船(藝術圖)。

2021年5月29日,天舟二號貨運飛船發射成功,并與“天和”核心艙進行了交會對接、推進劑補加和組合體飛行。天舟二號飛船密封艙攜帶的貨物重量約 4.69 噸,推進劑約 1.95 噸,物資總重近 6.64 噸。其中包括,能供三人三個月使用的消耗品、二套艙外航天服以及平臺物資等。為本次神舟十二航天員進駐空間站做好了生活物資準備。

神舟飛船任務極簡史


神舟一號于1999年11月20日發射,1999年11月21日成功返回,全程歷時21小時11分。這是第一艘無人試驗飛船。

神舟二號于2001年1月10日發射,2001年1月16日成功返回,全程歷時7天10小時22分。這是中國載人航天工程的第二次飛行試驗,標志著中國載人航天事業取得了新的進展。

神舟三號于2002年3月25日發射,2002年4月1日成功返回,全程歷時6天18小時51分。這是中國載人航天工程發射的第三艘飛船,為一艘正樣無人飛船。

神舟四號于2002年12月30日發射,2003年1月5日成功返回,全程歷時6天18小時36分。神舟四號在半年運行中,初步探明飛船運行軌道的空間環境狀況,為神舟飛船正式載人積累了寶貴經驗。

神舟五號搭載楊利偉于2003年10月15日發射,2003年10月16日成功返回,全程歷時21小時23分。神舟五號的成功發射實現了中華民族千年飛天的愿望。


圖注:2003年,楊利偉乘坐神舟五號飛船安全返回。

神舟六號搭載費俊龍和聶海勝于2005年10月12日發射,2005年10月17日成功返回,全程歷時4天19小時33分鐘,實現我國航天員首次多人多天飛行。

神舟七號搭載翟志剛、劉伯明和景海鵬于2008年9月25日發射,2008年9月28日成功返回,全程歷時2天20小時27分鐘。在此期間,實現我國航天員首次空間出艙活動。

神舟八號于2011年11月1日發射,2011年11月17日成功返回,全程歷時16天13小時34分鐘。這是一次無人發射,主要目的是驗證神舟飛船與天宮一號的對接。

神舟九號搭載景海鵬、劉旺和劉洋于2012年6月16日發射,2012年6月29日成功返回,全程歷時12天15小時24分鐘。飛船同天宮一號實施了自動交會對接,在此次任務中,中國首位女宇航員劉洋進入太空。

神舟十號搭載聶海勝、張曉光和王亞平于2013年6月11日發射,2013年6月26日成功返回,全程歷時14天14小時29分鐘。在此期間,神舟十號與天宮一號組成組合體飛行12天,航天員還首次進行了太空授課。

神舟十一號搭載景海鵬和陳冬于2016年10月17日發射,2016年11月18日成功返回。全程歷時32天6小時29分鐘。在此期間,神舟十一號與天宮二號實現自動交會對接工作,為中國空間站建造運營和航天員長期駐留奠定了堅實的基礎。

神舟十二號搭載聶海勝、劉伯明和湯洪波于2021年6月17日發射,對接我國空間站“天和”核心艙,他們將在那里停留90天,將創造我國載人航天的新紀錄。

五、空間站“天和”核心艙

“天和”核心艙是我國空間站的核心組成部分,全長16.6米,最大直徑4.2米,質量22.5噸,由目前我國運載能力最強的長征五號系列運載火箭發射入軌。核心艙在設計上有很大突破,供航天員工作生活的空間達到了50立方米,可支持三名航天員長期在軌駐留。

六、完全建成后的空間站什么樣子?




圖注:建成后我國空間站的基本結構,可見貨運飛船、載人飛船與核心艙對接的狀態(藝術圖)。

按計劃,2022年前后,建成后的空間站將由一個核心艙和兩個實驗艙組成,整體呈現一個T字形結構。除了這次的 “天和”核心艙外,另外兩個實驗艙分別名為“問天”和“夢天”。

其中,核心艙又可細分為:節點艙、生活控制艙和資源艙。節點艙用于對接“神舟”載人飛船、用于空間實驗艙的停泊和航天員的出艙;生活控制艙用于航天員工作、實驗和睡眠休息等;資源艙為核心艙提供能源保障和對接“天舟”貨運飛船等。

“問天”和“夢天”兩個實驗艙分別用于生物、材料、微重力流體和基礎物理等方面的科學實驗。

具體來講,“問天”實驗艙主要用于開展艙內和艙外空間科學實驗和技術試驗,也是航天員的工作生活場所和應急避難場所,配備有航天員出艙活動專用氣閘艙,支持航天員出艙活動,還有小型機械臂,可進行艙外載荷自動安裝操作。

除此之外,它還有核心艙部分關鍵平臺功能,這意味著在需要的時候,還可以接管對空間站的管理和控制?!皦籼臁睂嶒炁摮邆浜汀皢柼臁皩嶒炁擃愃频墓δ芡?,還配置有貨物專用氣閘艙,在航天員和機械臂的輔助下,支持貨物、載荷自動進出艙。

在空間站常態化運行后,將有三名航天員作為一個乘組長期駐留,定期輪換。輪換期間,最多可有6名航天員同時在空間站工作,完成交接后,前一個乘組乘坐載人飛船返回地球。


神舟飛船任務緣由

七、為什么非要去太空?

從上文中可以看出來,現在建設空間站的主要目的是做科研工作,做地面上不能很好實現或根本無法實現的實驗??臻g站繞著地球以接近第一宇宙速度運動,空間站里一直處于失重狀態,或者說微重力狀態,這就為那些需要長時間在失重條件下才能完成的實驗提供了獨一無二的條件。

如果只是為了實現短暫的失重狀態,通常有其他方式:一是建造非常高的落塔,在實驗艙下落的過程中實現維持僅數秒的微重力。坐落在北京中關村核心區東南,隸屬于國家微重力實驗室的落塔就是這樣一種裝置,該落塔建成于2003年,高度為116米,實驗物品實際從83米處自由下落,可獲得3.6秒的微重力狀態。


圖注:國家微重力實驗室的落塔(喬輝2018年拍攝于北京希格瑪大廈北側)。

二是讓飛機做拋物線飛行,當飛機飛到高空后,調整飛機成上仰狀態,關閉發動機,飛機在重力的作用下做斜拋運動,能夠實現幾十秒的微重力狀態。目前,美國和俄羅斯都有這樣的公司在運作,可以讓游客體驗失重狀態。

還有一種獨特的方式是發射亞軌道火箭,所謂的亞軌道就是指高度超過100公里,但尚未入軌,不能圍繞地球運動的發射。有意思的是,預計2021年7月20日,前世界首富貝索斯將搭乘自家公司(藍色起源)研發的“新謝潑德”火箭進入太空,能體驗約5分鐘的失重狀態,欣賞一下地球與太空的接壤的優美弧線,然后返回地球。


圖注:貝索斯和藍色起源公司的亞軌道火箭。

目前,要想維持長時間的失重狀態,當然必須要去太空了。在太空長時間的失重環境中,可以研究的項目非常廣泛,包括生物、物理、化學、冶金、工藝和材料等各個領域的內容。其中以微重力條件下的流體的行為研究、微重力條件下的材料的制備以及微重力條件下的細胞生長和動植物行為的研究最為常見。

航天員不但是實驗的執行者,其本身也是醫學實驗的對象。未來,人類要想進行載人深空探索,例如登陸火星,單程旅行需要八個月左右的時間,這就要求航天員必須有長期在太空生活的經驗,這種經驗必須在空間站上才能獲得。

八、目前在軌運行的有哪些空間站?

目前,正在地球軌道上運行空間站的只有美國、俄羅斯、日本、歐洲以及加拿大等國聯合建造的國際空間站,其他空間站都退役了。


圖注:國際空間站。

國際空間站始建于1998年,第一個艙室由俄羅斯質子號運載火箭發射入軌,后續主要由美國的航天飛機和俄羅斯的飛船進行建造和維護。最近幾年,SpaceX的貨運和載人飛船也參與了進來。經過10多年的建設,2010年才正式轉入全面使用階段。國際空間站長73米,寬109米,重400多噸,是人類歷史上第九個空間站,也是最大的空間站。

不過,國際空間站已經開始出現老化跡象,每年維護成本高昂,可靠性在下降,存在安全隱患。2010年10月,航天員在空間站上找到兩條漏氣的裂縫,2021年3月成功封堵。2021年4月,航天員又在空間站發現三個潛在的漏氣點,據說用密封膠修補了這些地方。

按計劃,國際空間站最初的服役期限到2015年,之后逐漸推遲至2024年。不過,很大可能還要繼續推遲,畢竟是花費了1500億美元建造的。

2021年4月21日,俄羅斯航天局放出消息稱,如果得到國家批準,俄羅斯將退出國際空間站,建造自己的空間站。

九、歷史上有哪些著名的空間站?

1971年,前蘇聯就秘密把禮炮一號(Salyut)空間站送入太空,進行軍事活動。從1971年到1982年,前蘇聯總共發射了9個空間站,其中7個獲得成功。

在前蘇聯太空競爭的壓力下,美國于1973年用土星五號火箭發射了他們的空間站:天空實驗室(Skylab)。天空實驗室重達80噸,前后接待了三批航天員。1979年完成歷史使命,墜入地球大氣層焚毀。


圖注:早期美國的空間站:天空實驗室。

除了國際空間站,最有名的要數前蘇聯的和平號空間了。和平號空間站首次采用模塊化設計,由多個艙室組合而成,重量達到130噸。除了前蘇聯自己的飛船,和平號空間站還接待了數次美國航天飛機的造訪。


圖注:俄羅斯的和平號空間站與美國亞特蘭蒂斯號航天飛機對接。

和平號上的航天員共完成了78次出艙活動,積累了大量的經驗。其中,有三位宇航員連續駐留時間超過一年,為研究人體在長期太空條件下的變化情況積累了大量的醫學數據。2001年完成歷史使命,墜入地球大氣層焚毀。

十、我國天宮一號和天宮二號空間實驗室

天宮一號于2011年9月29日發射升空,是中國載人航天工程發射的第一個目標飛行器,也是中國第一個空間實驗室。

2011年11月3日,天宮一號與神舟八號飛船完成中國首次空間飛行器自動交會對接任務,并進行了二次自動交會對接,形成組合體。

2012年6月18日,天宮一號與神舟九號完成自動交會對接工作,形成組合體。

2013年6月13日,神舟十號與天宮一號實現自動交會對接,形成組合體,航天員入駐天宮一號。


圖注:2013年,神舟十號航天員王亞平在天宮一號里進行太空授課,演示小陀螺在失重狀態下的行為。

對于普通大眾來講,2013年,神舟十號航天員王亞平在天宮一號里進行的首次太空授課令人印象深刻!那次太空授課主要面向中小學生,使他們了解微重力條件下物體運動的特點、液體表面張力的作用,加深對質量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。

2016年3月16日,天宮一號正式終止數據服務,全面完成了歷史使命。

2018年4月2日,天宮一號再入大氣層,再入落區位于南太平洋中部區域,絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀。

再來看一下天宮二號的情況。天宮二號于2016年9月15日在酒泉衛星發射中心發射升空,先后與神舟十一號、天舟一號進行對接,承擔著驗證空間站相關技術的重要使命,是中國第一個真正意義上的太空實驗室,科研碩果累累。例如,天宮二號上搭載的設備首次進行了量子密鑰分配實驗;搭載的伽瑪射線暴偏振探測儀器共探測到55個伽馬暴,還觀測到了蟹狀星云脈沖星的信號,并在國內首次利用脈沖星信號實驗定軌。

2019年7月19日,天宮二號完成使命,受控離軌并再入大氣層,少量殘骸落入南太平洋預定安全海域。

十一、到2022年年底,建設空間站還有八次發射計劃

喜歡航天的朋友有福了,在2021和2022兩年時間里,建設空間站的火箭進行11次發射,目前已經執行了3次發射,還有8次發射。執行這些任務的分別是發射空間站各艙室的長征五號B火箭、發射貨運飛船的長征七號火箭和發射載人飛船的長征二號F火箭。

其中,長征五號B和長征七號在文昌發射中心發射,神舟載人飛船在酒泉衛星發射中心發射,屆時,有條件的朋友記得到現場觀看。


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