神舟载人飞船
神舟飞船是中国载人航天工程（921工程）为实现航天员天地往返而研制的一次性载人飞船，也是中国目前唯一的载人飞船，运载工具为长征二号F火箭，于1999年首次发射，2003年首次载人飞行；2021年起，配合天宫空间站，神舟飞船每年常态化实施2次飞行任务。
总装测试中的神舟飞船，太阳能帆板未安装。 | |
| 製造 | 中国航天科技集团 |
|---|---|
| 设计 | 中国空间技术研究院 神舟一号至神舟五号：戚发轫 神舟六号至神舟十一号：张柏楠 神舟十二号起：贾世锦 |
| 國家 | 中华人民共和国 |
| 營運 | 中国载人航天工程办公室 |
| 應用 | 中国空间站的人員及少量貨物运输 |
| 技术指标 | |
| 航天器类型 | 载人飞船 |
| 设计寿命 | 可在轨滞留6个月 |
| 发射重量 | 8,100公斤（17,900磅） |
| 载荷能力 | 上行（发射时）：300公斤（660磅） 下行（返回时）：50公斤（110磅） |
| 乘员 | 最高3人 |
| 尺寸 | 9.25 x 2.8 m |
| 體積 | 加压空间：14.8 m3[1] 生活空间：7.0 m3 |
| 電池 | 太阳能帆板供电 |
| 軌道 | 近地軌道 |
| 建造 | |
| 狀態 | 现役 |
| 已建造 | 18 |
| 已發射 | 17 |
| 運行中 | 1 |
| 失敗 | 0 |
| 首次發射 | 无人飞行：神舟一号（1999年11月20日） 载人飞行：神舟五号（2003年10月15日） |
| 末次發射 | 载人飞行：神舟十七号（2023年10月26日） |
概要 编辑
飞船的名称由中国载人航天工程办公室于1993年向参加飞船研制的各单位征集，并于1994年初确定为“神舟”——意为“神奇的天河之舟”，又是中国古称“神州”的谐音。当时其他名称有“华夏”“九州”“腾龙”等。[2]
神舟系列载人飞船由推进舱、返回舱、轨道舱和可选的附加段构成，总长约9米，总重约8吨，与俄罗斯的联盟号飞船相似，外貌則略有不同，內部更具备全新的结构和更大的尺寸，在载人龙飞船示范2号完成前，曾是全世界正在运用的空间最大的载人飞船。神舟飞船由专门为其研制的长征二号F火箭自酒泉卫星发射中心发射升空，回收地点曾为位于内蒙古中部的四子王旗着陆场，自2021年的神舟十二号任务起改为东风着陆场[3]。
第一艘神舟飞船神舟一号（当时称为“神舟号”）于1999年11月20日成功发射；第一艘载人神舟飞船神舟五号于2003年10月15日发射，实现中国首次载人航天飞行；2011年11月1日发射的神舟八号至神舟十号3艘飞船为其正式定型批量生产型号[4][5]；随着天宫空间站的发射，载人飞行进入每年2次的常态化飞行阶段，神舟飞船也再次进入批量生产，2021年6月17日发射的神舟十二号至神舟十五号4艘飞船为同一批次型号；2023年5月30日发射的神舟十六号至神舟二十一号6艘飞船为新一批次升级型号[6]；此后的下一批次飞船将提升上下行能力至二到三倍[7][8]。神舟飞船未来可能衍生新型货运飞船，用于专门运送由天宫空间站到地面的实验载荷。[9]
神舟飞船历任总设计师为戚发轫（神舟一号至神舟五号[10]）、张柏楠（神舟六号至神舟十一号[11][12][13]）和贾世锦（神舟十二号起[14]）。历任总指挥为戚发轫（神舟一号[15]）、袁家军（神舟二号至神舟五号[16]）、尚志（神舟六号至神舟八号[17]）和何宇（神舟九号起[18][19]）。
历史 编辑
背景 编辑
20世纪60至70年代，中国曾经试图进行中国首艘载人飞船“曙光一号”的研发，该项工程被命名为“714工程”。曙光一号的设计外观类似美国双子座飞船，为两舱式，产出了设计草图和全尺寸模型。但因为70年代综合国力过于薄弱，工业制造及相关的工艺水平过低，714工程于1971年被下令暂停并最终取消[20]。
1986年3月3日，隨著情勢穩定，王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允四位科学家，向中央提出了全面追踪世界高科技的发展和制定中国发展高科技计划的建议和设想。经过邓小平批示，中华人民共和国国务院批准了《国家高技术研究发展计划纲要》，根据提出的时间将其命名为863计划[21]。863计划包含了七大领域，其中航天技术位列第二，获国家拨款50亿元，主题项目是：大型运载火箭及天地往返运输系统、载人空间站系统及其应用[22]。
1992年1月，国防科学技术工业委员会开始正式组织对载人航天工程进行技术经济可行性论证。8月，中央专委审议了航天专家王永志为载人航天项目支持起草的《技术经济可行性论证报告》，听取了工程各大系统的基本研制方案和后续的发展规划，并原则上同意了工程的实施[20]。
1992年9月21日，中共中央政治局十三届常委会第195次会议讨论同意了中央专委《关于开展我国载人飞船工程研制的请示》，中国载人航天工程正式启动，代号“921工程”[22]。
在载人天地往返运输系统的论证与研制阶段，航天方面相关的专家之间曾出现过数次争论。
航天飞机与载人飞船之争 编辑
在载人航天工程开始初步论证的80年代末至90年代初期，航天飞机正处在世界航天界的黄金发展期，对中国载人航天的论证产生了很大影响[20]。对于天地往返运输系统，有五种方案得到了较多的支持，分别为：多用途飞船、不带主动力的小型航天飞机、带主动力的小型航天飞机、垂直起飞水平着陆的两级火箭飞机和水平起降两级入轨的空天飞机，随后在1988年7月，可选方案进一步缩小至多用途飞船和不带主动力的小型航天飞机[22]。
对于这两者，航天飞机的支持者认为载人飞船已是落后技术，而航天飞机代表着先进的发展方向，可以为中国的载人航天带来高起点。而载人飞船的支持者认为中国尚不具备研制航天飞机的技术条件，经济能力也支撑不起航天飞机的昂贵开销，相比之下载人飞船的可行性更高。最终，载人飞船方案得到了包括钱学森在内的航天专家们的支持，在经过了1989年航空航天部主持召开的“飞船与小型航天飞机比较论证会”后，航空航天系统内逐渐达成共识，確定采用载人飞船方案[22]。
两舱与三舱构型之争 编辑
接下來，在载人飞船论证初期，专家之间对于采用类似俄罗斯“联盟号”的三舱构型还是美国“双子座”的两舱构型产生了争论[20]。其中三舱构型，轨道舱可在分离后留轨继续使用，因此優先考慮三舱，又分为返回舱在最上方，側壁掛硬通道与轨道舱连接的使用硬通道方案，和返回舱在中间的现方案。三者的特点分别为：[23]
- 两舱方案：优点为方便返回舱逃逸，缺点为返回舱必须做得较大，且必须搭载不必要的物品返回。
- 三舱硬通道方案：优点同样为方便頂部的返回舱逃逸，缺点是硬通道空間难以利用，并且会降低返回防热和在轨密封的可靠性。
- 三舱现方案：优点是返回舱尺寸与质量可以做小，缺点是发射段逃逸复杂，以及再入時艙体若無法分離下可能會難以控制姿態。
经过比较，返回舱在中间的三舱构型成为最终被采纳的方案，而大小則比联盟号稍大，柱型的軌道艙則更加不同於圓型的联盟号[24]。
研制历程 编辑
1998年，用4年时间建设的北京空间技术研制试验中心在北京航天城投入使用，中心组装了4艘供地面试验用的初样神舟飞船同时展开测试：结构Ⅰ测试船、结构Ⅱ测试船、热控测试船和电性能测试船。1998年11月中旬接连3天，江泽民总书记，李鹏委员长，朱镕基总理先后视察航天城，并分别作了重要指示，江泽民亲笔为飞船题下了“神舟”两个大字，给飞船研制队伍以巨大的鞭策和鼓舞。[15]
1998年10月19日上午9时，一艘初样神舟飞船与长征二号F火箭的逃逸系统一同进行了零高度逃逸试验，逃逸系统成功地將飞船逃逸，安全地帶到了地面。这也是逃逸系统唯一一次实际测试，其他测试则由计算机模拟替代。[25]
为了赶在1999年下半年长征2F火箭首次试验发射时搭载首艘神舟飞船，本来仅供地面测试的电性能测试船被改装为上天飞行的首艘神舟飞船，即“神舟一号”试验船。为了保证任务成功，试验船按最小技术状态配置，飞船的13个分系统中的8个参与试飞考核，另外5个只安装而不考核[20]。1999年下半年，神舟一号试验船在酒泉卫星发射中心进行了4个月的合练，完成了飞船全部技术流程的演练和与其他系统的对接工作。1999年11月20日凌晨6时30分，神舟一号飞船顺利升空，飞行21小时后圆满着陆。[15][26][27]
2001年9月，神舟三号飞船进入酒泉卫星发射中心不久，出现电气设备接插件批次性质量问题。经研究决定，撤出酒泉卫星发射中心，回到北京航天城查找质量问题。经过一个多月的工作，理清了接插件故障机理，并对厂家生产的新接插件进行了可靠试验。[15][28]
结构 编辑
神舟系列飞船采用三舱构型，由推进舱、返回舱、轨道舱和附加段组成。
- 全船资料
- 总质量：7,840千克。
- 长度：9.25米。
- 直径：2.80米。
- 翼展：17.00米。
推进舱 编辑
推进舱位於飞船的后部，外形为圆筒状，为非加压舱段，装有4台发动机，和姿态控制发动机，相比联盟号则只用1台KTDU-80主发动机系统（并结合姿态功能而非分离式设计，燃料也改为UDMH），两侧装有总面积超过40平方米的主太阳能电池阵列。推进舱包含维生系统和其他功能仪器，主要用於飞船的姿态控制、变轨和制动，以及向飞船提供电力。
- 推进舱资料
- 设计寿命：20天。（早期版本）
- 长度：2.94米。
- 基本直径：2.50米。
- 最大直径：2.80米。
- 翼展：17.00米。
- 质量：3,000千克。
- 粗略姿控系统(RCS Coarse)（喷口×推力）：8×150牛顿。
- 精确姿控系统(RCS Fine)（喷口×推力）：16×5牛顿。
- 姿控系统燃料：甲基肼/四氧化二氮(N2O4/MMH)与引擎同一系统。
- 主引擎：4×2500牛顿。
- 主引擎推力：10.000千牛頓。
- 主引擎燃料：甲基肼/四氧化二氮(N2O4/MMH)。
- 主引擎比冲：290秒。
- 电力系统：太阳能板：24.48+12.24平方米，共36.72平方米。
- 电力消耗：平均1.0千瓦。
- 电力消耗：2.40千瓦/时。
返回舱 编辑
返回舱位於飞船的中段，外形呈钟形，作为一种升力体，在重返大气层时可以获得一定的气动升力，实现减速以及改變軌跡的功能。返回舱直径2.5m，空间约6m3，设计可容纳3名航天员，是继龙飞船2号之后世界上正在运用的可利用空间第二大的载人飞船（联盟号系列飞船加压舱最大为4m3[29]，龙飞船2号包含貨物部分的可用空间为9.3m3）。
返回舱顶部设有一个舱门，是航天员进出返回舱的唯一通道，在着陆后可由外侧打开；顶部有降落伞伞包，其中存有引导伞、减速伞、主降落伞和备份伞各一顶，负责大气层内减速，着陆后由航天员判断是否切除；返回舱外表面有烧蚀式防热层，两侧各设有一个窗户[30]；下方装有伽马高度控制装置和4台反推发动机，在即将着陆阶段，伽马高度控制装置通过发射伽马射线测定飞船高度和速度，确定开启4台反推发动机工作的时机[31]；最底部为防热板，用于抵御再入大气层时的高温。
返回舱内有3个盆状座椅，航天员在火箭升空时和再入大气层时穿着舱内航天服躺在座椅中，座椅上面有一块为每个航天员量体定做、专人专用的缓冲减振垫，用途是减少飞行中的振动和冲击过载[32]；神舟飞船发射时，舱内可携带300千克物资（含轨道舱存储空间），返回地面时，返回舱可携带50千克物资，由于目前中国使用的天舟货运飞船不具备运输在轨物资返回地面的能力，神舟飞船返回舱是唯一能够携带在轨物资返回地面的航天器[33]。
在返回舱设计过程中，中國曾取得联盟号的返回舱（俄國则將此部分稱作下降載具）作主要参考。[34]
- 返回舱资料
- 乘员量：3人。
- 设计寿命：單次，20天至180天
- 长度：2.50米。
- 基本直径：2.52米。
- 最大直径：2.52米。
- 适居容积：6.00立方米。
- 质量：3,240千克。
- 隔热罩质量：450千克。
- 粗略姿控系统(RCS Coarse)（喷口×推力）：8×150牛顿。
- 姿控系统燃料：联氨(Hydrazine)。
轨道舱 编辑
轨道舱位于飞船的前段，外形呈两端带有锥角的圆柱形。轨道舱底部设有舱口，直接与返回舱门连接（没有单独的轨道舱门）。轨道舱侧壁设有一个水平舱门。在发射前，航天员先通过水平舱门进入飞船，再穿过舱口和返回舱门下降到返回舱里。轨道舱有一个对地观测舷窗[30]。
轨道舱的功能和用途为：航天员在轨道飞行期间的生活舱；有效载荷试验时的试验舱；交会对接试验时的目标飞行器；航天员出舱活动时的气闸舱；以及作为天地往返运输器时的货舱。[23]
神舟一号至神舟六号飞船轨道舱两侧装有一对可绕单轴旋转的太阳电池阵，顶部连接附加段。神舟飞船主任务结束，返回舱与轨道舱分离后，轨道舱仍然可继续在轨工作，视需求可進行半年以上飛行以继续进行对地观测和空间试验[23]。但此时由于没有舱门，轨道舱内暴露在真空中。
神舟飞船发射时，轨道舱和返回舱内共可携带300千克物资。[33]
神舟七号出舱活动中，轨道舱作为气闸舱使用，存放舱外航天服，航天员通过水平舱门出舱。轨道舱顶部装有气瓶。
自神舟八号开始，由于需要对接，轨道舱顶部增设一个舱门和相应对接机构。
- 轨道舱资料
- 设计寿命：200天。
- 长度：2.80米。
- 基本直径：2.25米。
- 最大直径：2.25米。
- 翼展：10.40米。
- 适居容积：8.00立方米。
- 质量：1,500千克。
- 粗略姿控系统(RCS Coarse)（喷口×推力）：16×5牛顿。
- 姿控系统燃料：联氨(Hydrazine)。
- 电力系统：太阳能板：12.24平方米。
- 电力消耗：平均0.5千瓦。
- 电力消耗：1.20千瓦/时。
附加段 编辑
附加段也叫过渡段，存在于早期的神舟飞船上，位于轨道舱最前端，主要用来完成与其他空间飞行器交会对接前的技术测试与验证工作，后期作为交会对接机构的安装位使用，此外也能够安装其他仪器进行空间探测。从神舟六号开始，附加段被取消；神舟七号在轨道舱最前端安装气闸舱气瓶和神舟七号伴飞卫星；从神舟八号开始，被正式的空间对接机构所取代。[30]
聯盟號的对接机构是蘇聯式SSVP系統，神舟則是採用科羅廖夫能源火箭航天集團的對接構造，该公司的APAS（Androgynous Peripheral Attach System）已經在國際空间站上广泛使用，自行改造为符合國際對接系統標準的接口[35][36]。
对比 编辑
神舟号研製時參考的對象為联盟号TM型（俄太空局最新路線則為MS型），並以此為基礎發展，後並從神舟無人飞船系列再改進而來的量产型。
| 联盟号 | 神舟号 | |
|---|---|---|
| 长度 | 7.48 m | 8.65 m |
| 直径 | 2.72 m | 2.8 m |
| 翼展 | 10.06 m | 17.0 m |
| 总质量 | 7250 kg | 7800 kg |
任务 编辑
神舟飞船在中国载人航天工程的第一和第二步用于验证各项相关技术，包括宇航员安全往返地球轨道，太空行走（EVA），飞船的交会和对接等。随着工程的进展，在2021年中国的天宫空间站入轨后，神舟飞船作为在空间站与地面之间往返运送人员和物资的交通工具使用。
神舟一号至四号和神舟八号任务属于无人飞行任务，其余皆为载人飞行任务。
任务标识 编辑
神舟飞船的各次载人飞行任务皆有任务标识，其中自神舟十六号起的任务标识面向全社会公开征集[37]。神舟一号至四号和神舟八号任务因属于无人飞行任务，没有为航天员设计可佩戴的任务标识，不过神舟八号地面工作人员佩戴的标识也被认可为任务标识。
已执行的任务 编辑
| 生产批次 | 任务名称 | 发射时间 | 发射地点 | 着陆时间 | 着陆地点 | 航天员 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 初样 | 神舟一号 | 1999年11月20日 06时30分03.500秒 | 酒泉卫星发射中心 | 1999年11月21日 15时41分 | 四子王旗着陆场 | 无人 | 首次测试飞行，成功实现天地往返。 |
| 单独 生产 | 神舟二号 | 2001年1月10日 01时00分03.561秒 | 2001年1月16日 19时22分 | 第一艘正样无人飞船，飞行试验的主要目的是，对工程各系统从发射到运行、返回、留轨的全过程进行考核，检验各技术方案的正确性与匹配性，取得与载人飞行有关的科学数据和实验数据。 | |||
| 单独 生产 | 神舟三号 | 2002年3月25日 22时15分03.544秒 | 2002年4月1日 16时51分 | 1个模拟人 | 第二艘正样无人飞船，主要目的是考核火箭逃逸功能、控制系统冗余、飞船应急救生、自主应急返回、人工控制等功能，这次任务载有模拟宇航员。 | ||
| 单独 生产 | 神舟四号 | 2002年12月30日 00时40分03.543秒 | 2003年1月5日 19时16分 | 2个模拟人 | 第三艘正样无人飞船，主要目的是确保宇航员绝对安全，进一步完善和考核火箭、飞船、测控系统的可靠性。 | ||
| 单独 生产 | 神舟五号 | 2003年10月15日 09时00分03.497秒 | 2003年10月16日 06时22分48秒 | 杨利伟 | 首次载人飞行，成功围绕地球十四圈，使中国成为继苏联/俄罗斯、美国之后的第三个拥有载人航天发射技术的国家。 | ||
| 单独 生产 | 神舟六号 | 2005年10月12日 09时00分03.583秒 | 2005年10月17日 04时33分 | 费俊龙 聂海胜 | 首次搭载二人，进行多人多天的航天飞行。 | ||
| 单独 生产 | 神舟七号 | 2008年9月25日 21时10分04.988秒 | 2008年9月28日 17时38分 | 翟志刚 刘伯明 景海鹏 | 首次搭载三人，成功完成出舱活动（又称太空行走）。 | ||
| 第一 批次 | 神舟八号 | 2011年11月1日 05时58分10.430秒 | 2011年11月17日 19时32分30秒 | 2个模拟人 | 第五艘无人飞船，于11月3日及11月14日两次自动与天宫一号交会对接,组成一座小型的低地轨道“空间实验室”，为建立中国空间站做准备。 | ||
| 神舟九号 | 2012年6月16日 18时37分24.558秒 | 2012年6月29日 10时03分 | 景海鹏 刘 旺 刘 洋 | 搭载三人，首次搭载女宇航员，手动与天宫一号交会对接，进驻进行空间实验[38][39]。 | |||
| 神舟十号 | 2013年6月11日 17时38分02.666秒 | 2013年6月26日 08时07分 | 聂海胜 张晓光 王亚平 | 搭载三人，第二次搭载女宇航员，第二次手动与天宫一号交会对接，进驻进行空间实验。进行首次太空授课。 | |||
| 单独 生产 | 神舟十一号 | 2016年10月17日 07时30分31.409秒 | 2016年11月18日 13時59分 | 景海鹏 陈 冬 | 搭载两人，与天宫二号進行自动和手动交会对接，驻留30天。 | ||
| 第二 批次 | 神舟十二号 | 2021年6月17日 09时22分31.693秒 | 2021年9月17日 13时34分 | 东风着陆场 | 聶海勝 劉伯明 湯洪波 | 搭载三人，于2021年6月17日15时54分与天和核心舱前向交会对接成功，航天員于18时48分进入天和核心舱，并开展为期3个月的空间站驻留。此後神舟飛船任務會常態化，每次駐留6個月 | |
| 神舟十三号 | 2021年10月16日 00時23分56.469秒 | 2022年4月16日 09时56分 | 翟志刚 王亚平 叶光富 | 第一次常態化駐留空間站6個月的任務，搭载三人，于2021年10月16日6时56分与天和核心舱径向交会对接成功，航天員于9时58分进入天和核心舱，并开展为期6个月的空间站驻留。 | |||
| 神舟十四号 | 2022年6月5日 10时44分10.460秒 | 2022年12月4日 20时09分 | 第二次常態化駐留空間站6個月的任務，搭载三人，于2022年6月5日17时42分与天和核心舱径向交会对接成功，航天員于20时50分进入天和核心舱，并开展为期6个月的空间站驻留。 | ||||
| 神舟十五号 | 2022年11月29日 23时08分17.457秒 | 2023年6月4日 06时33分 | 第三次常態化駐留空間站6個月的任務，搭载三人，于2022年11月30日5时42分与天和核心舱前向交会对接成功，航天員于7时33分进入天和核心舱，与神舟十四号航天员乘组“太空会师”，并开展为期6个月的空间站驻留。这是中国航天员首次在轨轮换，中国空间站达到6人最大容量。 | ||||
| 第三 批次 | 神舟十六号 | 2023年5月30日 09时31分13.480秒 | 2023年10月31日 08时11分 | 景海鹏 朱杨柱 桂海潮 | 新一批次6艘神舟飞船的首船，有現代化仪表面板改良、元器件国产化率大幅提升等升级内容，搭载三人，于2023年5月30日16时29分与天和核心舱径向交会对接成功，航天员于18时22分进入天和核心舱，与神舟十五号航天员乘组“太空会师”。神舟飛船搭載載荷專家展開專業研究，是首次有非軍人出身的太空人 |
进行中的任务 编辑
| 生产批次 | 任务名称 | 发射时间 | 发射地点 | 着陆时间 | 着陆地点 | 航天员 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 第三 批次 | 神舟十七号 | 2023年10月26日 11时14分02.491秒 | 酒泉卫星发射中心 | 2024年4月 | 东风着陆场 | 汤洪波 唐胜杰 江新林 | 与天和核心舱前向交会对接 |
计划中的任务 编辑
返回舱落点分布图 编辑
发射中心
发射中心
航天飞行
控制中心
着陆场
四子王旗着陆场落点分布图 编辑
（仅示意）
（仅示意）
八号
东风着陆场返回舱落点分布图 编辑
发射中心
十二号
十六号
纪念 编辑
参考文献 编辑
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