一、總體概述

載人航天是航天技術(shù)向更高階段的發(fā)展，航天員可以在太空完成更復(fù)雜的工作。但它又是當今高技術(shù)中最具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，能體現(xiàn)一個國家的綜合國力和整體科技水平。

早在20世紀70年代初，我國曾擬研制曙光號2艙式載人飛船，并選拔出19名預(yù)備航天員，毛澤東同志在1970年7月14日批準了該項目，即“714”工程。但由于當時的政治環(huán)境、經(jīng)濟能力和工業(yè)基礎(chǔ)等條件不成熟，該工程在1975年不得不中途下馬。

1992年9月21日，黨中央批準實施我國載人航天工程，即“921”工程。自此，我國的載人航天工程再次正式啟動。我國載人航天領(lǐng)域流行著一句話：“造船為建站，建站為應(yīng)用”。這句話簡單扼要地概括了我國發(fā)展載人航天的路徑和目的。

根據(jù)我國的實際情況，經(jīng)過專家們充分論證決定，我國載人航天工程采用“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。

第一步是研制載人飛船，把航天員送入太空，并在完成預(yù)定任務(wù)后安全返回地面，實現(xiàn)我國載人航天的歷史性突破，掌握載人航天的最基本技術(shù)。這一步通過2003年和2005年先后發(fā)射的神舟-5、6載人飛船圓滿完成了。

第二步是突破和掌握航天員太空行走、空間交會對接兩項關(guān)鍵技術(shù)，然后發(fā)射空間實驗室和貨運飛船。這些也是建造空間站的前提條件。這一步通過2008年登天的神舟-7航天員翟志剛完成太空行走拉開了序幕，并分兩個階段實施。

第一階段除了完成太空行走任務(wù)外，還在2011年通過發(fā)射天宮-1目標飛行器和神舟-8無人飛船實現(xiàn)了自控交會對接；在2012年、2013年通過分別發(fā)射的神舟-9、10與天宮-1實現(xiàn)了自控和手控對接，并先后送2名女航天員上天。這4次航天發(fā)射使我國成為世界第三個獨立掌握了空間交會對接技術(shù)的國家，還驗證了組合體飛行技術(shù)，并使神舟飛船定型。至此，第二步第一階段結(jié)束。

此后，我國載人航天進入第二步第二階段，于2016年、2017年先后發(fā)射天宮-2空間實驗室和與之分別對接的神舟-11載人飛船和天舟-1貨運飛船，驗證了航天員中期在軌駐留技術(shù)、在軌加注技術(shù)、貨運飛船技術(shù)和未來空間站的部分新技術(shù)，并進行了較大規(guī)模的科學(xué)實驗和技術(shù)試驗。

第三步是計劃在2022年建成長期載人的大型空間站天宮，開展大規(guī)模、長期有人照料的空間應(yīng)用。天宮空間站采用積木式構(gòu)型，由3個20噸級艙段組成T字形，天和核心艙居中，問天實驗艙1和夢天實驗艙2分別對接于兩側(cè)?？臻g站按長期載3人狀態(tài)設(shè)計，每半年由載人飛船實施人員輪換，由貨運飛船進行推進劑和物資補給。為此，突破了四大關(guān)鍵技術(shù)：推進劑補加技術(shù)、物化式再生生保技術(shù)、電源技術(shù)和空間機械臂技術(shù)，并將在軌運營10年以上，成為我國空間科學(xué)和新技術(shù)研究試驗的重要基地，用于獲取具有重大科學(xué)價值的研究成果和重大戰(zhàn)略意義的應(yīng)用成果。

二、載人飛船

（一）三艙構(gòu)型

目前，我國已發(fā)射了13艘神舟飛船，其中8艘是載人飛船，5艘是無人試驗飛船。

神舟飛船采用由軌道艙、返回艙和推進艙組成的3艙式構(gòu)型，乘員人數(shù)3人，可自主飛行7天，?？匡w行180天。其中，軌道艙位于飛船前部。飛船在軌運行后，航天員由返回艙進入到軌道艙生活和工作。軌道艙的前端裝有用于交會對接的裝置。返回艙位于飛船中部，是航天員往返時的座艙，也是飛船的控制中心，具有著陸后支持航天員陸上生存48小時、海上生存24小時的能力。推進艙位于飛船后部，為非密封結(jié)構(gòu)，給飛船提供動力、電源、燃料等。尾部裝有4臺2.5千牛的變軌發(fā)動機，側(cè)壁裝有姿控發(fā)動機和24米2主太陽電池翼。

別看“神舟”是一種小型載人航天器，但它由14個分系統(tǒng)組成。這些分系統(tǒng)涉及物理、醫(yī)學(xué)等數(shù)十種學(xué)科領(lǐng)域，所以具有技術(shù)多樣性和研制復(fù)雜性。

（二）主要特點

第一，起點很高。作為我國第一代載人飛船，“神舟”采用了當時最先進而且目前仍比較先進的3艙式構(gòu)型。

第二，一船多用。外國載人飛船的軌道艙一般會廢棄在軌道上，而神舟飛船的軌道艙具有“留軌利用”的功能。

第三，性能先進。“神舟”采用了信息技術(shù)的最新成果，其電子技術(shù)和智能化水平遠遠領(lǐng)先。

第四，防熱高超。神舟飛船返回艙的表面積是22.4平方米，使用的防熱材料總質(zhì)量約500千克，比俄羅斯聯(lián)盟飛船的要大、要輕。

第五，降落傘大?！吧裰邸钡慕德鋫闶鞘澜缟献畲蟮膯雾斀德鋫?#xff0c;有1200平方米。可疊起來卻只有一個小提包大。

神舟飛船采用了多項新技術(shù)，其中10多項關(guān)鍵技術(shù)達到國際先進水平。

（三）最新飛船

2021年發(fā)射的神舟-12載人飛船，采用了一些新技術(shù)，實現(xiàn)了五個首次：首次實施載人飛船自主快速交會對接；首次實施繞飛和徑向交會；首次實現(xiàn)長期在軌?？?#xff1b;首次具備從不同高度軌道返回東風(fēng)著陸場的能力；首次具備天地結(jié)合多重保證的應(yīng)急救援能力。與神舟-12相比，同年發(fā)射的神舟-13載人飛船采用自主快速交會對接的方式，首次徑向?？靠臻g站，首次在軌駐留6個月。2020年，我國成功發(fā)射了新一代飛船試驗船。它與“神舟”相比，具有載人多、用途廣和重復(fù)使用等一系列優(yōu)點，可用于未來的載人登月等任務(wù)。

三、實驗小站

2011年，我國發(fā)射了天宮-1目標飛行器，2016年9月15日發(fā)射了天宮-2空間實驗室。與宇宙飛船相比，它們具有體積大、壽命長和功能強的特點，可視為微型空間站。

（一）任務(wù)不同

天宮-2是天宮-1的備份，但它們的任務(wù)不同。天宮-1目標飛行器的任務(wù)是：作為交會對接的目標，實現(xiàn)組合體控制和管理，航天員的在軌駐留、生活和工作，開展科學(xué)實驗，進行空間技術(shù)試驗。與天宮-1相比，天宮-2的軌道更高、駐留時間更長、試驗做得更多，是第一個真正意義上的空間實驗室。它主要完成三大任務(wù)：驗證航天員在軌中期駐留技術(shù)，進行在軌維修技術(shù)試驗；與貨運飛船對接，驗證推進劑在軌補加技術(shù)，開展大規(guī)模空間科學(xué)和應(yīng)用實驗。為了滿足航天員中期駐留需要，我們對天宮-2載人宜居環(huán)境做了重大改善，具備支持2名航天員在軌工作、生活30天的能力。例如，改善就餐和睡眠環(huán)境，增加了鍛煉設(shè)備和娛樂設(shè)施。

（二）兩艙功能

“天宮”由實驗艙和資源艙組成，其中實驗艙的密封艙有專用睡眠區(qū)、鍛煉區(qū)、實驗區(qū)、儀表區(qū)，有較多實驗設(shè)備；資源艙提供動力和電能。

四、貨運飛船

由于我國大型空間站天宮要長期載3人在軌運行，而先期研制和發(fā)射的神舟載人飛船每次滿載3人上天時只能攜帶300千克貨物，為此，我國又研制發(fā)射了每次能為空間站運送近7噸貨物的天舟貨運飛船，從而滿足空間站長期載人航天的需求。另外，它還可用于下行銷毀空間站各種廢棄物，并具有為空間站軌道控制能力和支持科學(xué)實驗的能力。2017年，我國首艘貨運飛船天舟-1升空，與天宮-2空間實驗室對接。2021年發(fā)射天舟-2、3，與空間站核心艙對接，為后續(xù)發(fā)射的神舟-12、13乘組送去大量所需物資。

天舟貨運飛船由貨物艙和推進艙組成，整船最大裝載狀態(tài)下重量達13.5噸，上行貨物運輸能力為6.9噸，其載貨比（所載貨物重量與飛船總重量之比）高達51%，居世界第一，每次貨物的運載量在全球現(xiàn)役貨運飛船中也最大的。飛船采用型譜化和模塊化設(shè)計，貨物艙有全封閉、半開放和全開放、以及小型艙段運輸型4種構(gòu)型，因而可根據(jù)需要進行不同種類物資的運輸。前三種皆具備推進劑在軌補加能力，可滿載3.5噸推進劑，其中1噸自用。另外，飛船的貨物艙內(nèi)設(shè)計了40個貨格，每個貨包上都有二維碼，掃描后能獲得貨物的位置信息和產(chǎn)品信息。并且，根據(jù)貨船的圓形艙體結(jié)構(gòu)，我們設(shè)計出了26種不同尺寸規(guī)格、不同形狀的貨包。貨包使用的布料添加了螃蟹殼，能有效抗菌。

五、空間大廈

2021年4月29日，我國用長征-5B成功將天和核心艙送入太空預(yù)定軌道，宣告了中國開啟空間站任務(wù)的新時代。2022年，我國還將先后發(fā)射問天實驗艙I、夢天實驗艙II與天和核心艙依次對接，從而建成我國第一座空間站天宮的基本型。

（一）起點高

2010年9月25日，中央批準實施空間站工程。其主要任務(wù)是使我國成為獨立掌握近地空間長期載人飛行技術(shù)，具備長期開展近地空間有人參與科學(xué)技術(shù)試驗和綜合開發(fā)利用太空資源能力的國家。我國第一座空間站——“天宮”，它沒有走美蘇先建造單艙式，再建造多艙式空間站的老路，而是直接建造采用積木式構(gòu)型的多艙式空間站，能達到世界第三代空間站水平，使我國具備長期開展有人參與科學(xué)實驗、技術(shù)試驗和綜合開發(fā)利用太空資源能力。

（二）三艙構(gòu)型

我國天宮空間站以天和核心艙、問天實驗艙I和夢天實驗艙II三艙對接為基本構(gòu)型，共有15個分系統(tǒng)。其中，核心艙作為空間站組合體控制和管理主份艙段，具備交會對接、轉(zhuǎn)位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙和保障空間科學(xué)實驗等能力。問天和夢天實驗艙均用于大規(guī)模艙內(nèi)外空間科學(xué)實驗和技術(shù)試驗載荷的支持艙段。同時，問天實驗艙I還作為組合體控制和管理的備份艙段，并具備乘員出艙活動能力；夢天實驗艙II則具備載荷自動進出艙能力。

另外，在發(fā)射了這3個艙之后，我國還將發(fā)射與天宮空間站共軌飛行的巡天光學(xué)艙，將搭載2米口徑的巡天望遠鏡。這臺望遠鏡的分辨率與美國哈勃空間望遠鏡相當，但視場角是后者的200多倍，可在大范圍巡天科學(xué)研究方面顯身手。

（三）細說核心

最先發(fā)射的天和核心艙對建造天宮空間站至關(guān)重要。天和核心艙的體積和重量比目前在軌飛行的國際空間站的任何一個艙位都大，供航天員工作生活的空間可達50立方米。2022年對接上兩個實驗艙后，空間站供航天員的活動空間可達110立方米。

天和核心艙由節(jié)點艙、生活控制艙、后端通道和資源艙組成。其中，生活控制艙能夠提供三名航天員生活、工作空間以及配套支持系統(tǒng)，設(shè)有3個睡眠區(qū)，即每名常駐航天員都有一個獨立的睡眠區(qū)，還有衛(wèi)生間。另外，還配置了工作區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)和鍛煉區(qū)，設(shè)有微波爐、冰箱等家居。

（四）技高一籌

天和核心艙采用了不少新技術(shù)。比如：配置一部承載力達25噸的10米長的七自由度大型空間機械臂；設(shè)計完整的再生式生命保障系統(tǒng)，回收凈化航天員排泄的尿液作二次使用；采用了大面積可展收柔性太陽電池翼；除了配備了常規(guī)的化學(xué)能軌控發(fā)動機和自控發(fā)動機外，額外配置了四臺大功率霍爾電推進發(fā)動機等。

目前，我國空間站雖沒有最先進的國際空間站規(guī)模大，但我國空間站的效益更高一些。

（根據(jù)全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩《精彩紛呈的中國航天科技》講稿摘編整理）