载人航天工程“第三步”序幕拉开 中国版太空计划图谱解构

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北京时间5月8日,中国新一代载人飞船实验舱返回舱成功着陆返回。它是由长征五号B运载火箭搭载,并与5月5日首飞成功,虽然在返回过程中充气式货物返回舱试验舱一度出现异常,但5月5日的成功首飞,正式拉开了中国载人航天工程“第三步”任务的序幕,也为后续空间站核心舱、实验舱发射奠定了基础,这不仅是中国载人航天技术的进步,也是中国整个航天领域的进步。越来越多人也因此开始好奇,中国载人航天技术的进展如何?

中国的航天计划全貌又是如何?中国航天发展主要分三部分,除了载人航天技术外,还有应用卫星技术和深空探测技术。三者都依托于长征系列运载火箭实现太空飞行。

5月5日,长征五号B运载火箭搭载新一代飞船首飞成功。图为2月5日下午,长征五号B运载火箭运抵文昌。(微博@我们的太空)

从太空走向大众的应用卫星技术

对普罗大众来说,“卫星”已经不是一个陌生的名词,中国从1970年4月24日就发射了第一颗人造卫星“东方红一号”。只是当初仅限于技术试验阶段,到了今天,它已经从技术阶段发展到实际应用,从气象监测,到日常通讯,再到实时导航,卫星的影响已经无处不在。

应用卫星技术始于20世纪50年代,1957年前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星"人造地球卫星1号"后,中国也于1958年启动研究。当年“东方红一号”的发射,开创了中国航天历史的新纪元,也使中国成为第五个独立研究并发射人造地球卫星的国家。

“东方红一号”发射后,到20世纪80年代中期,中国卫星事业处于技术试验阶段,这一时期中国发射了不同类型的应用卫星,数量也越来越多,如返回式遥感卫星、试验性通信卫星,以及数颗空间科学与技术试验卫星。多数卫星发射后只需在太空工作,只有返回式遥感卫星不同,它需要在太空完成任务后返回到地面,原因是早期技术有限,需要利用底片才能获得高清晰图片,早期遥感卫星的目的就是将底片带回地面。随着后期技术进步,科学家可直接从卫星上传送影像数据到地面,遥感卫星的的用途就变成了开展空间试验,并回收试验品。

20世纪80年代以后,中国卫星发展从技术试验转向了工程应用,开始了全面发展阶段。目前中国的应用卫星系统分为科学与探测卫星(探测一号和探测二号)、技术试验卫星(实践系列卫星)、导航定位卫星(北斗卫星导航系统)、高分辨率对地观测系统(高分系列卫星)、对地观测卫星(资源系列卫星、风云系列卫星、海洋系列卫星、环境与灾害监测系列卫星)、通信广播卫星(东方红系列卫星)。

其中,高分系列卫星让中国空间分辨率进入了“亚米级“时代,通过高分系列卫星,人们可以将从太空观测到的地球实物细致到分米、厘米甚至是毫米,根据中国国家航天局2019年12月10日发布的首批立体影像作品,利用高分系列卫星看到的北京首都机场、大兴机场,雁栖湖等多地区的正射影像图、立体核线影像、数字表面模型产品等资料清楚明晰。

另外,北斗全球卫星导航系统即将完成组网,除去已退役的4颗北斗一号卫星,从北斗二号起算,目前中国共有54颗北斗导航卫星,届时组网完成后,北斗系统将应用于车辆导航、追踪,灾难预警、信息通讯等众多领域。特别是在导航领域,以往由于北斗系统起步时间晚了美国GPS二十多年,所以相对GPS系统,中国北斗系统仍稍显不足,加上宣传工作不到位,导致现在在导航领域仍是美国 GPS一家独大的局面。不过随着北斗系统组网完成,届时或有望改变这种局面。

从被无限搁置到即将走向成功的载人航天工程

如果说应用卫星技术是把物体送入太空,那么载人航天技术则是把人送进太空。相比于应用卫星技术,载人航天工程尚未被广泛应用。

载人航天技术始于20世纪70年代,由于技术所限前期被无限搁置,直到1992年1月才被中国政府重新批准研发,也因此载人航天工程被命名为“921工程”。“921工程”共三步:将航天员送往太空;突破航天员太空活动受限问题;建设太空站。目前已完成前两步,随着此次长征五号B运载火箭的发射成功,第三步也已经拉开序幕。

目前“921工程”由神舟系列飞船负责完成,神州系列是中国自己研制的载人飞船,目前已发展到神州十一号。在十一艘飞船中,有6艘载人飞船(神舟五号至七号、神舟九号至十一号)和5艘无人飞船(神舟一号至四号、神舟八号),其中中国第一位飞行员杨利伟就是搭载的神舟五号进入太空,意味着中国载人航天工程拥有了载人的能力。神舟八号虽然没有载人,但是它是承担“特殊任务”的飞船,即搭载模拟人进入太空与中国自主研制的载人空间试验平台天宫一号对接,这意味着中国具备了空间交会对接能力,和建设初级空间实验室的能力。

另外,在这十一艘飞船中,神舟一号至六号负责完成“921”工程的第一步;神舟七号至十一号完成“921”工程的第二步计划。以后的飞船将用于完成第三步计划。

目前世界上具备载人航天能力的国家有俄罗斯(前苏联)、美国、中国。1961年4月,前苏联最早将人送往太空,相继发射了东方号、上升号、联盟号飞船。继俄罗斯后,美国于1961年5月发射自由七号飞船,成为第二个将人送往太空的国家,之后美国相继发射了水星号、双子星座号、阿波罗号等载人飞船,但由于投入费用巨大等原因,美国于2011年退役了所有航天飞船。

从嫦娥奔“月”到天问“火星”的深空探测技术

如果说,卫星和载人航天工程看来还没那么神秘,那么,刚刚起步的深空探测,则让人觉得神秘而又遥不可及。中国的深空探测迟于俄国(前苏联)、美国,直到2000年才被中国政府提出,涉足领域也仅限于月球和火星。

作为地球唯一的卫星,距离地球最近的天体,也是人类研究其他天体的“转运站”,月球从人类开始探索太空开始,就被各国视作研究的重点和热点,虽然众多证据表明月球恶劣的环境不适宜人类生存,但是正如“嫦娥之父”、中国科学院院士欧阳自远所述,月球是人类拓展自己空间的第一步,也可以为人类探索其他天体提供经验,因此探索月球是必须要做的。

中国探月计划始于2004年,系“嫦娥工程”系列。分为绕、落、回三个阶段。

第一个阶段是实现环绕月球探测,由嫦娥一号卫星完成,嫦娥一号也是中国第一颗绕月人造卫星,“。

第二阶段是实现月面软着陆和自动巡视勘察,由嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥四号卫星完成。其中嫦娥三号”首次实现航天器在月球表面软着陆,由着陆器和中国首辆月球车玉兔号组成。

第三个阶段是实现无人采样返回,由嫦娥五号、嫦娥六号卫星完成。这一阶段主要目的是对软着陆的现场进行调查分析,以及带月球样品返回地球,以供之后的月球研究。

中国的探月计划,最终目的是为研究其他星球做准备,因此中国在探索月球的同时,也在推进其他星球研究,比如与地球有着类似生活环境的火星。中国的火星探测始于2016年,2020年4月24日完成了首次火星探测任务,被命名为“天问一号”,这被公认为是行星探测的第一步,为以后人类研究火星,并将火星改造成适合人类生存的环境做准备。

中国航天工业虽然发展仅六十多年,但是它的的太空计划图谱已经略显清晰,随着宇宙探索的加深,这张图谱也将越来越精密。

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