中国空间站收官发射拼成三舱三船,6名航天员首度会师太空

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中国空间站建设阶段迎来收官发射任务,神舟十五号载人航天今天午夜1108准点发射,中国载人航天时代跃至新高位——两组6名航天员首度太空会师,亲眼见证「三舱三船」形成中国空间站最大吨位与构型。
发射速览
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发射过程
北京时间11月29日午夜时分23:08,第18枚「神箭」长征二号改进型、序号为遥15火箭准时发射升空,搭载着神舟十五号载人飞船及三名航天员顺利飞往中国空间站。
这次发射按照国际惯例官方全程直播,信息披露及时。从发射前一天举行新闻发布会,到发射过程进行全网直播,自带节奏感,充满自信力。
▲神舟十五号发射升空影像
北京时间11月29日23:08,素有中国神箭美誉的长征二号F/G改进型火箭(此次火箭序号遥十五/Y15)位于中国载人航天发射唯一主场——酒泉卫星发射中心1号发射工位准时发射升空,几乎与5个月前发射神舟十四号程序一模一样,12秒后利用重力转向,神箭开始飞向东南方;升空两分钟,火箭最上方、高8.35米的逃逸塔分离抛弃。貌似火箭避雷针的逃逸塔,其使命是在火箭起飞前900秒一直到起飞后160秒这一时间段内,万一火箭发生故障,可以迅速让箭船分离,拉拽轨道舱和返回舱降落在安全地带。当然最佳飞行状态根本用不上逃逸塔,到点分离抛弃。
T+2:31,4枚2.25米直径助推器完成使命,与第一级主火箭分离,紧接着二级发动机启动点火。二级发动机由主机DaFY21-2和游动发动机DaFY22-1组合而成。DaFY21-2属于高空大喷管发动机,真空推力约为746.97kN。DaFY22-1游动发动机属于小推力高空短喷管发动机,在主机关机后继续工作100多秒,护送神舟飞船到达预定部署轨道。
发射升空近3分半钟,整流罩分离抛弃;T+7:33二级主发动机DaFY21-2关闭,T+9:32游动发动机DaFY22-1随之关闭。紧接着在200公里高度的预定部署轨道(200×360公里,赤道倾角41.47°),船箭分离,顺利部署神舟十五号飞船。之后神舟飞船展开太阳翼,发射环节大功告成。
此次成功发射神舟十五号任务属于中国空间站建设阶段总计11次发射的收官任务;中国空间站迎来第4次载人航天任务;中国总计第10次载人航天;神舟飞船第10次载人航天;神舟飞船第15次发射;「中国神箭」长征二号F火箭第18次发射;长征系列火箭第452次发射;中国今年第55次轨道发射;全球今年第167次轨道发射。
截至北京时2022年11月29日,全球总计轨道级航天发射167次:美国80发(2发失败: Astra 3.3 LV0010、Firefly α 002)、中国55发(1发失败:双曲线一号Y4)、俄罗斯21发、印度5发(1发失败:SSLV D1)、欧洲3发、伊朗1发、韩国1发、日本1发(1发失败:Epsilon-6)
预计发射升空6.5小时后,即北京时间11月30日早上,神舟十五号将以快速交会对接模式,对接中国空间站天和核心舱前向端口。神舟十五号飞船将与在轨运行的中国空间站(天和舱、问天舱、梦天舱)以及停靠的神舟十四号飞船、天舟五号货运飞船形成「三舱三船」超级组合体。
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最大看点一二三
●最大规模:最新抵达的神舟十五号飞船与中国空间站(天和号核心舱、问天号实验舱、梦天号实验舱)以及目前停靠的神舟十四号飞船、天舟五号货运飞船,共同形成前所未有的「三舱三船」超级组合体,由此构成中国空间站最大吨位和最大构型,总质量接近一百吨。
●首度会师:随着神舟十五号飞船停靠,意味着中国空间站首度迎来两组共6名航天员会师太空,目前在轨的神舟十四号航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲与最新抵达的神舟十五号航天员费俊龙、邓清明、张陆共同驻留5天左右,为的是两组载人任务平顺交接工作。神舟十四号与神舟十五号乘组在轨交接,这将是中国空间站首次载人航天任务在轨轮换。从神舟十四号开始,中国空间站迎来航天员不间断在轨驻留、载人无空缺时代。
●两船同框:神舟十五号与神舟十四号任务叠加期间,正是两艘神舟载人飞船首次同时停靠中国空间站的同框时刻。神舟十五号停靠在天和核心舱前向端口(空间站前行方向),神舟十四号停靠在天和核心舱径向端口(地球方向),两艘飞船同时与空间站进行信息代传、通风换热、并网供电等。两组航天员任务交接期间,空间站将通过不同对接总线代传两船遥测数据,确保两艘飞船信息传输的唯一性和正确性。空间站系统还将同时向两船提供通风热支持,送风量根据两船不同热环境进行合理分配,可根据需求进行分档调节。为了以防万一,针对两船同时停靠的情况还制定了协调匹配的紧急撤离策略,确保航天员生命安全。
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中国神箭
中国载人航天发射任务目前使用长征二号F/G改进型运载火箭(G表示改进型),是国内目前可靠性、安全性最高的火箭。截至目前总计发射18次,成功率100%,全箭可靠性指标0.98,安全性指标大0.997,素有「中国神箭」之美誉。
长征2F/G分为载人版、无人版。载人版箭高58.34米(比长征五号57米还要高),装配逃逸塔,专发神舟系列载人飞船,载荷质量8.1吨;无人版箭高52米,用来发射天宫一号、天宫二号、无载人神舟飞船,实现载荷质量8.6吨,设计最大运力13吨。
长征2F/G至少会使用到2023年,目前排期至火箭序号遥16,用于发射神舟十六号载人飞船。
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神舟飞船
这次神舟十五号载人飞船(简称神十五)属于神舟系列飞船其中一艘。神舟飞船是中国载人航天计划(921工程)专门研制的载人飞船,原型飞船神舟一号早在1999年11月20日成功发射,神舟五号在2003年10月15日成功发射并历史性成就了杨利伟,2011年11月1日发射的神舟八号成为正式定型的型号。
神舟飞船与俄罗斯联盟号MS型飞船相似,但尺寸更大、结构更新。在SpaceX载人龙飞船启用之前,神舟飞船一度是现役最大的载人飞船。神舟飞船由推进舱、返回舱、轨道舱、附加段构成。总长度为9米,总重约8吨,直径2.8米,太阳翼宽幅17米,承运量3人,适居容积14立方米。
神舟飞船是目前全球三款现役载人飞船之一(俄罗斯联盟号飞船、中国神舟飞船、美国载人龙飞船),也是载人航天史上9款载人航天器之一(苏联东方号飞船、美国水星号飞船、苏联上升号飞船、美国双子座飞船、苏联联盟号飞船、美国阿波罗飞船、美国航天飞机、中国神舟飞船、美国载人龙飞船)。
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中国航天员
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▲中国载人航天10批任务航天员图谱
从1999年发射神舟一号飞船开始,迄今为止神舟飞船总计发射15次,其中5次无载人(神一、二、三、四、八)、10次载人发射(神五、六、七、九、十、十一、十二、十三、十四、十五),总计承运16人、26人次(神五1人、神六2人、神七3人、神九3人、神十3人、神十一2人、神十二3人、神十三3人、神十四3人,神十五3人,其中景海鹏3次、聂海胜3次、刘伯明2次、翟志刚2次、王亚平2次、陈冬2次、刘洋2次、费俊龙2次)。
神五:杨利伟
神六:费俊龙、聂海胜
神七:翟志刚、刘伯明、景海鹏
神九:景海鹏、刘旺、刘洋
神十:聂海胜、张晓光、王亚平
神十一:景海鹏、陈冬
神十二:聂海胜、刘伯明、汤洪波
神十三:翟志刚、王亚平、叶光富
神十四:陈冬、刘洋、蔡旭哲
神十五:费俊龙、邓清明、张陆
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神十五航天员
神舟十五号乘组与前两组乘组神舟十三号、神舟十四号具有两大不同点:
清一色男子组,而非两男一女组合。除了中国女航天员稀缺外,更主要原因在于工作量加大加重。神舟十五号3名航天员作为中国空间站完成在轨建造后到访的首批乘组,未来6个月将开展空间站三舱状态长期驻留验证工作,对航天器运行维护的管理工作量会大幅增加。
乘组平均年龄最大。神舟十五号航天员平均年龄53岁,费俊龙57岁,邓清明56岁,张陆46岁。而神舟十四号航天员均为七零后(陈冬、刘洋44岁,蔡旭哲46岁),平均年龄44.66岁,神舟十三号乘组属于60后+80后组合(翟志刚56岁,王亚平、叶光富42岁),平均年龄46.66岁,神十四航天员是中国空间站载人任务以来平均年龄最小乘组。
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○费俊龙:神舟十五号任务指令长
1965年5月5日出生于江苏昆山巴城镇费家浜,现年57岁,硕士学位。1982年入伍空军,曾在空军第五航空学校任教,现为中国人民解放军航天员大队特级航天员、专业技术少将军衔。1998年入选为中国首批航天员,曾任中国航天员大队大队长、载人航天工程航天员系统副总指挥。2005年10月首次进入太空,执行神舟六号任务并担任指令长,成为继杨利伟之后第二批进入太空的中国航天员。神舟六号任务太空飞行时间4天19小时32分钟。时隔17年后,这次神舟十五号任务是他第二次进入太空,也是第二次担任指令长。
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○邓清明:首批航天员最后一位出征太空
1966年3月16日出生于江西抚州宜黄县,现年56岁,硕士学位。1984年考入河北保定航空兵预备学校,现为中国航天员大队特级航天员,大校军衔。1998年入选为中国首批航天员,先后三次入选神舟九号、十号、十一号预备航天员,但均未有机会进入太空,由此成为中国唯一未进入过太空的现役首批航天员。苦苦等候24年10个月后,2022年11月28日官方正式宣布邓清明执行神舟十五号载人飞行任务,此次是他首次出征太空,也是第一批现役航天员中最后一位执行飞天任务的中国航天员。
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○张陆:第二批航天员最后一位出征太空
1976年11月出生于湖南汉寿县,现年46岁,河北深州人,硕士学位。1996年入伍,现为中国航天员大队二级航天员,大校军衔。张陆与陈冬、刘洋、蔡旭哲同在2010年5月入选为我国第二批航天员。此次是他首次进入太空,执行神舟十五号载人飞行任务,也是第二批现役航天员中最后一位执行飞天任务的中国航天员。
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神十五使命
神舟十五号3名航天员(费俊龙、邓清明、张陆)作为中国空间站完成在轨建造后到访的首批乘组,未来6个月将开展空间站三舱状态长期驻留验证工作,对航天器运行维护的管理工作量会大幅增加。除了日常维护空间站外,航天员需要完成15个科学实验机柜解锁、安装与测试,同时开展40多项空间科学实验和技术试验,涵盖空间科学研究与应用、航天医学、航天技术等领域。180天在轨期间,预计执行3-4次出舱任务,并且会首次使用梦天实验舱的货物气闸舱转移物品,航天员舱外活动范围变得更大,也会带来更大挑战。
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在轨太空人
神舟十四号与神舟十五号乘组在轨交接,这是中国空间站首次载人航天任务在轨轮换。从神舟十四号开始,中国空间站迎来航天员不间断在轨驻留、载人无空缺时代。截至目前,中国航天员总计实现10批、16人、26人次进入太空。目前全世界共有13人正在太空轨道(国际空间站7人、中国空间站6人,见上图)。截至目前全球已有641人进入太空(80km以上)、594人进入太空轨道。
后续任务
随着中国空间站建设阶段迎来收官发射任务——神舟十五号载人航天任务成功发射对接,由此形成「三舱三船」中国空间站最大吨位与构型(质量多达90多吨,相当于国际空间站1/5)。
明年的航天大戏属于巡天太空望远镜。现计划2023年12月发射,与中国空间站处在同一轨道独立运行,需要维护时与之对接。2024年前后投入科学观测。
巡天太空望远镜又称巡天空间望远镜、巡天号光学舱,既可以说是中国空间站组成部分之一,也是中国首个地外空间大型天文望远镜,望远镜口径2米,质量15.5吨,与中国空间站长期共轨飞行,任务期10年以上。巡天模块是占据最主要观测时间的空间望远镜,属于视野极为宽阔的相机,视场达到1.1x1.2平方度。在成像质量与哈勃望远镜相当的情况下,巡天望远镜的视场可达哈勃望远镜的300倍。在整个巡天周期里,巡天模块会覆盖17500平方度的天区,占整个天空面积40%,预计积累近20亿个星系的高质量数据。这将是中国天文学界有史以来部署最先进、最昂贵的研究设施,有望带给人类对于宇宙的崭新认识。
2022年建成的中国空间站属于基本型——T字型,未来就是拓展中国空间站的规模,扩成干字型:再扩展一个核心舱,两个实验舱,常驻一艘载人飞船,用来航天员载人运输和应急返回等任务,最大规模可达180吨。如果达到如此规模的话,登上月球,建立月球基地,登陆火星,飞向更远的木星,已不再遥远,甚至有的计划已经并行实现。
与此同时,以美国为首的国际空间站(ISS)延长使用期限,从2024年延至2030年。计划中的全世界首个商业空间站(公理号太空站)如果顺利建造的话,也将在2024年运营、2030年起取代国际空间站。此外,俄罗斯将在2024年自立门户,与国际空间站一分为二,独自运行俄罗斯轨道空间站(ROSS)。这意味着未来我们头顶上的近地轨道空间,会有四个太空站并行:国际空间站ISS、中国空间站CSS、公理号商业空间站Axiom Station、俄罗斯空间站ROSS。
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