時隔5年中國載人飛船再起航 “天和”核心艙迎來3名住戶
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文 | 御柳
出品 | 本站科技《逐夢星空》欄目組
時隔5年，6月17日9時22分，中國載人飛船再出徵！大約573秒後，神舟十二號載人飛船與火箭成功分離，進入預定軌道，順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波三位中國航天員送入太空。
圖片來自中國載人航天
這三位宇航員，將成爲中國空間站“天和”核心艙的首批“入住人員”。他們將在軌駐留3個月，成爲迄今爲止中國航天員駐留時間最長的一次。在軌期間，他們將主要完成四個方面的工作，計劃兩次出艙活動以及艙外作業；而預計在9、10月份，他們將搭乘返回艙回到地球。
這是空間站關鍵技術驗證階段第四次飛行任務，也是空間站階段首次載人飛行任務。
據中國載人航天工程辦公室主任郝淳介紹，今年9月和10月我國還將分別實施天舟三號貨運飛船和神舟十三號載人飛船的飛行任務；2022年前後完成空間站在軌建造，實現中國載人航天工程“三步走”發展戰略“第三步”的任務目標。
此次執行神舟十二號載人飛船任務的是長征二號F運載火箭，也是我國唯一的一款可以用於載人航天的運載火箭。這枚火箭被譽爲中國航天“神箭”。
據官方介紹，長征二號F是在長征二號捆綁運載火箭的基礎上，專爲載人航天設計的，由四個液體助推器、芯一級火箭、芯二級火箭、整流罩、逃逸塔(發射空間站時則無)組成，全長達58.34米，是我國目前最長的火箭。
在研製過程中，研製團隊始終將可靠性、安全性放在首位，廣泛採用了冗餘設計和裕度設計技術，提高了元器件等級和篩選標準。爲充分保證航天員的安全，長征二號F火箭專門配備了故障檢測處理系統和逃逸救生系統。
長征二號F是我國航天史上技術最複雜、可靠性、安全性指標最高的運載火箭。據悉，其安全係數達到了0.97，航天員安全性指標達到0.997，這意味着1000次故障所採取的救助措施只允許有3次不成功。
1999年11月20日，長征二號F火箭成功將我國第一艘無人試驗飛船“神舟一號”準確送入預定軌道；2003年，成功將楊利偉送上了太空，直至後來的神舟十一號飛船、天宮一號目標飛行器、天宮二號空間實驗室，將11名宇航員送上太空，成功率100％。
三室一廳 “天和”核心艙迎來首批入駐人員
神舟十二號載人飛船上天后將與“天和”核心艙進行交會對接，而“天和”核心艙也將迎來首批“入住人員”。
據中國載人航天工程辦公室官方介紹，天和核心艙提供了3倍於天宮二號空間實驗室的航天員活動空間，配備了3個獨立臥室和1個衛生間，並且全屋智能家居，航天員持手持終端，可以根據個人需求通過APP調節艙內照明環境，睡眠模式、運動模式、工作模式等等。
相比此前的載人飛行任務，空間站核心艙還配置了再生式生命保障系統，包括電解制氧、冷凝水收集與處理、尿處理、二氧化碳去除，以及微量有害氣體去除等子系統，能夠實現水等消耗性資源的循環利用，保障航天員在軌長期駐留。
據悉，此次神舟十二號載人飛船有3名航天員將在軌駐留3個月，主要完成四個方面的工作，計劃開展兩次出艙活動及艙外作業。
具體來說，一是要開展核心艙組合體的日常管理，包括天和核心艙在軌測試、再生生保系統驗證、機械臂測試與操作訓練，以及物資與廢棄物管理等。
二是要開展兩次出艙活動及艙外作業，包括艙外服在軌轉移、組裝、測試，開展艙外工具箱的組裝、全景攝像機擡升和擴展泵組的安裝等工作。
三是要開展空間科學實驗和技術試驗。進行空間應用任務實驗設備的組裝和測試，按程序開展空間應用、航天醫學領域等實（試）驗，以及有關科普教育活動。
四是要進行航天員自身的健康管理。按計劃開展日常的生活照料、身體鍛鍊，定期監測、維持與評估自身健康狀態。
據載人航天工程副總設計師楊利偉此前透露，神舟十二號飛行乘組從第一批和第二批航天員中選出。針對第一批航天員年齡較大的特點，航天員系統科學提高訓練強度，不斷提升他們在太空中的適應能力。
據瞭解，航天員聶海勝已經參加過兩次載人飛行任務，如今已經57歲的他第三次出征太空；航天員劉伯明曾經參加過神舟七號載人飛行任務，航天員湯洪波則是首次飛行。
過去，航天員在太空做的大部分是艙內實驗，將來空間站建造，航天員有大量的工作要在艙外進行。楊利偉也表示，未來，航天員出艙將成爲常態，出艙活動的時間會大幅增加。這對航天員提出了新的更高要求。
據瞭解，中國空間站設計有用於轉位的機械臂和功能更強大的七字維度機械臂，還有可以對載荷進行精細操作的機械臂，長度累計可達15米。人機配合，讓空間站在軌建造維修成爲可能。因此，在空間站建造階段，航天員將進行多次出艙活動。
所以，航天員的航天訓練從內容到時間到強度都需要增加。
“除了掌握專業的以外，對身體的整個訓練，現在增加加大了很多內容，比如說在長時間高負荷，包括航天員將來出艙，比如說四肢的力量，包括耐力方面，我們進行了大量的訓練。在水下進行出艙訓練，時間長的時候一次要六七個小時，在水下基本上航天員訓練完之後，回來有時候吃飯拿筷子都費勁，就是很辛苦。”楊利偉在接受媒體採訪時透露。
另外，此前我國航天員在太空駐留的最長是1個月，此次是3個月，未來將會是6個月甚至更久。這同樣也對航天員的技術和技能都提出了更高的要求。
爲了確保航天員能夠在安全的環境中進行一系列的空間站複雜操作和相關載荷試驗，艙外航天服也進行了相應的技術改進。
中國載人航天工程辦公室主任郝淳此前介紹，對於空間站階段航天員和飛行乘組，首先要求他們在思想上要鬥志高昂，能積極參加訓練，其次航天員系統制定了詳細的訓練規劃和計劃，研製了地面訓練設施和設備，針對航天員出艙活動、艙外維修維護、設備更換以及對科學應用載荷操作。
無需再等2天 神舟十二號6.5小時可完成對接
在神舟十二號載人飛船之前，我國神舟載人飛船已經連續成功實施了11次發射，完成了14人次航天員天地往返任務。在每次發射過程中，我國都實現了一系列載人航天的關鍵技術突破。
比如2003年10月15日，中國第一艘載人飛船“神舟五號”成功發射，是我國首個載人航天飛行，航天員爲楊利偉，實現了我國載人航天零突破。
2005年10月12日，中國第二艘載人飛船“神舟六號”成功發射，此次飛天的航天員是費俊龍、聶海勝，實現了我國多人多天飛行。
2008年9月25日，中國第三艘載人飛船“神舟七號”成功發射，航天員爲翟志剛、劉伯明、景海鵬，實現了航天員出艙行走。
2012年6月16日,神舟九號飛船成功發射，中國航天員景海鵬、劉旺、劉洋入住“天宮”，實現了有人交會對接。
2013年的神舟十號進一步考覈飛船天地往返運輸系統與組合體保障飛行能力，2016年的神舟十一號則完成了航天員中期在軌駐留試驗。
在這個過程中，我國神舟飛船在不斷的驗證完善。據瞭解，神舟系列載人飛船發展至今總共經歷了三大技術形態，神舟一號至六號是初期試驗技術形態，旨在突破載人航天能力；神舟七號是出艙活動技術試驗形態，旨在驗證空間站建造運營技術；完成軌道交會對接任務的神舟八號則是天地往返運輸技術形態，此一形態也是神舟載人飛船的定型形態。
此次發射的神舟十二號是神舟八號的繼承與延續，總體結構基本保持不變，由推進服務艙、返回艙、軌道對接艙三大艙室組合而成，飛船長9米、返回艙直徑2.4米，發射質量8.1噸，可以搭載3名航天員執行天地往返任務，同時還有額外300公斤上行與50公斤下行貨物運輸能力。
另外，神舟十二號實現了GNC系統的升級，旨在將天舟一號貨運飛船的GNC系統移植到神舟載人飛船上。
飛船GNC系統是指“制導、導航與控制系統”，用於控制飛船姿態、軌道和太陽能帆板。天舟一號貨運飛船在與天宮二號空間實驗室對接任務中，已經成功驗證了6.5小時快速對接技術。
據瞭解，以往載人飛船與空間站對接需要單獨運行近2天時間，才能完成對接，而GNC系統則可以讓神舟十二號具備6.5小時快速對接能力。要知道2021年4月23日美國發射的“奮進”號龍飛船，用了24小時才與國際空間站對接成功。
當然，6.5小時並不是目前航天史上最快的對接記錄。1967年10月30日，俄羅斯兩艘無人飛船186、188號實現了1小時8分的超快對接（飛船對接），這一時間記錄至今未被打破。
今年4月29日、5月29日，我國已先後成功發射空間站天和核心艙與天舟二號貨運飛船；5月30日，兩者實施了交會對接，此次神舟十二號載人飛船發射成功，將再與“天和”核心艙交會對接，實現空間站階段首次載人飛行任務。接下來，我國還會有3次貨運飛船以及3次載人飛船發射，於2022年前後完成空間站在軌建造，實現中國載人航天工程“三步走”發展戰略“第三步”的任務目標。
航天專家黃志澄向本站科技表示，天宮空間站一旦建成，意味着我國載人航天工程將邁入空間站時代。而中國也成爲第三個能夠獨立自主建設空間站的國家。
參考資料：
中國航天報《航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波太空生活“劇透”！空間站ROOM TOUR》
中國航天科技集團《神十二、長二F就位！將送3名航天員上空間站核心艙》
國際太空《就在本月！長二F、神十二將送3名航天員奔向太空！》
封面新聞《神舟十二號載人飛船整裝待發 三名航天員本次出征將解鎖哪些新技能？》
中國青年報《神舟十二號飛船已就位！6月送3名航天員上太空》
航天愛好者網《神舟12號飛船座駕：長征二號F火箭總裝現場曝光》
中國網《爲神舟十二號定製一顆“新大腦”》
防務新前沿《神舟十二號載人飛船已就位，聶海勝率隊再赴太空！何時纔會發射？》
巔峰高地《神舟12號換腦歸來！造價10億飛船批產，世界頭把交椅加速易位》
央視網《神舟十二號待命3名航天員將在軌駐留3個月》
中國航天報《長征二號F運載火箭研製團隊——“神箭”託舉中華民族飛天夢》