中國(guó)載人航天工程各大系統(tǒng)構(gòu)成

文/航觀

中國(guó)載人航天工程正式立項(xiàng)已經(jīng)有30年了，在航天事業(yè)不斷發(fā)展壯大的過(guò)程中，逐漸形成了14個(gè)大系統(tǒng)，包括航天員系統(tǒng)、空間應(yīng)用系統(tǒng)、載人飛船系統(tǒng)、貨運(yùn)飛船系統(tǒng)、長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭系統(tǒng)、長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭系統(tǒng)、長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭系統(tǒng)、酒泉發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)、海南發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)、測(cè)控通信系統(tǒng)、空間實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)、空間站系統(tǒng)、著陸場(chǎng)系統(tǒng)、光學(xué)艙系統(tǒng)。

航天員系統(tǒng)

航天員系統(tǒng)的總體單位是中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心，主要目標(biāo)是保障航天員長(zhǎng)期在軌健康生活和高效工作，是醫(yī)學(xué)與工程相結(jié)合的系統(tǒng)。

航天員系統(tǒng)的主要任務(wù)分為“培養(yǎng)人、保障人、研究人”三大塊：一是“培養(yǎng)人”，即建立一支結(jié)構(gòu)合理、規(guī)模適度、素質(zhì)過(guò)硬、作風(fēng)優(yōu)良的航天員隊(duì)伍，為載人航天飛行任務(wù)選拔訓(xùn)練合格的乘組；二是“保障人”，即構(gòu)建完善的健康保障、生活保障、工作保障體系，制定載人飛行器醫(yī)學(xué)/工效學(xué)要求并實(shí)施評(píng)價(jià)，為航天員在軌飛行提供保障；三是“研究人”，即探究解決人類相關(guān)空間生命科學(xué)問(wèn)題，掌握發(fā)展先進(jìn)的健康保障和人因工程技術(shù)，為載人航天創(chuàng)新發(fā)展和未來(lái)載人深空探測(cè)提供持續(xù)的理論和技術(shù)支撐。

空間應(yīng)用系統(tǒng)

空間應(yīng)用系統(tǒng)的總體單位是中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，主要負(fù)責(zé)載人航天工程的空間科學(xué)與應(yīng)用研究。

▲神舟十四號(hào)飛船乘組出艙活動(dòng)

▲航天員在水下訓(xùn)練拆裝天和核心艙太陽(yáng)翼

▲空間站里航天員過(guò)中秋節(jié)吃“太空生菜”

▲ 科研團(tuán)隊(duì)與神舟十四號(hào)飛船合影

▲ 天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船

空間應(yīng)用系統(tǒng)的主要任務(wù)是利用載人航天器的應(yīng)用支持能力，開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用研究，推動(dòng)和引領(lǐng)空間科學(xué)與應(yīng)用領(lǐng)域跨越式發(fā)展，取得重大科學(xué)成果和應(yīng)用效益。在今年7月24日發(fā)射的問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙中，大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施和艙內(nèi)外應(yīng)用任務(wù)共用支持設(shè)備都少不了空間應(yīng)用系統(tǒng)科研人員的功勞。

載人飛船系統(tǒng)

載人飛船系統(tǒng)的總體單位是中國(guó)空間技術(shù)研究院，主要任務(wù)是研制神舟系列載人飛船。神舟系列載人飛船是中國(guó)自行研制的用于天地往返運(yùn)輸人員和物資的載人航天器，達(dá)到或優(yōu)于國(guó)際第三代載人飛船技術(shù)，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)及鮮明的中國(guó)特色。該系列飛船可一船多用，既可留軌觀測(cè)，又可作為交會(huì)對(duì)接飛行器，滿足天地往返的需求。

針對(duì)空間站運(yùn)營(yíng)、載人探月等需求，中國(guó)新一代載人飛船正在加緊研制中，試驗(yàn)船已在2020年5月5日搭載于長(zhǎng)征五號(hào)B火箭首飛。

貨運(yùn)飛船系統(tǒng)

貨運(yùn)飛船系統(tǒng)的總體單位是中國(guó)空間技術(shù)研究院，主要任務(wù)是研制天舟系列貨運(yùn)飛船。該飛船負(fù)責(zé)為空間站或空間實(shí)驗(yàn)室運(yùn)輸補(bǔ)給物資和載荷，補(bǔ)加推進(jìn)劑，在軌存儲(chǔ)和下行廢棄物資，任務(wù)結(jié)束后受控隕落于預(yù)定區(qū)域，還能配合完成其他試驗(yàn)任務(wù)。

運(yùn)載火箭系統(tǒng)

截至目前，共有3款運(yùn)載火箭為中國(guó)載人航天工程貢獻(xiàn)了力量，分別是長(zhǎng)征二號(hào)F火箭、長(zhǎng)征七號(hào)火箭和長(zhǎng)征五號(hào)B火箭。它們的總體單位都是中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院。

長(zhǎng)征二號(hào)F火箭是在長(zhǎng)征二號(hào)E火箭的基礎(chǔ)上，按照發(fā)射載人飛船的要求，以提高可靠性、確保安全性為目標(biāo)研制的火箭。該火箭全長(zhǎng)58.34米，起飛重量479.8噸，起飛推力約600噸?；鸺炯?jí)直徑3.35米，捆綁4個(gè)直徑2.25米的助推器。目前，長(zhǎng)征二號(hào)F火箭是中國(guó)唯一一種載人運(yùn)載火箭，可細(xì)分為發(fā)射天宮實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)和發(fā)射載人飛船狀態(tài)。

長(zhǎng)征七號(hào)火箭是無(wú)毒低污染的中國(guó)新一代中型運(yùn)載火箭，采用捆綁4枚助推器的兩級(jí)構(gòu)型。該火箭全長(zhǎng)53.1米，起飛質(zhì)量597噸，使用液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，近地軌道運(yùn)載能力13.5噸。長(zhǎng)征七號(hào)火箭承擔(dān)空間站工程期間貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)。

長(zhǎng)征五號(hào)B火箭主要承擔(dān)空間站核心艙和實(shí)驗(yàn)艙等艙段發(fā)射任務(wù)，是中國(guó)目前近地軌道運(yùn)載能力最大的火箭。

▲ 長(zhǎng)征二號(hào)F火箭

▲ 長(zhǎng)征七號(hào)火箭

▲ 長(zhǎng)征五號(hào)B火箭

▲ 海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)

發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)

迄今為止，中國(guó)載人航天工程發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)包括酒泉發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)和海南發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)。它們的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)運(yùn)載火箭、飛船、空間站、有效載荷和航天員系統(tǒng)裝船設(shè)備在發(fā)射場(chǎng)的測(cè)試和發(fā)射，并提供相應(yīng)保障條件。

酒泉發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)的總體單位是中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，主要承擔(dān)載人飛船和空間實(shí)驗(yàn)室的發(fā)射任務(wù)。酒泉載人航天發(fā)射場(chǎng)于1998年正式投入使用，采用了具有國(guó)際先進(jìn)水平的“垂直總裝、垂直測(cè)試、垂直運(yùn)輸”及遠(yuǎn)距離測(cè)試發(fā)射控制的先進(jìn)模式。

海南發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)的總體單位是中國(guó)文昌航天發(fā)射中心，主要承擔(dān)天宮空間站艙段和天舟貨運(yùn)飛船的發(fā)射任務(wù)。海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)于2007年8月啟動(dòng)建設(shè)，是國(guó)內(nèi)新興的生態(tài)、環(huán)保、開(kāi)放的航天發(fā)射場(chǎng)。

測(cè)控通信系統(tǒng)

測(cè)控通信系統(tǒng)的總體單位是北京測(cè)控通信技術(shù)研究所，主要承擔(dān)對(duì)火箭、航天器的飛行軌跡、姿態(tài)和工作狀態(tài)的測(cè)量、監(jiān)視與控制任務(wù)，提供與航天員進(jìn)行視頻和話音通信的通道，是航天器從起飛至壽命結(jié)束過(guò)程中天地聯(lián)系的唯一手段。

該系統(tǒng)包括多個(gè)指揮控制中心、國(guó)內(nèi)固定測(cè)控站、國(guó)外測(cè)控站、機(jī)動(dòng)測(cè)控站、遠(yuǎn)望系列遠(yuǎn)洋測(cè)量船和中繼衛(wèi)星系統(tǒng)在內(nèi)的陸海天基測(cè)控網(wǎng)。

空間實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)

空間實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的總體單位是中國(guó)空間技術(shù)研究院?？臻g實(shí)驗(yàn)室是開(kāi)展空間試驗(yàn)活動(dòng)的載人航天飛行器，規(guī)模小于空間站，可以認(rèn)為是空間站的雛形。它的主要任務(wù)是突破并掌握飛行器空間交會(huì)對(duì)接及組合體控制技術(shù)；突破航天員中期駐留、飛行器長(zhǎng)期在軌自主飛行、再生式生保和貨運(yùn)飛船補(bǔ)加等關(guān)鍵技術(shù)；驗(yàn)證天地往返運(yùn)輸飛船的性能和功能；先期考核空間站建造相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。中國(guó)先后發(fā)射、運(yùn)行了天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器和天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室，收獲眾多成果。

空間站系統(tǒng)

空間站系統(tǒng)的總體單位是中國(guó)空間技術(shù)研究院，主要職能是負(fù)責(zé)中國(guó)天宮空間站的研制和建設(shè)，有望于2022年建成。

▲ 遠(yuǎn)望5號(hào)航天測(cè)量船

天宮空間站是由多模塊在軌組裝的空間實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也是規(guī)模較大、長(zhǎng)期有人參與的國(guó)家級(jí)太空實(shí)驗(yàn)室，可支持航天員長(zhǎng)期在軌生活和工作，額定乘員3人，設(shè)計(jì)壽命至少10年。在軌運(yùn)行期間，天宮空間站由載人飛船往返運(yùn)送航天員，完成乘組輪換，由貨運(yùn)飛船完成物資補(bǔ)給和廢棄物下行。

著陸場(chǎng)系統(tǒng)

著陸場(chǎng)系統(tǒng)的總體單位是中國(guó)西安衛(wèi)星測(cè)控中心，主要任務(wù)是為載人飛船返回艙選定安全的返回著陸場(chǎng)區(qū)，完成返回艙在返回著陸段的測(cè)控通信任務(wù)，搜索、尋找著陸后的返回艙，救援航天員，回收返回艙和有效載荷，并提供著陸場(chǎng)區(qū)的通信和氣象保障服務(wù)。中國(guó)公開(kāi)的載人航天著陸場(chǎng)包括四王子旗著陸場(chǎng)、東風(fēng)著陸場(chǎng)等。

具體來(lái)說(shuō)，著陸場(chǎng)系統(tǒng)由主著陸場(chǎng)、副著陸場(chǎng)、陸上應(yīng)急搜救、上升段海上應(yīng)急搜救、通信和航天員醫(yī)監(jiān)醫(yī)保共6部分組成。

光學(xué)艙系統(tǒng)

光學(xué)艙系統(tǒng)的總體單位是中國(guó)空間技術(shù)研究院，主要負(fù)責(zé)研制空間站巡天光學(xué)艙平臺(tái)，用于上行多功能光學(xué)設(shè)施。巡天光學(xué)艙有望于2023年單獨(dú)發(fā)射入軌，將與空間站共軌飛行，支持多功能光學(xué)設(shè)施開(kāi)展巡天和對(duì)地觀測(cè)；需要時(shí)，它可與空間站主體對(duì)接，開(kāi)展推進(jìn)劑補(bǔ)加、設(shè)備維護(hù)和載荷設(shè)備升級(jí)等活動(dòng)。

▲ 神舟九號(hào)飛船和天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器組合體艙內(nèi)，航天員劉旺捧著熊貓玩偶

▲ 東風(fēng)著陸場(chǎng)

▲ 巡天光學(xué)艙預(yù)計(jì)于2023年發(fā)射