中國(guó)空間站建造期最后一棒神舟十五號(hào)看點(diǎn)

11月29日夜，長(zhǎng)征二號(hào)F遙十五運(yùn)載火箭將神舟十五號(hào)載人飛船精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道。這是中國(guó)載人航天工程今年的第6次飛行任務(wù)，也是空間站建造階段最后一次飛行任務(wù)。

在這次任務(wù)中，神舟十四號(hào)、神舟十五號(hào)乘組航天員將首次進(jìn)行在軌輪換，神舟十五號(hào)乘組航天員將在軌工作生活6個(gè)月。

空間站進(jìn)入長(zhǎng)期有人階段將迎來(lái)哪些新變化？未來(lái)半年神舟十五號(hào)飛行乘組肩負(fù)哪些使命？

此次出征的長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭，是我國(guó)目前唯一一型載人火箭，執(zhí)行了從神舟一號(hào)至今的所有載人飛船和目標(biāo)飛行器發(fā)射任務(wù)，成功率100%，素有“神箭”美譽(yù)。

始終將高可靠、高安全、高適應(yīng)性作為首要目標(biāo)，長(zhǎng)二F火箭從研制之初的設(shè)計(jì)指標(biāo)就遠(yuǎn)高于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。“此次發(fā)射，研制人員繼續(xù)緊盯薄弱環(huán)節(jié)，火箭的可靠性進(jìn)一步提升。”航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)二F火箭總體主任設(shè)計(jì)師常武權(quán)說(shuō)。

“本次是新批次長(zhǎng)二F火箭和全新的地面設(shè)備首次應(yīng)用于載人發(fā)射任務(wù)，較上一發(fā)遙十四火箭，遙十五火箭進(jìn)行了全面升級(jí)優(yōu)化?！焙教炜萍技瘓F(tuán)一院長(zhǎng)二F火箭副總設(shè)計(jì)師劉烽介紹，新批次火箭的控制系統(tǒng)應(yīng)用了起飛時(shí)間偏差修正技術(shù)，火箭點(diǎn)火時(shí)間出現(xiàn)偏差時(shí)，可以在一定范圍內(nèi)自動(dòng)修正軌道完成入軌和交會(huì)對(duì)接任務(wù)。

同時(shí)，隨著長(zhǎng)二F火箭遙測(cè)精度的進(jìn)一步提高和發(fā)射流程操作的自動(dòng)化，火箭的可靠性、安全性和抗風(fēng)險(xiǎn)能力也進(jìn)一步提升。

11月末的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，最低氣溫低于零下20攝氏度。這是我國(guó)飛船首次在夜間嚴(yán)寒條件下載人發(fā)射。為給火箭“保溫”，發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)為火箭提供了空調(diào)送風(fēng)支持，保證火箭處于適宜的溫度，火箭系統(tǒng)也采取了粘貼保溫層等措施。

后續(xù)，中國(guó)空間站將轉(zhuǎn)入為期10年以上的應(yīng)用與發(fā)展階段。未來(lái)幾年，長(zhǎng)二F火箭還將每年執(zhí)行2發(fā)發(fā)射任務(wù)，在我國(guó)空間站運(yùn)營(yíng)過(guò)程中擔(dān)綱重任。

神舟十五號(hào)載人飛船，是空間站“T”字基本構(gòu)型組裝完成后迎接的首艘載人飛船。神舟十五號(hào)乘組進(jìn)入空間站后，我國(guó)將首次形成具有6個(gè)型號(hào)艙段的空間站組合體結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)6名航天員“太空會(huì)師”及在軌駐留。

中國(guó)載人航天工程新聞發(fā)言人、中國(guó)載人航天工程辦公室主任助理季啟明介紹，交會(huì)對(duì)接后，空間站天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將與神舟十五號(hào)載人飛船、神舟十四號(hào)載人飛船、天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船形成“三艙三船”組合體，達(dá)到目前空間站的最大構(gòu)型，總重近100噸。

“新乘組先上去，老乘組再下來(lái)——這種模式能夠保證空間站始終處于有人值守的狀態(tài)，對(duì)于空間站的延續(xù)性運(yùn)行和開(kāi)展長(zhǎng)期科學(xué)實(shí)驗(yàn)都有重要意義?！焙教炜萍技瘓F(tuán)五院載人飛船系統(tǒng)總體主任設(shè)計(jì)師高旭說(shuō)，經(jīng)過(guò)此次在軌飛行驗(yàn)證，后續(xù)這種輪換模式將成為空間站應(yīng)用與發(fā)展階段的常態(tài)化模式。

兩個(gè)乘組6人同時(shí)在軌，工作生活如何調(diào)配？據(jù)介紹，兩乘組共同駐留組合體約5天，乘組輪換期間，原則上兩個(gè)乘組按照各自任務(wù)和計(jì)劃開(kāi)展在軌工作，神舟十四號(hào)乘組重點(diǎn)開(kāi)展返回前準(zhǔn)備工作，神舟十五號(hào)乘組重點(diǎn)進(jìn)行狀態(tài)設(shè)置和在軌環(huán)境適應(yīng)，在輪換期結(jié)束前完成工作交接。

生活方面，在軌配置的兩套廚房設(shè)備可同時(shí)進(jìn)行用餐準(zhǔn)備，兩個(gè)乘組可一起進(jìn)餐和分享食品。兩個(gè)艙段配置的兩個(gè)衛(wèi)生區(qū)和6個(gè)睡眠區(qū)均可獨(dú)立使用。

同時(shí)，此次任務(wù)將首次實(shí)現(xiàn)兩艘載人飛船同時(shí)?？靠臻g站，神舟十五號(hào)?？靠臻g站節(jié)點(diǎn)艙前向?qū)涌冢裰凼奶?hào)?？靠臻g站節(jié)點(diǎn)艙徑向?qū)涌冢瑑伤绎w船將同時(shí)與空間站進(jìn)行信息傳遞、通風(fēng)換熱、并網(wǎng)供電等。

載人飛船在安全護(hù)送航天員天地往返的同時(shí)，余量的載荷還能為空間站運(yùn)送一些“禮包”。利用待發(fā)段安裝載荷的優(yōu)勢(shì)，神舟十五號(hào)載人飛船攜帶了2臺(tái)對(duì)安裝時(shí)效性要求高的實(shí)驗(yàn)載荷設(shè)備，即艙內(nèi)輻射生物恒溫箱和植物實(shí)驗(yàn)單元包。飛船還帶上了一些蔬菜水果等保質(zhì)期短的食品物資，盡可能改善航天員在軌生活。

“空間站長(zhǎng)期有人值守，意味著我們地面團(tuán)隊(duì)的飛船研制任務(wù)也是接續(xù)不斷的?！备咝裢嘎叮壳?，神舟十六號(hào)飛船作為神舟十五號(hào)的應(yīng)急救援飛船，已經(jīng)在發(fā)射場(chǎng)完成了總裝測(cè)試工作，進(jìn)入應(yīng)急救援待命狀態(tài)。神舟十七號(hào)和神舟十八號(hào)的總裝測(cè)試工作也正在進(jìn)行中。

“神舟十五號(hào)任務(wù)既是中國(guó)空間站建造期的最后一棒，也是空間站應(yīng)用與發(fā)展階段的第一棒?！鄙裰凼逄?hào)飛行乘組指令長(zhǎng)費(fèi)俊龍說(shuō)，乘組在地面進(jìn)行了大量針對(duì)性訓(xùn)練，以完成好這承前啟后的半年飛行任務(wù)。

“神舟十五號(hào)任務(wù)既是中國(guó)空間站建造期的最后一棒，也是空間站應(yīng)用與發(fā)展階段的第一棒?！鄙裰凼逄?hào)飛行乘組指令長(zhǎng)費(fèi)俊龍說(shuō)，乘組在地面進(jìn)行了大量針對(duì)性訓(xùn)練，以完成好這承前啟后的半年飛行任務(wù)。

按計(jì)劃，神舟十五號(hào)航天員乘組的主要任務(wù)包括：驗(yàn)證空間站支持乘組輪換能力，實(shí)現(xiàn)航天員乘組首次在軌輪換；開(kāi)展空間站艙內(nèi)外設(shè)備及空間應(yīng)用任務(wù)相關(guān)設(shè)施設(shè)備安裝與調(diào)試，進(jìn)行空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)試驗(yàn)；進(jìn)行空間站日常維護(hù)維修；驗(yàn)證空間站三艙組合體常態(tài)化運(yùn)行模式。

其中，此次任務(wù)將全面啟用三艙科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜，航天員將完成15個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜解鎖、安裝與測(cè)試，開(kāi)展涵蓋空間科學(xué)研究與應(yīng)用、航天醫(yī)學(xué)、航天技術(shù)等領(lǐng)域的40余項(xiàng)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。之前的科學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得了階段性的豐碩成果，許多實(shí)驗(yàn)還在接續(xù)開(kāi)展中。

神舟十五號(hào)航天員乘組還將實(shí)施3到4次出艙活動(dòng)，完成夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙擴(kuò)展泵組和載荷暴露平臺(tái)設(shè)備安裝等工作。神舟十五號(hào)任務(wù)艙外作業(yè)任務(wù)復(fù)雜、操作難度大，且作業(yè)位置涉及三艙，對(duì)航天員自主應(yīng)急返回能力提出了更高要求。

此外，神舟十五號(hào)航天員乘組將與地面協(xié)同完成6次貨物出艙任務(wù)，開(kāi)展常態(tài)化的平臺(tái)測(cè)試、維護(hù)和站務(wù)管理，以及在軌健康防護(hù)鍛煉、在軌訓(xùn)練與演練等工作。

“在軌駐留期間，神舟十五號(hào)航天員乘組還將迎來(lái)天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船、神舟十六號(hào)載人飛船的來(lái)訪對(duì)接，計(jì)劃于2023年5月返回東風(fēng)著陸場(chǎng)?！奔締⒚髡f(shuō)。

在近地軌道建造“太空之家”的同時(shí)，中國(guó)載人航天已經(jīng)將目光投向了更遠(yuǎn)的月球。

“我們已經(jīng)完成了載人月球探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和方案深化論證，突破了新一代載人飛船、新一代載人運(yùn)載火箭、月面著陸器、登月服等關(guān)鍵技術(shù)，形成了具有中國(guó)特色的載人登月任務(wù)實(shí)施方案，已經(jīng)具備開(kāi)展載人月球探測(cè)工程實(shí)施的條件。我相信，中國(guó)人九天攬?jiān)碌膲?mèng)想將在不遠(yuǎn)的將來(lái)成為現(xiàn)實(shí)。”季啟明說(shuō)。

神舟十五號(hào)載人飛船船箭組合體垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射塔架。 圖片｜中國(guó)載人航天工程官網(wǎng)

神舟十五號(hào)載人飛行任務(wù)航天員集體亮相。圖片|中國(guó)載人航天工程官網(wǎng)

作為航天員實(shí)現(xiàn)天地往返的“生命之舟”，神舟系列載人飛船由軌道艙、返回艙和推進(jìn)艙構(gòu)成，共有14個(gè)分系統(tǒng)，是我國(guó)對(duì)可靠性、安全性要求最嚴(yán)苛的航天器。

為適應(yīng)空間站任務(wù)階段1年2發(fā)、滾動(dòng)待命的高密度任務(wù)需求，空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證及建造階段發(fā)射的神舟十二號(hào)至神舟十五號(hào)4艘載人飛船采用了組批研制模式，這也是我國(guó)首批批產(chǎn)的神舟飛船。其硬件研制過(guò)程采用信息化手段和工具組批生產(chǎn)，由過(guò)去單件研制方式改為通過(guò)生產(chǎn)線方式快速高效生產(chǎn)、降低成本。此外，軟件方案也得到了持續(xù)優(yōu)化，在確保航天員安全、飛船可靠的情況下一步步趕超國(guó)際先進(jìn)水平。

為圓滿完成工程任務(wù)，神舟載人飛船研制團(tuán)隊(duì)結(jié)合載人航天器任務(wù)特點(diǎn)，充分發(fā)掘現(xiàn)有研試體系潛力，將技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新貫穿于整個(gè)空間站運(yùn)行與發(fā)展工作中，不斷推動(dòng)載人航天器研制模式轉(zhuǎn)型。團(tuán)隊(duì)通過(guò)制定批產(chǎn)規(guī)范、設(shè)計(jì)通用文件體系、建立批產(chǎn)基線和技術(shù)狀態(tài)管理模式、制定滾動(dòng)備份策略等方法，建立了系統(tǒng)級(jí)批產(chǎn)設(shè)計(jì)與研制體系。不僅如此，通過(guò)驗(yàn)證項(xiàng)目?jī)?yōu)化、串行改并行優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)接口項(xiàng)目?jī)?yōu)化、試驗(yàn)工況優(yōu)化、自動(dòng)化測(cè)試和遠(yuǎn)程測(cè)試優(yōu)化、集中—分布式飛控等多項(xiàng)手段，團(tuán)隊(duì)全面實(shí)現(xiàn)了覆蓋產(chǎn)品研制過(guò)程、AIT（總裝、集成、測(cè)試）、發(fā)射場(chǎng)、飛控等全流程的批產(chǎn)技術(shù)流程優(yōu)化，大大提高了飛船研制效率和效益。載人飛船出廠前的研制流程由17個(gè)月減少至14個(gè)月，發(fā)射場(chǎng)測(cè)發(fā)流程由59天優(yōu)化至46天。

神舟十五號(hào)的安全到“站”，標(biāo)志著空間站首次建成了三艙三船最大構(gòu)型，在整個(gè)任務(wù)實(shí)施過(guò)程中，制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)（GNC系統(tǒng)）發(fā)揮著大腦般的關(guān)鍵作用。

GNC系統(tǒng)是神舟載人飛船的核心分系統(tǒng)，從飛船發(fā)射時(shí)的應(yīng)急救生，到飛行過(guò)程中的姿態(tài)與軌道控制、帆板控制，再到與空間站全自主的交會(huì)對(duì)接，以及繞飛、人控操作、返回地球等，均由GNC系統(tǒng)進(jìn)行控制。自神舟十二號(hào)飛船開(kāi)始，GNC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了跨越式升級(jí)：GNC系統(tǒng)的大腦控制計(jì)算機(jī)軟件由匯編語(yǔ)言升級(jí)到了C語(yǔ)言；交會(huì)對(duì)接方面，在遠(yuǎn)距離段增加了全自主的遠(yuǎn)程導(dǎo)引，中近距離段增加了中瞄點(diǎn)和徑向交會(huì)對(duì)接；在返回階段，制導(dǎo)方式由以前的標(biāo)準(zhǔn)彈道方式升級(jí)為自適應(yīng)預(yù)測(cè)制導(dǎo)方式。

此次神舟十五號(hào)任務(wù)進(jìn)一步驗(yàn)證了GNC系統(tǒng)在空間站最復(fù)雜構(gòu)型對(duì)交會(huì)對(duì)接羽流影響較大且各種敏感器遮擋較大情況下的自適應(yīng)控制能力，以及驗(yàn)證了兩艘飛船同時(shí)在“站”時(shí)的信息合理分配利用能力，為下一階段空間站的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)打下良好基礎(chǔ)。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院502所神舟飛船研制人員張昊表示：“從飛行驗(yàn)證的結(jié)果看，首批批產(chǎn)神舟飛船的GNC系統(tǒng)表現(xiàn)優(yōu)異，在軌狀態(tài)符合設(shè)計(jì)預(yù)期，為后續(xù)面向空間站運(yùn)營(yíng)投產(chǎn)的第二批批產(chǎn)飛船創(chuàng)造了良好條件?！?/p>

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