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4月25日20時59分，我國成功發(fā)射了神舟18號載人飛船，把葉光富、李聰、李廣蘇3名80后航天員送到“中國”空間站內(nèi)生活、工作6個月。

這是我國的神舟系列飛船的第18次發(fā)射，我國的神舟系列飛船究竟有何特別之處？接下來，讓我們一同了解神舟飛船的奧秘。

（4月25日20時59分，搭載神舟十八號載人飛船的長征二號F遙十八運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射。圖片來源：新華社）

1 高起點(diǎn)，神舟飛船應(yīng)運(yùn)而生

我國“神舟”飛船用于載人天地往返運(yùn)輸，于1992年開始研制。當(dāng)時考慮到我國在返回式衛(wèi)星等方面有堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和豐富的研制經(jīng)驗(yàn)，并可借鑒國外研制載人飛船的經(jīng)驗(yàn)，最終決定越過1艙式飛船、2艙式飛船，從當(dāng)時最先進(jìn)的飛船起步，直接研制3艙式載人飛船“神舟”，達(dá)到國際第三代載人飛船的水平。截至今天，“神舟”系列飛船已發(fā)射18艘，成功率100%,其中13艘是載人飛船，共把22名、35人次航天員送上了太空。

此外，“神舟”還有其它優(yōu)點(diǎn)，例如：

能一船多用。有幾艘“神舟”在返回艙返回地面后，其軌道艙又留軌利用半年，相當(dāng)于免費(fèi)發(fā)射了1顆衛(wèi)星

智能化程度高。采用了信息技術(shù)的最新成果，從自動化控制、制導(dǎo)與導(dǎo)航到數(shù)據(jù)管理，從應(yīng)對故障的冗余設(shè)計(jì)到液晶顯示設(shè)備，其電子技術(shù)和智能化水平都遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先俄羅斯的“聯(lián)盟”載人飛船。其太陽電池翼能自動對準(zhǔn)太陽。

防熱技術(shù)先進(jìn)?！吧裰邸憋w船返回艙最大直徑為2.5米，表面積是22.4平方米，使用的防熱材料總質(zhì)量約500千克。而“聯(lián)盟”飛船返回艙直徑約2.2米，表面積是17平方米，但它的防熱材料總質(zhì)量達(dá)700千克。

降落傘特大。其主傘足有1200平方米。其引導(dǎo)傘將減速傘拉出拉直；減速傘把速度從200米/秒減至80米/秒；主傘把速度減至6米/秒。整個傘疊起來只有一個小提包大，質(zhì)量僅90多千克。

2 小而精，神舟飛船三大艙室揭秘

“神舟”由軌道艙、返回艙和推進(jìn)艙組成，總長近9米，總重約8.1噸，乘員人數(shù)3人，船內(nèi)航天員自由活動空間6立方米，滿載3人時，上行貨物能力至少300千克，下行貨物能力至少100千克。它可自主飛行7天，?？匡w行180天。

（神舟飛船示意圖。圖片來源：中國載人航天工程辦公室）

軌道艙位于飛船前部，其前端有用于試驗(yàn)的附加段或交會對接裝置，飛船單獨(dú)飛行時軌道艙用于航天員入軌后的工作、吃飯、方便和睡覺等，被稱為“一廳”。

返回艙位于飛船中部，是航天員往返時的座艙，也是飛船的控制中心，被稱為“一室”。它具有著陸后支持航天員陸上生存48小時、海上生存24小時的能力。

以上兩個艙是供航天員活動的密封壓力艙，艙壓為81.0～101.3千帕；溫度為21℃±4℃，返回過程不超過40℃；噪聲在運(yùn)行段不大于75分貝，在上升段、返回段不大于125分貝。飛行軸向過載在上升段不大于5g，返回段不大于4g。

推進(jìn)艙位于飛船后部，為非密封結(jié)構(gòu)，為飛船提供動力、電源、燃料等。尾部裝有4臺2.5千牛的變軌發(fā)動機(jī)，側(cè)壁裝有姿控發(fā)動機(jī)和24平方米主太陽電池翼，供電功率1.8千瓦。

3 五臟俱全，神舟飛船的14大分系統(tǒng)各司其職

“神舟”由14個分系統(tǒng)組成。這些分系統(tǒng)涉及物理、醫(yī)學(xué)等數(shù)十種學(xué)科領(lǐng)域，所以具有技術(shù)多樣性和研制復(fù)雜性。其中的環(huán)境控制與生命保障、回收著陸、儀表與照明、應(yīng)急救生、乘員等分系統(tǒng)為載人航天器特有。另外，乘員和有效載荷分系統(tǒng)屬于航天員和空間應(yīng)用系統(tǒng)的裝船部分。其中部分分系統(tǒng)如下：

結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)由本體結(jié)構(gòu)、防熱結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)組成。

環(huán)境控制和生命保障分系統(tǒng)為飛船乘員創(chuàng)造合適的艙內(nèi)環(huán)境，提供乘員用水和氧氣等。

熱控分系統(tǒng)用于保證飛船各艙儀器設(shè)備、結(jié)構(gòu)以及乘員所需要的環(huán)境溫度條件。

測控與通信分系統(tǒng)用于飛船軌道的跟蹤測量、飛船數(shù)據(jù)和圖像傳輸、話音通信和電視監(jiān)視等。

數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)隨時采集飛船工程參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

電源分系統(tǒng)用太陽電池和化學(xué)電池供電。

應(yīng)急救生分系統(tǒng)負(fù)責(zé)飛船在發(fā)射臺上待發(fā)期間和發(fā)射階段火箭或飛船出現(xiàn)危險故障而又不能排除時的逃生。

乘員分系統(tǒng)為飛船提供合格的乘員、航天服和航天食品，保證乘員的身體健康。

4 持續(xù)優(yōu)化，神舟飛船的性能不斷升級

為了滿足空間站任務(wù)需求，從神舟12號開始，我國又進(jìn)一步對神舟飛船進(jìn)行了改進(jìn)。例如：

對返回艙、推進(jìn)發(fā)動機(jī)和貯箱等熱控方案，船站并網(wǎng)供電方案進(jìn)行了專項(xiàng)設(shè)計(jì)，使飛船具備了供電、熱環(huán)境保障的適應(yīng)性配套條件，以適應(yīng)空間站復(fù)雜構(gòu)型和姿態(tài)帶來的復(fù)雜外熱流條件。

裝水的設(shè)備，從水箱換成水袋，節(jié)省了空間和重量；飛船艙壁加了熱回路，從集中控制改為分路控制，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域精準(zhǔn)控溫。

由于飛船在軌停留時間長，飛船使用了新型低吸收-低發(fā)射熱控涂層，它具備抵抗空間中時時刻刻的高能紫外輻照、原子氧轟擊以及多種高能粒子與電離輻射的攻擊。

飛船使用的控制計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)完全使用國產(chǎn)CPU芯片。

“北斗” 導(dǎo)航終端也引入飛船設(shè)計(jì)中，導(dǎo)航計(jì)算、返回搜救落點(diǎn)報(bào)告等都采用了“北斗” 系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)。

測控由地基測控為主全面轉(zhuǎn)為天基測控為主，這樣既擴(kuò)大了測控覆蓋率，又節(jié)約了任務(wù)成本。

改用了艙門快速檢漏儀；國際救援示位標(biāo)和微波重力水平開關(guān)等產(chǎn)品被用來快速準(zhǔn)確地找到返回艙；艙內(nèi)照明設(shè)備和交會對接照明設(shè)備采用了先進(jìn)的固態(tài)照明光源，它具備耐沖擊、抗振動、功耗低、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，為交會對接的成功更添一份保障。

另外值得一說的是，這次發(fā)射的神舟十八號相較于以往的神舟飛船在主電源儲能電池上有了新的變化——由以往的鎘鎳電池更改為鋰離子電池，鋰離子電池的能量密度更高、循環(huán)壽命更長、高倍率充電更佳，且為整船減重50公斤左右。

5 高效生產(chǎn)，批量生產(chǎn)模式讓神舟飛船高質(zhì)量交付

在進(jìn)入空間站時代后，為了提高飛船質(zhì)量、降低研制成本、縮短研制周期，“神舟”采用組批生產(chǎn)模式。這樣可以讓生產(chǎn)、測試過程更為標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，更有利于人員掌握產(chǎn)品狀態(tài)、保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時提高了物資采購集中度，便于供應(yīng)鏈的管控和備貨周期的把控。

神舟十二號至神舟十五號4艘載人飛船為1組。采用這種生產(chǎn)模式后，使“神舟”飛船出廠前的研制流程由17個月減少至14個月，發(fā)射場測發(fā)流程也由59天優(yōu)化至46天。

中國空間站全面建成進(jìn)入常態(tài)化運(yùn)營后，“神舟”系列載人飛船也迎來了新的組批（6艘飛船，即神舟16號～21號）密集生產(chǎn)。這一組批生產(chǎn)在確?？煽啃?、安全性的前提下，以最短時間、最高標(biāo)準(zhǔn)完成了上百項(xiàng)器件更改和可靠性提升等驗(yàn)證工作，進(jìn)一步增強(qiáng)了自主健康管理功能，并從分系統(tǒng)級、單機(jī)級、部組件級三個層次建立了數(shù)據(jù)包絡(luò)分析機(jī)制，全力推進(jìn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)互聯(lián)信息化、線纜總裝布局?jǐn)?shù)字化、關(guān)鍵參數(shù)檢測智能化，全面實(shí)現(xiàn)了“神舟”飛船在“空間站時代”的再升級，為“神舟”踏上新征程打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

把飛船儀表的數(shù)據(jù)顯示化繁為簡，為航天員執(zhí)行任務(wù)提供了更加清晰、直觀、舒適的顯示界面。另外，研制了具備集成程度更高、處理能力更強(qiáng)、國產(chǎn)化率更高三大優(yōu)勢的升級版中繼終端，實(shí)現(xiàn)了飛船與地面通信的暢通無阻。

研制團(tuán)隊(duì)持續(xù)通過信息化、自動化、智能化等手段，進(jìn)一步提升型號研制效率，確保艙體結(jié)構(gòu)高質(zhì)量交付。

作者：龐之浩，全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家

出品：科普中國X中國宇航學(xué)會

監(jiān)制：中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、中科數(shù)創(chuàng)（北京）數(shù)字傳媒有限公司

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