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神舟十三号载人飞船发射成功!一文看尽九大基础知识点

撰文 | 乔辉

据央视新闻消息,2021年10月16日0时23分左右,我国长征二号F运载火箭搭载神舟十三号载人飞船顺利升空,并取得圆满成功,发射地点位于酒泉卫星发射中心。这是继今年9月17日神舟十二号顺利返回地面后,一个月内再次执行载人飞行任务。

本次搭乘神舟飞船的航天员分别是:翟志刚、王亚平和叶光富。其中翟志刚在2008年执行过神舟七号飞行任务,并成为第一位出舱活动的中国人;王亚平在2013年执行过神舟十号飞行任务,并首次进行了“太空授课”,给学生们演示了失重状态下的各种奇妙实验;三人当中,叶光富年龄最小,也是首次执行太空任务的航天员。

图注:从左到右依次是叶光富、翟志刚和王亚平

1、神舟十三号与神舟十二号任务有何异同?

神舟十三号的飞行目标和神舟十二号一样,也是对接我国空间站“天和”核心舱,三名航天员将成为“天和”核心舱的第二批“入住人员”。

神舟十三号与神舟十二号不同的是,这批航天员计划在空间站驻留六个月,超过神舟十二号航天员的三个月驻留时间,这将创造我国航天员在太空驻留天数的新纪录。更长的时间,意味着将会执行更多的太空任务。

此外,神舟十二号是清一色的男航天员,神舟十三号有了一位女航天员,女航天员在太空长期工作和生活的经验积累也非常重要。

最后,从技术层面上讲,神舟十二号飞船与核心舱将采用难度更大的径向对接方式,而非此前的轴向(前向和后向)对接方式。本文后面有详细介绍。

2、神舟十三号将执行五大主要任务

1、开展机械臂辅助舱段转位、受控操作等空间站组装建造关键技术实验;

2、要进行2-3次出舱活动,安装大小机械臂、双臂组合转接件及悬挂装置,为后续空间站建设任务做准备;

3、要进一步验证航天员在轨驻留6个月的健康生活和工作保障技术;

4、进行航天医学、微重力物理领域的科学技术试验与应用,开展多样化科普教育活动;

5、全面考核工程各系统执行空间站任务的功能性能以及系统间的匹配性。

3、百发百中:长征二号F火箭

图:神舟十三号转场画面

长征二号F火箭安全性极高,主要用于载人航天。火箭高58.34米,由四个助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成。其中,芯级直径3.35米,助推器直径2.25米,逃逸塔位于火箭顶部,因此长征二号F火箭的辨识度非常高。在发射初始阶段,一旦航天员有危险,逃逸塔上的火箭会迅速点燃,可快速把航天员带到安全的高度并最终安全落地。

4、太空摆渡车:神舟飞船

神舟飞船是我国自行研制,用于天地往返运送航天员。飞船主体由轨道舱、返回舱和推进舱构成。

图注:神舟载人飞船结构(艺术图)

轨道舱是一个圆柱体,总长度为2.8米,最大直径2.27米,一端与返回舱相通,另一端与空间对接机构连接。轨道舱集工作、吃饭、睡觉和清洁等诸多功能于一体。轨道舱的两侧安装有太阳能电池板,在独自飞行时也有电能供应。

返回舱呈钟形,有舱门与轨道舱相通。返回舱是飞船的指挥控制中心,长2米,直径2.4米,内设可供三名航天员斜躺的座椅,供航天员起飞、上升和返回阶段乘坐。

推进舱呈圆柱形,长3米,直径2.5米,底部直径2.8米,内部装载推进系统的发动机和推进剂,为飞船提供调整姿态和轨道以及制动减速所需要的动力,还有电源、环境控制和通信等系统的部分设备。

5、太空中的新家:中国空间站

图注:神舟十三发射升空前,中国空间站的形态:中间核心舱+两头货运飞船

中国空间站正在急锣密鼓建设中,“天和”核心舱4月29日发射入轨后已经先后接待了天舟二号货运飞船、神舟十二号载人飞船和天舟三号货运飞船。

“天和”号核心舱。核心舱全长16.6米,最大直径4.2米,发射质量22.5吨,核心舱在设计上有很大突破,供航天员工作生活的空间达到了50立方米,可支持3名航天员长期在轨驻留。

6、挑战难度更大的对接方式:径向对接

图注:神舟十三径向对接示意图

目前,天舟二号和天舟三号货运飞船都处于与核心舱对接状态。神舟十二号返回地面后,空出来的核心舱上的“轴向对接口”(前向对接口)便被天舟二号货运飞船占用。天舟三号则对接在了原来天舟二号上的对接口上。这样,核心舱前后两个轴向对接口都被占用,神舟十三号载人飞船只能垂直对接在“径向对接口”上。

如果你一直关注神舟飞船的动态,就会记得在9月17日神舟十二号准备返回前夕进行过径向对接的模拟演练。

径向对接比轴向对接难度更大。径向对接是飞船从核心舱的下方接近,飞船和核心舱的轨道高度有一定偏差,且这种垂直对接的方式使得姿态控制难度也加大了。而此前进行过的都是轴向对接,飞船和核心舱同在一个高度,更容易对接,姿态也更容易维持。

既然这么难,为何非要径向对接呢?简单来讲,未来航天员进行太空轮班交接的时候,可以同时将两艘载人飞船对接在空间站上。

7、完全建成后的空间站什么样子?

图注:建成后我国空间站的基本结构,可见货运飞船、载人飞船与核心舱对接的状态(艺术图)

按计划,2022年前后,建成后的空间站将由一个核心舱和两个实验舱组成,整体呈现一个T字形结构。除了这次的 “天和”核心舱外,另外两个实验舱分别名为“问天”和“梦天”。

其中,核心舱又可细分为:节点舱、生活控制舱和资源舱。节点舱用于对接“神舟”载人飞船、用于空间实验舱的停泊和航天员的出舱;生活控制舱用于航天员工作、实验和睡眠休息等;资源舱为核心舱提供能源保障和对接“天舟”货运飞船等。

“问天”和“梦天”两个实验舱分别用于生物、材料、微重力流体和基础物理等方面的科学实验。

具体来讲,“问天”实验舱主要用于开展舱内和舱外空间科学实验和技术试验,也是航天员的工作生活场所和应急避难场所,配备有航天员出舱活动专用气闸舱,支持航天员出舱活动,还有小型机械臂,可进行舱外载荷自动安装操作。

除此之外,它还有核心舱部分关键平台功能,这意味着在需要的时候,还可以接管对空间站的管理和控制。“梦天”实验舱除具备和“问天“实验舱类似的功能外,还配置有货物专用气闸舱,在航天员和机械臂的辅助下,支持货物、载荷自动进出舱。

在空间站常态化运行后,将有三名航天员作为一个乘组长期驻留,定期轮换。轮换期间,最多可有6名航天员同时在空间站工作,完成交接后,前一个乘组乘坐载人飞船返回地球。

8、我国天宫一号和天宫二号空间实验室

天宫一号于2011年9月29日发射升空,是中国载人航天工程发射的第一个目标飞行器,也是中国第一个空间实验室。

2011年11月3日,天宫一号与神舟八号飞船完成中国首次空间飞行器自动交会对接任务,并进行了二次自动交会对接,形成组合体。

2012年6月18日,天宫一号与神舟九号完成自动交会对接工作,形成组合体。

2013年6月13日,神舟十号与天宫一号实现自动交会对接,形成组合体,航天员入驻天宫一号。

图注:2013年,神舟十号航天员王亚平在天宫一号里进行太空授课,演示小陀螺在失重状态下的行为

对于普通大众来讲,2013年,神舟十号航天员王亚平在天宫一号里进行的首次太空授课令人印象深刻!那次太空授课主要面向中小学生,使他们了解微重力条件下物体运动的特点、液体表面张力的作用,加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解。据悉,在本次神舟十三任务期间,王亚平将会给大家带来更加丰富多样的科普课,值得期待。

2016年3月16日,天宫一号正式终止数据服务,全面完成了历史使命。

2018年4月2日,天宫一号再入大气层,再入落区位于南太平洋中部区域,绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀销毁。

再来看一下天宫二号的情况。天宫二号于2016年9月15日在酒泉卫星发射中心发射升空,先后与神舟十一号、天舟一号进行对接,承担着验证空间站相关技术的重要使命,是中国第一个真正意义上的太空实验室,科研硕果累累。例如,天宫二号上搭载的设备首次进行了量子密钥分配实验;搭载的伽玛射线暴偏振探测仪器共探测到55个伽马暴,还观测到了蟹状星云脉冲星的信号,并在国内首次利用脉冲星信号实验定轨。

2019年7月19日,天宫二号完成使命,受控离轨并再入大气层,少量残骸落入南太平洋预定安全海域。

9、建设中国空间站后续还有六次发射

喜欢航天的朋友有福了,在2021和2022两年时间里,建设空间站的火箭进行11次发射,目前已经执行了5次发射,还有6次发射。执行这些任务的分别是发射空间站各舱室的长征五号B火箭、发射货运飞船的长征七号火箭和发射载人飞船的长征二号F火箭。

其中,长征五号B和长征七号在文昌发射中心发射,神舟载人飞船在酒泉卫星发射中心发射,届时,有条件的朋友记得到现场观看。

本文经授权转载自微信公众号“腾讯太空”。



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