從神舟十二到神舟十三 將改變世界載人航天的格局

文章轉載自“空天大視野”

航天技術專家 黃志澄

神舟十三號的航天員

2021年4月29日，核心艙“天和”號發射升空，並順利入軌，中國空間站建設的大幕就此開啓。5月29日，“天舟二號”貨運飛船發射成功，30日5時完成快速對接。6月17日9時22分，長征二號F遙十二運載火箭成功發射了神舟十二號載人飛船，順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員送入天和核心艙。神舟十二號航天員乘組在軌進行了二次出艙活動。9月16日神舟十二號載人飛船撤離空間站組合體；9月17日13時30分許，神十二返回艙在東風着陸場安全降落 。9月20日，長征七號遙四運載火箭成功發射了天舟三號貨運飛船，、與天和核心艙及天舟二號組合體完成交會對接。現經任務總指揮部研究決定，瞄準北京時間10月16日00時23分發射神舟十三號載人飛船，飛行乘組由航天員翟志剛、王亞平和葉光富組成，翟志剛擔任指令長。

神舟十二號任務首戰告㨗,神舟十三號任務承前啓後，爲中國空間站的建設和運行打下紮實基礎，從而必將改變世界載人航天的格局。

神舟十二號任務首戰告㨗

空間站工程是迄今爲止我國最複雜的航天系統工程。我國空間站的發展分成技術驗證、組裝和運行等三個階段。根據任務安排，我國將實施一系列飛行任務，於2022年前後建成在軌穩定運行的空間站。

中國空間站的藝術圖

與國外比，中國空間站起步較晚，但具有後發技術優勢。爲實現建造空間站的目標, 中國空間站在構型佈局上進行了精心設計，以保證空間站具備更強大的科學和應用能力。在艙段外安置了外置平臺以確保空間站能夠進一步擴大。中國空間站採用了許多創新新技術，如30%以上的光電轉化效率的太陽能技術、高比衝電推進技術、高閉合度環控生保技術等。可以說，中國空間站的能力處於國際前列。

神舟十二號載人任務是空間站關鍵技術驗證階段的第四次任務，也是空間站階段的第一次載人任務。神舟十二號載人任務的主要目的是，進行空間站建設和運行關鍵技術的在軌驗證，爲後續任務積累經驗。通過三個月的努力，神舟十二號載人任務已經全部完成，其主要貢獻是：

1.進一步驗證了我國載人天地運輸系統的功能和性能。改進後的長征二號F-12遠程火箭提高了可靠性和安全性；神舟十二號載人飛船增加了自主快速交會對接、徑向交會對接和180天在軌對接能力，完善了返回技術，進一步提高了着陸精度，並首次啓動了載人飛船應急救援任務模式。

2.全面驗證航天員長期駐留的保障技術。神舟十二號航天員在軌道上工作生活三個月後，對航天員長期太空飛行的各種保障技術，如再生生命保障、空間站物資供應、航天員健康管理等進行了有效檢驗。

航天員劉伯明的首次出艙活動

3.航天員在機械臂的支持下，進行了兩次長時間的出艙活動，並在艙外進行了設備安裝、維修、保養等操作。這不僅順利完成了艙外建設任務，而且在軌驗證了航天員與機械臂共同完成艙外活動和艙外作業的能力。

4.着陸場已從內蒙古四子王旗調整到了東風着陸場，這次任務全面考驗了東風着陸場的搜救能力。

5. 空間站是一個複雜的大型系統工程。這次任務考驗了我國有進度要求的高密度發射技術，以及天地一體化的空間站運行技術和管理技術。

凡事開頭難。神舟十二號載人任務的首戰告㨗，爲我國空間站的建設開了一個好頭，爲今後我國空間站的建設和運行，奠定了基礎。

神舟十三號任務承前啓後

神舟十三號載人任務的亮點是什麼？它有何重大意義 ？神舟十三號的航天員按計劃將在軌駐留6個月，在這6個月時間裡面，主要的工作還是要進一步驗證空間站建造和運營的關鍵技術。這次任務的亮點是：

1.載人飛船與空間站核心艙的快速交會和徑向對接技術。

2.航天員長期駐留的保障技術和空間站核心艙各系統長達六個月時間的高可靠性。

3.進行2-3次出艙活動，安裝大小機械臂雙臂組合轉接件及懸掛裝置。在出艙活動當中，要要進一步驗證與航天員、航天服，機械臂在內的與出艙活動相關的技術。神舟十三號乘組進駐天和核心艙之後的一項重要試驗任務，就是利用機械臂捕獲天舟二號貨運飛船並進行轉位試驗，爲明年神舟十四號任務期間的實驗艙轉位工作打下基礎。神舟十三號任務還要進行我國女航天員首次的出艙活動。

4.開展相關的微重力物理和航天醫學的科學實驗。

5.利用空間站進行面向大衆的多樣化的航天科普活動。

2022年，我國空間站將全面進入在軌建造階段，規劃了六次飛行任務，包括兩個實驗艙的發射，兩艘神舟載人飛船的發射，還有兩艘貨運飛船的發射。通過這六次發射任務，完成中國空間站的在軌建造，轉入運行階段。

由此可見，神舟十三號號的任務是在我國的空間站建設中起到了承前啓後的作用。神舟十二號的航天員出色地完成了任務，特別是完成了出艙活動和其他的多項技術實驗，但是從完成空間站建設的角度，僅僅是開始。航天員由於條件限制只在軌三個月的時間，這對於明年的建設和今後繁重的空間站的科學技術試驗來說，三個月的在軌時間還不能滿足全部要求。因此，柛舟十三號的號將航天員把在軌時間延長到六個月是完全必要的，以後可能還會進一步的延長航天員的在軌時間。此外，爲了更專業地進行太空科學試驗，今後還會送經過訓練的科學家或載荷專家進入中國空間站。

航天員王亞平在太空授課

神舟十三號爲何要有女航天員？它有何挑戰 ？這次神舟十三號飛船將送一位女航天員王亞平到達中國空間站，在軌工作六個月，這在中國載人航天發展的歷史上，將留下一個重要的印記。女航天員在空間站工作有什麼意義呢？婦女能頂半個天，空間站本來就是試驗人類在太空中長期生活、工作的能力，沒有女航天員參加，就不可能全面完成這個任務。而女性的細心和耐力，將和男航天員共同完成重要任務，男女搭配，幹活不累。假如說空間站的一個重要任務，就是爲了人類星際移民做準備，那麼未來的移民一定要有女性公民的參與。當然女航天員長期在太空，由於輻射也會碰到一些自己特有的生理問題，因此也爲航天醫學的研究打開了一個新的領域。爲了保障女航天員在空間站的生活與工作，天舟三號已經運去了女航天員專用的出艙航天服和女姓的衛生用品和化妝品。

爲什麼我們接着在神舟十二號返回地面以後𣎴久就要發射神舟十三號呢？首先，空間站的主要任務是研究人在太空長期生活和工作的適應能力，應該充分利用空間站提供的寶貴時間。其次，前蘇聯的和平號空間站都是長期有人的，國際空間站也沒有出現過航天員不在的空擋期。由於空間站在離開地面400多公里的地球的軌道上運行，它面臨着太空輻射、失重和溫度劇烈變化，並可能與太空碎片和隕石相撞的環境。因此，空間站及其各個部件在太空的性能和地面上的情況有所不同。因此，空間站本身的維護檢修和科學試驗設備的操作，必須有人值守。雖然，近年來隨着人工智能的技術和虛擬現實技術的發展，也有人提出過爲了減少空間站的運行成本，空間站可以採取短期有人、長期無人的運行模式，但是實踐徵明，在當前的技術水平下，還下不能保證空間站能夠較長期地無人穩定運行。

世界載人航天將進入“三國時代”

國際空間站

當前，世界載人航天一方面正在向月球、火星等深空的目的地挺進，另一方面仍在深化地球軌道空間站的科技實驗，並向着商業化的方向前進，爲太空經濟的主戰場注入新的動力，併爲人類的載人深空探測打下基礎。從歷史上來看，前蘇聯和美國曾經是載人航天的兩𠆤主力，蘇聯在空間站技術方面一度領先。在冷戰結束以後，美國和俄羅斯並聯合其他的十多個國家建設了國際空間站。由於美國的反對，國際空間站在建設和運行時，始終將中國排斥在外，這也是我國要獨立自主建設空間站的一個重要原因。當前，具有後發優勢和技術創新的中國空間站，正在自主快速建設，而其國際合作也已取得了重大進展。中國載人航天工程辦公室已與俄羅斯、德國、法國、意大利、巴基斯坦等國家的航天機構，以及聯合國外空司、歐空局等航天組織簽署了合作框架協議，開展了多種形式的合作與交流。早在2019年6月我國就宣佈，來自17個國家的9個項目成爲中國空間站科學實驗首批入選項目。中國空間站的建成，將爲開展包括航天員聯合飛行在內的更廣泛的國際合作，提供更好的平臺。由此可見，中國空間站必將改變世界載人航天的格局。

空間站的發展有其深刻的國際政治背景。美國戰略與國際研究中心（CSIS）航空航天安全項目主管哈里森稱，中國是美國在航天領域的最大競爭對手。他說，“這場競賽的真正目標是看誰能建立起最廣泛和最強大的聯盟”；“哪幫國家未來十年在航天領域成爲主導聯盟，哪幫國家就將爲接下來的太空商業和探測活動制定事實上的規範。”

無疑，國際空間站在2024年以前是會正常運轉的，但由於國際空間站的壽命已經超過了設計壽命，所以它會出現很多的部件老化問題。比如最近俄羅斯艙段就出現了裂紋問題。但是這樣一個大型空間基礎設施，必定要儘量延長它的壽命，以提高它的使用價值。據報道，美國宇航局（NASA）會讓國際空間站儘可能運行到2028年或2030年。從國際空間站的構型來看，也存在這種可能性。

從現在美國NASA的計劃來看，在SpaceX公司大幅度降低航天運輸系統費用的基礎上，正準備大力推進國際空間站的商業化。商業化的途徑主要是兩種，一種是實現太空旅遊，允許私人遊客進入空間站，並且要支付較高的費用。第二種方法是在空間站上進行的科學試驗項目需要支付一定費用，這樣做可以增加空間站收入，而且可以激發創新活力，因爲只有那些具有商業前景的創新項目，才願意付高昂的費用到空間站上進行科學實驗。除此以外，美國還正在鼓勵發展商業的空間站和建設太空酒店，但這些可能要在2030年後才能夠實現。

今年6月我國開始建設中國空間站後，其明顯的優勢和創新，引起美國各界的廣泛關注。工業界和NASA一個諮詢委員會的成員，都敦促該局要確保商業性空間站能在國際空間站於本年代末退役之前啓用。NASA正在對其載人航天部門進行機構調整，稱此舉將有助於其推進送人重返月球和登臨火星，同時支持太空的持續商業化和國際空間站上的研究。9月21日NASA布要將眼下的載人探測與運行任務署（HEOMD）拆分成兩個新機構，即探測系統研製任務署（ESDMD）和空間運行任務署（SOMD），這是美國不會在2030年前放棄國際空間站的重要信號。

俄羅斯“ROSS”空間站的設想

俄羅斯今年也宣佈要在2026年開始建設自己的更智能更高效的空間站。在已經公佈的方案中我們看到，俄羅斯的“ROSS”空間站分爲兩個階段，第一階段由2個動力艙、1個節點艙和1個擴展氣閘艙組成。在第二階段，會增加2個實驗艙、1個擴展艙和1個外部試驗平臺，預計完成時間是2030年。目前國際空間站的軌道傾角爲51.6度，中國的天宮空間站軌道傾角爲42度，而俄羅斯的新一代空間站的軌道傾角預計爲71.6度，也有傳聞說可能會乾脆打造一個傾角爲97度的極地軌道空間站。極地軌道空間站雖然可以提高太陽能電池板的效能，但同時也降低了空間站的國際合作價值。2021年9月29日,普京召開視頻會議，就俄羅斯航天工業發展問題聽取了俄羅斯高層領導的報告。普京說：“衆所周知，我國積極參與國際空間站的活動。俄羅斯艙段正在進行大規模的研究工作。根據現有協議，國際空間站應於2024年結束，儘管可能延長空間站的壽命，未來我們應超越前十年的視野，考慮到深空探測領域新的挑戰，以及國家基礎設施發展和開發我們廣袤土地（包括北極地區）的計劃。我們的專家已經在研究建造一個俄羅斯空間站的想法。我今天請你們告訴我這個項目進展如何。”會後，普京決定將未來三年俄羅斯航天預算每年削減16%。2022年預算僅29億美元，比今年減少5.57億美元。普京批評俄航天局未能達到既定目標，如2020年沒完成83個航天項目中的30個。他要求必須提高俄羅斯火箭的可靠性，研製俄羅斯版的重複使用火箭，以應對國際市場特別是來自SpaceX公司的競爭。目前 ，我們還不知道普京對“ROSS”空間站最後的決定。由此可見，俄羅斯已經決定建設自己的空間站，但何時退出國際空間站，何時開始建設自己的空間站，目前還有一定的不確定性，其中涉及到俄羅斯的國力和俄羅斯與美國的博弈。

這裡我們注意到，由於前一階段俄羅斯全力參加國際空間站，而現在中國空間站卻即將建成，因此，中俄錯過了在空間站方面全面合作的機會。今後俄羅斯和中國在空間站的合作上，將會互派航天員上對方的空間站和交換科學試驗的機會。

由此可見，由於空間站在載人航天發展中的重要地位，中國空間站將改變世界載人航天的格局，由此，世界載人航天將進入“三國時代”。