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的长征五号B遥四运载火箭,于10月31日下午在文昌航天发射场成功点火发射。

11月1日凌晨4点27分,梦天实验舱与天和核心舱成功实现“太空握手”,整个交会对接过程历时大约13小时。

11月3日,梦天实验舱按计划实施转位,梦天实验舱将与天和核心舱、问天实验舱形成空间站“T”字基本构型组合体。

这标志着我们组建中国空间站的“最后一块积木”已经就位,中国空间站的在轨建造即将完成。

此次发射任务,是我国载人航天工程立项实施以来的第25次飞行任务,也是长征系列运载火箭的第446次飞行。

从曾经小型火箭初创时期的步履维艰,再到大型重载火箭的科技博弈,再到如今的载人航天、空间站建造,中国航天是如何一步步实现从无到有的突破的?

今天,阿信就结合有着“国民地理书”之称的《这里是中国2:百年重塑山河》,为你梳理一下我国的航天发展简史。

50多年前,我国成功发射了第一颗人造卫星。 50 余年后,一代代中国运载火箭奔向星辰大海。

从小型火箭、中型火箭再到大型重载火箭,这条极其励志的升级之路背后,却是难以诉说的艰辛。

2020 年 12 月 22 日,“长征八号”运载火箭首次飞行试验,在文昌航天发射场取得圆满成功。摄影@都鑫鑫、肖海林、陈肖 星球研究所

1970 年 1月 30 日,我国第一颗中远程弹道导弹“东风四号”试飞成功。其箭体自下而上分为两级,第一级工作结束后便在高空分离,再由第二级点火、接力推进。这便是中国运载火箭的雏形。

可是要实现环绕地球飞行,卫星的飞行高度一般不能低于180千米,入轨速度也需达到第一宇宙速度7.9千米/秒,否则卫星将在地球引力和大气阻力的作用下坠入大气层。

酒泉卫星发射中心陈列的“东风二号”,“东风四号”由此演变而来。摄影@白龙 星球研究所

这样的速度和高度让“东风四号”望尘莫及。 于是,工程师们开始对“东风四号”进行改造。

原有的二级箭体升级为三级火箭,箭体顶部的导弹弹头被卫星取代,并加上整流罩予以保护,使其避免遭受高速气流的冲刷。第一级和第二级箭体由金属杆相连,连接处形如镂空,以便二级发动机点火时喷射的火焰能快速排出。

经过一系列升级,“东风四号”导弹摇身一变,成为我国第一枚运载火箭 ——“长征一号”(CZ-1)。

1970 年 4 月 24 日,中国第一颗人造卫星“东方红一号”便由“长征一号”运载火箭发射升空。

自此,中国继苏联、美国、法国和日本之后,成为第五个可以独立发射人造卫星的国家,中国航天的近地卫星时代就此开启。

不过,0. 3 吨的载荷远远满足不了一般卫星的需求,运载火箭需要继续升级。

升级后的新一代火箭,其一得名“风暴一号”(FB-1),我国因此首次实现了“一箭三星”的发射;其二便是“长征二号”(CZ-2),其近地轨道载荷约 1. 8 吨,成功发射了我国第一颗返回式卫星,走出了载人航天的第一步。

中型火箭的近地轨道载荷在 2~20 吨,载重1. 8 吨的“长征二号”距此仅有一步之遥。于是工程师们在“长征二号”的基础上进行改进,将箭体加长以携带更多燃料,并对材料和发动机进行优化。

最终,比“长征二号”高近 10 米、近地轨道载荷增至 4 吨的“长征二号丙”(CZ-2C)和“长征二号丁”(CZ-2D)就此诞生,它们一举步入中型火箭的行列,同时也成为发射返回式卫星的主力军之一。

在此基础之上,中国航天人又改进出了“长征三号”(CZ-3) 。它的第三级推进剂贮箱防冻、防渗、防潮、绝热,发动机则能进行二次点火,令卫星再次加速进入过渡轨道。

而进一步改进诞生的“长征三号甲”(CZ-3A)已购买shadowrocket的苹果id,首次将我国卫星送入地月转移轨道,从此开启了中国航天的“嫦娥时代”。

与此同时,使用传统常温推进剂的加级的升级方案,而则被“长征四号”系列采纳。

“长征四号”系列包括“长征四号甲”(CZ- 4A)、“长征四号乙”(CZ- 4B)、“长征四号丙”(CZ- 4C)等,它们是发射太阳同步轨道卫星的主力军。

1988 年 9 月 7 日,“长征四号甲”载着我国第一颗气象卫星“风云一号”成功进入高约 900 千米、倾角为 99°的太阳同步轨道,就此宣告我国依靠国外气象卫星数据的时代正式结束。

在“长征四号甲”的基础上研制成功的运载能力更大的火箭—— “长征四号乙”运载火箭 。摄影@史悦 星球研究所

至此,我国中型运载火箭的近地轨道载荷已约 6 吨。然而,载人航天的载荷需求是至少近 8 吨。此时单芯级火箭的起飞推力几乎加无可加,这该如何突破?

工程师们以“长征二号丙”为基础,纵向上适当加长以增加推进剂贮存量,横向上则“捆绑”4个高 15. 3 米、直径为 2. 25 米的助推器,组成了我国第一枚捆绑式火箭 ——“长征二号捆绑”运载火箭(CZ-2E,简称“长二捆”)。

不过,真正实现中国人的载人航天梦的是大名鼎鼎的“长征二号 F”(CZ-2F) 。

这是一个安全保障装置,在起飞前 15 分钟至起飞后的 120 秒,火箭一旦出现意外,逃逸发动机便可立即点火,带着飞船的轨道舱和返回舱迅速与箭体分离,帮助宇航员脱离危险,堪称一座“生命之塔”。

它不负众望,在 2003 年 10 月 15 日,将我国第一位航天员杨利伟安全送入太空,我国因此成为全球第三个实现载人航天的国家。

在服役的 20 多年里,“长征二号 F”战功赫赫 ——从“神舟一号”到“神舟十二号”,再到“天宫一号”“天宫二号”,共计发射 5 次无人飞船、6 次载人飞船,以及 2 次空间实验室,至今仍保持着 100% 的发射成功率,可谓“神箭”。

然而,“当中国的运载火箭从连续成功的惊喜中醒来时,它面对的将是 4 个强大的对手”。

到了 21 世纪初,美国、欧洲、俄罗斯的商用大型火箭纷纷亮相,这些国外大型火箭具有安全清洁、部署迅速、成本低廉等优势,运载能力也远远超过“长征三号乙”,有的近地轨道载荷甚至达到“长征三号乙”的两倍。

它的近地轨道载荷约为 14 吨,足以发射重约13 吨的“天舟一号”货运飞船,在中国的“空间站时代”扮演了至关重要的角色。

2016年6月25日,“长征七号”从海南文昌航天发射场发射升空。摄影@陈肖 星球研究所

未来,它还将逐步接替“长征二号”“长征三号”“长征四号”系列的使命,承担我国约 80% 的发射任务,成为支撑中国航天梦的中流砥柱。

首先是在2014年10月,建设完成了了海南文昌航天发射场。 这里纬度低,接近赤道,可充分利用地球自转速度,提高火箭的运载效率。

我国第一个开放性滨海航天发射基地,海南文昌航天发射场。摄影@陈肖 星球研究所

万事俱备,接着是第二步,中国第一枚大型运载火箭 ——“长征五号”(CZ- 5)横空出世。

它虽然是两级火箭,却高达近 57 米,相当于一座近 20 层的高楼,几乎与现有的三级火箭不相上下。其中间芯级直径由 3. 35 米增加至 5 米,4 个助推器直径由 2. 25 米增至 3. 35 米,是名副其实的“庞然大物”,人送外号“胖五”。

“长征五号”中间芯级完全改用“液氢 + 液氧”组合的低温推进剂,并配置全新的发动机,助推器的发动机数量也翻倍至 8 个。起飞时,共计 10 个发动机将同时点火喷射,起飞推力增加约 50%,近地轨道载荷可达到约 25 吨。

这是中国迄今为止起飞质量最大、芯级直径最大、运载能力最强的火箭,仅次于美国“重型猎鹰”运载火箭、德尔塔 IV 型重型火箭,在世界现役火箭阵营中位列第三。

在未来的 30 年甚至更长的岁月里,“长征五号”还将承担一系列深空探测任务,见证更多历史性时刻。

预计再经过十来年的追赶,在 2028 年到 2030 年,我国新一代重型火箭“长征九号”将会登场。它的总长将超过百米,芯级直径接近 10 米,体形是“胖五”的两倍,其近地轨道载荷更是将突破 100 吨。

即便只在脑海中想象,也足以震撼人心。届时,它将扛起中国载人登月、火星取样返回,甚至太阳系外行星探测等更加艰巨的任务。

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1999 年 11 月 20 日,高度相当于 20 层楼的“长征二号 F”运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空。

在巨大的轰鸣声中,火箭腾空而起,搭载着我国第一艘宇宙飞船“神舟一号”试验飞船绝尘而去。

这一年是 1999 年,对中国来说是个转折之年,而对我国的载人航天事业,这一年是里程碑之年。

“神舟一号”发射之前,在世界载人航天领域,美国和俄罗斯双雄并立,中国远远落后。

它采用三舱结构,后端的推进舱为飞船提供动力,中间的返回舱是未来航天员的座舱,也是唯一可以返回着陆的舱段,最前端的轨道舱在返回舱返回后继续留在太空,进行科学实验。

2001年1月,“神舟二号”成功发射,人体代谢模拟装置和假人被安置在飞船上,以检验飞船的生命保障系统的功能。

2002年3月和12月,“神舟三号”与“神舟四号”先后发射,重点改进了宇航员的逃逸和应急救生系统,全系统合演也臻于完美。

至此,中国航天事业迈出了无人飞船试验的第一步,紧接着的是载人飞船事业的开启。

2003年10月15日9 时,“长征二号 F”火箭再次点火,载着“神舟五号”与航天员杨利伟向太空进发。这一刻,全国人民望向天空,杨利伟成为中国进入太空的第一人。

10月16日,在绕地球14圈、飞行21小时23分后,距离地表300多千米的飞船启动返回程序。16日6时23分,飞船在内蒙古四子王旗成功着陆。

当杨利伟从返回舱走出来的那一刻,全国人民为之沸腾,我国正式成为全球第三个独立掌握载人航天技术的国家,实现了中华民族千年的飞天梦想,是我国航天史上的里程碑事件。

有了运载一个人进入太空的经验,紧接着,多人和长时间停留太空便成为我国载人航天事业的下一个目标。

2005年10月12日,航天员费俊龙和聂海胜搭乘“神舟六号”进入太空,两人在太空停留5天,中国载人航天首次完成了多人多天载人飞行。

2008年,“神舟七号”的航天员增加到三人,翟志刚、刘伯明和景海鹏用 5 天时间完成1000多项规定动作。其中最关键的一项是出舱行走。未来空间站的建设与维护,很多环节需要航天员出舱操作。

在执行“神舟七号”的任务时,翟志刚成为第一个出舱行走的中国人,中国人的第一次太空出舱活动目标正式达成。

搭载“神舟九号”飞船的“长征二号 F”运载火箭发射升空。摄影@张世宏 星球研究所

我们的国家在落后中奋起直追,在灾难中经受磨砺。只要我们的脚下有了坚实的基础,我们的目光就会望向更强大的未来,中国载人航天的重要一步—— “空间站预演”即将到来。

工程师们必须将空间站的一个个模块先后送入太空,最后将其像搭积木一样拼接成一个整体,其中的关键便是空间交会对接技术。

该技术是指两个航天器在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的技术,是载人航天活动的三大基本技术之一。

为了验证交会对接技术,我们还需要一个与之匹配的目标飞行器,这就是“天宫一号”,它将与“神舟”飞船共同完成航天器空间交会对接飞行试验。

“天宫一号”长 10. 4 米,最大直径为 3. 35 米,内部有效使用空间约为 15 立方米,可满足三名航天员在舱内生活,设计在轨寿命为两年,也是我国第一个空间试验平台。

2011 年 9 月 29日,“天宫一号”从酒泉卫星发射中心成功升空。随后,11月 1日如何用shadowrocket导入节点,“神舟八号”无人飞船也成功升空。11月 3 日凌晨,“神舟八号”进入轨道,与“天宫一号”的距离一步步缩小,直至完美对接,形成组合体。

“神舟八号”和“天宫一号”对接示意,原型参考:新华社王永卓、孙彦新制作的交会对接图。星球研究所

这是我国首次实现空间飞行器自动交会对接,标志着我国空间交会对接技术取得重大突破。

2012 年 6 月 16 日,“神舟九号”搭载着三名航天员成功升空与“天宫一号”实现自动交会对接,之后与“天宫一号”分离。6 月 24 日,航天员刘旺操控飞船与“天宫一号”进行对接,实现首次手控交会对接。

无人状态下的自动交会对接,载人状态下的自动交会对接,以及载人状态下的手控交会对接,这三次“花式对接”意味着我国完整掌握了空间交会对接技术。

在完成任务并超期服役多年后,“天宫一号”在 2016 年正式终止数据服务,并在两年后的 2018 年离轨,陨落至南太平洋。

它的升级版“天宫二号”在 2016 年 9 月发射升空,10 月,“神舟十一号”发射升空,两名航天员通过飞船进入“天宫二号”,在其中驻留长达 30 天。

为了实现航天员更长时间的驻留,维持空间站的长时间运行,除了载人的神舟飞船,我们还需要负责载货的“太空货车”,这就是“天舟”飞船。

“天舟”的起飞质量为近 13 吨,新一代运载火箭“长征七号”承担起发射任务。

搭载“天舟二号”货运飞船的“长征七号遥三”运载火箭。摄影@史悦 星球研究所

2017 年 4 月 20 日,“天舟一号”在新建成的海南文昌航天发射场成功发射。低纬度的海南文昌更利于借助地球自转提升运载效率。

2017 年 4 月 22 日,“天舟一号”与“天宫二号”自动对接成功,开始多次向后者补加推进剂,实现了“太空快递”的使命。

至此,从“神舟一号”到“神舟十一号”,从“天宫一号”到“天宫二号”,再到“天舟一号”,我国的载人航天家族逐渐壮大。

2021 年 4 月 29 日,中国“天宫”空间站的首个模块——“天和”核心舱发射成功。

以“天和”核心舱为中心,“天宫”空间站的后端用来对接货运飞船,前端设置节点舱,并通过机械臂,在节点舱的左右两侧,对接“梦天”与“问天”两座实验舱。而节点舱的前端和底部可对接载人飞船,顶部则用于航天员出舱。

最终如同搭积木一般,形成 T 字构型。随着今年“梦天舱”的升空,现在太空中终于完整呈现出这个 T 字构型的空间站。

尽管“天宫”空间站的最大重量不到国际空间站的一半,但它却拥有更高的空间利用效率和供电效率。

更具创新性的是,它将与一座搭载空间望远镜的“巡天号”光学舱共轨飞行。这座口径达 2 米的望远镜,不仅拥有媲美哈勃望远镜的分辨率,更有超过其 300 倍的视野范围,既能“巡天”又能“查地”。

更重要的是,“天宫”空间站将面向联合国所有会员国开放合作。通过增加 1 个核心舱 、2 个实验舱,最终可扩展为一个庞大的干字构型。

如果国际空间站(最早2024年)停止运行,中国“天宫”空间站就将成为太空中唯一运行的空间站,人类的载人航天史也将正式进入“天宫时代”。

“航天之父”齐奥尔科夫斯基曾说:“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远停留在摇篮里。”

也许未来有一天,人类将真正迎来星际远航时代,到那时,中国“天宫”的故事必将作为人类航天史中的一个里程碑,被永远铭记。

苏联解体后,有人问“瓦良格”号航母的建造者马卡洛夫: 为了将其完工,我们需要什么?

(我们需要)苏联、党中央、国家计划委员会、军事工业委员会和 9 个国防工业部、600 个相关专业、8000 家配套厂家。总而言之,我们需要一个伟大的国家。

50 余年来,我国运载火箭队伍日益壮大,大火箭规模蒸蒸日上,小火箭百花齐放。

从 1999 年到 2021 年,20 余年, 20 余年,我国航天领域的突破层出不穷。载人航天之外,还有北斗导航卫星、嫦娥探月工程。

从无人到载人,从一人一天到多人多天,从太空出舱到交会对接,我国的载人航天事业以一次又一次的突破,在浩瀚太空中谱写出壮美篇章,也成就了一个国家的记忆。

THE END
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