神舟十二号
中国载人航天工程发射的第十二艘飞船
神舟十二号(简称:神十二,英文名:Shenzhou-12)是中国载人航天工程发射的第十二艘飞船,也是中国空间站任务阶段第一艘载人飞船。飞船总长度约9米,总重量约8吨,为推进舱、返回舱、轨道舱三舱结构。
神舟十二号于2021年6月17日在酒泉卫星发射中心发射升空,与天和核心舱对接形成组合体;随后,聂海胜刘伯明汤洪波3名航天员进驻核心舱,成为第一批进入中国空间站核心舱的航天员。3名航天员于9月17日乘坐返回舱在东风着陆场安全着陆。期间,3名航天员在轨驻留3个月,进行了2次出舱活动,开展了一系列空间科学实验和技术试验,在轨验证了航天员长期驻留、再生生保、空间物资补给、出舱活动、舱外操作、在轨维修等空间站建造和运营关键技术。
神舟十二号载人飞行任务的圆满成功,为后续中国空间站建造运营奠定了更加坚实的基础。
历史背景
1986年,邓小平批准实施“863”计划,计划以载人飞船开始起步,最终建成中国的空间站。1992年,中国载人航天工程正式立项,并确定按照“三步走”的战略实施。第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用实验;第二步,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;第三步,建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。
从1999年到2002年,中国成功发射了神舟一号神舟四号四艘无人飞船,掌握了飞船的安全返回、在轨生命保障系统等关键技术。2003年10月15日,中国第一艘载人飞船神舟五号成功发射,杨利伟成为进入太空的第一位中国人,标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家。2005年10月,神舟六号飞船带着航天员费俊龙聂海胜突破了多人多天太空飞行技术。2008年9月25日,神舟七号翟志刚刘伯明、景海鹏三名航天员送上太空,并成功实施了航天员首次出舱活动。从2011年到2016年,中国又先后发射了神舟八号飞船神舟十一号,与天宫一号目标飞行器天宫二号空间实验室完成了交会对接、短期及中期太空驻留等任务,掌握了一大批载人航天关键性技术。
主要任务
在轨验证航天员长期驻留、再生生保、空间物资补给、出舱活动、舱外操作、在轨维修等空间站建造和运营关键技术,首次检验东风着陆场的航天员搜索救援能力;开展多领域的空间应用及实(试)验;综合评估考核工程各系统执行空间站任务的功能和性能,进一步考核各系统间的匹配性和协调性,为后续任务积累经验。
技术特点
结构组成
神舟十二号载人飞船总长度约9米,总重量约8吨,和之前的神舟飞船一样采用三舱结构布局,由轨道舱、返回舱和推进舱构成。
轨道舱位于飞船上部,配备了航天员在轨生活支持设备、交会对接敏感器等关键设备;飞船单独运行的时候,它也是航天员生活的地方。返回舱位于飞船中部,它是飞船发射和返回过程中航天员所乘坐的舱段,航天员在起飞段、降落段以及进行手控的交会对接的所有的工作都要在这里完成。推进舱位于飞船下部,装配有推进系统、电源等设备,为飞船提供动力,并在飞行过程中进行姿态轨道的控制。在完成任务后,返回舱将带着航天员返回地球,轨道舱和推进舱在完成各自工作后将不再返回地球,最终坠入大气层烧毁。
技术创新
通信产品
根据中国空间站工程任务需求,神舟十二号所使用的应答机和空空通信机都需增加数据下行链路带宽,同时还要需具备更轻的重量、更小的体积和更高的可靠性。因此,研制团队将应答机原来的分立元器件升级为集成器件,这样不但减少了元器件的数量,还减少了产品的体积和重量,神舟十二号应答机的体积和重量仅是神舟十一号应答机的一半。空空通信机采用硬件功能软件化的思路,不同需求采用不同的软件配置项。最终神舟十二号载人飞船空空通信机的重量减少1/3,体积减小1/2,同时产品研发时间更短。
话音处理设备作为航天员天地通话、器间通话的必需设备,为航天员在发射、在轨、返回等环节提供实时语音通信保障。本次随神舟十二号载人飞船升空的话音处理设备与神舟十一号相比,在原有的天地话音链路的基础上,增加了全新的用于交会对接的空空话音链路通道,可以实现载人飞船与空间站对接前的高质量双向通话。同时,加解密模块中的密码算法也进行了升级,使天地密话通话更具安全性。
安全保障
在神舟十二号载人飞船飞行任务的任何阶段,都有保护航天员安全的预案和举措。在发射阶段,航天员可以通过神舟十二号载人飞船上部逃逸塔离开危险区,并依托降落伞实现安全着陆。在与空间站天和核心舱自动对接过程中,如果控制设备发生故障,导致不能完成对接,航天员可以进行人工对接。在停靠空间站期间,神舟十二号载人飞船具备随时紧急撤离空间站,安全返回地球的能力。在返回舱冲向地球表面时,当一套出现问题,航天员可以使用备用降落伞,起到减速缓冲的作用。此外,在地面发射场还有一艘备用飞船,此备用飞船具备8.5天应急发射能力及太空救援的能力。
返回策略
在神舟十二号之前,载人飞船都是从固定的轨道返回地球。空间站任务中,为满足长期停靠期间每天都具备返回能力的要求,神舟飞船团队对返回轨道策略及制导算法进行了改进设计,使载人飞船具备从不同轨道高度返回的能力,提高了载人飞船返回适应性和可靠性。
防热材料
神舟十二号返回舱从太空轨道进入大气层后,会以数千米每秒的速度与大气层发生摩擦,形成上千摄氏度的高温。为保证返回舱内部始终保持合适的温度,中国航天科技集团五院结构与机构研制团队为返回舱研制出一种特殊的防热材料。通过表面耐烧蚀材料在溶化、蒸发和分解时带走大量热能,就能阻隔高温进入舱内,保证舱内空气温度维持在20摄氏度左右。
相关系统
运载火箭
神舟十二号载人飞船将由长征二号系列运载火箭F遥十二运载火箭发射升空。长征二号F运载火箭高58米,重497吨,运载能力超过8.1吨。为满足航天员在轨驻留期间的应急救援需要,火箭系统进行了108项技术状态的更改,技术改进后的火箭系统具备8.5天和16天的应急发射能力。长二F火箭独有的逃逸系统,共配备了5种类型、12台发动机,分别安装在火箭顶部的逃逸塔以及整流罩上,在发射过程中一旦出现意外情况,逃逸系统就将携带神舟飞船飞离火箭主体,保证航天员的生命安全。
运载火箭系统配套有双频测速应答机、脉冲应答机、高频电缆、双频测速应答机测试仪、脉冲应答机测试仪等设备。其中应答机安装在运载火箭上,主要用于与地面雷达协同完成运载火箭全程实时航迹测量,并判定飞行是否正常,直到箭船分离,提供精确的外测数据,承担着运载火箭“眼睛”的功能。
发射场地
神舟十二号载人飞行任务是中国时隔将近5年再次执行载人飞行任务,酒泉卫星发射中心自2018年起对垂直总装套房等进行了36项改造,具备了两枚火箭同时进行测试、待命飞船存储以及火箭应急加注能力。
测控通信
将神舟十二号载人飞船送入太空,离不开分布于陆地、海上和天上的测控系统,它们负责精准捕捉这些航天器的飞行过程,保证航天器入轨和在地球外的一系列高难度活动。西安卫星测控中心负责组织渭南市青岛市等测控站点实施接力测控,确保飞船顺利入轨。飞船进入自主快速交会对接模式后,该中心负责组织喀什、渭南等测控站点对飞船实施接力测控,并通过精确轨道计算实时监控飞船和核心舱状态,确保顺利对接。北京空间信息传输中心采用“天链一号”03星、04星和“天链二号”01星接力跟踪的方式,为神舟十二号载人飞船的入轨段、交会对接段提供天基测控与数据中继服务。远望6号负责本次任务的海上测控,它是中国第三代远洋测量船。2021年6月17日,神舟十二号载人飞船发射升空数分钟后,远望6号发现目标。当飞船和火箭分离后约2分钟,远望6号船将北京航天飞控中心传来的“太阳能帆板展开”指令注入飞船,这是远望6号向神舟十二号载人飞船发出的第一条极其关键的指令。接到指令后的飞船缓缓打开帆板。在正常跟踪任务结束后,远望6号又在原海域等待约6个半小时,直到神舟十二号载人飞船与天和核心舱自主交会对接完成,形成组合体,远望6号船才正式退出此次发射任务。天链系列卫星在本次任务中主要用于为飞船、空间技术实验室、空间站载人航天器提供数据中继和测控服务,为中低轨道遥感测绘学、气象等卫星提供数据中继和测控服务,为航天器发射提供测控支持。随着北斗卫星导航系统全球组网完成,设计人员将北斗导航终端引入到神舟十二号飞船设计之中,导航计算、返回搜救落点报告等都采用了北斗系统定位数据。神舟十二号飞船使用的控制计算机、数据管理计算机也完全使用国产CPU芯片,元器件和原材料全面实现自主可控。
着陆地点
返回着陆
神舟十二号不再是在过去常用的四子王旗主着陆场着陆,而是在东风着陆场着陆。东风着陆场位于内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗的中南部地区。场区东西平均宽约120千米,南北长约190千米,南部是巴丹吉林沙漠的一条小沙带,东部渐渐进入巴丹吉林沙漠,其理论瞄准点位于载人航天发射场的东南方向。该地区属温带干旱荒漠气候,冬季干冷,夏季炎热、少雨、多风。由于该着陆场位于沙漠和戈壁上,也有山地等高凸或坑洼的地形,所以搜索救援难度比以前高,这将首次检验东风着陆场的搜索救援能力。
搜救任务
神舟十二号载人飞船返回舱搜索回收任务,是东风着陆场由备份着陆场变为主场后,执行的首次航天员搜救任务。本次搜救任务采用“空中搜救航天员,地面处置返回舱”的模式,这样可以实现“快速定位、快速到达、安全出舱”。因此,着陆场搜救通常包括空中搜索和地面搜索救援回收两个部分。
空中搜索直升机配置7架:指挥机1架,通信机1架,搜救机1架,医学监督和医学保障机1架,医疗救护机3架,它们均安装了北斗卫星导航定位系统,动态信息可实时回传北京航天飞控中心,主要负责返回舱搜索和航天员救援。
搜索方式在空间上形成重叠的3个层次:一是远距离搜索发现目标,在返回舱出黑障前,用雷达对返回舱进行跟踪测量,预报着陆点位置;二是中距离搜索发现目标,在返回舱出黑障后,利用统一S频段测量设备跟踪测量返回舱至主伞的开伞点,直升机甚高频定向仪接收信标信息并跟踪返回舱至落点;三是近距离搜索发现目标,以着陆点的预报位置为中心,用直升机定向仪和车载高频定向仪搜索寻找返回舱。
在直升机搜救航天员的任务完成后,返回舱的处理和运送任务就交由指挥调度车、工程运输车、航天员运输车、返回舱吊车和载荷运输车等特种车辆组成的地面搜索回收车队,他们负责现场返回舱后续处置和回收,按预定程序进行现场相关处置,将返回舱和有效载荷运至附近火车站,经铁路转运北京。
飞行乘组
神舟十二号飞行乘组由航天员聂海胜刘伯明汤洪波组成,聂海胜担任指令长,候补航天员为翟志刚、王亚平、叶光富。航天员聂海胜参加过神舟六号飞船神舟十号载人飞行任务,航天员刘伯明参加过神舟七号载人飞行任务,航天员汤洪波是首次飞行。
聂海胜,男,1964年9月出生;2005年10月12日至16日执行神舟六号载人飞行任务;2013年6月11日至26日执行神舟十号载人飞行任务,被授予“英雄航天员”称号;2021年6月17日至2021年9月17日执行神舟十二号载人飞行任务。
刘伯明,男,1966年9月出生;2008年9月25日至27日执行神舟七号载人飞行任务,被授予“英雄航天员”称号;2021年6月17日至2021年9月17日执行神舟十二号载人飞行任务。
汤洪波,男,1975年10月出生;2019年12月入选神舟十二号飞行任务乘组。2021年6月17日至2021年9月17日执行神舟十二号载人飞行任务,被授予“英雄航天员”称号。
任务经过
准备工作
2021年4月15日,执行神舟十二号载人航天飞行任务的载人飞船长征二号系列运载火箭F遥十二运载火箭完成出厂前所有研制工作,分批安全运抵酒泉卫星发射中心,开展发射场区总装和测试工作。6月9日,神舟十二号载人飞船与长征二号F遥十二运载火箭组合体转运至发射区。6月16日,中国载人航天工程办公室主任助理季启明在神舟十二号载人飞行任务新闻发布会上确认,神舟十二号载人飞船飞行乘组由航天员聂海胜刘伯明汤洪波三人组成。聂海胜、刘伯明、汤洪波三名航天员在酒泉卫星发射中心问天阁首次亮相。
发射升空
2021年6月17日9时22分,搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射,约573秒后,神舟十二号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入太空。
在轨活动
2021年6月17日15时54分,神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接,整个交会对接过程历时约6.5小时。这是中国载人飞船在太空实施的首次快速交会对接,也创造了中国载人航天历史上最快载人对接记录。18时48分,航天员聂海胜刘伯明汤洪波先后进入天和核心舱,成为第一批进入空间站核心舱的航天员。
2021年7月4日8时11分,神舟十二号航天员进行空间站首次出舱活动。此次出舱活动,完成了舱外活动相关设备组装、全景相机抬升等任务,首次检验了中国新一代舱外航天服的功能性能,首次检验了航天员与机械臂协同工作的能力及出舱活动相关支持设备的可靠性与安全性,为空间站后续出舱活动的顺利实施奠定了重要基础。14时57分,经过约7个小时的出舱活动,航天员刘伯明汤洪波安全返回核心舱,标志着中国空间站建造阶段航天员首次出舱活动取得成功。这是继2008年神舟七号飞船载人飞行任务后,中国航天员再次实施的空间出舱活动,也是空间站阶段中国航天员的首次空间出舱活动。
2021年8月20日8时38分,神舟十二号航天员进行第二次出舱活动。这次出舱活动,先后完成了舱外扩展泵组安装、全景相机D抬升等任务,进一步检验了中国新一代舱外航天服的功能性能,检验了航天员与机械臂协同工作的能力及出舱活动相关支持设备的可靠性与安全性。14时33分,经过约6小时的出舱活动,航天员聂海胜、航天员刘伯明安全返回天和核心舱,比原计划提前了约1小时,空间站阶段第二次航天员出舱活动取得成功。
2021年9月3日,“时代精神耀香江”之仰望星空话天宫活动在北京和香港特别行政区两地成功举办。香港青年学生代表向神舟十二号航天员聂海胜、刘伯明和汤洪波3名航天员进行现场连线提问。航天员乘组针对如何在失重环境中做实验、锻炼和饮水进行解答,并同步进行在轨展示。
返回着陆
2021年9月16日8时56分,神舟十二号载人飞船空间站天和核心舱成功实施分离。分离前,航天员乘组在地面科技人员的配合下,完成了空间站组合体状态设置、实验数据整理下传、留轨物资清理转运等撤离前各项工作。13时38分,神舟十二号载人飞船与空间站组合体完成绕飞及径向交会试验,成功验证了径向交会技术,为后续载人飞行任务奠定了重要技术基础。
2021年9月17日12时43分,北京航天飞行控制中心通过地面测控站发出返回指令,神舟十二号载人飞船轨道舱与返回舱成功分离。此后,飞船返回制动发动机点火,返回舱与推进舱分离。13时34分,神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,3名航天员安全顺利出舱,此次是东风着陆场首次执行载人飞船搜索回收任务。
主要成果
交会对接
神舟十二号载人飞船入轨后,采用自主快速交会对接模式对接于天和核心舱的前向端口,与天和核心舱、天舟二号货运飞船形成组合体,这是天和核心舱发射入轨后,首次与载人飞船进行的交会对接。此前,神舟八号飞船神舟十一号天宫一号天宫二号交会对接时通常需要约两天的时间,本次整个交会对接过程历时约6.5小时。短时间、高效率的交会对接,使航天员飞行体验有了很大提升,全自主的交会对接模式也大大减少了地面飞行控制人员的工作量和工作时间。
在轨停靠
神舟十二号载人飞船在轨停靠3个月,完成了在轨组装建造、维护维修、舱外作业、空间应用、科学试验以及空间站监控和管理等一系列任务,进一步验证了载人天地往返运输系统的功能性能,在轨验证航天员与机械臂共同完成出舱活动及舱外操作的能力。同时,飞行乘组在轨工作和生活3个月,为考核验证生物再生式生命保障技术、空间站物资补给、航天员健康管理等航天员长期太空飞行的各项保障技术提供了充足的时间;吃穿住行的太空生活点滴和细节,展示了一个真实和奇幻的太空世界,为更多普通人了解太空提供了一扇窗口。
径向交会
神舟十二号载人飞船具有复杂的交会对接飞行模式,具备与空间站核心舱进行前向、后向、径向对接口对接和分离的功能。神舟十二号载人飞船在撤离后,与空间站组合体完成了绕飞及径向交会试验,成功验证了径向交会技术,为后续载人飞行任务奠定了重要技术基础。
航天育种
在中国空间站关键技术验证阶段历次飞行任务中,均安排了航天育种实验项目;神舟十二号和神舟十三号载人飞船返回舱共带回88家单位上千件(份)作物种子、微生物菌种等航天育种材料。
获得荣誉
2021年11月23日,中共中央、国务院、中央军委决定,给聂海胜同志颁发“一级航天功勋奖章”,给刘伯明同志颁发“二级航天功勋奖章”,授予汤洪波同志“英雄航天员”荣誉称号并颁发“三级航天功勋奖章”。
2022年2月28日,“中国空间站天和核心舱成功发射,神舟十二号、十三号载人飞船成功发射并与天和核心舱成功完成对接”入选2021年度中国科学十大进展。
媒体评价
中国新的空间站的首批航天员乘坐载人飞船于2021年6月17日发射升空,这是中国迄今为止最长的载人任务,这是北京成为世界主要航天强国的里程碑式一步。——法新社
神舟十二号载人飞船完成了中国迄今为止最长的载人任务,这代表了中国太空探索里程碑式的一步。——英国卫报
参考资料
载人航天:逐梦空间站时代,“神十二”箭在弦上.上海市科学技术委员会(上海市外国专家局).2023-04-07
“成都造”护航神舟十二号载人飞船顺利出征!.成都市新经济发展委员会.2023-04-06
随远望6号船远行,向星辰大海不断奋进.中国载人航天工程.2023-03-03
航天员聂海胜.中国载人航天工程.2023-03-02
航天员刘伯明.中国载人航天工程.2023-03-02
航天员汤洪波.中国载人航天工程.2023-03-02
神舟十二号船箭组合体转运至发射区.中国载人航天工程.2023-03-02
神舟十二号载人飞船撤离空间站组合体.中国载人航天工程.2023-03-02
多个“首次”创历史.今日头条.2023-04-08
目录
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历史背景
主要任务
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结构组成
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相关系统
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测控通信
着陆地点
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在轨活动
返回着陆
主要成果
交会对接
在轨停靠
径向交会
航天育种
获得荣誉
媒体评价
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