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本文来自微信公众号:果壳 (ID:Guokr42),作者:百舸争流,题图来自:视觉中国


北京时间今天10时44分07秒,长征二号F改遥十四运载火箭在酒泉卫星发射中心921工位点火起飞。


火箭飞行576秒后,将搭乘航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲的神舟十四号载人飞船准确送入预定对接初始轨道入口,发射任务圆满成功。


长征二号F改遥十四火箭点火瞬间 | 央视新闻


随后,飞船“快速自主交会对接程序”开始,将在接下来的6个多小时内进行数次轨道机动,完成远距离自主导引控制、近距离相对导航控制和靠拢飞行。预计将在今天傍晚17时许对接于“天和”核心舱节点舱径向对接口。


中国空间站将迎来它的第三批访客。


神舟十四号载人飞行任务标识|CMS


神舟十四号是我国第9次载人航天飞行任务,也是空间站建造阶段的首次载人飞行。


神舟十四号任务期间,航天员将在轨完成空间站三舱组合体的建造任务。这也将是中国空间站的完整构型。


从2000年11月2日开始,国际空间站就一直不间断地保持着有人在轨值守状态;神舟十四号的3位航天员进入“天和”核心舱后,中国空间站也将开启长时间不间断有人的新时代。


神舟十四号航天员乘组


神舟十四号正式乘组的3名航天员分别为:陈冬(下图中)、刘洋(下图右)、蔡旭哲(下图左),陈冬担任本次飞行任务的指令长。


神舟十四号载人飞行任务乘组定妆照|刘芳 摄 / 新华社发


本次飞行乘组的构成仍然为“两老带一新”。


值得一提的是,这是我国首次全部由第二批航天员构成的飞行任务乘组。陈冬和刘洋分别执行过神舟十一号和神舟九号飞行任务,此次任务是他们的第二次飞行,蔡旭哲则是首次飞行。


航天员陈冬|刘芳 摄 / 新华社发


陈冬,男,汉族,籍贯河南郑州, *** 党员,硕士学位。中国人民 *** 航天员大队一级航天员,被 *** 中央、国务院、中央军委授予“英雄航天员”荣誉称号,并获“三级航天功勋奖章”。


陈冬在在天宫二号空间实验室内进行水膜实验|CMS / ACC


陈冬曾在2016年与景海鹏共同执行神舟十一号载人飞行任务,在天宫二号空间实验室内工作和生活了33天。作为首位选自第二批航天员中的指令长,陈冬有着非常丰富的飞行经验。


航天员刘洋|刘芳 摄 / 新华社发


刘洋,女,汉族,籍贯河南林州, *** 党员,博士学位。中国人民 *** 航天员大队特级航天员,被 *** 中央、国务院、中央军委授予“英雄航天员”荣誉称号,并获“三级航天功勋奖章”。


刘洋在天宫一号目标飞行器的生活照|CMS、ACC


刘洋是我国首位执行飞天任务的女性航天员,也是中国首位执行载人交会对接任务的航天员之一。神舟九号期间,她曾与景海鹏、刘旺共同操作神舟九号飞船,与我国第一个短期载人空间站——天宫一号进行了两次交会对接试验,飞行经验丰富。


航天员蔡旭哲|刘芳 摄 / 新华社发


蔡旭哲,男,汉族,籍贯河北深州, *** 党员,硕士学位。中国人民 *** 航天员大队二级航天员,2010年5月入选为我国第二批航天员。经全面考评,入选神舟十四号载人飞行任务乘组。


本次任务是蔡旭哲的首次飞行。


神舟十四号的飞天之路


长征二号F改遥十四运载火箭与神舟十四号飞船组合体转运至发射区|刘芳 摄


神舟十四号的发射,由至今100%成功的“神箭”长征二号F改进型运载火箭承担。长征二号F改特有的逃逸塔设计可以在发射遭遇故障时启动,使飞船脱离危险,保证航天员的生命安全。


此次发射的遥十四运载火箭与去年10月发射的遥十三火箭外观上最大的不同,就是火箭芯一级、芯二级级间段外没有安装保温泡沫。6月的酒泉天气晴朗舒适,户外环境温湿度已经不会对火箭造成影响。


长征二号 F 改遥十四运载火箭|汪江波 摄


由于飞船需要和空间站进行交会对接,因此运载火箭必须将飞船发射到与空间站相同的轨道面上。火箭需要以“零窗口”发射,点火起飞时,中国空间站几乎就在发射场的头顶上空。


火箭发射时空间站星下点轨迹和实时位置


与之前神舟十二号、十三号相同的是,神舟十四号仍然采用自主快速模式进行交会对接。


飞船发射前,工作人员会将目标航天器(即天和核心舱)的轨道参数装订进飞船的制导、导航与控制(GNC)系统。飞船入轨后,首先进行远距离导引段交会飞行,飞船主要根据测控站送出的测轨参数和船上接收到的 GNSS(如北斗、GPS)等星基导航数据计算出自己的位置和轨道,再依照之前装订的空间站轨道参数,由船上计算机自动计算出最优变轨方案,并自主实施轨道控制。


运载火箭将飞船送入的轨道高度低于空间站,这也意味着飞船的速度略快与空间站,因此飞船是从后向追上空间站的。当飞船抵达空间站后下方约 50 千米的相对位置后,远距离导引段结束,交会对接转入近距离相对控制段。此时飞船将与空间站建立相对通信和导航,并逐渐向空间站靠拢。


神舟十四号载人飞船与空间站径向对接 *** 会对接示意动画|中国空间技术研究院


神舟十四号飞船的交会对接与神舟十三号相同,都采用径向(R-Bar)交会对接。


中国空间站建成完整构型


神舟十四号飞行乘组的工作安排非常繁重,他们在轨6个月期间需要完成:


5次交会对接


3名航天员将乘坐神舟十四号飞船与空间站径向端口进行对接。


入驻空间站后,将会依次迎接“问天”实验舱、“梦天”实验舱、天舟五号货运飞船和神舟十五号载人飞船的到来。


届时,航天员需要对来访飞行器的交会对接过程进行全程状态监视。


“问天”实验舱与空间站交会对接示意动画|中国空间技术研究院


3次对接分离


任务期间按照计划,天舟三号、天舟四号货运飞船将会完成使命,撤离空间站并再入大气层。


目前正对接于空间站前向端口的天舟三号将在“问天”实验舱发射前撤离空间站,为两个实验舱留出前向对接口。


目前正对接于空间站后向端口的天舟四号货运飞船将在天舟五号货运飞船发射前撤离空间站,为天舟五号留出后向对接口。


任务结束后,3名航天员将乘坐神舟十四号飞船撤离空间站并返回地球。


两次舱段转位


根据建造计划,实验舱发射入轨后将与空间站前向对接口对接,然后再转位至侧向停泊口。


问天实验舱转位示意动画|中国空间技术研究院


舱段的转位是空间站建造的关键环节,“转位再对接”的成败是决定空间站建造能否顺利进行的决定性因素。

中国空间站舱段转位再对接过程示意图|杨宏《载人航天器工程》


两个实验舱的转位主份方案将由实验舱对接口上端的转位机构完成,舱段转位时考虑重力梯度力矩和气动力矩,组合体将会调整姿态在 XZ 平面内进行转位。


梦天实验舱与空间站交会对接和转位示意动画|中国空间技术研究院


由于实验舱的转位机构将会是首次在轨使用,为了稳妥起见,空间站大机械臂在设计上也可以辅助舱段进行转位。


这个操作是空间站工程关键技术验证阶段的一个考核项,神舟十三号在轨期间曾配合地面使用大机械臂对当时在轨的天舟二号货船成功完成了转位测试。


其他亮点


神舟十四号任务期间,航天员还将首次进入“问天”、“梦天”实验舱,建立载人环境。期间航天员还需要配合地面完成空间站两舱、三舱组合体的在轨测试工作。


“问天”实验舱末端气闸舱示意图|CMS


“问天”实验舱末端的气闸舱是空间站航天员出舱的主份气闸。完成在轨气闸功能测试后,神十四航天员将首次使用“问天”气闸舱执行舱外活动。届时,此前出舱任务中使用的“天和”节点舱,将用作空间站的备份气闸舱。


最后,神舟十四号飞行乘组还将与神舟十五号飞行乘组首次实施在轨轮换和交接班工作。届时中国空间站将同时有6名航天员在轨工作。


打造国家级太空实验室


“建站为用”,这是中国空间站的建设口号,目标是把天宫空间站建成为国家级太空实验室。


中国科学院空间应用工程与技术中心(CSU)代表中国科学院抓总负责载人航天空间科学与应用任务的规划、实施及成果产出与推广,是载人航天工程空间应用系统的总体单位。在空间站目前已经安排的科学实验机柜中,CSU 负责了 14 个。


这些科学实验机柜涵盖多个科目,将为展开空间科学实(试)验提供高质量的平台。这些实验柜的大部分硬件将跟随两个实验舱一同发射入轨。神舟十四号航天员将在轨配合地面科研人员,完成对科学实验柜的解锁、安装和测试。


航天技术,是人类科技树的最顶尖的部分,和普通人有关系吗?当然有:你手里的智能手机、脚上穿的运动鞋垫、做饭用的微波炉、衣服上的魔术贴、购物用的条形码……这些你司空见惯的东西,都源于航天技术。这大概就是对“人类为什么要探索太空”最接地气的回答。


空间站三舱组合体示意图|CMS


中国载人航天30年,经历了从无到有、从弱到强,一个全新的整合了空间技术试验、空间科学实验和空间应用于一身的空间站,即将在神舟十四号任务期间建成。


在可以预见的将来,太空中每时每刻都有中国航天员的身影。


就从今天开始!


本文来自微信公众号:果壳 (ID:Guokr42),作者:百舸争流,编辑:Steed,题图:载人航天工程中科院应用系统

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