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中國航天科技

中國航天發展 - 2020年代

作為21世紀初中國運載火箭技術集大成之作,長徵五號的問世使得一系列先前受限於載荷重量大小限制而難以進一步發展的項目獲得了期待已久的解放。從2020年開始,中國的載人太空飛行及地外探測在長徵五號系列火箭的支持下,以高歌猛進的態勢在短短數年間就完成了諸多令世界矚目的重大成就。

載人太空飛行

中國載人航天工程在2020年邁開了專案的「第三步」。2020年5月5日,長徵五號B運載火箭攜帶新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙在文昌太空發射場成功完成首飛。此次任務中,柔性充氣式貨物返回艙試驗艙在返回過程中出現異常,而新一代載人飛船試驗船返回艙則在自主提升至大橢圓軌道數日後於5月8日成功著陸於內蒙古東風著陸場。長徵五號B是長徵五號系列火箭的一個分支,擁有20.5米長的整流罩,專門用於向近地軌道運送大型載荷,運力高達25噸,其首飛標誌著中國擁有了發射大型太空站艙段的運輸工具,為中國太空站的建設奠定了基礎。2021年4月29日,長徵五號B運載火箭在文昌太空發射場成功發射中國太空站的首個艙段天和核心艙,中國太空站的建造全面開啟,載人太空飛行工程開始進入前所未有的密集發射階段。5月29日,天舟二號貨運飛船成功發射並與天和核心艙完成自主快速交會對接。6月17日9時22分,長徵二號F遙十二運載火箭在酒泉衛星發射中心成功發射神舟十二號載人飛船,後者於約6.5小時後與天和核心艙完成自主快速交會對接。太空人聶海勝、劉伯明、湯洪波先後進入天和核心艙,中國人首次進入自己的太空站。9月17日13時34分,神舟十二號載人飛船返回艙安全降落在東風著陸場預定區域,持續約三個月的中國太空站階段的首次載人飛行任務取得圓滿成功。

2022年11月完成三艙T字構型建造的中國太空站效果圖

從2021年9月20日到2022年6月5日的約九個月的時間內,中國載人航天工程先後向天和核心艙發射了兩艘貨運飛船與兩艘載人飛船,將神舟十三號與神舟十四號兩個乘組共六名太空人分別送入太空站,其中神舟十三號乘組的翟志剛、王亞平、葉光富完成了中國首次長達六個月的長期太空駐留。2022年7月24日,長徵五號B遙三運載火箭成功將中國太空站的首個科學實驗艙、重23噸的問天實驗艙送入預定軌道。13小時後,神舟十四號乘組的太空人陳冬、劉洋、蔡旭哲在天和核心艙內迎來與問天實驗艙的對接,中國太空站進入多艙體組合時代。9月30日,問天實驗艙利用轉位機構成功完成平面轉位,中國首次完成在軌大體量艙段轉位操作。大約一個月後,中國太空站的第三個艙段及第二個科學實驗艙夢天實驗艙於2022年10月31日由長徵五號B遙四運載火箭成功發射,在發射的後約13小時與天和核心艙完成對接,之後於11月3日完成轉位並實現太空人進駐。至此,中國太空站三艙「T」字基本構型在軌組裝完成。2022年11月30日7時33分,神舟十五號乘組的費俊龍、鄧清明、張陸在飛船發射以及完成與中國太空站的對接後進入太空站,與等待的神舟十四號乘組完成了中國的首次「太空會師」,中國太空站首次達到最大承載人數6人。2022年12月2日晚,神舟十四、神舟十五號太空人乘組進行交接儀式,這是中國航天員完成首次在軌交接,中國太空站正式開啟長期有人駐留模式。

中國航天員在中國太空站問天實驗艙外執行出艙任務。

神舟十四與十五號乘組在中國太空站上完成中國首次「太空會師」

2023年5月29日,中國載人航天工程辦公室在神舟十六號載人飛行任務的新聞發佈會上宣佈中國載人月球探測工程登月階段任務已在近期啟動實施,目標是2030年前實現中國人首次登陸月球。為此,中國載人航天在前期關鍵技術攻關及方案論證的基礎上,已全面啟動部署研製建設工作,包括研製長徵十號、新一代載人飛船、月面著陸器、登月服等飛行產品,新建發射場相關測試發射設施設備等。

深空探測

中國探月工程三期「回」的任務也在2020年等到了實施的機會。早在2014年11月,中國就完成了探月再入返回飛行試驗,成功掌握太空船以接近第二宇宙速度再入返回的關鍵技術,原專案在2017年正式執行「嫦娥五號」月球採樣返回任務。然而,長徵五號在2017年7月的失利打亂了已有的部署,嫦娥五號任務在探測器已完成研製的情況下被迫無限期推遲,直至長徵五號在2019年底完成重飛。2020年11月24日4時30分,長徵五號遙五運載火箭自文昌太空發射場成功發射嫦娥五號探測器。12月1日,嫦娥五號探測器著陸器和上升器組合體成功著陸月面,並於12月2日完成月球表面自動採樣。12月3日,嫦娥五號上升器自月面起飛,攜帶樣品進入環月軌道,實現中國首次地外天體起飛。12月6日,嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體完成交會對接,將樣品轉移至返回器中,這也是世界上首次在地球軌道以外進行太空船自主交會對接。12月13日,嫦娥五號軌道器和返回器組合體在引擎點火後成功進入月地轉移軌道。12月17日,嫦娥五號返回器在內蒙古四子王旗預定區域成功著陸,中國首次地外天體採樣返回任務圓滿完成。

嫦娥五號著上組合體等比例模型

2020年12月19日,國家航天局在北京舉行探月工程嫦娥五號任務月球樣品交接儀式,經測量,嫦娥五號任務共採集月球樣品約1731克。嫦娥五號任務連續實現了中國航天史上首次月面採樣、月面起飛、月球軌道交會對接、帶樣返回等多個重大突破,成為中國當時複雜度最高、技術跨度最大的航天系統工程,也標誌著中國探月工程「繞、落、回」三步走規劃的勝利完成。

嫦娥五號所採集並送回地球的部分月壤樣本

在目標為38萬公里遠的嫦娥五號任務開始實施之前,中國的首個自主火星探測器就已經動身,出發前往4億公裡外的火星。自從2016年獲得立項以來,火星探測所需的深空測控網、超音速開傘、懸停避障試驗等技術準備工作先後完成,唯一有能力搭載探測器的長徵五號也在2019年底完成重飛,中國的首次自主火星探測任務在2020年7月的地火轉移窗口來到之前已經處於萬事俱備的狀態。2020年4月24日,國家航天局在該年的中國航天日上公開了中國行星探測工程的規劃,將中國行星探測任務命名為「天問」,中國首次獨立火星探測任務作為該工程的首個任務被命名為「天問一號」。2020年7月23日,由環繞器、著陸器、巡視器組成的天問一號探測器在文昌太空發射場搭乘長徵五號運載火箭起飛並被成功送入地火轉移軌道,與同期的阿聯酋「希望號」和美國的「毅力號」一起組成了人類2020年的遠徵部隊,踏上了前往火星的旅途。

在經過了約七個月的旅程後,2021年2月10日,天問一號順利實施近火煞車,成功進入火星停泊軌道,成為中國第一顆人造火星衛星。隨後環繞器載荷開機,開始對火星進行科學探測,為著陸火星做準備。在接下來的三個月內,國家航天局公佈了多幅由天問一號環繞器拍攝的火星影像。在同年4月的中國航天日啟動暨中國航天大會開幕儀式上,天問一號攜帶的巡視器被命名為「祝融號」。

2021年天問一號著陸器成功著陸,祝融號火星車在火星表面留下自拍照

2021年5月15日凌晨1時許,天問一號探測器開始實施降軌。4時左右,著陸巡視器與環繞器分離,環繞器隨後返回停泊軌道,著陸巡視器則在之後經歷了約三小時的火星大氣飛行。7時18分,在經過減速、懸停避障和緩衝後,天問一號著陸器攜帶祝融號火星車成功著陸於火星烏托邦平原南部預選著陸區。5月22日10時40分,祝融號火星車安全駛離著陸平台,到達火星表面,開始巡視探測。。6月11日,國家航天局公佈了由祝融號拍攝的首批科學影像圖,標誌著中國首次火星探測任務取得圓滿成功。天問一號作為中國的首次自主火星探測任務,以極為大膽的方式一次性地完成了火星環繞、著陸與巡視的「繞、落、巡」三大步,使中國成為繼美國之後第二個完成火星著陸巡視的國家,象徵著中國深空探測的又一巨大成功,再次引起國際社會的廣泛讚譽。2022年,天問一號火星探測任務團隊獲得國際宇航聯合會2022年度「世界航天獎」,是中國航天繼2019年的嫦娥四號任務後再次獲得這一殊榮。

2022年5月,祝融號火星車在火星表面的工作時間達到一年。為應對沙塵天氣導致的太陽翼發電能力降低及冬季極低的環境溫度,祝融號火星車按照設計方案和飛控策略於此時轉入休眠模式,預計將於同年12月前後的初春季節恢復正常工作。

在天問一號任務的圓滿成功的推動下,中國將繼續開展更高難度的深空探測。2021年底,中國探月工程四期正式通過立項審批。2022年1月28日,中國政府發佈《2021中國的航天》白皮書,明確表示在未來的五年內將發射「嫦娥六號」探測器、完成月球極區採樣返回,發射「嫦娥七號」探測器、完成月球極區高精度著陸和陰影坑飛躍探測,完成「嫦娥八號」任務關鍵技術攻關,與相關國家、國際組織和國際合作夥伴共同開展國際月球科研站建設。繼續實施行星探測工程,發射小行星探測器、完成近地小行星採樣和主帶彗星探測,完成火星採樣返回、木星系探測等關鍵技術攻關。論證太陽系邊際探測等實施方案。


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