从「神舟一号」到「神舟十三号」,22 年来我国航天技术都取得了哪些进步?

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微薄青春 发表于 2023-9-6 23:52:17|来自:中国 | 显示全部楼层 |阅读模式
从「神舟一号」到「神舟十三号」,22 年来我国航天技术都取得了哪些进步?
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阿强123 发表于 2023-9-6 23:53:10|来自:中国 | 显示全部楼层
感谢 @时光里的访客  的邀请和共同创作。
恰逢2022中国航天日,谨以本答案致敬向我国航天事业做过贡献的每个人。
万字长文,多图预警



2022年中国航天日海报

<hr/>52年前的今天——1970年4月24日,中国第1颗人造地球卫星东方红1号发射成功,拉开了中国人探索宇宙奥秘、和平利用太空、造福人类的序幕。“东方红一号”卫星的发射成功使中国成为世界上继苏联、美国、法国和日本之后第五个完全依靠自己的力量成功发射人造卫星的国家。



1970年4月24日,我国自主研发的第一颗人造卫星东方红1号发射成功

为了纪念中国航天事业成就,发扬中国航天精神,铭记历史,激发全民尤其是青少年崇尚科学、探索未知、敢于创新的热情,实现中国全球空天巨头的梦想,2016年3月8日,国务院批复同意自2016年起,将每年4月24日设立为“中国航天日”。
在这个有纪念意义的日子里,我们一起回顾一下中国载人航天工程的光辉岁月。
一. 神舟初问天

1999年11月20日凌晨6时30分,尚未迎来冬日朝阳的大漠深处,酒泉卫星发射场正在被巨大的轰鸣声笼罩。长征2F火箭托举着神舟一号飞船,如耀眼明星般升起,点亮夜空。这座我国第一枚地对地导弹、第一次导弹核试验、第一颗人造卫星和第一枚远程运载火箭的诞生地,见证了我国航天史的崭新一页。任务圆满成功后,载人航天工程首任总设计师王永志院士将一枚飞船模型送给恩师钱学森。钱老把它搁在书柜上,每天醒来总是看不够,说“这件礼物我最喜爱”[1]。



神舟一号发射瞬间。来源:截图自Bilibili@我们的太空 BV1yK411G7FF

二. 创业艰难百战多

世纪之交的荣耀绝非一蹴而就,而是逾50年的厚积薄发。1956年,国防部第五研究院在北京成立并由刚刚冲破阻碍回国的钱学森领衔,自此从无到有,点燃中国导弹和航天的荣耀和梦想。万事开头难,艰苦的条件拦不住中国航天人奋进的脚步。
2.1 积跬步至千里

1960年2月19日,恰逢农历腊月二十三,新中国第一枚自主设计制造液体探空火箭T-7M在上海南汇滩涂上腾空而起,这枚重190kg的探空火箭迈出了8km的第一步。
今天,天问一号飞行距离早已超过4亿公里,“祝融号”在火星留下一千多米的足迹;我国火箭的最大起飞重量也已超过800吨,可将超过20吨的航天器送到近地轨道。



62年的跨越

2.2 征途星辰大海

1963年,星际航行委员会在中科院成立,由竺可桢、裴丽生、钱学森、赵九章等科学家领衔。此时,苏联和美国刚刚将人类送上太空,与之相比,我国可谓一穷二白,然而,钱学森的思绪早已飞出地球,甚至飞出太阳系外——在1962年出版的《星际航行概论》中,他写道:
我们千万年来在地球表面的活动,从地球表面来研究自然,创造了进入星际空间的条件;那么即将到来的星际航行时代,人在太阳系中的研究自然,一定会给科学技术带来一个全新的境界,使科学技术达到以前不能达到的水平,使宇宙航行能够变为现实,因此星际航行会给宇宙航行开辟道路!
这份初心,历经一个甲子,依旧引领着中国人走向太空。虽然我国目前的航天成就已经举世瞩目,却仍然没有飞出科学家们广阔深远的思绪,星辰大海大有可为。



2019年长征五号遥三发射成功后,现场直播画面截图

2.3 第一道曙光

1970年4月,我国第一颗人造卫星发射成功并运行至今,《东方红》的乐曲响彻天宇,在广袤的宇宙铸下华夏民族千年太空梦想的第一座里程碑。次年夏天,中国第一个载人航天工程——曙光工程(“七一四”工程)立项,钱学森高兴地说,这是“先把载人航天的锣鼓敲起来



曙光一号飞船设计图。来源:CCTV4 《国家记忆》

当时的研究包括航天员选拔训练、太空食品研制、载人飞船设计等诸多领域,甚至已经制造了离心机、太空食品样品等。然而受限于国力和科技水平,除了航天医学外的大部分项目在七十年代末终止。时任航天医学工程研究所副总工程师的汤兰祥回忆道[2]
1975年,听到工程下马和大幅度整编的消息,我们的心都凉透了,选出的宇航员也陆续返回了原单位。我与501部负责飞船总体设计的范剑峰、王壮,伤心了好多天。几代人的心血,几年的秘密奋斗,都将付诸东流。唉,当时就想,中国的宇航员,什么时候才能飞天呢?
今天,中国航天员一次次飞天和在太空漫步时,往往能听到北京飞控中心代号“曙光”的航天员支持团队发出口令[3]。曾经的奋斗绝非付之东流,反而依然如地平线升起的曙光一般引领着中国航天走向更远。



今天的“曙光岗”之一——航天员教员吴昊。来源:光明网

2.4 “中国人开始造船了”

1992年1月8日,中央专委会召开第五次会议,专门研究我国载人航天问题,中国载人航天工程——“九二一”工程正式立项。时任航空航天部部长林宗棠激动地宣布[2]:
今年是1992年,这一年,在已经记满了5000年方块字的史册上,将另起一行,庄严书写:仙女散花,不再是年画上的;飞天弄琴,不再是石窟里的;嫦娥奔月,也不再是神话中的!中国,不会永远被地球引力捆绑住。因为我们中国人,已经准备造船了!


千年神话照进现实

从神话到现实,这条路注定不易——这里推荐一部CCTV10的纪录片《太空英雄》[4]。载人航天工程是一个庞大的系统工程,离不开每一个参与者的付出,无论是院士专家,还是普通研究人员。这部纪录片一个令我印象深刻的片段是,为了验证返回舱溅落水面后的漂浮和舱内环境控制性能,随队刘医生在水面封闭、低温、不断漂荡的返回舱样品中坚持了二十个小时采集数据,出舱甚至要靠同伴搀扶。
神舟一号之后,载人航天工程一步一个脚印,稳步推进:

  • 2001年1月10日,神舟二号成功发射,飞行六天18小时后返回,这是第一艘正样飞船,并在舱内开展了细胞融合、太空育种等实验;
  • 2002年3月25日,神舟三号成功发射,飞行六天18小时后返回,这艘飞船上有一个模拟航天员,可以模拟人在太空的代谢、生理信号等,同时测试了逃逸系统性能;
  • 2002年12月30日,神舟四号成功发射,这是和载人飞船状态完全一致的验证飞船。
三. 千年梦圆在今朝

2003年10月15日9时,一个足以被列入中华民族五千年史册的时刻,神舟五号载人飞船成功升空,从上古神话、到遥望天空的屈原、到测星问地的张衡郭守敬、到勇敢尝试的万户,中华民族千年飞天遥想终于圆梦。



神舟五号发射瞬间。图片来源:新华社

中国第一个进入太空的航天员杨利伟,光荣背后是大量的刻苦训练,以及面对未知的巨大勇气。他的回忆录《天地九重》真实记录了这次任务中诸多不完美之处——起飞不久,飞船电视信号传输卡顿(远比现在助推器分离的“祖传卡顿”严重得多),控制中心的专家焦急地说“他冲我们摆摆手就好了”。
上升阶段,箭体飞船意外发生共振,杨利伟在自传中写道:
人体对10Hz以下的低频振动非常敏感,它会让人的内脏产生共振。而这时不单单是低频振动的问题,是这个新的振动叠加在大约6G的一个负荷上……共振是以曲线形式变化的,痛苦的感觉越来越强烈,五脏六腑似乎都要碎了,我几乎难以承受。心里就觉得自己快不行了,要承受不住了……但在痛苦的极点,就在刚才短短一刹那,我真的以为自己要牺牲了

后来,3分20秒,在整流罩打开后,外面的光线透过舷窗一下子照进来,阳光很刺眼,我的眼睛忍不住眨了一下。就这一下,指挥大厅有人大声喊道:“快看啊,他眨眼了,利伟还活着!”所有的人都鼓掌欢呼起来。这时我第一次向地面报告飞船状态:“神舟五号报告,整流罩打开正常!”

当看到这段录像的时候,我感动得说不出任何语言。我看到有些白发苍苍的老专家,盯着大屏幕掉眼泪,哭得像个孩子。我看到我的大队长申行运哭了,一米八的大个子在那里捂着脸哭。我看到我的教练也在流眼泪,朝夕相处的航天员战友们,我的领导们,还有工程技术人员,那一刻大家都在流眼泪。有这么多人在关心我、牵挂我!那种真诚,那种真情流露,现在想起来,我心里都有种很酸楚的感觉。
神舟五号之后,科研人员改进了工艺,神舟六号的震动就大幅改善了,神舟七号之后就非常舒适了;同时,天地通信技术也大幅度改善,可以传回更连贯清晰的舱内画面。到2016年神舟十一号发射,景海鹏和陈冬已经可以在飞行中谈笑风生:
整流罩打开,对于航天员陈冬来说,这是他第一次亲眼看见太空。
陈冬:哇!很漂亮!
景海鹏:爽不爽?
陈冬:特别漂亮。
景海鹏:我问你爽不爽?
陈冬:爽!
当时杨利伟只带了一个500万像素的卡片机进入太空,限于存储,只带回来100多幅照片,而且为了固定相机完成自拍,还花了一番功夫“在工具包里找到一个胶带,我把摄像机用胶带粘到前仪表板上,对着自己拍摄”。如今,我们已经可以看到天和核心舱外地球美景的直播、看到一次比一次流畅清晰的太空授课、看到航天员舱内生活舱外行走的日常,看到他们拍摄的美丽画面


镜头回到神舟五号返回时:
右边的舷窗开始出现裂纹。外边烧得跟炼钢炉一样,玻璃窗却开始出现裂纹,那种纹路就跟强化玻璃被打碎之后那种小碎块一样,这种细细的碎纹,我眼看着它越来越多……飞船急速下降,跟空气摩擦产生的激波,不仅有极高的温度,还有尖锐的呼啸声,飞船带着不小的过载,还不停振动,里面咯咯吱吱乱响……外面高温,不怕!有碎片划过,不怕!过载也能承受!但是一看到窗玻璃开始裂缝,我紧张了,心说:完蛋了,这个舷窗不行了。
事后证明,飞船的舷窗外做了一层防烧涂层,是这个涂层烧裂了,而不是玻璃窗本身。尽管是虚惊一场,但还是难以想象他经受的压力。开伞时,他又经历了逐级开伞带来的晃动,将近20年后,在央视神舟十三号返回特别节目中,他对此仍然记忆犹新。杨利伟返回后,回答了科研人员几百个问题,评价产品,回忆感受,对神舟六号飞船作出180多项改进,后续的航天员有了前辈的经验,也能更加舒适从容地应对太空飞行。
类似地挑战也发生在2008年发射的神舟七号上。2008年9月25日17点35分,神舟七号发射,并于25日开展首次出舱活动。翟志刚身着我国研制的“飞天”舱外航天服,在身着俄罗斯“海鹰”舱外航天服的刘伯明的辅助下,进行了19分35秒的出舱活动。然而,这次行动并不是一帆风顺的:

  • 受限于当时我国的测控条件,必须在地面站和测控船的有效测控范围内完成开舱门出舱,然而泄压后,由于没有着力点和舱门设计等原因,翟志刚用力拉了三下,门却丝毫没有反应。为了在测控区内开门,刘伯明找到一个撬棍,二人合力撬开一个缝隙,但残留气体又将舱门吸上。在刘伯明协助固定腿部后,翟志刚用尽全力将舱门打开,此时已经花费了6分钟
  • 就在即将出舱前,轨道舱突然报告火警。事后发现是一个感烟探测器失效了,所以传感器发出了高电频信号,误报为“出现火警”。
在之后的电视采访中,两名航天员这样回忆当时的心路历程:
翟志刚:突然间听见火灾这两个字,脑皮子发麻。在我们飞行的过程中,最难处置的两个特殊情况,一个就是火灾,一个就是舱体失去密封。伯明就问我,咱还出不出舱,我说出舱,非常坚决,也非常坚定。临时决定改变出舱程序,首先展示五星红旗
刘伯明:我们神七任务目的是什么,就是要出舱,把最具代表的五星红旗在太空高高飘扬,证明我们来到了太空。当时展示红旗时,已经做好了牺牲的准备,没有准备再回来。我当时甚至想,如果发现有一点不妙的趋势,我会当即决断,让返回舱值守的景海鹏把我们的舱段分离,让我和志刚分离出去,让他平安返回,当时内心的斗争真是异常复杂。
来源:央视新闻《面对面》采访[5]
不知道2021年刘伯明、翟志刚在天和核心舱顺利出舱执行任务时,是否回忆起13年前的惊心动魄?今天,得益于“天链”系列中继卫星和核心舱更强大的天线,出舱活动高清画面可以实时下传,完全不受任何测控盲区的限制,甚至返回场的搜救直升机也是靠天链卫星建立的前向链路。



神舟十三号乘组第一次出舱活动画面全景相机。来源:央视截图



神舟十三号乘组第一次出舱活动画面第一人称画面。来源:央视截图

四. 蜗居到别墅

4.1 第一个太空家园

2011年11月1日,一艘无人飞船从酒泉发射场起飞。一个多月前,重达8.5吨的天宫一号目标飞行器在此腾空,这是当时我国重量最大的航天器。2011年11月3日凌晨1时36分,在万里之外,神舟八号与天宫一号这两个地速8km/s的航天器如穿针引线般精密对接。从此,中国人在太空的家园,由神舟五号的一室蜗居,到神舟六七号的一室一玄关,扩展为天宫一号的15立方米小屋。



神舟八号正在进行最后靠拢,图为神舟八号拍摄的天宫一号。左下角”天链“意味着画面通过天链卫星传输,标志着天链系统成熟。来源:载人航天工程网

一年后的2012年6月16日,神舟九号发射,景海鹏、刘旺和刘洋三名航天员进入天宫一号,并先后完成自动交会对接和手动交会对接,并在太空生活十余天。2013年6月11日,神舟十号发射,在天宫一号生活超过14天,并在6月20日开展了第一次太空授课,此次任务也标志着,自”九二一“工程立项21年,神舟五号任务十年后,中国迎来首次应用性航天任务
为了进一步验证空间站关键技术,2016年9月15日,天宫二号空间实验室发射升空。天宫二号本来是前任的备份,并集成了原定的“天宫三号”任务,用较小的成本完成了工程试验。天宫二号接待神舟十一号景海鹏、陈冬两名航天员完成30天的太空生活。



神舟十一号任务徽章

4.2 从大漠到海滨

截至目前,载人航天飞船全部从大漠深处的酒泉发射场出发。受限于较高的纬度、铁路运输对火箭飞船直径的限制、以及飞行轨迹经过众多城市(神舟飞船发射时往往要划设临时禁飞区,逃逸塔整流罩落区所在的陕北蒙西部分路段甚至要交通管制),一座新的天空港湾呼之欲出。
2014年10月,一座现代化的发射场在椰风海韵海南文昌落成,仅从纬度来看,在世界主流发射场中仅次于ESA的库鲁发射场。2016年6月,长征七号Y1在此发射,这次任务有三大“新”处:

  • 新建的文昌发射场及有关测控站的首次任务;
  • 新一代运载火箭长征七号首飞成功:采用了无毒的液氧煤油和液氢液氧燃料,近地轨道(LEO)运力也达到了13.5吨,超过了CZ-2F/T的8.5吨;
  • 新型多用途飞船的缩比试验返回舱:验证了新一代载人飞船的设计。
得益于新发射场和新火箭,2017年4月20日,天舟一号货运飞船由长征七号搭载,从文昌进入太空并和天宫二号对接。这艘长10.6米、重达13吨的货运飞船可以搭载6吨物资和2吨燃料,是当时中国最重的航天器,也是空间站的关键技术。这艘货运飞船甚至比它要对接的目标还要重。
13吨的运力依然不是终点。经过15年预研、立项10年之后,2016年11月3日,起飞重量超过854吨,高度近57m的长征五号在文昌首飞成功。这次任务绝对谈不上一帆风顺,发射阶段更是出现了罕见的“发射中止”口令,火箭的工作也不是非常圆满,之后的遥二火箭更是不幸失利——由于火箭坠毁在深海,即使派出蛟龙号深潜器也未能成功打捞残骸;科研人员用大量地面实验改进了发动机设计,在长征五号Y3发射前夕试车时又发生了类似故障,直到2019才定位到问题,并最终改进[6]。它足以成为一座新的里程碑:近地轨道25吨(CZ-5B)、同步轨道14.5吨、地月转移轨道9吨和地火转移轨道6吨的运力,意味着现阶段中国航天已经没有任何运力瓶颈。



长征五号遥二火箭转场。图片来源:图源:Wikipedia

在技术发展的基础,以及更为关键的国家实力大幅度发展的背景下,我国载人航天迎来了快速发展:


在空间站建设阶段,神舟十二号和十三号的六名航天员通过多次太空行走和累计9个月的在轨工作,基本验证了长期驻留的关键技术。在几次出舱活动中,航天员们先后完成了多项工作:

  • 2021年7月4日:完成了舱外活动相关设备组装、全景相机抬升等任务,工作7小时
  • 2021年8月20日:安装热控回路扩展泵组和抬升全景相机,工作6小时
  • 2021年11月8日:机械臂悬挂装置与转接件安装、舱外典型动作测试,工作6.5小时。王亚平完成亚洲女性第一次太空行走
  • 2021年12月27日:全景相机C抬升、舱外作业点脚限位器安装及相关工效验证、携物转移验证,工作6小时
相比之前空间实验室任务,这两个任务还开展了“快速交会对接”和“快速返回”技术,神舟十二号发射约6.5小时后即进入天和核心舱,相比神舟十一号将近两天的飞行时间大幅度缩短;神舟十三号返回所需时间由以往的11个飞行圈次压缩至5个飞行圈次,只用了约9小时即返回地面,显著提高了航天员的舒适度。
此外,神舟十三号乘组有幸成为第一批在太空过年的中国人,并且为冬奥会带来来自天宫的祝福。在工作之外,他们可以拍摄地面风光,让普通人有幸感受太空视角的壮阔:



2022年春节期间,航天员为冬奥健儿加油。来源:央视



航天员从太空拍摄的地面美景。来源:中国载人航天微信公号

目前,天和核心舱的空间约50立方米,相当于一辆大型公交车,长度接近一个标准羽毛球场[7]。2022年内,问天、梦天两个和核心舱同级别实验舱和货运飞船对接之后,将成为一个达100吨级别的空间站,机柜数量、发电功率等部分参数甚至比肩国际空间站



天和核心舱与卡车、公路等尺度对比模拟。来源:B站up主 影视飓风BV13A41157R

五. The Next is …

中国航天技术历经70年厚积薄发,如今在诸多领域不断绽放,未来仍有诸多精彩值得期待。这里限于篇幅,挂一漏万的介绍几个。
5.1 载人航天

在神舟十三号返回地球次日的发布会上透露,2022年底,我国天宫空间站第一阶段将基本建成,神舟十四、神舟十五两艘飞船的六名航天员将完成太空轮换。巡天光学望远镜也有望发射,张开中国人的“太空天眼”



我国现行载人航天工程系统划分

神舟飞船的后继者也即将登场——2022年发布的《2021中国的航天白皮书》写到,“面向我国载人月球探测、空间站运营等任务需求而论证的具有国际先进水平”的新一代载人飞船已完成飞行,验证了高速再入返回防热、控制、群伞回收及部分重复使用等关键技术。该飞船执行空间站任务时重达14吨,可搭载7名航天员和数百公斤货物,并可重复使用;执行载人登月任务时更是达到21.6吨,接近天和核心舱的重量。



2021年珠海航展亮相的新一代载人飞船返回舱实物。来源:航天爱好者网

5.2 深空探测

近期发布会介绍,中国探月工程四期经过多年论证,已于去年年底正式通过立项审批,进入全面实施阶段。其中,

  • 嫦娥六号将到月球的高价值地区进行采样返回
  • 嫦娥七号将对月球极区进行科学探测,特别是对月球的水分布进行探测
  • 嫦娥八号将与嫦娥七号协同工作,主要开展月球资源开发利用技术试验验证和长期科学探测,对地球进行大范围、全尺度、长周期观测,并为科研站后续的关键技术进行验证[8]。
这三项任务将在2030年之前实施,主要目标是在月球南极进行着陆勘察与科考,建立月球科研站基本型,争取在2035年之前建成可以长期运行的国际月球科研站
更遥远的火星上,天问一号和祝融火星车已经转入长期工作,不断刷新新纪录:



2022年新年时发布的火星地表全景图。来源:中国行星探测

火星车就是终点了吗?远远不是。2017年北京举行的全球太空探索大会(GLEX 2017)会议上,中国首次火星探测任务工程总设计师张荣桥展示了一个更加宏大的愿景[9]:



张荣桥报告,包含火星、小行星、木星和海王星任务



天问一号工程总师张荣桥院士《天问一号开启行星探测新征程》报告中火星取样返回内容

2030年前后,中国有望完成火星取样返回,这个计划,几乎和NASA和ESA的进度一致,意味着经过数十年艰苦追赶,中国火星探测即将实现并行和赶超。今年国博和上海天文馆排长队看月壤的人,可以期待着看火星土壤啦。
火星也不是终点。2021年底,张荣桥在接受人民日报海外版专访时提到了小行星和彗星探测[10]:
目前小行星探测任务已进入初样研制阶段,我们将努力按照既定计划发射实施。小行星探测任务除了科学研究的意义之外,也将通过技术的递进式发展,为后续火星取样返回验证相关技术。
根据一些论文[11]和载荷征集[12]透露的线索,我国小行星探测可能命名为“郑和号”,探测目标可能是近地小行星 2016 HO3主带彗星133P,通过附着采样机器人的机械臂在飞掠时采集超过100g的样本并返回地球,实现宇宙级别的下西洋[13]



郑和号可能的轨迹规划。来源:微博@China航天

小行星就是终点了吗?根据最新发布和两篇论文
田百义,张磊,周文艳,等.木星系及行星际飞越探测的多次借力飞行轨道设计研究[J].航天器工程,2018,27(01):25-30.
张磊,田百义,周文艳,等.木星系多目标探测轨道设计研究[J].航天器工程,2018,27(01):31-36.
我国计划开展木星探测和太阳系边际探测,计划于2049年实现‘双百’目标,也就是在新中国成立100年之际,完成100个天文单位,也就是150亿公里远的深空探测



天问一号工程总师张荣桥院士《天问一号开启行星探测新征程》报告中木星和太阳系边缘探测内容

深空探测也不能缺少太空长城。就在今天,国家航天局副局长吴艳华表示,要争取在“十四五”末期或者2025年、2026年实施一次对某一颗有威胁的小行星进行抵近观测,实施就近撞击,并就改变它轨道进行技术实验,为未来人类应对小行星等地外天体对地球家园的威胁,作出中国的新贡献。
5.3 民用空间基础设施

在神舟十三号返回地球的同一天,4月16日2时16分,我国在太原卫星发射中心采用长征四号丙遥二十八运载火箭发射大气环境监测卫星。该卫星在国际上首次配置大气探测激光雷达、高精度偏振扫描仪、多角度偏振成像仪、紫外高光谱大气成分探测仪、宽幅成像光谱仪等有效载荷。卫星利用主动激光、高光谱、多光谱、高精度偏振等多种手段综合观测,可实现对大气细颗粒物、污染气体、温室气体、云和气溶胶以及陆表、水体等环境要素大范围、连续、动态、全天时的综合监测。



大气环境监测卫星发射。图片来源:新华社

我国民用卫星系统目前已经发展了“中星”系列通信卫星、“北斗”系列导航卫星、“高分”系列对地成像卫星、“风云”系列气象卫星等诸多系列,服务于通信、导航、定位、成像、天气预报、气候水文监测、资源探测、育种增产等众多国计民生行业。
六. 近在眼前

太空尺度如此之大,让很多人觉得太空技术字面上和实质上都是“远在天边”——然而从航天技术扩散的单项技术早已广泛应用在众多产品,从广为人知方便食品、复水保鲜、微波炉、记忆棉、尿不湿、减震气垫等技术,到目前广泛应用的热管理(液冷导热等技术)、高性能光伏组件、惯性基准组件IRU、超滤净化膜等。
太空是理想的实验室。NASA评估指出,即使考虑高昂的运输成本,一些特殊材料的太空加工也是收益大于成本的。利用天和核心舱部署的无容器材料科学实验柜、高微重力科学实验柜等两大型研究设施,顺利完成了基本功能测试,突破了部分关键实验技术,正在持续开展参数精调、初步科学实验和技术试验,获取了高质量的在轨测试和应用数据。神舟十二号返回时,就搭载了利用太空微重力和电磁悬浮实现的国际上第二台“无容器材料科学实验柜”中获得的实验成果[14]:
突破样品球释放回收、样品悬浮位置控制、高温激光加热熔化、冷凝和回收等关键技术。其中金属锆样品加热温度最高达到1990℃(熔点1852℃),金属锆熔化后进入深过冷发生形核变化,过程中出现再辉现象。本次金属锆样品科学实验的成功,验证了在轨实验方案的正确性,揭示了科学实验参数的控制规律,使得无容器科学实验的成功效率优于国际同类实验。


无容器材料科学实验柜内悬浮的材料

仅仅这一台机柜,就可以开展金属、非金属等材料加工和热物性研究,助力新一代燃气轮机叶片高温合金、航空发动机叶片关键材料、钇铝石榴石(半导体激光器的材料)、高折射率镧钛玻璃等特种材料的深度研究,获得地面试验难以观测的实验数据。
作为“吃货大国”点满种菜天赋的中国人自然不会放弃太空这块领地。利用太空微重力、低辐射等环境,可以有效诱发种子变异,从而产生人们希望的新品种。太空育种堪称对”仰望星空,脚踏实地“这句话最好的诠释了。
1987年,我国首次将水稻、辣椒等农作物送上太空,开启了太空育种的探索之旅,目前已经先后开展了30余次植物种子、菌种、试管苗的搭载升空试验,培育出近千个航天育种新品系、新品种,包括最常见的彩椒等。我国甚至发射了“实践18号”这颗专业返回式育种卫星。本次神舟十三号返回第一顿菜,专家介绍中“草莓西红柿”引起大众广泛的好奇心,实际上也可能是航天育种的成果



通过航天育种培育出的“草莓番茄”新品种
从外观上看,航天番茄看起来与普通番茄并无二致,但口感上,不仅酸甜可口,还更有“西红柿味儿”。据神舟绿鹏技术人员介绍,这正是该公司通过航天育种,在2017年培育出的“草莓番茄”新品种,除了口感好、精品果率高,产量也提高不少,每平方米产量可达30公斤左右[15]。
此外,天宫实验室在空间有限、水源有限的情况下,成功完成了太空种菜,这不仅仅是未来长期驻留的必要技术,同样也可以反哺地面:

  • 气雾栽培技术:使根系悬挂生长,不仅克服了天然土壤所存在的连作障碍及污染等问题,还能使叶菜类蔬菜更有效吸收养分,加快生长速度
  • 人工补光技术、无土栽培技术、智能环境调控技术、营养液调配技术:提供蔬菜生长所需要的水、光照、温度、湿度、二氧化碳等生长条件,利用了人工补光的技术来种植蔬菜[16]。



菜博会中展示的利用太空验证的人工补光、无土栽培等技术实现的大棚

除了粮食蔬菜,零食也不能缺。利用低温冻干开发的冻干蔬果、常温冰激凌等美食早已飞入寻常百姓家,在延长保质期的同时最大限度降低了营养物流失。



商品版太空冰激凌,可在常温保存

航天技术绝非远在天边,更多的是近在眼前。期待未来能看到我国航天与太空探测领域更多精彩的成就。
kin 发表于 2023-9-6 23:54:01|来自:中国 | 显示全部楼层
关于这个题目,下面会有很详细的科普,我不必锦上添花,我想讨论的是一个点,是航天技术最大的进步不仅仅完全是科学层面的事情,而且包含中国人宇宙观方面的。
我们知道,从推动人类发展的角度来看,不同文明是能发挥不同作用的,那就像都做面条这件事,意大利面和中国的炸酱面热干面油泼面都是美味的,这是一种看世界不同思路的问题。
那就像为什么文理本来是不应该分开的,因为很多时候,当你越想突破理科难关,需要的是文科的发散思维或者是看世界的不同方式。
同样,作为科学,中国人看月壤的角度,看月球的思维,与美国人、俄国人可能在很多方面是有差异的,也就是说,不同的脑回路带来了不同的科学思维模式,这本身对人类文明的进步是大有裨益的。
比如,我们会在太空大量种菜,即便是移民月球或火星,这也是中国人的种族天赋。
比如我们对月球有水的探究,我们选择登月的地点,也是我们突破航天科学垄断的重要不同思考方式。
但,如果没有基础性的,包容性的科研基础,科学探索的基石主要是为了征服,为了回馈利益集团的投资,为了未来抢夺资源和霸权,而非全人类的发展,这里的科学虽然也是科学,但并不神圣,也不唯一。
所以中国航天技术长足发展的另一个重要突破,是让非西方体的思路结构可以在观察宇宙中得到应用,这是一种霸权的突破,可能也会带来非常不同的科学发现。
同样,一个印度科学家,一个南非科学家,一个厄瓜多尔科学家,如果真的也有这样的航天基础,他们或许也能有惊世骇俗的表现。
可惜,没有如果。
所以命运共同体真正的含义,是中国这样的国家崛起,我们是善良的,真正抱着“科学无国界”的角度去团结全人类的智慧,而不是当做自己国家维持霸权的工具,这是功德无量的事情。
可惜,也没有如果。
要想实现那个目标,我们还需要走自己的路很久。
虽然我这个人不太喜欢用宏观叙事来遮掩现实中遇到的各种挫折和难出,但我是真的,真的,当看到我们的宇航员把航天展布置的像中国人的家一样,是真的为自己是一个中国人而感到自豪。
同样,我们现实生活中也有很多的问题,不想回避,希望多给中国人一点时间,希望我们能在美国“亡我之心永不死”的打压中存活下来,中国,真的是拯救这个星球的救世主。
这个世界的分裂够多了,知乎是个知识分子很多的地方,当我们为了俄乌和上海疫情骂的你死我活的时候,我希望大家抬头看看星星,想想宇宙中人类的渺小和无知,安静下来,去想想我们本身就是在一条一荣俱荣一损俱损的船上,如果争吵能解决问题,那声音大的就可以征服宇宙了。
好好想想自己该做些什么,能为这个国家和民族做点什么,能修补它哪些不完美的地方。
好了,最后祝福中国航天人,走得艰难迷茫的时候,感谢你们给了这个民族莫大的信心和希望。谢谢。
静观人间 发表于 2023-9-6 23:55:01|来自:中国 | 显示全部楼层
从「神舟一号」到「神舟十三号」,22 年来我国航天技术取得了惊人的成绩,视频是最好的回答!

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zhln9988 发表于 2023-9-6 23:55:32|来自:中国 | 显示全部楼层


https://www.zhihu.com/video/1498406307049074688
  自1992年载人航天工程实施,我国载人航天事业从无到有,到取得一项项历史性突破,“神舟”系列十三次太空之旅,振奋人心。
jorny004 发表于 2023-9-6 23:56:00|来自:中国 | 显示全部楼层
世界航天日|寻访神舟系列飞船「足迹」

4月12日是第12个世界航天日
也称“载人空间飞行国际日”
1992年
中国载人航天从零起步
从无人到载人,从神舟到天宫
载着中国人的航天梦
冲上九霄
点亮天际
神舟飞船是我国自行研制,具有完全自主知识产权,达到或优于国际第三代载人飞船技术的飞船,它采用三舱一段,即由返回舱、轨道舱、推进舱和附加段构成,由专门为其研制的长征二号F火箭发射升空。



神舟飞船结构示意图

1999-2022,神舟一号到神舟十三号系列飞船已经在探索宇宙的路上走过23年,见证中国载人航天一步一个脚印,逐梦太空。它走过的路,值得我们共同回忆。
神舟一号


发射时间:1999年11月20日
中国实施载人航天工程的第一次飞行试验,标志着中国航天事业迈出了重要步伐,对突破载人航天技术具有重要意义,是中国航天史上的重要里程碑。
神舟二号


发射时间:2001年1月10日
我国第一艘正样无人飞船,系统结构有了新的扩展,技术性能有了新的提高,首次在飞船上进行了诸多领域的实验。
神舟三号


发射时间:2002年3月25日
神舟三号验证了与载人航天直接相关的座舱内环境控制和生命保障系统,表明我国载人航天工程技术日臻成熟,为载人飞行打下坚实基础。
神舟四号


发射时间:2002年12月30日
神舟四号初步探明飞船运行轨道的空间环境状况,为我国下一步载人飞船的安全出行成功绘制了“安全路况图”。
神舟五号


发射时间:2003年10月15日
乘组航天员:杨利伟
神舟五号是我国第一艘载人飞船,实现了一人一天飞行,考核了飞船载人环境,获取航天员空间生活环境和安全的有关数据。中国成为世界上第三个掌握载人航天技术的国家。
神舟六号


发射时间:2005年10月12日
乘组航天员:费俊龙、聂海胜
神舟六号是我国首次执行“多人飞天”任务的载人飞船,实现了两人多天飞行,标志着我国多项载人航天技术达到世界领先水平。
神舟七号


发射时间:2008年9月25日
乘组航天员:翟志刚、刘伯明、景海鹏
神舟七号实现了航天员出舱活动和小卫星伴飞,成功完成了多项技术试验,开启了我国载人航天工程的新篇章。
神舟八号


发射时间:2011年11月1日
神舟八号完成了与天宫一号无人自动交会对接,标志着我国空间交会对接技术取得重大突破,实现了我国空间技术的重大跨越。
神舟九号


发射时间:2012年6月16日
乘组航天员:景海鹏、刘旺、刘洋
神舟九号首次完成了与天宫一号的载人交会对接任务,为今后载人航天的发展、空间站的建设奠定了良好的基础。中国实现首位女航天员登天。
神舟十号


发射时间:2013年6月11日
乘组航天员:聂海胜、张晓光、王亚平
神舟十号完成了与天宫一号的交会对接,打造了太空实验室,实现了我国的首次太空授课活动。
神舟十一号


发射时间:2016年10月17日
乘组航天员:景海鹏、陈冬
神舟十一号成功与天宫二号对接,验证了航天员中期驻留的生命保障技术、人机协同在轨维修技术,为中国空间站运行和航天员长期驻留奠定了基础。
神舟十二号


发射时间:2021年6月17日
乘组航天员:聂海胜、刘伯明、汤洪波
神舟十二号的3名航天员是天和核心舱的首批“入住人员”,他们在轨驻留3个月,开展舱外维修维护、设备更换、科学应用载荷等一系列操作。中国载人航天工程已全面迈入空间站建设阶段。
神舟十三号


发射时间:2021年10月16日
乘组航天员:翟志刚、王亚平、叶光富
神舟十三号的3名航天员刷新中国航天员在轨飞行时间的纪录,圆满完成两次出舱活动,王亚平迈出中国女性舱外太空行走第一步。
如今,3名航天员这一趟“太空出差”即将结束。160余天里,他们在太空过年、授课,圆满完成任务,上演了“宇宙级浪漫”“世界级惊艳”。
璀璨星空,浩渺银河
中国人从未放弃过
对无边宇宙的探索
从第一颗人造地球卫星
“东方红”的诞生
从无人到载人,从一人到多人
从太空行走到交会对接
中国人在人类
攀登科技高峰的征程中
敢想敢干、担当超越
一次次把主动权掌握在自己手中
中国航天在浩瀚宇宙中留下
一个又一个脚印……


文章来源:https://read01.com/Ooy7Eej.html

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