神舟七号,简称“神七”,为中国载人航天工程发射的第七艘飞船,是中国的第三次载人航天飞行任务,也是中国“三步走”空间发展战略的第二阶段。

神舟七号于2008年9月25日发射升空,进入预定轨道;于2008年9月27日进行出舱活动,完成中国人首次太空行走;于2008年9月28日进入返回程序,返回舱安全着陆于内蒙古预定区域,完成载人航天飞行任务。

神舟七号载人航天飞行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,开启了中国的新篇章。

中文名

神舟七号飞船

别名

神七

发射地点

酒泉卫星发射中心

研发单位

中国空间技术研究院

载体

长征二号F遥七运载火箭

发射时间

2008年9月25日21时10分04秒(UTC+8)

航天产品类别

载人飞船

降落时间

2008年9月28日17点37分(UTC+8)

返回地点

内蒙古主着陆场

航天员

翟志刚、刘伯明、景海鹏

飞行时间圈数

2天20小时30分

外文名

Shenzhou 7

所属国家

中华人民共和国

发展沿革

2008年6月16日,神舟七号及运载火箭在垂直装配厂房进行吊装工作。

2008年6月18日,神舟七号及运载火箭,“神箭”和“神舟”在垂直装配厂房对接装配工作。

2008年7月10日,神舟七号从北京空运抵达酒泉卫星发射中心,并转运至载人航天发射场总装测试厂房,进行组织及测试工作。

2008年7月18日,神舟七号在载人航天发射场飞船整装测试大厅进行三舱对接工作。

2008年7月28日,神舟七号进行飞船系统测试工作。

2008年8月5日,执行神舟七号发射任务的长征-2f运载火箭抵达载人航天发射场。

2008年8月27日,神舟七号进行扣装整流罩工作。

2008年8月28日,神舟七号载人飞船和长征-2f火箭进行组装工作。

2008年9月20日,神舟七号、长2F火箭和逃逸塔组合体垂直转运至发射区。

2008年9月22日,发射区对神舟七号及运载火箭进行了各项功能检验和系统间接口检查。

2008年9月23日,神舟七号完成发射场区最后一次船箭地联合检查。

2008年9月25日,长征二号F型运载火箭点火,神舟七号在酒泉卫星发射中心升空,在预定轨道运行。

2008年9月26日,神舟七号完成变轨工作,进入高度约343千米的圆型轨道,并准备实施空间出舱活动。

2008年9月27日,神舟七号航天员进行出舱活动,完成中国人首次太空行走,并释放了伴飞卫星,伴飞卫星对飞船进行了摄像和照像工作,舱内航天员与北京飞控中心进行了天地通话。

2008年9月28日,神舟七号进入返回程序,返回舱安全着陆于内蒙古预定区域,完成载人航天飞行任务。

2008年10月1日,神舟七号返回舱开舱暨搭载物交接仪式举行。

​技术特点

飞船组成

神舟七号共有四个部分组成,分别为气闸舱、轨道舱、返回舱、推进舱。

轨道舱

位于飞船前段,通过舱口与后面的返回舱相通,外形呈圆柱形,是宇航员在太空飞行期间的生活舱、试验舱和货舱,比返回舱宽敞,可以安放大量实验仪器和生活物资,是航天员进行科学实验、生活起居的空间。

返回舱

直径达2.5米,位于飞船中部,是飞船的控制中心,因而必不可少。通常采用无翼的大钝头旋转体,这种简单外形,具有结构简单、工程上易于实现等特点,其为密闭结构,前端有舱门,供航天员进出轨道舱使用。舱内设置了可供3名航天员斜躺的座椅,座椅前下方设有仪表盘和控制手柄、光学瞄准镜,还装有通信设备等必需的设备。

推进舱

紧接在返回舱后面,通常安装推进系统、电源、气瓶和水箱等设备,起保障和服务作用,即为飞船提供动力,进行姿态控制、变轨和制动,并为航天员提供氧气和水。推进舱的两侧还装有20多平方米的主太阳能电池翼。

过渡段

位于飞船顶部,用于与其它航天器对接或空间探测。

测控通信

神舟七号测控通信动用了5条远洋测量船,其中,远望五号、远望六号船是首次参加航天测控任务的新船,远望一号和远望二号船是旧船。

参加任务的测控站,为5个固定测控站,2个活动测控站;位于主着陆场的活动测控站将首次为测控通信系统提供支持,承担伴飞卫星的测控通信任务。

中国国外的测控站则在神五、神六时使用的纳比米亚站、马林迪站和卡拉奇站的基础上,增加了一个智利的圣地亚哥站,共计4个中国国外测控站。

着陆场地

主着陆场位于内蒙古苏尼特右旗以西地区,(60×60)平方千米见方的区域,其外围还有一个应急扩大区,范围扩大到170千米。

副着陆场位于酒泉卫星发射中心的东南部分,其正常区域范围和扩大区域范围与主着陆场相当。

应急着陆区分为四块。一是火箭上升段,上升段应急着陆区有两块,分为陆上应急着陆区和海上应急着陆区。陆上应急着陆区分为一号责任区、二号责任区和三号责任区,长度将近1860千米;海上也设有三个应急降落区,分A区、B区和C区,其中A区长900多千米,B区长600多千米,C区长近400千米,宽度都是100千米。

运行段也有两块应急着陆区,一块位于中国国内,为应急着陆区,第二块于中国国外,共计七个应急着陆区,这七个应急着陆区分别在澳大利亚、北非、北美、南美等地区。

运载物品

2008年10月1日,神舟七号返回舱开舱暨搭载物交接仪式举行,主要包括:

1、“飞天”舱外航天服手套;

2、出舱航天员展示的手绣五星红旗;

3、固体润滑材料试验装置;

4、三面由健在老红军老将军签名的三面中国工农红军军旗。

5、两岸民众祝福录音U盘、丝质中国地图、江西三清山濒危植物物种等。

技术保障

太空保障

神舟七号的航天食品主要分为六大类,包括主食、副食、补水食品、高能压缩食品、即食食品,还有调品,总数共计80多种。

对比神舟六号,最主要的增加了高能压缩食品,还有另外一类相当于鱼香肉丝、红烩猪排、蘑菇这一类常规炒菜的产品;同时还新增了水果片,以冻干形式处理保存,几种水果放在一块,吃一片水果片,相当于吃到几个新鲜水果  。

太空实验

1、航天员出舱活动。目的是突破和掌握航天员出舱活动相关技术。

2、伴飞卫星试验。按计划,航天员出舱活动结束后,会释放伴飞卫星,围绕轨道舱进行伴飞试验,这个试验的目的是试验和验证卫星在轨释放技术和伴随飞行技术。

3、开展固体润滑材料和太阳电池基板材料外太空暴露试验。目的是研究外太空环境引起材料特性衰变、改性的机理和探索用于提高航天设备中机械运动部件固体润滑材料性能的技术途径。

4、卫星数据中继试验  。

主要任务

飞行计划

1、神舟飞船将从中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场发射升空,运行在高度约343千米的近圆轨道。

2、飞船运行期间,2名航天员进入轨道舱,分别穿着中国研制的“飞天”舱外航天服和从俄罗斯引进的“海鹰”舱外航天服进行出舱活动准备,其中1名航天员出舱进行舱外活动,回收在舱外装载的试验样品装置。

3、出舱活动完成后,飞船将释放一颗伴飞卫星;同时进行“天链一号”卫星数据中继试验。

4、神舟七号飞船完成预定飞行任务后,将返回内蒙古中部地区的主着陆场。

任务目的

神舟七号主要目的是为了实施中国航天员首次空间出舱按计划活动,突破和掌握出舱活动相关技术;同时,开展卫星伴飞、飞行数据终极计划等空间科学技术实验。

任务特点

1、技术跨度大,航天员由舱内活动转向舱外活动,这是载人航天技术的一个重大跨越。实现出舱活动必须突破飞船其他舱的吸附压,载人航天服的微机电,航天出舱活动的地面模拟训练的一系列关键技术,需要完成舱外航天服等的研制。在只进行了两次载人航天飞行之后,我们就实施航天出舱活动,这在技术上的跨度是很大的。

2、任务风险大。本次任务除了存在发射和回收这两个风险高度的出舱外,还增加了航天员出舱这个高风险的时段,主要表现是航天员的出舱活动的顺序很难在地面进行完全全过程的真实的模拟训练。部分新研产品和新技术是首次进行飞行验证。此外,这一次也是神舟飞船第一次载三个人的满负荷的飞行,这些都增加了飞行任务的风险。

3、航天员自主工作能力强。这次飞行任务当中,航天员要在轨对舱外服务进行组装测试;在失重环境中操作时间长,强度大,自主性强,与前两次载人航天飞行任务当中航天员的操作相比有质的差别;因此可以说航天员的操作质量直接关系到这次的任务成败。

4、实施难度大。为了满足航天员出舱活动的要求,飞行产品技术状态发生了较大的变化,飞船进行了227项的变化,火箭进行了36项;必须确保舱外航天服和飞船其擦藏的安全可靠,航天员的各项操作要准确无误,测控通信要连续地稳定,飞行控制要及时准确;其对航天员的素质,对飞行产品,对地面支持保和飞行任务的组织指挥控制,都提出了更高的要求。

5、参试系统庞大。神舟七号任务为了保证航天员的出舱活动阶段的测控的连续,增加了测控船和境外地面测控站;并首次进行了中继飞行的数据传输实验,构成了陆海空天的立体参试体系。飞船测控和航天员的搜救就动用了9艘船舶,30多架飞机。

航天人员

神舟七号载人飞船3名正选航天员包括入选过神五及神六计划的翟志刚、以及2名也曾经入选过神六的队友刘伯明与景海鹏。进行中国航天首次太空出舱活动的是曾经2次入选神舟计划的航天员翟志刚,第1备选是刘伯明。

翟志刚

翟志刚,男,汉族,身高172cm,黑龙江省齐齐哈尔市龙江县龙江镇龙西村人,大学文化、双学士学位。1966年10月10日出生,1984年加入中国共产主义青年团,1985年6月入伍,1991年9月入党,现为中国人民解放军航天员大队二级航天员,副师职,大校军衔。

曾任空军试训中心某团飞行教员,飞过歼七、歼八等机型,安全飞行950小时,为空军一级飞行员。1998年1月正式成为中国首批航天员。经过多年的航天员训练,完成了基础理论、航天环境适应性、专业技术等8大类几十个科目的训练任务,以优异的成绩通过航天员专业技术综合考核。曾入选中国首次载人航天飞行航天员梯队。2005年6月,入选“神舟”六号航天载人飞行乘组梯队成员。2008年6月,入选“神舟”七号载人飞行乘组。

北京时间2008年9月27日16点43分24秒,神舟七号航天员翟志刚开始出舱,16点45分17秒,翟志刚在太空迈出第一步,16点59分,结束太空行走,返回轨道舱。北京时间2008年9月28日,成功返回地球。

刘伯明

1966年9月出生,黑龙江齐齐哈尔市依安人。1985年6月入伍,曾任空军航空兵某师某团中队长,安全飞行1050小时,被评为空军一级飞行员。1998年1月正式成为中国首批航天员。2005年6月,入选“神六”载人航天飞行乘组梯队成员。现为中国人民解放军航天员大队二级航天员。2005年6月,入选“神舟”六号飞船载人飞行乘组梯队成员。刘伯明1990年9月入党,现为中国人民解放军航天员大队特级航天员,正师职,大校军衔。曾任空军航空兵某师某团中队长,飞过歼八等机型。2008年9月25日神七升空,9月27日协助翟志刚完成“出舱行走”任务。

景海鹏

男,汉族,山西省运城市人,中共党员,硕士学位。1966年10月出生,1985年6月入伍,1987年9月入党,现为中国人民解放军航天员大队特级航天员,大校军衔。曾任空军某师某团司令部领航主任,安全飞行1200小时,被评为空军一级飞行员。1998年1月正式成为我国首批航天员。经过多年的航天员训练,完成了基础理论、航天环境适应性等几十个科目的训练任务,通过航天员专业技术综合考核。2005年6月,入选神舟六号载人飞行任务乘组梯队成员。2008年9月,执行神舟七号载人飞行任务,获得圆满成功。2012年3月,入选神舟九号任务飞行乘组。

任务过程

发射

神舟七号运载火箭于2008年9月25日21点10分4秒988毫秒发射升空;

神舟七号飞船

120秒火箭抛掉助推器及逃逸塔;

第159秒火箭一二级分离;

200秒整流罩分离;

500秒三级火箭关机;

583秒飞船与火箭分离;随后飞船正常进入预定轨道,神舟七号飞船成功发射。

21时30分:飞船正常入轨。

出舱

飞船进入轨道运行,环绕地球超过五圈之后进行;

神舟七号飞船

16:35翟志刚在刘伯明与景海鹏的相互帮助下,航天员翟志刚打开舱门,开始出舱活动,翟志刚首先探出头,并向舱外默认的闭路镜头挥手,之后全身走出舱外。刘伯明也把头探出机舱外,交给翟志刚一面小型的五星红旗。翟志刚接过五星红旗,向镜头挥动片刻。随后翟志刚取回舱外装载的固体润滑实验试验样品。

16:58航天员成功完成舱外活动,返回轨道舱内。

17:01轨道舱舱门关闭。

火警误报

在航天员出舱五分钟左右时神舟七号曾经报告“仪表显示,轨道舱火灾”,后经证实,是误报。

第一日

17时30分:航天员出征仪式。胡锦涛来到航天员公寓问天阁,亲切看望执行飞行任务的3名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏,并为他们壮行。

18时许:三名航天员抵达发射场。确认技术状态后,航天员先后进入神七返回舱。

18时35分许:翟志刚开始用指挥棒尝试操作。

21时09分许:神舟七号发射进入1分钟准备,摆杆全部打开。

21时09分许:火箭点火。

21时10分:神舟七号飞船升空.。

点火第120秒:火箭抛掉逃逸塔、助推器.。

点火第159秒:火箭一二级分离成功。

点火第200秒:整流罩分离。

点火第500秒:二级火箭关机。

点火第583秒:飞船与火箭成功分离,星箭分离。

21时22分许:航天员报告:太阳帆板展开,身体感觉良好。

21时30分许:北京航天飞控中心宣布:飞船正常入轨。

21时32分许:载人航天工程总指挥常万全宣布,神舟七号飞船发射成功。

22时07分:神七升空后第一次在轨和出舱活动空间环境预报:空间环境平静,对飞船的在轨运行是安全的。

23时19分许:在神舟七号飞船飞行第二圈过程中,航天员翟志刚首次从飞船返回舱进入轨道舱开展工作。

第二日

4时04分:神舟七号飞船成功变轨,由椭圆轨道变成近圆轨道。

10时20分许:航天员开始组装测试舱外航天服。

12时0分36秒至8分46秒:远望六号船首次精确测控神七飞船。

12时47分至12时59分:神七飞船成功穿越南大西洋异常区域。

21时47分许:“飞天”和“海鹰”两套舱外航天服均组装完成。

21时59分许:航天员翟志刚与飞控中心试验天地对话。

22时25分许,航天员开始穿个人装备。

23时36分许:翟志刚着中国自主研发的“飞天”舱外航天服在太空首次亮相。

第三日

13时57分许:返回舱舱门关闭,航天员开始进行出舱前准备工作。

15时30分许:舱外服气密性检查正常,气压阀检查正常。

15时48分许:指控中心批准轨道舱开始泄压。神七轨道舱开始进行第一次泄压。

14时许:神七飞行任务总指挥部决定:翟志刚为出舱航天员,刘伯明在轨道舱支持配合翟志刚出舱,景海鹏值守返回舱。

16时17分许:神舟七号和北京飞控中心对话,飞船运行正常,航天员表示感觉良好,航天员吸氧排氮结束。

16时22分许:航天员穿好舱外航天服。

16时24分许:出舱活动重要步骤均已结束。航天员吸氧排氮、泄压工作准备完毕。

16时26分许:轨道舱开始第二次泄压,当舱内气压降至2千帕时可满足航天员出舱条件。

16时39分许:在刘伯明、景海鹏的协助和配合下,中国神舟七号载人飞船航天员翟志刚顺利出舱,实施中国首次空间出舱活动。

16时48分,翟志刚在太空迈出第一步,中国人的第一次太空行走开始。

16时58分:北京航天飞控中心发出指令:“神舟七号,返回到轨道舱”。

16时59分许:翟志刚进入轨道舱,并完全关闭轨道舱舱门,完成太空行走。

17时01分许:轨道舱关闭正常。

18时32分许:中共中央总书记、国家主席、中央军委主席胡锦涛与神七航天员进行天地通话。

19时24分:神舟七号飞船飞行到第31圈时,成功释放伴飞小卫星。这是中国首次在航天器上开展微小卫星伴随飞行试验。

20时16分许:伴飞卫星完成对神舟七号的20分钟拍照,图像十分清晰。

21时45分:神舟七号上的三位航天员与家人进行天地通话。

第四日

神舟七号飞船

11时06分许,航天员换好舱内航天服。

11时16分许,三名航天员穿舱内压力服,做返回准备。返回控制数据将注入飞船。

11时46分许,返回控制数据已注入飞船。

12时51分许,神舟七号返回舱舱门关闭,神七返回阶段开始。

15时26分许,担任搜救回收神七飞船任务的车队已从四子王旗乌兰花镇出发,正在向主着陆场进发。

15时59分许,四子王旗主着陆区进入高度戒备状态,大小路口均有执勤人员把守,严禁无关人员和车辆进入。16时22分许,主着陆场地面搜救分队正向飞船理论落点开进。

16时41分许,各测控站点进入神七飞船返回跟踪的10分钟准备。

16时44分许,北京飞控中心发出飞船调姿指令。飞船一次调姿到位。

16时51分许,北京飞控中心宣布飞船进入正常返回轨道。

17时02分许,主着陆场六架搜救直升机全部起飞。

17时06分许,北京航天飞行控制中心向各测控点发出落点预告。

17时12分许,推进舱和返回舱成功飞离。

17时17分许,搜救直升机到达指定空域待命。

17时20分许,神舟七号飞船飞入中国上空。

17时20分许,返回舱降落伞打开。

17时21分许,飞船进入黑障区,与地面指控中心的通信暂时中断。

17时22分许,飞船进入主着陆场上空。

17时24分许,飞船飞出黑障区。

17时25分许,搜救人员在直升机内举牌提示:搜救开始。

17时25分许,三名航天员向地面通报感觉良好。

17时36分许,神舟七号完成载人航天任务,返回舱顺利着陆。

18时22分许,航天员翟志刚成功出舱。

18时23分许,航天员刘伯明、景海鹏成功出舱。

返回

19:30神舟七号释放伴飞小卫星

2008年9月28日16:54飞船进入正常返回轨道;

17:16飞船返回中国上空;

17:25太空船离开“黑障区”,并且打开主伞。

17:36成功着陆;

18:22航天员自主出舱。

系统构成

航天员系统

神舟七号飞船

航天员选拔

中国航天员科研训练中心的前身是创立于1968年4月1日的宇宙医学及工程研究所,2005年9月30日更名为中国航天员科研训练中心,成为继俄罗斯加加林训练中心,美国休斯顿航天中心之后,世界上第三个航天员科研训练中心,被誉为“中国航天员成长的摇篮”。

据称,“神七”是在总结“神五”、“神六”航天员选拔经验的基础上,根据每名航天员在乘组中的不同分工,依据个人特点进行的科学选择,完全遵循“科学、公正、客观、合理”的原则。航天专家介绍说,“神七”航天员是经过5级筛选才脱颖而出的,可谓“两百里面挑一”。

飞天号航天服

神舟七号准备了两套航天服,一套是俄罗斯海鹰号航天服,一套是中国自主研究的飞天号航天服。飞天号航天服接口各方面都是按照中国的模式来做的,飞天号是我们的自主知识产权。

飞船应用系统

飞船应用系统是一个实用性的系统,它与人们的生活、环境息息相关。飞船应用系统的主要任务是利用载人飞船的空间实验支持能力,开展对地观测、环境监测,进行材料科学、生命科学、空间天文、流体科学等实验,安装有多项任务的上百种有效载荷和应用设备,飞船试验阶段的应用属试验性质,实验内容非常广泛,研究成果将广泛用于医药发展、食品保健、防治疑难病症以及工业、农业等各行业之中。

载人飞船系统采用由轨道舱、返回舱和推进舱组成的三舱、两对太阳电池帆板构型和升力控制返回、圆顶降落伞回收方案。其中轨道舱位于飞船的前部,装有船上各分系统为飞船自主飞行和留轨飞行工作所需的设备及有效载荷。神舟”四号多模态微波遥感器,在轨运行取得大量具有应用价值的科学数据,一举试验成功微波辐射计、微波高度计和微波散射计,是中国空间遥感技术的重要突破;配合微波高度计的飞船精密定轨,达到中国低轨道空间飞行器全球定轨的最高精度;卷云探测仪具有探测大面积卷云和薄卷云的能力,结果超出预期,受到用户的高度评价;为中国首次实现对全球环境重要参数绝对量的探测,对太阳和地—气紫外、太阳常数和地球辐射收支状态等进行了系统监测,观测成果达到国际水平。在空间天文方面,在国内率先对宇宙及太阳的高能暴发现象进行空间观测,取得了γ射线暴探测研究的重要成果。

载人航天工程一期空间科学计划的成功,使中国掌握了空间科学实验的重要关键技术,空间科学实验和探测水平跨上了一个新台阶。作为载人航天安全保障而安排的空间环境监测及预报研究,获取了大量有价值的飞船轨道空间环境参数,准确预报了对飞船发射有危害的流星暴事件和其他灾害性空间环境状态,保障了飞船和航天员的安全,建立了空间环境预报中心,有力地推动了中国空间环境预报保障体系的建设和发展,同时促进了相关学科的研究水平。

载人飞船系统

(1)轨道舱呈圆桶形状,是航天员工作、生活和休息的地方。轨道舱调整了舱内布局设计以便安装应用系统设备及航天员食品和饮用水装置。轨道舱的后端底部设有舱门,航天员通过这个舱门可以进入返回舱。神舟一号至神舟六号轨道舱外部两侧装有两个像鸟儿翅膀一样的太阳电池翼,轨道舱所需要的电能就是由这两个电池翼提供的。神舟七号由于在轨返分离后,轨道舱不执行留轨测量任务,所以取消了轨道舱太阳翼。

(2)返回舱是载人飞船唯一返回地球的舱段,飞船起飞、上升到入轨及返回着陆时,航天员都在返回舱内。神舟六号的返回舱形状像钟,其舱门与轨道舱相连,航天员通过这个舱门,可以进入轨道舱。返回舱是飞船的指挥控制中心,舱内安装了航天员的座椅。飞船在起飞、上升和返回地面时,航天员躺在座椅上的。返回舱内还安装了飞行中需要航天员监视和操作的仪器设备,航天员通过这些仪表可以随时判断、了解飞船的工作情况,还可以在必要时人工干预飞船的系统和设备的工作。载人飞船的轨道舱和返回舱都是密封的舱段,舱内与外界完全隔绝,内部安装的环境和生命保障系统,将为航天员提供一个与地球环境一样的舒适生活环境。另外,还安装了供着陆用的主、备两具降落伞。返回舱侧壁上开设了两个圆形窗口,一个用于航天员观察窗外的情景,另一个供航天员操作光学瞄准镜观察地面驾驶飞船。

运载火箭系统

神舟七号使用长征二号F火箭发射升空。火箭功能及性能满足工程总体和飞行任务要求;产品技术状态受控,研制质量良好,出现的质量问题已经全部归零或有不影响飞行任务的明确结论;完成了规定的可靠性安全性项目试验,各项准备工作满足载人航天飞行产品出厂放行准则的要求。

神舟七号飞船

长征2F运载火箭主要技术指标:

飞船重量为8吨多,占船箭组合体起飞重量的六十二分之一:要把一公斤的东西送入轨道,火箭就得消耗62公斤。神舟六号飞船比神舟五号在重量上有所增加,因此发射神六的火箭也重了不少。

火箭芯级直径为3.5米:中国铁轨轨距定为1.435米,按照这个轨距修建的铁路,能够运输的货物最宽为3.72米,去掉车厢外壳,只剩下3.5米。因此,用标准铁路进行运输的火箭最大直径只能达到3.35米。

火箭入轨点速度为每秒7.5公里:这个速度是音速的22倍。

火箭轨道近地200公里,远地350公里:地球半径6400公里,火箭轨道与地球的距离,为地球半径的几十分之一。

发射场系统

载人航天发射场的基本任务是,为运载火箭、飞船、有效载荷提供满足技术要求的转载、总装、测试及运输设施;为航天员提供发射前的生活、医监、医保和训练设施;为载人飞船发射提供全套地面设施;组织、指挥、实施载人飞船的测试、发射及飞行上升段的指挥、调度、监控、显示和通信;组织、指挥、实施待发段和上升段的应急救生;完成运载火箭上升段的跟踪测量和安全控制;为航天指挥控制中心提供有关参数和图像;提供载人航天发射区的后勤服务保障

神舟七号飞船

酒泉发射场建在戈壁沙漠的绿洲上,西依山,东临河,是当年聂荣臻元帅亲自挑选的。至今,酒泉卫星发射中心,不在甘肃的酒泉。其实酒泉发射中心位于内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗境内,这里距离酒泉还有210公里。当时以“酒泉”命名,一是因为当时各国导弹卫星发射场起名时均避开真实地址,二是发射场地处茫漠戈壁,很难选一个有知名度的地名,而酒泉是与发射中心距离最近,且在历史上是有名的城市。

酒泉卫星发射中心又称“东风航天城”,是中国科学卫星、技术试验卫星和运载火箭的发射试验基地之一,是中国创建最早、规模最大的综合型导弹、卫星发射中心,也是中国唯一的载人航天发射场。随着任务的变化,发射场在神七任务中不仅要为舱外航天服提供测试环境和技术保障,还要重新制定测试和发射流程,把舱外航天服与飞船的联试、舱外航天服与火箭的联试等纳入测试流程。

测控通信系统

在“神舟”飞船七大系统中,测控与通信至关重要。如果航天器好比是风筝,测控站和分布在三大洋的远洋测量船就是牵住风筝的那一根线,地面的控制系统就像放风筝的人,测控与通信总体方案设计水平的高低,直接关系着载人航天工程的成败。中国航天器测控系统已经形成了以西安卫星测控中心为中枢,以十多个固定台站、活动测控站和远望号测量船为骨干的现代化综合测控网。在载人航天工程中,中国的飞船测控系统使用了统一S波段系统,通过同一套发射机和天线系统、接收设备发送或接收遥测和遥控信号以及话音和电视信号。探月的号角吹响后,中国的航天测控网又开始建设探月测控系统,月球探测二期工程将建设35米口径天线深空测控网,提高中国深空测控的能力。未来中国还将进一步加强深空测控领域的国际合作。

着陆场系统

飞船着陆场系统是指担负对飞船再入轨迹的捕获、跟踪和测量,搜索并回收返回舱,以及对航天员出舱后进行医监医保、医疗救护和紧急后送等相关分系统的总称。

着陆场是中国载人航天工程新增加的一个系统。着陆场系统的主要任务是:飞船在太空飞行后,从返回舱再入大气层开始,利用先进的无线电测量系统,对目标进行捕捉、分析和落点预报,然后组织迅速逼近返回舱,并且对返回舱进行处置,且将其安全运回基地。着陆场系统还包括:飞船上升段陆上和海上应急返回搜救分系统,在海上救生区部署了专门的打捞救生船和直升机,配备了能在复杂海况下打捞漂浮在海面上的返回舱的设备。当然,飞船的着陆场不是像跳伞员降落地点那样,在一块平坦的地面上画个圈,做个明显标志,跳伞员自己控制降落伞,落到里面就行了的。飞船着陆场的选择远不是这样简单,而且它的建设是一个非常复杂的系统。

太空行走概况

任务执行情况

2008年9月25日21时10分:神舟七号飞船搭载三名航天员发射升空。21时30分:飞船正常入轨。22时07分:神七升空后第一次在轨和出舱活动空间环境预报——空间环境平静,对飞船的在轨运行是安全的。2008年9月26日4时04分:神舟七号飞船成功变轨,由椭圆轨道变成近圆轨道。10时20分:航天员开始组装测试舱外航天服。21时47分:“飞天”和“海鹰”两套舱外航天服均组装完成。21时59分:航天员翟志刚与飞控中心试验天地对话。22时25分,航天员开始穿个人装备。23时36分:翟志刚着中国自主研发的“飞天”舱外航天服在太空首次亮相。

2008年9月27日13时57分:返回舱舱门关闭,航天员开始进行出舱前准备工作。15时30分:舱外服气密性检查正常,气压阀检查正常。15时48分:指控中心批准轨道舱开始泄压。神七轨道舱开始进行第一次泄压。16时22分:航天员穿好舱外航天服。16时24分:出舱活动重要步骤均已结束。航天员吸氧排氮、泄压工作准备完毕。16时48分,翟志刚在太空迈出第一步,中国人的第一次太空行走开始。16时59分:翟志刚进入轨道舱,并完全关闭轨道舱舱门,完成太空行走。

2008年9月28日11时06分,16时51分,北京飞控中心宣布飞船进入正常返回轨道。17时12分,推进舱和返回舱成功飞离。17时20分,神舟七号飞船飞入中国上空。17时20分许,返回舱降落伞打开。

创新与突破

神舟七号载人航天飞行任务的主要目的是突破和掌握航天员出舱活动技术,与“神五”、神六”任务相比,技术上主要突破了载人飞船气闸舱、舱外航天服和航天员地面训练等关键技术。

一是气闸舱与生活舱一体化设计技术。轨道舱进行了全新的设计,兼作航天员生活舱和出舱活动气闸舱,增加了泄复压控制功能、出舱活动空间支持功能、舱外航天服支持功能、出舱活动无线电通信功能、舱外活动照明和摄像功能、出舱活动准备期间的人工控制和显示功能等。

二是出舱活动飞行程序设计技术。在出舱活动飞行程序设计上,考虑运行轨道、地面测控、能源平衡、姿态控制、空间环境适应性等多种约束条件,通过合理、优化配置飞船的资源,设计出具备在轨飞行支持出舱活动的程序平台。

三是中继卫星数据终端系统设计及在轨试验设计技术。神舟七号飞船装载了中国中继卫星系统的首个用户数据终端系统,进行了国内首次天地数据中继系统数据传输试验。

四是航天产品国产化技术与应用。对部分关键器件、组件采用了国产化产品,对于促进航天科技,带动中国相关科学技术进步,发展自主创新型科技具有重要意义。

五是载人飞船3人飞行能力设计与应用技术。按照3人人体代谢指标设计、配置了环境控制设备,提供可容纳3名航天员生活和工作空间,设计了3人指挥、操作、协同关系程序。

六是伴飞卫星释放支持及分离安全性设计技术。为伴飞卫星提供了释放平台和释放能力,解决了伴飞卫星释放后对飞船的安全性影响问题。

气闸舱技术

神舟七号飞船设计的大部分挑战和特色,来自于气闸舱研制。

神舟七号飞船和神舟六号飞船一样,也是推进舱、返回舱、轨道舱的三舱结构。为了完成航天员出舱活动,轨道舱经过改进,既保留了航天员的生活舱功能,又充当出舱活动需要的气闸舱。

气闸的功能类似于长江三峡大坝的船闸,不同的是船闸用来调节水位高度,气闸舱用来调节气压。航天员出舱前,气闸舱能够快速泄出空气,使舱内压力接近真空状态下的零气压;航天员返回后,气闸舱又能快速恢复压力至一个标准大气压。气闸舱内还必须配置其他支持航天员空间出舱活动的设备设施。

尽管是在“神六”轨道舱基础上进行修改,但“牵一发而动全身”。神七的轨道舱(气闸舱)实际上已经是一个全新的航天器。从外形上看,去掉了一对太阳帆板,顶部安装了多个圆球形的气瓶,还捆绑了一个颗伴飞小卫星。从内部结构上看,配备了复压气瓶、两套舱外航天服、泄复压控制设备和出舱保障控制台等舱载支持设备,同时还提供了睡袋、食品加热、个人生活用品和个人卫生装置等生活设施。气闸舱为此进行了全新设计,从电路的排布、防热的措施、火工品的设计、软硬件系统的接口等都要重新开始。它在结构强度、振动、热真空等极端环境试验一个都不能少。

不论是航天员出舱进行太空行走,还是返回轨道舱,关好舱门非常重要,因而飞船舱门被设计师称为“生死之门”。出舱舱门虽然只有20千克重,却有170多个零部件。在沿用了神六舱门的工作原理和设计形式等成熟技术的基础上,神七的舱门进行了十多个项目的改进设计。考虑到航天员身着出舱航天服,充压后服装体积会增大,“神七”舱门的通径也比神六有所增加。舱门打得开、关得上、密封可靠成为三个非常重要的环节。在真空、高低温、失重的太空环境下,将舱门打开,并不像在地面开关门那么轻而易举。而且舱门若不能保证密封,轨道舱内就无法复压,意味着2名航天员将无法脱掉舱外航天服,不能回到返回舱。2004年,设计人员特意研制了真空热环境舱门开关装置,实现了在地面进行真空和高低温环境下的试验验证。舱门专用的“真空罐”里,设置了开关舱门的机构,像一只机械手在模拟航天员的操作。设计人员为了获得舱门在更为恶劣的太空环境中的数据,还把“真空罐”的温度拉偏到零下45度和零上45度。通过计算机操作,获得试验验证数据。

气闸舱有9个氧气瓶,其中2套航天服各使用3个,另有3个是舱载气瓶。正常情况下用不到这么多氧气瓶,数量多一点是为了应对异常。

舱外顶端的伴飞小卫星,紧挨着5个复压气瓶。为防止释放小卫星时所产生的碎片可能会像子弹一样打到气瓶,科研人员还给气瓶穿上防弹衣。另外,气闸舱内的有线和舱外无线通信系统、出舱活动操作显示界面、照明灯、摄像装置等设备都充满了设计师的智慧。

系统技术

对于神舟七号飞行任务来说,出舱活动是这次飞行的最大技术创新点。而对于出舱活动来说,航天员选拔训练及舱外航天服的研制都是直接影响飞行成败的关键技术。

(1)出舱活动训练

针对神舟七号任务航天员主动操作多、难度大、在轨应急处置情况复杂的特点,航天员系统周密考虑了各种可能出现的复杂情况和风险,从实战出发,从难从严加强训练,切实增强执行任务特别是各种应急情况处置能力。在方案设计上,充分继承神五、神六成功经验,针对出舱活动特点,结合各类资源实际,立足最困难、最复杂,科学合理制定各类方案预案,组织初选入选的六名航天员完成了针对性的训练任务。这种针对性训练包括以下6个方面:进行了人-船-地联合测试参试任务;进行了航天员在模拟失重训练水槽的训练;完成了航天员出舱活动程序训练模拟器的训练;完成了本阶段固定基模拟器的训练;开展了舱外航天服强化训练、气闸舱理论与操作训练;开展了飞行手册学习、心理表象训练、体质训练、装船设备操作训练、飞船技术训练、集体讲评和研讨等内容的训练。

这些针对性训练为确保神舟七号顺利实施打下了坚实的基础。

(2)舱外航天服

舱外航天服是神舟七号飞行任务的又一大关键技术。舱外航天服实际上是一个浓缩了的舱外生命保障系统。在服装内要给出舱活动的航天员提供大气压力、氧气供给、温湿度控制等。舱外航天服为航天员在太空提供生命保障、安全防护和通信保障,是航天员出舱活动的主要装备,系统复杂、高度集成,技术难度很大,安全可靠性要求很高。从1995年开始,中国开始舱外航天服关键技术的研究和部件研制。2004年,舱外航天服研制工作全面启动后,陆续完成了方案、初样、正样阶段的研制,并生产了飞行用和航天员地面训练用多套舱外航天服。

在研制过程中,中国针对舱外航天服作了大量的地面试验和验证,建立了一系列训练试验保障条件,研制了航天员地面训练模拟器、中性浮力水槽模拟太空失重环境,利用低压训练舱模拟太空热真空环境,利用出舱程序训练模拟器进行程序训练和故障处理训练等。各项地面测试、试验数据表明“飞天”舱外航天服的性能指标能够满足神舟七号任务航天员出舱活动的需要。中国研制的单套飞行舱外航天服产品费用约3000万元人民币。

中继卫星

“天链一号01星”在“神舟七号”载人航天飞行中得到了首次应用,使得“神舟七号”飞船的测控覆盖率将由原来的12%大幅提高到60%左右。中继卫星的成功发射标志中国航天应急和管理能力又有新进步。“天链一号01星”在3个方面得到应用并发挥重要作用:

——“远望”号测量船队加上十余个地面站,才能为“神舟”飞船提供12%的测控覆盖率。而一颗中继卫星就可覆盖飞船50%的飞行轨道,无论是经济效益还是使用效率都有了质的提高。

——航天器在太空中出现故障,抢救时机往往以秒计,一旦错过就可能造成永远无法挽回的损失。随着中国卫星数量的增多,故障率不可避免要增加。张建启说,中继卫星投入应用后,将使航天器故障能够及早发现、尽早解决。

——资源卫星、环境卫星等应用卫星获得的科学数据,要在卫星经过地面站上空时才能下传使用,如果突发重大自然灾害,就会失掉最佳的应对处置时机。中继卫星可使各类卫星实现数据实时下传、及时应用,是各类应用卫星的效能倍增器。

在轨试验任务

神舟七号载人飞船的亮点除了航天员出舱外,还有一项重要的任务就是进行在轨试验。神舟七号飞船发射同时释放了一颗伴星,利用这颗伴星对飞船进行照相和视频观测。此次伴星试验任务的成功,标志着中国成为了世界上第三个掌握空间释放和绕飞技术的国家。此外,神舟七号载人飞船还进行了固体润滑材料的在轨试验,将中科院提供的固体润滑材料在外太空暴露后,由航天员在出舱行走时进行回收。

(1)伴飞卫星试验

伴飞卫星是伴随在另一航天器附近作周期性相对运动的卫星。

神舟七号载人飞船是中国首次开展航天器平台在轨释放伴星,以及伴星的伴随飞行试验,其任务目标是:试验和验证伴星在轨释放技术;伴星释放后,对飞船进行照相和视频观测;在返回舱返回后,由地面测控系统控制,择机进行对轨道舱形成伴随飞行轨道的试验,为载人航天工程后续任务中拓展空间应用领域奠定技术基础。

神舟七号载人飞船的伴星是在继承中科院“创新一号”小卫星成熟技术的基础上研制的中国第一颗空间伴随微小卫星。该伴星采用了多项创新设计,突破多项关键技术,许多技术在国内属首次使用。伴星采用了两舱结构一体化设计,采用了轻型镁合金材料作为主结构框架,承力板同时用作星内单机的安装板,提高了卫星的功能密度,使整星质量不超过40kg,同时具有光学成像、大容量压缩存储、机动变轨、伴随飞行、自主导航、多模式指向、测控数传等多种功能。

神舟七号载人飞船伴星的功能决定了这颗卫星研制的要求高、难度大。负责该卫星研制的中科院上海卫星工程中心经过一系列的技术攻关,已经实现了多项技术突破:

a.彩色视频和高效信息存储。神舟七号载人飞船伴星上装有一台双镜头可见光照相机,可以灵活利用两个不同焦距的镜头分别在几米到几公里的大范围内对飞船进行高分辨率彩色照相观测或高帧频视频观测。星上JPEG2000图像压缩算法极大提高了数据存储的效率。星上大容量存储器最多可以存储3000多张图片。

b.高效电源模块。主要采用的国产三结GaInP2/GaAs/Ge高效太阳电池阵,其光电转换效率高于26.5%,接近国外先进水平;伴星在国内首次采用了大容量锂离子电池作为在轨航天器电源,并通过对电源控制器的优化设计,实现对锂离子电池组的安全控制和智能保护,保证伴星在轨电源供给。

c.多任务指向模式的微型化姿控模块。神舟七号载人飞船的伴星具有GPS自主定轨能力和三轴稳定姿态控制能力,除了常规对地姿态定向外,还具备对飞船定向、变轨姿态机动和指向、对伴飞目标定向等多种指向功能。构成姿态控制模块的太阳敏感器、磁强计、陀螺和动量轮、磁力矩器等均采用了微型化设计,其中三个面的太阳敏感器总重不超过100克,三轴微型磁强计采用探头与电路一体化设计。

d.微型液化气推进。伴星装有一套微型液化气推进系统,实现轨道机动、空间目标接近、轨道绕飞形成和保持。该系统具有体积小,重量轻,功耗低等优点。通过天地大回路控制,开展对非合作目标的接近及近距离高精度绕飞,此项技术对中国未来的空间交会对接和轨道安全性技术均具有重要应用价值。

e.小型化测控与数传。神舟七号载人飞船的伴星采用统一波段(USB)测控体制。安装USB测控应答机,实现国内测控网对在轨伴星的统一测控管理;还安装有一台高速数传机,数传速率可以达到768kbps,可将相机在轨拍摄的图像数据快速下传至地面。

(2)固体润滑材料的在轨试验

神舟七号载人飞船入轨后开始进行固体润滑材料试验。固体润滑材料试验装置是一件可以可靠锁紧和便利解锁的锁紧机构,在发射阶段将安装有试验样品的样品台可靠地固定在舱外,飞船飞至第29~30圈航天员出舱活动,在出舱活动期间由航天员便利地解锁并回收样品台。

其操作流程是:航天员在舱外打开试验装置的紧固机构→取回样品台→传递给舱内航天员→舱内航天员将样品台放入样品回收袋;航天员进入返回舱后将样品台及样品回收袋在返回舱内指定位置上固定→返回舱返回后,在飞船总装厂移交试验样品。

中国航天员首次太空行走的工作项目确定为取回固体润滑材料试验装置,应用系统副总设计师赵光恒介绍,选择这个项目基于国家建设急需、跟踪国际前沿、便于航天员操作等5大原因。

第一,固体润滑材料是航天器上广泛使用的润滑剂,属国家航天事业发展急需的一种材料。太空真空和失重环境,使地面上使用的任何一种液体润滑剂在顷刻间气化,而二硫化钼等固体材料电镀或沉积在转动机构表面,可以起到润滑作用。近年来,随着我国航天器数量的不断增多,固体润滑材料的性能对航天器使用寿命的影响因素越来越突出。太阳电池基底薄膜材料也是航天器寿命的影响因素之一,出于效益最大化考虑,一并进行试验。

第二,固体润滑材料试验安全可靠,便于航天员操作。固体润滑材料试验装置总重量3公斤,体积与一包A4打印纸相当。试验样品化学性能稳定,不易燃烧,不易发生爆炸。飞船发射前装在舱壁,航天员出舱时只需取回即可,操作简单方便。

第三,固体润滑材料性能研究属国际前沿。“神七”的试验样品中,有4大类11种固体润滑材料,还有4种太阳电池基底薄膜材料。有的材料在公开报道中还没有国家使用过,其性能机理尚不清楚,科学家们期待试验中会有新发现。

第四,在神舟七号的飞行时间内能够获得试验效果。神舟七号飞船最多能满足3名航天员7天飞行,很多试验需要较长周期。固体润滑材料在太空暴露40个小时以上就能取得效果。

第五,单次试验的后续效益大。今后的试验可以在地面模拟进行,获得与外太空一样的效果,大大节省研制经费和时间,提高效率。

任务意义

神舟七号载人飞行任务,不单单代表了这个技术本身的发展,同时也代表了整个国家科技的、经济的一个综合实力,更多是一种实力的展示,它让世人更加得会看到中国航天事业的发展。(中国航天员杨利伟 评)[2]

通过神舟七号的发射和飞行试验,中国将突破航天员出舱活动的重大关键技术,为下一步空间站的建设奠定技术基础。(新华网 评)

神舟七号载人航天飞行任务于28日取得圆满成功,中国人的足迹第一次印在了茫茫太空。多个国家的航天专家、宇航员和航天机构对此予以积极评价,认为这将会改变国际空间技术合作的格局,并期待中国成为太空领域国际合作的重要伙伴。

太空中的强国

日本负责制定航天事业政策的宇宙航空研究开发机构在接受新华社记者书面采访时说,一个国家如果能够顺利完成载人航天飞行和太空行走,表明这个国家的载人航天技术已经拥有了高度的可靠性和安全性。

俄罗斯宇航员瓦列里·托卡列夫也持同样观点。他认为,中国航天技术的发展令整个世界感到惊讶,实施太空行走是一个国家成为航天强国的标志。他说,载人航天集中体现了国家整体科技发展水平,标志着一个国家在世界航天领域的领先地位。中国已经掌握了先进的载人航天技术,而且中国有能力保持航天技术的飞速发展,向世界展示一个迅速崛起的中国。

马来西亚知名年轻学者胡逸山29日在吉隆坡说,中国航天员首次实现太空行走以及神七返回舱安全返回,是中国跻身世界科技强国的一个标志。他说,中国对神七整个太空之行都进行了公开、透明的转播和报道,向世人传达了中国和平利用开发太空的声音。此外,神七也将带动中国其他相关产业和技术的发展,尤其是高科技,使中国的工业和技术水平走上一个新的台阶。

一些国家的专家还对中国航天技术的发展速度感到震惊。俄罗斯《航天新闻》杂志社专家伊戈尔·利索夫对俄报纸网说:“中国人在做我们和美国人40年前所做的事情,不过,打个比方说,我们的东方号飞船六次飞行所完成的工作,他们只用一次飞行就完成了。我们飞行10到15次才能达到的目标,他们只需4到5次就可以实现。他们希望以质取胜,重点突破。”

航天伙伴

加拿大宇航员比亚德尼·特里格瓦松在接受新华社记者采访时说,中国成功发射神七载人飞船,并首次实现太空行走,显示“中国在航天技术领域取得了巨大进步,中国应该成为世界航天技术合作领域的平等伙伴”。他认为,这次发射载人飞船不仅对中国意义重大,也将改变国际空间技术合作方面的格局,中国有可能在不久的将来成为世界空间技术合作中的主力。

欧洲航天局负责与中国和俄罗斯合作事务的官员卡尔·贝里奎斯特强调,中国在航天领域的发展不是一种威胁,对欧航局来说意味着机遇。神舟飞船还会不断发展和更新,这就为未来的合作打下了基础。无论是美国、俄罗斯、欧洲还是中国,都对探索宇宙表现出浓厚的兴趣,最好的探索方式就是合作。

当被问到中美两国在太空探索领域的合作前景时,美国宇航局总部负责公共事务的官员迈克尔·布鲁克斯表示,美国宇航局与中国国家航天局同意建立工作组,在地球科学和空间科学领域进行探讨,“国际对话可以增强人类对地球以及太空的认识,中国的太空探索项目为中美在地球和空间科学领域的合作提供了潜在机会”。

而在神七发射前,日本内阁官房长官河村建夫就已表示,中国的航天发展达到了很高的水平,“将来我们必须考虑与中国展开太空合作。我们可以开始考虑这件事了”。

新的里程碑

曾3次太空行走的美国前宇航员温斯顿·斯科特说,几天来他一直关注神七,中国航天员首次太空行走持续了

神舟七号飞船

大约20分钟,但“时间长短并不重要,重要的是这是(中国载人航天的)一个具有重要意义的成就”。

著名美国华裔宇航员卢杰在发给新华社记者的一封电子邮件中说:“太空行走是一项非常重要的太空探索能力,它将成为中国太空探索中的一个新里程碑。”

法国国家空间研究所中国航天事务专家茜尔维·卡拉里持同样看法。卡拉里说,神七的重要突破就是中国航天员的首次太空行走,通过实现这项操作,中国在太空探索上又迈出了一大步。无论是宇航员的太空服,还是其他为舱外活动配的设备,都意味着中国在航天技术方面的进步。

国际宇航联合会负责人菲利普·威尔肯斯认为,这次飞行任务是中国未来建设空间站的关键一步。威尔肯斯对新华社记者说,神七航天员出舱行走表明中国具备了在太空中进行更为复杂操作的能力,将为中国未来建设空间站打下基础。

获得荣誉

获奖单位所获获奖
"神舟七号"航天员团队2008年度感动中国年度人物

文化特色

纪念邮品

2008年9月26日,中国集邮总公司发行“载人飞船成功发射”纪念封一枚,《太空漫步》邮折一枚,内含异型边饰六枚版个性化邮票一版,同时还推出其他神七系列邮品,如收录大量航天题材邮票的卡书、航天员亲笔签名的纪念封等,以此为纪念神七发射成功。