神舟之路：从神一到神七(1)

    神舟一号　横空出世——中国载人航天工程第一次飞行任务

    1999年11月20日至21日，我国进行载人航天工程第一次飞行试验，主要目的是考核运载火箭性能和可靠性，并利用这一机会，验证飞船关键技术和系统设计的正确性，以及包括发射、测控通信、着陆回收等地面设施在内的整个工程大系统工作的协调性。

图：神舟一号飞船在内蒙古中部地区成功着陆

    一、分系统情况简介

    1.飞船系统

    试验飞船由推进舱、返回舱和轨道舱组成。轨道舱是航天员生活和工作的地方。返回舱是飞船的指挥控制中心，航天员乘坐其上天和返回地面。推进舱也称动力舱，为飞船在轨飞行和返回时提供能源和动力。参加试验任务的有结构与机构、热控、电源、制导导航与控制、数据管理、推进、测控通信、回收着陆、环控生保等九个分系统。

    飞船三舱总长8米，圆柱段直径2.5米，锥段最大直径2.8米，总质量为7755千克，返回舱采用普通圆伞和着陆缓冲发动机陆地软着陆，主伞面积1200平方米，着陆速度不大于3.5米/秒。

    2.火箭系统

    发射神舟一号飞船的“长征二号F”运载火箭，是我国为载人航天工程而研制的新型捆绑式大推力运载火箭。“长征二号F”火箭是在“长征二号E”火箭基础上研制的以发射载人飞船为主要目的的运载火箭。

    为适应载人航天高安全性和可靠性要求，“长征二号F”火箭除对箭体结构、动力装置系统、控制系统、遥测系统等进一步提高可靠性外，还增加了逃逸救生和故障检测处理分系统等，以提高载人航天的安全性。

    “长征二号F”的主要构型为芯级捆绑四个助推器，芯一级、二级直径3.35米，整流罩最大直径3.8米，逃逸塔最大直径为2米，全箭总长58.343米。采用常规推进剂,燃烧剂为偏二甲肼，氧化剂为四氧化二氮。火箭加注后质量约480吨。起飞推力600吨。

    3.发射场系统

    发射场在酒泉卫星发射中心建设，主要由技术区、发射区、试验指挥区等组成。采用“在总装厂房垂直总装、垂直测试、箭船组合体在活动发射平台上垂直整体运输”及在测发楼对发射工位上的火箭进行远距离（1.5千米）测试发控的全新发射模式。这是此次任务中的一大技术亮点。

    4.测控通信系统

    载人航天测控网是以S波段统一测控系统（采用国际标准体制）为主的陆海基测控网，可国际联网。参加任务的有3个中心、11个地面站和4艘远望号测量船。各中心、测控站（船）通过通信网有机结合、协调工作，共同完成对火箭和飞船的测控任务。在原有的航天测控网基础上，我国新建的符合国际标准体制的陆海基航天测控网，也在这次发射试验中首次投入使用。飞船在轨运行期间，地面测控系统和分布于公海的4艘“远望”号测量船对其进行了跟踪与测控，成功进行了一系列科学试验。

    火箭上升段的测控任务由东风、兴县、渭南和青岛站完成，东风指控中心指挥。运行段的测控任务由东风、渭南、青岛、厦门、喀什、卡拉奇、和田、南非HBK及4艘测量船完成，返回段由远三、HBK、和田、东风副场站、主着陆场站完成，均由北京航天指控中心统一指挥，西安卫星测控中心作计算备份。

    5.着陆场系统

    主着陆场位于我国内蒙中部二连浩特以南阿木古朗草原，负责在飞船返回时的跟踪、搜索和回收。参加搜索回收的设备有直升机和特种车辆。

    6.航天员和飞船应用系统

    航天员系统和飞船应用系统部分装船产品参加本次任务开机工作，另一部分装船产品不开机工作，但也将经受真实的空间环境和力学环境的考验。

    二、任务执行情况

    1999年11月20日北京时间凌晨6时30分3.5秒，“长征二号F”运载火箭载着神舟一号试验飞船在我国酒泉卫星发射中心发射。

    火箭起飞后飞行111秒逃逸塔分离，123秒四个助推器分离，155秒一二级分离，197秒整流罩分离，454秒二级关机，569秒二级游机关机，572.5秒船箭分离后，飞船在青岛西南部海洋上空入轨。

    发射段“长征二号F”运载火箭各级飞行正常，地面测控正确，北京中心入轨十分钟后的计算结果表明，飞船准确进入预定轨道：轨道倾角为42.564度、近地点高度200.04千米、远地点348.715千米,轨道周期5391.437秒。

    飞船入轨后，北京中心对飞船工况进行了监视，遥测数据表明，飞船建立轨道飞行姿态正确，太阳电池帆板展开正常并准确捕获太阳，飞船工作正常。

    运行段飞行第3圈时，北京中心计算并通过喀什站向飞船注入了试喷控制参数。飞行第5圈经过太平洋远二测量船上空时，飞船发动机试喷成功。北京中心根据试喷后的外测数据进行了控后轨道改进及返回参数和控制量计算。

    飞船控制分系统根据发射段、试喷过程及前10圈对陀螺工程遥测参数的监视，确认陀螺工作正常，飞船第15圈采用升力式返回。

    飞船第13圈在经过渭南、青岛上空时，两地面站进行返回控制数据注入没有成功。北京中心根据实际情况，马上通知在大西洋的远三测量船，准备14圈飞船进入其测控区时进行数据注入。远三测量船及时捕获飞船并注入成功。

    飞船在轨运行第14圈，于21日凌晨2点53分在南大西洋远三测量船上空准时进行第一次调姿，轨道舱与返回舱－推进舱联合体分离；然后进行第二次调姿并点火制动成功，准确进入返回轨道，在巴基斯坦南部卡拉奇站上空140千米高度返回舱与推进舱分离，再入大气层。

    3点20分左右，直升机目视发现目标，地面电扫雷达于3点24分发现目标。

    三、技术成就

    作为我国航天史上的又一里程碑，神舟一号试验飞船的成功发射与回收，标志着我国载人航天技术获得了新的重大突破。试验过程中，成功验证了飞船关键技术和系统设计的正确性，以及发射、测控通信、着陆回收等地面设施在内的整个工程大系统工作的协调性。

    神舟一号飞船试验过程中，运载火箭和试验飞船性能良好、飞行正常、动作准确，主要关键技术取得突破性进展；发射场设施设备和“三垂”测发模式经受住了实战考核；新建的载人航天测控通信网工作协调，数据处理正确，指挥、控制无误；着陆场系统迅捷高效；载人航天发射组织指挥关系初步确立、运转正常。试验结果表明，第一次飞行试验的各项目的已经达到，实现了中央下达的“争八保九”目标，为载人航天工程后续任务的实施打下了良好的技术基础。

    神舟二号　一飞冲天——我国第一艘正样无人飞船

    2001年1月10日至16日，我国成功实施了神舟二号飞船飞行任务。神舟二号飞船是我国第一艘正样无人飞船。飞船由轨道舱、返回舱和推进舱三个舱段组成。与神舟一号飞船相比，神舟二号飞船的系统结构有了新的扩展，技术性能有了新的提高，飞船技术状态与载人飞船基本一致。

图：我国自行研制的神舟二号无人飞船

    一、任务执行情况简介

    飞船在轨运行期间，北京航天指挥控制中心统一调度、指挥分布在三大洋的四艘“远望”号航天测量船及各有关地面测控站，按照预定的测控方案，对飞船进行了持续跟踪、测量与控制。飞船在太空成功地实施了太阳能帆板展开、轨道机动、姿态确定等数百个动作。飞船绕地球飞行第十四圈时，按照飞行控制计划，船上变轨发动机点火工作，飞船按预定计划由椭圆轨道进入圆轨道。12日和15日，北京航天指挥控制中心又成功地对飞船实施了轨道维持。

    1月16日18时33分，当环绕地球运行最后一圈的神舟二号飞船飞临南大西洋海域上空时，在那里待命的“远望三号”航天测量船向其发出了返回命令。飞船随即建立返回姿态，返回舱与轨道舱分离，制动发动机点火，开始从太空向地球表面返回。经过大约半小时后，飞船穿越大气层，在内蒙古中部草原上成功着陆。担负飞船回收任务的卫星测控中心着陆场站及时发现了目标，在陆军航空兵部队的配合下，对飞船返回舱进行了及时回收。

    二、技术成就

    神舟二号飞船由中国航天科技集团所属的中国空间技术研究院和上海航天技术研究院为主研制。发射神舟二号飞船的“长征二号F”运载火箭。这次发射是长征系列运载火箭第65次飞行，也是1996年10月以来我国航天发射连续第23次获得成功。“长征二号F”运载火箭由集团所属的中国运载火箭技术研究院研制。中国科学院、信息产业部等部门的有关研究单位，研制了用于空间科学实验与应用研究的船载仪器和设备。飞船在轨运行期间，在北京航天指挥控制中心的统一调度和指挥下，西安卫星测控中心有关测控站和“远望”号远洋航天测量船队，将对“神舟二号”飞船进行持续跟踪、测量与控制。

    在本次飞行任务中，我国首次在飞船上进行了微重力环境下空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等领域的实验，其中包括：进行半导体光电子材料、氧化物晶体、金属合金等多种材料的晶体生长；进行了蛋白质和其他生物大分子的空间晶体生长；开展了植物、动物、水生生物、微生物及离体细胞和细胞组织的空间环境效应实验等。据了解，飞船在轨飞行期间，各种试验仪器设备性能稳定、工作正常，取得了大量宝贵的飞行试验数据和科学资料，圆满完成了预定试验任务。

    神舟二号自主飞行期间主要进行了材料科学、生命科学试验，同时穿插进行部分对地观察设备的在轨测试试验及空间天文、环境监测仪器的试验任务。留轨期间主要进行了对地观测试验、空间天文观测和以高层大气为主的空间环境监测试验。“神舟二号”飞船有效载荷64件，包括返回舱15件、轨道舱12 件、附加段37 件，以空间观测和科学实验为主，主要包括：多工位空间晶体生长炉、空间晶体生长观察装置、空间蛋白质结晶装置、空间通用生物培养箱、空间天文观测系统、窗口组件、空间环境监测系统、微重力仪、有效载荷公用设备等。有效载荷配置飞船在轨162 天，各项有效载荷按运行控制流程圆满完成试验任务。

    神舟三号　日臻成熟——中国载人航天工程取得重要进展

    2002年3月25日22时15分，我国研制的神舟三号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空并成功进入预定轨道。神舟三号在轨运行167 天，各系统工作正常，运行状态良好，完成了预定的全部科学实验和探测任务，取得了圆满成功。这次发射成功标志着我国载人航天工程取得了新的重要进展，为把中国的航天员送上太空打下了坚实的基础。

图：神舟三号成功发射并进入预定轨道

    一、任务执行情况简介

    神舟三号飞船于2002年3月25日22时15分，在酒泉卫星发射中心由“长征二号F”大推力运载火箭发射升空。飞船按照预定轨道，环绕地球飞行了108圈。

    飞船在轨运行期间在北京航天指挥控制中心的统一调度下，分布在大西洋、太平洋、印度洋上的“远望”一、二、三、四号航天测量船及有关地面测控站，对飞船成功地实施了跟踪、测量与控制。

    当神舟三号飞船环绕地球飞行第107圈到达南大西洋上空时，守候在那里的“远望”三号船向其发出了返回指令。飞船接受指令后，即由飞行姿态调整为返回姿态，返回舱与轨道舱分离，随即制动发动机点火，推动返回舱穿越大气层，在内蒙古中部地面成功着陆。

    担负飞船回收任务的西安卫星测控中心着陆场站，在陆军航空兵部队和有关部门的配合下，对飞船返回舱成功地进行了回收。科技人员在回收现场开启返回舱，取出细胞生物反应器和蛋白质实验装置，对其实施了保护措施并送上专机运回北京。

    飞船在轨飞行期间，各分系统和有效载荷性能稳定，运行良好，取得了大量宝贵的飞行试验和科学实验数据，圆满完成了预定试验任务。其中，飞船拟人载荷提供的生理信号和代谢指标正常，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，证明这套系统完全能满足载人的医学要求。

    神舟三号飞船在完成空间科学和技术试验任务后在内蒙古中部预定区域准确降落，我国载人航天工程第三次飞行试验获得圆满成功。

    二、技术成就

    这次发射的“神舟三号”飞船是一艘正样无人飞船，飞船技术状态与载人状态完全一致。与第二次飞行试验相比，主要是增加了逃逸和应急救生功能。飞船具备待发段和上升段应急救生功能，完善了备份伞子系统；运载火箭具备了故障检测和逃逸功能，控制分系统采用了冗余技术。

    飞船装载10项44台有效载荷设备，其中返回舱13件、轨道舱11件、附加段20件，以对地观测和科学实验为主，主要包括：卷云探测仪、中分辨率成像光谱仪、地球环境监测系统、多工位空间晶体生长炉、空间蛋白质结晶装置、空间细胞生物反应器、空间环境监测系统、窗口组件、有效载荷公用设备等。飞船自主飞行期间，空间应用系统主要进行了材料科学和生命科学试验，同时穿插进行部分光学遥感在轨测试试验及地球环境探测和空间环境高层大气监测仪器的试验任务。留轨期间主要进行中分辨率成像光谱仪、卷云探测仪和地球环境探测设备的光学遥感对地探测试验，并进行空间环境高层大气监测试验。

    飞船中安装了形体假人及人体代谢模拟装置、医监设备和舱内辐射环境监测设备等，并进行了相应试验。飞船上装有的人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人，能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数。

    飞船在轨飞行期间，各分系统和有效载荷性能稳定，运行良好，取得了大量宝贵的飞行试验和科学实验数据，圆满完成了预定试验任务。其中，飞船拟人载荷提供的生理信号和代谢指标正常，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，证明这套系统完全能满足载人的医学要求。飞船轨道舱继续在轨运行，并进行多光谱对地遥感观测和地球环境监测等空间科学和应用试验。

    神舟四号　基础坚实——全面验证飞船系统

    2002年12月30日凌晨，神舟四号飞船在酒泉载人航天发射场发射升空，该飞船是在神舟一号、神舟二号、神舟三号飞行任务成功的基础上，经进一步完善研制而成，其配置、功能及技术状态与载人飞船基本相同。

    一、任务执行情况简介

    神舟四号飞船于2002年12月30日凌晨在酒泉卫星发射中心载人航天发射场发射升空，按预定计划在太空飞行了6天零18小时，环绕地球108圈。飞行在轨运行期间，广大参试人员团结协作，精心测控，努力确保飞船安全飞行和回收成功。北京航天指挥控制中心统一调度分布在三大洋的四艘“远望”号航天测量船及有关地面测控站，对飞船进行持续跟踪、测量与控制。飞船在太空成功地实施了太阳能帆板展开、轨道机动、姿态确定等数百个动作，成功实施变轨，并进行了两次轨道维持。

    2003年1月5日晚上，当神舟四号飞船环绕地球运行107圈飞临南大西洋海域上空时，在那里待命的“远望三号”航天测量船向其发出了返回命令。飞船随即建立返回姿态，返回舱与轨道舱分离，制动发动机点火，开始从太空向地球表面返回。飞船进入距地面80公里的大气层后，以每秒约8公里的高速飞行，与大气层剧烈摩擦，返回舱表面产生等离子层，形成电磁屏蔽，与地面暂时中断了联系。飞船刚飞出“黑障区”，担负飞船回收任务的西安卫星测控中心着陆场站及时发现了目标。之后，按照预定的程序，飞船平稳地在内蒙古中部飞船着陆场场区着陆，搜救人员对飞船返回舱进行了回收。

图：神舟四号顺利返回

    神舟四号飞船是第四艘无人飞船，由推进舱、返回舱、轨道舱和附加段组成。飞船总长约7.4米，最大直径2.8米，总质量7794公斤。在推进舱和轨道舱的II、IV象限各安装一个太阳电池翼，推进舱的两个太阳电池翼总面积24.48平方米，展开后的翼展宽度约17米。轨道舱的两个太阳电池翼总面积12.24平方米，展开后的翼展宽度约10.4米。神舟四号飞船配置有13个分系统及供配电与电缆网。结构与机构分系统保证飞船的构型，并为航天员提供生活的结构空间。

    神舟四号飞船是我国载人航天工程第三艘正样无人飞船，除没有载人外，技术状态与载人飞船完全一致。在这次飞行中，载人航天应用系统、航天员系统、飞船环境控制与生命保障分系统全面参加了试验，先后在太空进行了对地观测、材料科学、生命科学试验及空间天文和空间环境探测等研究项目；预备航天员在发射前也进入飞船进行了实际体验。飞船在轨飞行期间，船上各种仪器设备性能稳定，工作正常，取得了大量宝贵的飞行试验数据和科学资料。

    神舟五号载人飞船是在无人飞船基础上研制的我国第一艘载人飞船，可搭载一名航天员，在轨运行一天。整个飞行期间为航天员提供必要的生活和工作条件，同时将航天员的生理数据、电视图像发送地面，并确保航天员安全返回。飞船由轨道舱、返回舱、推进舱和附加段组成。飞船的手动控制功能和环境控制与生命保障分系统为航天员的安全提供了保障。飞船由“长征二号F”运载火箭发射到近地点200公里、远地点350公里、倾角42.4°初始轨道，实施变轨后，进入343km的圆轨道。飞船环绕地球14圈后在预定地区着陆。英雄航天员杨利伟执行此次载人航天飞行任务。

    图：航天员杨利伟在太空中展示神舟五号载人飞船搭载的中华人民共和国国旗和联合国国旗

    一、任务执行情况简介

    神舟五号载人航天飞行任务主要是全面考核载人环境，获取航天员空间生活环境和安全的有关数据，全面考核工程各系统工作性能、可靠性、安全性和系统间的协调性。飞船乘坐一名航天员，飞行约一天，在绕地球飞行的第14圈返回。航天员可以按照预先规定的程序和地面指令手动补发船箭分离、帆板展开等重要指令。飞船具有自主应急返回和人工控制返回以及第2天、第3天返回的能力。

    根据计划安排，我国首次载人飞行于2003年10月15日至16日实施。载人飞船和运载火箭在发射场的技术区完成总装、测试后，进入发射区加注推进剂。发射前16小时，从航天员三人首飞梯队中，选优确定了首飞航天员杨利伟，发射前约2小时45分航天员进入飞船。

    北京时间2003年10月15日9时整，火箭一级发动机和4个助推发动机同时点火；火箭飞行120秒逃逸塔分离，137秒助推器分离，159秒火箭一、二级分离，200秒整流罩分离，460秒二级主发动机关机，587秒船箭分离，飞船进入倾角42.4度、近地点高度199.14公里、远地点高度347.8公里的椭圆轨道。入轨后，飞船建立轨道运行姿态，展开推进舱上的太阳能电池阵，对太阳定向，并在第5圈实施变轨，进入343公里圆轨道。飞行期间，地面与航天员保持密切联系，通过生理遥测参数，了解航天员的身体状态；航天员监视飞行过程中重要指令的执行以及飞船运行状态。

    神舟五号载人飞船在轨自主运行14圈返回地球。在返回的前一圈，由地面测控站向飞船注入返回制动精确参数。飞船偏航调姿90度，轨道舱与飞船分离。再偏航调姿90度并制动进入返回轨道，在高度降为145公里时，推进舱与返回舱分离。返回舱再入大气层，穿越“黑障区”后进入主着陆场上空，按程序开伞减速，在下降至地面约1米左右时，着陆缓冲发动机点火工作。返回舱于10月16日早晨6点23分安全着陆，航天员杨利伟在飞行21小时23分后顺利返回。此后，轨道舱继续留轨飞行约半年，开展有关的空间科学实验和技术试验。

    二、神舟五号载人飞行任务技术成就

    本次飞行任务由一名航天员担任指令长兼驾驶员，飞行期间航天员不进入轨道舱、不脱航天服，并按预先规定的程序和地面指挥手动补发船箭分离、帆板展开、推返分离等指令，完成飞船状态监视、血压测量、摄影摄像、饮食睡眠等工作。自主飞行段正常飞行时间为1天，飞船入轨后第五圈变轨，第14圈制动返回主着陆场。具有第2天、第3天返回的能力。飞船轨道舱留轨飞行半年，主载荷为CCD详查相机。组织实施按照白天发射、白天回收的原则进行。

    飞船具备自主应急返回的能力，在应急情况下允许航天员返回全球预定的10个应急着陆区；具备人工控制返回功能，在自动返回系统失效的情况下，航天员可以手动控制返回地面。

    航天员的选拔、训练工作已经完成了基础理论和专业技术、飞行程序与任务模拟、航天环境适应性、救生与生存等学习与训练；人船联合测试项目；飞船训练模拟器和手控训练模拟器训练。6月末根据考核情况，优选出6名预备航天员进行强化训练，9月完成强化训练后确定首次载人飞行3人航天员梯队。

    发射场、测控通信、着陆场系统，根据前四次飞行试验的情况，进一步完善了技术状态，落实了任务实施方案，按计划进行设备的复检、标定、维护，进行演练、联调。对航天员实施医监医保和医疗救护的方案已经确定。这几个系统的准备工作在9月底完成，确保10月执行任务。

    为了确保首次载人飞行任务圆满成功，工程总体在2003年又重点安排了大量的可靠性、安全性验证试验，如飞船、火箭的发动机可靠性试车，飞船各种火工机构、火工装置的点火试验，各种活动部件的寿命及可靠性试验，电子设备的可靠性增长试验、综合应力试验，飞船防火、防潮、防结露措施验证试验等。针对无人飞行试验无法考核的人工手动功能，安排了地面大量仿真和试验，如：火箭逃逸仿真，飞船应急救生和在轨自主应急返回仿真，人工控制功能仿真，系统级故障模拟与对策验证仿真等，特别重视了与航天员安全相关的飞船舱内有害气体消除和防护、脉冲噪声、座椅提升和缓冲性能试验及着陆冲击试验等。

    从1999年到2003年，我国先后成功地发射了四艘无人飞船和一艘载人飞船，突破了载人飞船再入升力控制、应急救生、软着陆、GNC故障诊断、舱段间分离、防热等13项关键技术。作为我国高技术领域的跨世纪工程，神舟飞船总体性能优越，达到了20世纪90年代国际先进水平。神舟飞船“三舱一段”的结构与总体方式具有鲜明的中国特色，神舟飞船起点高，一步到位，智能化程度较高。虽然中国载人航天工程起步较晚，但并不是从“加加林”时代的飞船起步：先搞无人飞船，再搞单人飞船，最后才是多人飞船，而是一步迈过美苏的四十年发展历程，实现了跨越式的发展。国外载人飞船是从搭载小动物开始试验航天员环境控制与生命保障系统的，我国则采用了先进的现代装置——模拟假人，模拟“航天员”所消耗的氧气与二氧化碳，通过先进的地面医监台测试“航天员”的生理信号变化。

    神舟六号　再巡九霄——中国载人航天工程实现多人多天飞行

    按照中央专委批准的载人航天工程第二步第一阶段任务总体安排，在2007年实施工程第六次飞行任务，发射神舟六号载人飞船。神舟六号载人飞船由轨道舱、返回舱和推进舱组成。航天员费俊龙和聂海胜执行本次航天飞行任务，在绕地球飞行76圈后返回。期间，地面指控中心通过生理遥测参数和回传图像及话音通讯，了解航天员的身体、生活和工作状态。航天员监视飞船飞行过程中重要指令的执行情况以及飞船工况，并向地面报告有关情况和补发有关指令，进行相机和海事卫星终端试验操作。

    任务执行情况简介

    载人飞船和运载火箭在发射场技术区完成总装、测试后，进入发射区加注推进剂。航天员乘组在发射前约2小时45分进入飞船。

图1：神舟六号载人飞船转场

    起飞命令发出后，火箭一级发动机和4个助推发动机同时点火，发射方位角103度。主要飞行程序为：火箭飞行约120秒逃逸塔分离，约137秒助推器分离，约159秒火箭一、二级分离，约200秒整流罩分离，约461秒二级主发动机关机，约584秒游机发动机关机，船箭分离，飞船入轨。飞船进入倾角42.4度、近地点高度200公里、远地点高度346.8公里的椭圆轨道。飞船建立轨道运行姿态，展开推进舱上的太阳能电池阵，对太阳定向，并在第5圈实施变轨，进入高度343公里的圆轨道飞行。

    载人飞船的主要返回程序是：在返回的前一圈，由地面测控站向飞船注入返回制动参数。飞船偏航调姿90度，轨道舱与飞船分离。再偏航调姿90度并制动进入返回轨道，下降至140公里高度，推进舱与返回舱分离，返回舱再入大气层，穿越“黑障区”后进入主着陆场上空，按程序开伞减速，在下降至离地面约1米左右时，着陆缓冲发动机点火工作，返回舱着陆。舱内航天员确认着陆后，发指令切掉主伞并及时与地面搜救人员联系。

    空中搜索直升机和地面搜索回收车辆对目标搜索定向。发现目标后，赶往返回舱着陆地点，协助航天员出舱，回收返回舱。

    轨道舱留轨飞行约半年，开展有关的空间科学实验和应用试验。

    飞船上新增加了40余台设备和6个软件，使飞船的设备达到600余台，软件82个，元器件10万余件，做出了4个方面110项技术改进。

    围绕两人多天任务的改进：食品柜得到真正使用，通过水箱和单独的软包装两种方式准备了航天员用水。扩大了冷凝水箱，把所有裸露管线都贴上了吸水材料，确保飞船湿度控制在80%以下。

    轨道舱功能使用方面的改进：放置了食品加热装置和餐具等。轨道舱中挂有一个睡袋，供两名航天员轮流休息用。轨道舱中还有一个专门的清洁用品柜，航天员可以用里面的温巾等物品进行清洁。大小便收集装置这次也是首次使用。

    提高航天员安全性的改进：对航天员的坐椅缓冲器进行了重新设计，使返回前坐椅提升后航天员可以看到舷窗外的情况。研制成功了返回舱与轨道舱之间的舱门密闭快速自动检测装置。研制出一种专用抹布，这种布不产生纤维、静电、异味，专门用来清洁舱门。

    起飞命令发出后，火箭一级发动机和4个助推发动机同时点火，发射方位角103度。主要飞行程序为：火箭飞行约120秒逃逸塔分离，约137秒助推器分离，约159秒火箭一、二级分离，约200秒整流罩分离，约461秒二级主发动机关机，约584秒游机发动机关机，船箭分离，飞船入轨。飞船进入倾角42.4度、近地点高度200公里、远地点高度346.8公里的椭圆轨道。飞船建立轨道运行姿态，展开推进舱上的太阳能电池阵，对太阳定向，并在第5圈实施变轨，进入高度343公里的圆轨道飞行。

    载人飞船的主要返回程序是：在返回的前一圈，由地面测控站向飞船注入返回制动参数。飞船偏航调姿90度，轨道舱与飞船分离。再偏航调姿90度并制动进入返回轨道，下降至140公里高度，推进舱与返回舱分离，返回舱再入大气层，穿越“黑障区”后进入主着陆场上空，按程序开伞减速，在下降至离地面约1米左右时，着陆缓冲发动机点火工作，返回舱着陆。舱内航天员确认着陆后，发指令切掉主伞并及时与地面搜救人员联系。

    空中搜索直升机和地面搜索回收车辆对目标搜索定向。发现目标后，赶往返回舱着陆地点，协助航天员出舱，回收返回舱。

    神舟七号　决战太空——中国人成功完成第一次太空行走

    一、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。23时19分：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。

    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。

    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。14时：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：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：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26分：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：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：翟志刚进入轨道舱，并完全关闭轨道舱舱门，完成太空行走。15时01分：轨道舱关闭正常。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：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。

    9月28日11时06分，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。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。17时21分，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36分，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。

    图2：航天员正在进行出舱活动

    二、神舟七号任务的六大技术创新与突破

    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我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，带动我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。

    三、神七飞船气闸舱技术简介

    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。

    从航天服支架到出舱舱门，每个部件都有学问。重达120千克的舱外航天服极其精密，为了确保飞船发射过程中加速度和振动不会损坏航天服，气闸舱内专门研制了航天服支架。为了解决振动响应问题，支架和航天服之间采取多点固定；为给航天员更多活动空间，支架可以根据需要折叠和展开；考虑到失重状态用力困难，支架接口增加了辅助设备，使航天员能够轻松翻转支架。

    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。

航天员翟志刚在神舟七号载人航天飞行任务进行出舱活动

    四、神七任务中航天员系统关键技术简介

    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：

    （1）进行了人－船－地联合测试参试任务；

    （2）进行了航天员在模拟失重训练水槽的训练；

    （3）完成了航天员出舱活动程序训练模拟器的训练；

    （4）完成了本阶段固定基模拟器的训练；

    （5）开展了舱外航天服强化训练、气闸舱理论与操作训练；

    （6）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，我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。

    舱外航天服是神舟七号任务的亮点，也是任务的难点和重点。由于研制技术基础相对薄弱、技术储备比较少，同时研制周期十分紧张，在研制过程中科研工作者克服了很多困难，采取了很多经实践证明行之有效的措施。如成立了研制专家组，全过程指导并参与研制；集中国内相关专业优势单位，集智攻关；加强管理，重点保障，全体参研参试人员奋力拼搏，最终保证了研制质量和研制进度。

    五、中继卫星在神七中发挥的重要作用简介

    “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我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。随着我国卫星数量的增多，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。

    六、神舟七号飞船在轨试验任务简介

    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，标志着我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我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我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：

    （1）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。

    （2）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。

    （3）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。

    （4）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，此项技术对我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。

    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。

    为了保障固体润滑材料试验的成功，中科院光电研究院和兰州化物所进行了一系列技术攻关，取得了三项关键性技术突破：

    （1）安全性保障。安全是载人航天飞行任务的核心，首先是产品本身不能有任何影响箭、船、人的环节；同时每一项可能出现的故障都不能影响安全性；此外作为科学试验样品的载体，还要保证整个试验周期内试验样品的安全。根据以上几项原则，首先要求装置在发射过程中不能意外解锁，一旦在发射过程中意外解锁导致样品台脱离船体，后果不堪设想，因此装置首先要保证锁紧的绝对可靠。以往的航天产品大多采用火工品进行锁紧，但火工品严重威胁航天员安全，因此必须设计一套非火工品的，可便利解锁的高可靠锁紧机构。第二项要求是装置本身不能有任何可能威胁航天员安全的环节，这就对装置的原材料、外观、操作方式、表面状态等提出了一系列要求。第三项要求是解锁环节应满足在着舱外服情况下单手完成操作的要求，操作过程应简便并且不会脱手。在前几艘飞船上也有一些非火工品的锁紧机构，但或者要求徒手操作（如扎带、锁扣等），或者要求双手操作（如舱门开启），在着舱外服状态下，能够单手进行解锁的锁紧装置在国内没有先例。第四项要求是装置应能够有效保护样品。由于样品须暴露在样品台表面并且无遮挡，因此如何防止回收过程中航天员过多地接触样品表面也是装置设计的一项重要课题。

    研究人员对试验样品及其空间试验过程中可能形成的反应产物逐一进行了研究分析，确保不产生威胁航天员健康的任何物质；同时对试验装置及其试验样品的紧固方式采取了一系列措施，并对试验装置及其试验样品所有棱角及棱边均进行圆角化处理，试验装置及其试验样品无突出的尖角、锐边，确保不发生刮拉航天服进而威胁航天员生命安全的故障发生。

    （2）可靠性设计。高可靠性是航天产品区别于民用产品的主要特点，“可靠锁紧，可靠解锁”是试验装置设计的两个根本要求。“可靠锁紧”保证了试验的安全，“可靠解锁”则是试验成功的保障。国内外航天界的一项共识是“越简单，越可靠”，因此使装置简单化，尽量减少机构运动环节是装置设计的基本思路。细致入微的人机功效设计也是确保“可靠解锁”的重要内容，包括操作方式，解锁力设计，把手形状，把手表面状态、操作标识等，每一个环节都要审慎考虑，力求确保成功，避免出错。此外，寿命裕度也是保证高可靠性的重要手段，虽然在轨只须进行一次解锁操作，但为了确保可靠，试验装置在地面测试过程中须进行多次不同环境下的解锁试验，因此要求解锁机构寿命可达到几十次甚至上百次。

    固体润滑材料空间试验试验要求在发射及在轨执行飞行任务期间，样品能够可靠地固定于飞船舱外，同时又要求样品回收过程有利于航天员便利操作，为此，光电研究院项目组在我国航天发展过程中尚无可借鉴经验的情况下，经过反复试验验证，创新性地设计并研制了同时具备锁紧及解锁功能的试验装置，通过可靠性验证试验考核表明，其可靠性符合任务要求，可靠度达到0.9965以上。

    （3）试验样品技术状态确认。鉴于神舟七号飞行任务周期的约束条件，要求试验样品可在较短的试验周期内取得有效的试验结果，要求确定的试验样品在原子氧环境中应有不同程度的反应，以便判别试验的效果。同时要求选取的样品在本项目试验周期内应可明显反映原子氧等环境因素对固体润滑材料的影响效应并具有代表性。为此项目组开展了系统的研究分析工作，筛选确定了3类11种试验样品，涵盖了目前已在空间运动机构中获得成功应用的多种固体润滑材料，地面考核试验结果表明可有效满足本项目研究目标。

    由光电研究院设计制造的神舟七号载人飞船的固体润滑材料的试验装置通过结构自锁和机械锁紧集成的模式保证试验样品台可靠地被固定于飞船舱外，具备在解锁过程中机械锁紧装置被打开后样品台仍可固定于样品台底座的功能；将机械锁紧与解锁机构集为一体，可通过简便的操作过程并通过辅助加力系统将样品台便利回收，保证了样品台及固定于其表面试验样品的回收可靠性。

    9月28日11时06分，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。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。17时21分，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36分，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。

• ﹣“神八”飞船顺利出厂 功能性能满足要求质量良好
• ﹣王永志院士：主持制订中国载人空间站工程实施方案

    （资料来源：中国载人航天工程网）