神舟十二号(简称:神十二 ,英文名:Shenzhou-12 )是中国载人航天工程发射的第十二艘飞船,属空间站关键技术验证阶段第四次飞行任务,也是空间站阶段首次载人飞行任务。 飞船总长度约9米,总重量约8吨,为推进舱、返回舱、轨道舱三舱结构。
神舟十二号于2021年6月17日在 酒泉卫星发射中心 发射升空,与天和核心舱对接形成组合体;随后, 聂海胜 、 刘伯明 、 汤洪波 3名航天员进驻核心舱,成为第一批进入 中国空间站 核心舱的航天员。 3名航天员于9月17日乘坐返回舱在东风着陆场安全着陆。 期间,3名航天员在轨驻留3个月,进行了2次出舱活动,开展了一系列空间科学实验和技术试验,在轨验证了航天员长期驻留、再生生保、空间物资补给、出舱活动、舱外操作、在轨维修等 空间站 建造和运营关键技术。
神舟十二号载人飞行任务的圆满成功,为后续中国空间站建造运营奠定了更加坚实的基础。
历史背景
1986年,邓小平批准实施“863”计划,计划以 载人飞船 开始起步,最终建成中国的空间站。1992年,中国载人航天工程正式立项,并确定按照“三步走”的战略实施。 第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用实验;第二步,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;第三步,建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。
从1999年到2002年,中国成功发射了 神舟一号 到 神舟四号 四艘无人飞船,掌握了飞船的安全返回、在轨生命保障系统等关键技术。2003年10月15日,中国第一艘 载人飞船 神舟五号 成功发射,杨利伟成为进入太空的第一位中国人,标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家。2005年10月, 神舟六号飞船 带着航天员 费俊龙 、 聂海胜 突破了多人多天太空飞行技术。2008年9月25日, 神舟七号 将 翟志刚 、 刘伯明 、景海鹏三名航天员送上太空,并成功实施了航天员首次出舱活动。从2011年到2016年,中国又先后发射了 神舟八号飞船 到 神舟十一号 ,与 天宫一号 目标飞行器 、 天宫二号 空间实验室完成了交会对接、短期及中期太空驻留等任务,掌握了一大批载人航天关键性技术,建成了中国首个试验性空间实验室,标志着载人航天工程第二步第一阶段任务全面完成。
主要任务
在轨验证航天员长期驻留、再生生保、空间物资补给、 出舱活动 、舱外操作、在轨维修等 空间站 建造和运营关键技术,首次检验 东风着陆场 的航天员搜索救援能力;开展多领域的空间应用及实(试)验;综合评估考核工程各系统执行空间站任务的功能和性能,进一步考核各系统间的匹配 性和 协调性,为后续任务积累经验。
技术特点
结构组成
神舟十二号载人飞船主要方案继承二期神舟系列飞船设计,总长度约9米,总重量约8吨,和之前的 神舟飞船 一样采用三舱结构布局,由轨道舱、返回舱和推进舱构成。
轨道舱位于飞船上部,配备了航天员在轨生活支持设备、交会对接敏感器等 关键设备 ;飞船单独运行的时候,它也是航天员生活的地方。返回舱位于飞船中部,它是飞船发射和返回过程中航天员所乘坐的舱段,航天员在起飞段、降落段以及进行手控的交会对接的所有的工作都要在这里完成。推进舱位于飞船下部,装配有推进系统、电源等设备,为飞船提供动力,并在飞行过程中进行姿态轨道的控制。在完成任务后,返回舱将带着航天员返回 地球 ,轨道舱和推进舱在完成各自工作后将不再返回地球,最终坠入大气层烧毁。
技术创新
通信产品
根据 中国空间站 工程任务需求,神舟十二号所使用的 应答机 和空空通信机都需增加数据下行链路 带宽 ,同时还要需具备更轻的重量、更小的体积和更高的可靠性。因此,研制团队将 应答机 原来的分立元器件升级为集成器件,这样不但减少了元器件的数量,还减少了产品的体积和重量,神舟十二号应答机的体积和重量仅是 神舟十一号 应答机的一半。空空通信机采用硬件功能软件化的思路,不同需求采用不同的软件配置项。最终神舟十二号载人飞船空空通信机的重量减少1/3,体积减小1/2,同时产品研发时间更短。
话音处理设备作为航天员天地通话、器间通话的必需设备,为航天员在发射、在轨、返回等环节提供实时语音通信保障。本次随神舟十二号 载人飞船 升空的话音处理设备与 神舟十一号 相比,在原有的天地话音链路的基础上,增加了全新的用于交会对接的空空话音链路通道,可以实现 载人飞船 与 空间站 对接前的高质量双向通话。同时,加解密模块中的密码算法也进行了升级,使天地密话通话更具安全性。
安全保障
在神舟十二号载人飞船飞行任务的任何阶段,都有保护航天员安全的预案和举措。在发射阶段,航天员可以通过神舟十二号载人飞船上部逃逸塔离开危险区,并依托降落伞实现安全着陆。在与空间站天和核心舱自动对接过程中,如果相对位置、相对姿态的测量控制设备发生故障,导致不能进行自动对接时, 神舟飞船 可转由航天员手动控制飞船完成对接。 在停靠 空间站 期间,如果空间站发生严重威胁航天员生命的事故, 神舟十二号 载人飞船 具备随时紧急撤离空间站,安全返回 地球 的能力。在返回舱冲向地球表面时,当一套出现问题,航天员可以使用备用降落伞,起到减速缓冲的作用。此外,在地面发射场还有一艘备用飞船,此备用飞船具备8.5天应急发射能力及太空救援的能力。
返回策略
在神舟十二号之前,载人飞船都是从固定的轨道返回地球。空间站任务中,为满足长期停靠期间每天都具备返回能力的要求, 神舟飞船 团队对返回过程控制算法进行了改进设计,使载人飞船具备从不同轨道高度返回的能力,提高了载人飞船返回适应性和着陆落点位置控制的可靠性。
防热材料
神舟十二号 返回舱 从太空轨道进入大气层后,会以数千米每秒的速度与大气层发生摩擦,形成上千 摄氏度 的高温。为保证 返回舱 内部始终保持合适的温度, 中国航天科技集团五院 结构与机构研制团队为返回舱研制出一种特殊的防热材料。通过表面耐 烧蚀 材料 在溶化、蒸发和分解时带走大量 热能 ,就能阻隔高温进入舱内,保证舱内空气温度维持在20摄氏度左右。
相关系统
运载火箭
神舟十二号 载人飞船 将由 长征二号系列运载火箭 F遥十二运载火箭发射升空。 长征二号F运载火箭高58米,重497吨,运载能力超过8.1吨。 为满足航天员在轨驻留期间的应急救援需要,火箭系统进行了108项技术状态的更改,技术改进后的火箭系统具备8.5天和16天的应急发射能力。长征二号F运载火箭的高可靠性和安全性是其最大特点,可靠性指标达到0.98,安全性指标达0.997。长二F火箭独有的逃逸系统,共配备了5种类型、12台发动机,分别安装在火箭顶部的逃逸塔以及整流罩上,在发射过程中一旦出现意外情况,逃逸系统就将携带神舟飞船飞离火箭主体,保证航天员的生命安全。
运载火箭 系统配套有双频测速应答机、脉冲应答机、高频电缆、双频测速应答机测试仪、脉冲应答机测试仪等设备。其中应答机安装在运载火箭上,主要用于与地面雷达协同完成运载火箭全程实时航迹测量,并判定飞行是否正常,直到箭船分离,提供精确的外测数据,承担着运载火箭“眼睛”的功能。
发射场地
神舟十二号载人飞行任务是中国时隔将近5年再次执行载人飞行任务, 酒泉卫星发射中心 自2018年起对垂直总装套房等进行了36项改造,具备了两枚火箭同时进行测试、待命飞船存储以及火箭应急加注能力。
测控通信
将神舟十二号载人飞船送入太空,离不开分布于陆地、海上和天上的测控系统,它们负责精准捕捉这些航天器的飞行过程,保证航天器入轨和在 地球 外的一系列高难度活动。 西安卫星测控中心负责组织 渭南市 、 青岛市 等测控站点实施接力测控,确保飞船顺利入轨。飞船进入自主快速交会对接模式后,该中心负责组织喀什、渭南等测控站点对飞船实施接力测控,并通过精确轨道计算实时监控飞船和核心舱状态,确保顺利对接。 北京空间信息传输中心采用“ 天链一号 ”03星、04星和“天链二号”01星接力跟踪的方式,为神舟十二号载人飞船的入轨段、交会对接段提供天基测控与数据中继服务。 远望6号负责本次任务的海上测控,它是中国第三代 远洋测量船 。 2021年6月17日,神舟十二号 载人飞船 发射升空数分钟后,远望6号发现目标。当飞船和火箭分离后约2分钟,远望6号船将北京航天飞控中心传来的“太阳能帆板展开”指令注入飞船,这是远望6号向神舟十二号载人飞船发出的第一条极其关键的指令。接到指令后的飞船缓缓打开帆板。在正常跟踪任务结束后,远望6号又在原海域等待约6个半小时,直到神舟十二号载人飞船与天和核心舱自主交会对接完成,形成组合体,远望6号船才正式退出此次发射任务。 天链系列卫星在本次任务中主要用于为飞船、空间技术实验室、 空间站 等 载人航天器 提供数据中继和测控服务,为中低轨道 遥感 、 测绘学 、气象等卫星提供数据中继和测控服务,为航天器发射提供测控支持。 而且随着中国北斗卫星导航系统全球组网完成,设计人员将北斗导航终端引入到神舟十二号飞船设计之中,导航计算、返回搜救落点报告等都采用了北斗系统定位数据。神舟十二号飞船使用的控制 计算机 、数据管理计算机也完全使用国产CPU芯片,元器件和原材料全面实现自主可控。
着陆地点
返回着陆
神舟十二号不再是在过去常用的四子王旗主着陆场着陆,而是在 东风着陆场 着陆。东风着陆场位于 内蒙古自治区 阿拉善盟 额济纳旗 的中南部地区。场区东西平均宽约120千米,南北长约190千米,南部是 巴丹吉林沙漠 的一条小沙带,东部渐渐进入巴丹吉林沙漠,其理论瞄准点位于 载人航天 发射场 的东南方向。该地区属 温带 干旱 荒漠 气候,冬季干冷,夏季炎热、少雨、多风。由于该着陆场位于沙漠和 戈壁 上,也有山地等高凸或坑洼的地形,所以搜索救援难度比以前高,这将首次检验 东风着陆场 的搜索救援能力。
搜救任务
神舟十二号 载人飞船 返回舱 搜索回收任务,是东风着陆场由备份着陆场变为主场后,执行的首次航天员搜救任务。 本次搜救任务采用“空中搜救航天员,地面处置返回舱”的模式,这样可以实现“快速定位、快速到达、安全出舱”。因此,着陆场搜救通常包括空中搜索和地面搜索救援回收两个部分。
空中搜索直升机配置7架:指挥机1架,通信机1架,搜救机1架,医学监督和医学保障机1架,医疗救护机3架,它们均安装了北斗卫星导航定位系统,动态信息可实时回传 北京航天飞控中心 ,主要负责 返回舱 搜索和航天员救援。
搜索方式在空间上形成重叠的3个层次:一是远距离搜索发现目标,在返回舱出黑障前,用雷达对返回舱进行跟踪测量,预报着陆点位置;二是中距离搜索发现目标,在返回舱出黑障后,利用统一S频段测量设备跟踪测量返回舱至主伞的开伞点,直升机甚高频定向仪接收信标信息并跟踪返回舱至落点;三是近距离搜索发现目标,以着陆点的预报位置为中心,用直升机定向仪和车载高频定向仪搜索寻找返回舱。
在直升机搜救航天员的任务完成后, 返回舱 的处理和运送任务就交由指挥调度车、工程运输车、航天员运输车、返回舱 吊车 和载荷运输车等特种车辆组成的地面搜索回收车队,他们负责现场返回舱后续处置和回收,按预定程序进行现场相关处置,将返回舱和有效载荷运至附近火车站,经铁路转运北京。
飞行乘组
神舟十二号飞行乘组由航天员 聂海胜 、 刘伯明 和 汤洪波 组成,聂海胜担任指令长,备份航天员为 翟志刚 、王亚平、 叶光富 。航天员聂海胜参加过 神舟六号飞船 、 神舟十号 载人飞行任务,航天员刘伯明参加过 神舟七号 载人飞行任务,航天员汤洪波是首次飞行。
聂海胜,男,1964年9月出生;2005年10月12日至16日执行神舟六号载人飞行任务;2013年6月11日至26日执行神舟十号载人飞行任务,被授予“英雄航天员”称号;2021年6月17日至2021年9月17日执行神舟十二号载人飞行任务。
刘伯明 ,男,1966年9月出生;2008年9月25日至27日执行神舟七号载人飞行任务,被授予“英雄航天员”称号;2021年6月17日至2021年9月17日执行神舟十二号载人飞行任务。
汤洪波 ,男,1975年10月出生;2019年12月入选神舟十二号飞行任务乘组。2021年6月17日至2021年9月17日执行神舟十二号载人飞行任务,被授予“英雄航天员”称号。
任务经过
准备工作
2020年3月,神舟十二号 载人飞船 首次实现与航天员中心远程测试。 2021年4月15日,据中国载人航天工程办公室消息,执行神舟十二号载人航天飞行任务的载人飞船及 长征二号系列运载火箭 F遥十二 运载火箭 完成出厂前所有研制工作,分批安全运抵 酒泉卫星发射中心 ,开展发射场区总装和测试工作。 6月9日,神舟十二号载人飞船与长征二号F遥十二运载火箭组合体转运至发射区,发射场设施设备状态良好,后续将按计划开展发射前的各项功能检查、联合测试等工作。 6月16日, 中国载人航天工程办公室 主任助理季启明在神舟十二号载人飞行任务新闻发布会上确认,神舟十二号载人飞船飞行乘组由航天员 聂海胜 、 刘伯明 和 汤洪波 三人组成。 聂海胜、刘伯明、汤洪波三名航天员在酒泉卫星发射中心问天阁首次亮相。
发射升空
2021年5月18日,据中国载人航天工程办公室主任郝淳介绍,神舟十二号载人飞船于6月份实施飞行任务。
北京时间2021年6月17日9时22分,搭载神舟十二号载人飞船的 长征二号 F遥十二 运载火箭 ,在 酒泉卫星发射中心 点火发射。此后,神舟十二号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将 聂海胜 、 刘伯明 、 汤洪波 3名航天员送入太空,飞行乘组状态良好,发射取得成功。
在轨活动
北京时间2021年6月17日15时54分,据 中国载人航天工程办公室 消息,神舟十二号载人飞船入轨后顺利完成入轨状态设置,采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱前向端口,与此前已对接的 天舟二号货运飞船 一起构成三舱(船)组合体,整个交会对接过程历时约6.5小时。 北京时间2021年6月17日18时48分,航天员 聂海胜 、 刘伯明 、 汤洪波 先后进入天和核心舱,标志着中国人首次进入自己的 空间站 。
2021年7月4日8时11分,神舟十二号航天员进行空间站阶段首次出舱活动。此次出舱活动,完成了舱外活动相关设备组装、全景相机抬升等任务,首次检验了中国新一代舱外航天服的功能性能,首次检验了航天员与机械臂协同工作的能力及出舱活动相关支持设备的可靠性与安全性,为空间站后续出舱活动的顺利实施奠定了重要基础。14时57分,经过约7个小时的出舱活动,航天员刘伯明、汤洪波安全返回核心舱,标志着中国空间站阶段航天员首次出舱活动取得成功。这是继2008年神舟七号载人飞行任务后,中国航天员再次实施的空间出舱活动,也是空间站阶段中国航天员的首次空间出舱活动。
2021年8月20日8时38分,神舟十二号航天员进行第二次出舱活动。 聂海胜 、刘伯明出舱作业,汤洪波留在舱内执行指挥与协作任务。这次出舱活动,天地间大力协同,先后完成了舱外扩展泵组安装、全景相机D抬升等任务,全过程顺利。进一步检验了中国新一代舱外航天服的功能性能,检验了航天员与机械臂协同工作的能力及出舱活动相关支持设备的可靠性与安全性。北京时间2021年8月20日14时33分,经过约6小时的出舱活动,神舟十二号航天员乘组密切协同,完成此次出舱活动期间全部既定任务,航天员聂海胜、航天员 刘伯明 已安全返回天和核心舱,比原计划提前了约1小时, 空间站 阶段第二次航天员出舱活动取得成功。
2021年9月3日,“时代精神耀香江”之 仰望星空 话天宫活动在北京和 香港特别行政区 两地成功举办。香港青年学生代表向神舟十二号航天员 聂海胜 、刘伯明和 汤洪波 3名航天员进行现场连线提问。航天员乘组针对如何在失重环境中做实验、锻炼和饮水进行解答,并同步进行在轨展示。
返回着陆
2021年9月16日8时56分,神舟十二号 载人飞船 与 空间站 天和核心舱成功实施分离。分离前,航天员乘组在地面 科技人员 的配合下,完成了空间站组合体状态设置、实验数据整理下传、留轨物资清理转运等撤离前各项工作。 13时38分,神舟十二号载人飞船与空间站组合体完成绕飞及径向交会试验,成功验证了径向交会技术,为后续载人飞行任务奠定了重要技术基础。
2021年9月17日12时43分。 北京航天飞行控制中心 通过地面测控站发出返回指令,神舟十二号载人飞船轨道舱与返回舱成功分离。13时30分许,飞船返回舱反推发动机成功点火, 返回舱与推进舱分离。13时30分许,安全降落在东风着陆场预定区域,这是 神舟飞船 首次在东风着陆场着陆。 3名航天员安全顺利出舱,此次是东风着陆场首次执行载人飞船搜索回收任务,开启了着陆场系统常态化应急待命搜救模式。
主要成果
交会对接
神舟十二号载人飞船入轨后,采用自主快速交会对接模式对接于 天和 核心舱的前向端口,与 天和核心舱 、 天舟二号货运飞船 形成组合体,这是天和核心舱发射入轨后,首次与载人飞船进行的交会对接。 此前, 神舟八号飞船 到 神舟十一号 与 天宫一号 、 天宫二号 交会对接时通常需要约两天的时间,本次整个交会对接过程历时约6.5小时。短时间、高效率的交会对接,使航天员飞行体验有了很大提升,全自主的交会对接模式也大大减少了地面飞行控制人员的工作量和工作时间。
在轨停靠
神舟十二号载人飞船首次实现长期在轨停靠,在轨停靠3个月,完成了在轨组装建造、维护维修、舱外作业、空间应用、科学试验以及空间站监控和管理等一系列任务,进一步验证了载人天地往返运输系统的功能性能,三是在轨验证航天员与机械臂共同完成出舱活动及舱外操作的能力。同时,飞行乘组在轨工作和生活3个月,为考核验证生物再生式生命保障技术、空间站物资补给、航天员健康管理等航天员长期太空飞行的各项保障技术提供了充足的时间;吃穿住行的太空生活点滴和细节,展示了一个真实和奇幻的太空世界,为更多普通人了解太空提供了一扇窗口。
径向交会
神舟十二号 载人飞船 具有复杂的交会对接 飞行模式 ,具备与 空间站 核心舱 进行前向、后向、径向对接口对接和分离的功能。神舟十二号 载人飞船 在撤离后,与 空间站 组合体完成了绕飞及径向交会试验,成功验证了径向交会技术,为后续载人飞行任务奠定了重要技术基础。
航天育种
在 中国空间站 关键技术验证阶段历次飞行任务中,均安排了航天育种实验项目;神舟十二号和 神舟十三号 载人飞船 返回舱 共带回88家单位上千件(份)作物种子、微生物菌种等航天育种材料。
获得荣誉
2021年11月23日,中共中央、国务院、中央军委决定,给 聂海胜 同志颁发“ 一级航天功勋奖章 ”,给 刘伯明 同志颁发“ 二级航天功勋奖章 ”,授予 汤洪波 同志“ 英雄航天员 ”荣誉称号并颁发“ 三级航天功勋奖章 ”。
2022年2月28日,“ 中国空间站 天和 核心舱成功发射,神舟十二号、十三号 载人飞船 成功发射并与 天和核心舱 成功完成对接”入选2021年度 中国科学十大进展 。
媒体评价
中国新的 空间站 的首批航天员乘坐 载人飞船 于2021年6月17日发射升空,这是中国迄今为止最长的载人任务,这是 北京 成为世界主要航天强国的里程碑式一步。——法新社