太空新旅 築夢天宮——神舟十一號發射前瞻

2020-11-25 騰訊網

按計劃,「神舟十一號」載人飛船將於10月中旬在酒泉衛星發射中心發射。

國慶假期的結束意味著神舟十一號發射任務已經進入倒計時了,按照計劃,神舟十一號載人飛船將於10月中旬在酒泉衛星發射中心發射,主要承擔航天員運送和空間站技術驗證兩大核心任務。進入太空後,它將與天宮二號形成組合體,完成我國迄今為止時間最長的30天載人飛行。

9月15日,我國用長徵二號F-T2火箭成功發射了天宮二號空間實驗室。9月25日,北京航天飛行控制中心對天宮二號成功進行兩次軌道控制,將天宮二號調整至距地面393公裡的軌道上,使其正式進入交會對接準備階段。我根據目前掌握到的信息和以往的一點經驗對「天宮二號與神舟十一號載人飛行任務」做一個簡單梳理,以下內容為個人拙見,僅供參考。如有不妥,還請包涵。

任務概況

在對此次任務進行梳理前,我們不妨先對任務做一個簡單的了解。本月中旬航天員要執行的是 「天宮二號與神舟十一號載人飛行任務」,這是自神舟十號以來,我國航天員再一次執行載人飛行任務。那麼,此次飛行任務的主要目的是什麼呢?如果你經常關注中國航天的有關消息,你就會發現每次任務前,中國載人航天工程辦公室都會發布一個任務方案,9月份,中國載人航天工程辦公室發布了《空間實驗室飛行任務方案》,對空間實驗室飛行任務的主要目的做了簡單的概括,主要目的是:突破和掌握貨物運輸、航天員中期駐留、推進劑補加、地面長時間任務支持 和保障等技術,開展空間科學實驗與技術試驗,為空間站建造和運營積累經驗。需要說明的是,空間實驗室飛行任務階段由四次飛行任務組成:長徵七號運載火箭首次飛行任務、以及天宮二號、神舟十一號和天舟一號共4次飛行任務,本月中旬將要實施的神舟十一號載人飛行任務是空間實驗室飛行任務中第三次飛行任務。

其中,還對技術狀態做了簡單說明, 天宮二號空間實驗室採用實驗艙和資源艙兩艙構型,全長10.4米,艙體最大直徑3.35米,起飛質量8.6噸,設計在軌壽命2年。天宮二號由長徵二號F-T2火箭在酒泉發射場發射。神舟十一號飛船與神舟十號飛船技術狀態基本一致,根據任務和產品研製需要,進行了部分技術狀態更改。神舟十一號飛船由長徵二號F-Y11火箭在酒泉發射場發射,飛行乘組由2名男航天員組成。

天宮二號空間實驗室在做熱試驗準備 (圖源:中國運載火箭技術研究院、中國航天科技集團第五研究院)

天宮二號空間實驗室飛行示意圖 (圖源:中國載人航天官方網站)

神舟十一號載人飛船在酒泉發射場發射,入軌後經變軌調相,與天宮二號交會對接構成組合體,航天員進入天宮二號,開展空間科學實驗和技術試驗。組合體運行第 30 天,神舟十一號與天宮二號分離,航天員乘返回艙返回四子王旗主著陸場。天宮二號繼續在軌飛行。

神舟十一號飛船示意圖 (圖源:中國載人航天官方網站)

以上就是此次飛行任務的相關概況,在對任務概況了解後,我們再來詳細的說一說任務的構成要素。目前,我國載人航天由航天員系統、 空間應用系統、 載人飛船系統、 貨運飛船系統、 長徵二號F運載火箭系統、長徵七號運載火箭系統、長徵五號B運載火箭系統、酒泉發射場系統、海南發射場系統、測控通信系統、空間實驗室系統、空間站系統、著陸場系統以及光學艙系統在內的14個系統組成。中國載人航天工程是我國航天史上迄今為止規模最大、系統組成最複雜、技術難度和安全可靠性要求最高的跨世紀國家重點工程。 載人航天需要多個系統共同攜手努力來完成,所以,每一次發射、每一次突破的背後都凝結著無數航天人的汗水與智慧。在這裡,向每一位辛勤付出的航天人道一句:辛苦了!

中國載人航天系統組成 (圖源:中國載人航天官方網站)

為了介紹的更加詳細,我們不妨將此次任務涉及的幾大任務系統一一說起。

航天員——飛天乘組猜測

也許我們都會有這麼一種感覺,相比於其他發射任務來說,凡是載人的航天發射任務更加引人注目。 這次也不例外,這次,2名男航天員將乘神舟十一號載人飛船遨遊太空,並且進駐天宮,開展相關空間實驗。關於此次任務航天員的猜測,在今年的6月份,長徵七號首飛之前,我曾寫過一篇文章進行了簡單的分析,具體請看:神舟十一號航天員猜想 除了上次的分析,我還想再補充一點,那就是是否為了保險起見,同時再讓兩名已經有過出徵太空經驗的航天員執行此次任務,考慮到此次任務還需要與天宮二號對接,如果再附加一個條件的話,那就是讓有交會對接經驗的航天員再次上天,我們可以簡單劃定一個範圍,執行神舟九號與天宮一號(微博)交會對接任務的航天員景海鵬、劉旺和執行神舟十號與天宮一號載人飛行任務的航天員聶海勝、張曉光都有可能再次出徵。在這四名航天員中,劉旺和聶海勝還有手動操控對接的經驗,對於此次任務而言,官媒只是說神舟十一號飛船將與「天宮二號」進行空間交會對接。但具體是手動還是自動目前沒有批露。個人感覺應該會有手動對接,因為在地面模擬上千遍不如在太空操控對接一遍,機會非常寶貴。試驗次數越多,經驗才會更加豐富。在劉旺和聶海勝之間選一個人的話,我感覺可能是劉旺,他有年齡上的優勢,他是我國第一批航天員中年齡最小的一個,另外,作為我國飛船與目標飛行器手動交會對接第一人,在神九上天之前,他在地面進行了1500多次手控交會對接訓練,並且成功率保持在百分之百。所以由此來看,劉旺執行此次任務的可能性也非常大。

總的來看,神舟十一號的兩名男航天員可能是劉伯明與潘佔春搭檔,或者劉伯明與鄧清明搭檔。還有可能是劉伯明與劉旺,或者劉旺與潘佔春搭檔,或者劉旺與鄧清明搭檔。為什麼反覆提到潘佔春與鄧清明,我感覺如果再不上天執行任務可能就沒有機會了,他們面臨著退役的殘酷現實。

在猜測的這幾組搭檔中,我感覺最有可能執行此次 「天宮二號與神舟十一號載人飛行任務」的航天員是劉伯明和劉旺。如果按照以老代新的方式搭檔,有可能是劉伯明與蔡旭哲、湯洪波、張陸 其中一人; 或者是劉旺與蔡旭哲、湯洪波、張陸 其中一人;備份乘組是潘佔春、鄧清明等人。為什麼沒有考慮其他航天員,因為他們大部分都在最近一段時間或者說最近幾個月都有露面,所以排除了。

具體是誰目前官方沒有透露,還是那句話,不論是誰,我們都很期待;不論是誰,都會全力以赴,盡全力完成此次任務!

問天閣外景 (圖源:新華社 張寶印 攝)

問天閣外有一個小廣場,它有一個好聽的名字:圓夢園 是啊,這裡是航天員出徵的地方,也是飛天夢開始的地方。很喜歡「圓夢園」和「問天閣」這兩個名字,航天員出徵處圓夢園和問天閣如今已成遊客必到之處,人們對這兩個名字印象都很深刻,但卻沒有幾個人知道,這兩個名字是福建籍少將、曾任酒泉衛星發射中心副主任於本城起的,由時任工程總指揮李繼耐上將最終批准的。

關於飛天乘組的選擇、航天員出徵咱們先說到這裡,接下來我們說說載人飛船吧。

載人飛船——神舟系列飛船

我們知道,我國目前正在使用的是「神舟」系列載人飛船,按在太空中飛行狀態,從前到後依次由軌道艙、返回艙和推進艙和一個附加段構成,總長約7.4-9.2米,整船重約8噸,最大直徑約2.8米,為與其它太空飛行器、未來空間實驗室和空間站對接,根據飛行任務需要,最前端可安裝交會對接機構。從神舟八號以來,因為要與目標飛行器、空間實驗室對接,飛船前端都安裝了交會對接機構。從神舟十號開始,神舟飛船已經基本定型,只是會根據每次任務要求,做相應的小調整。

飛船示意圖 自左向右依次為軌道艙、返回艙、推進艙 (圖源:中國載人航天官方網站)

對了,再多說一句,神舟飛船飛行速度約每秒7.9公裡,每小時飛行2.8萬公裡,每90分鐘繞地球一圈。所以,航天員每天都可以看到16次日出。航天員透過舷窗,我們可以看到美麗的地球,還可以看到日月星辰。由於太空飛行器處於大氣層之外,沒有了的大氣的阻擋和幹擾,所以航天員們看到的星星格外的明亮,但是看到的星星不會閃爍。同樣,由於沒有了大氣對光的散射作用,航天員看到的天空不是藍色的而是深邃的黑色。航天員王亞平曾描述過自己在太空的經歷,她說: 飛船在太空每天繞地球16圈,能看到16次日出。但是航天員在太空的作息規律還是按照地面上24小時北京時間實行。有時按照作息規律應該午休了,可是舷窗外卻是星光點點;有時應該晚上休息了,可舷窗外依然陽光燦爛,有一種穿越的感覺。

神九航天員在天宮一號拍攝的地球 (圖源:中國載人航天官方網站)

這次,神舟十一號飛船與天宮二號對接後,計劃在天空二號駐留30天,加上獨立飛行3天,總飛行時間從神舟十號的15天增加到33天,將是我國持續時間最長的一次載人飛行任務。期待航天員能拍攝更多美麗的地球畫面。也期待官方能以寬廣的胸襟及時向公眾展示這些照片。

關於載人飛船先說到這裡。接下來說說與載人飛船密切相關的運載火箭。

用於發射神舟十一號載人飛船的長徵二號F遙十一火箭,按流程完成了出廠前所有研製工作。8月 3 日,火箭從北京啟程,經鐵路運輸,於6日安全運抵酒泉衛星發射中心發射場,開展發射場區總裝和測試工作。

「長徵二號F」運載火箭(CZ-2F) (圖源:路透社/Jason Lee)

「長徵二號F」運載火箭全長58.34米,起飛質量498噸。火箭由四個液體助推器、芯一級火箭、芯二級火箭、整流罩和逃逸塔組成。是中國目前所有運載火箭中起飛質量最大、長度最長的火箭。這麼龐大的一個大傢伙,火箭加上飛船重量約44噸,其它的都是液體推進劑。因此,火箭的90%都是燃料。飛船重量為8噸多,佔船箭組合體起飛重量的六十二分之一:要把一公斤的東西送入軌道,就得消耗62公斤的火箭燃料。

換個視角看火箭,感受一下高度,恐高有沒有?(圖源:新華社 王建民 攝)

目前火箭所使用的主要燃料是偏二甲肼(C₂H8N₂),四氧化二氮( N₂O₄)作為氧化劑。燃燒起來是橙色火焰。使用偏二甲肼和四氧化二氮作為燃料和氧化劑,技術上雖然成熟,但這兩者都是劇毒物質。不知道大家有沒有注意,去年我國全新研製長徵六號運載火箭和今年的長徵七號運載火箭發射時,火焰與以往有很大不同,發射時是白色的火焰,尾焰比以往更長。這是因為這兩種新型的運載火箭採用的是新一代的液氧煤油發動機,使用煤油作為燃料,液氧作為氧化劑。因為燃燒後主要生成水,所以在飛行軌跡上水蒸汽凝結,形成白色的煙霧和軌跡。美國、日本、歐洲普遍採用液氫做燃料,液氧做氧化劑。兩者都是清潔無毒的材料,從環保角度來講更清潔、更安全。

我們可以做一個對比,看看火焰長度和顏色是不是和之前有很大不同。

發射火焰對比圖 (圖源:左:新華社 燕雁 攝;右:新華社 王建民 攝)

大家可以在觀看神舟十一號發射時注意這一細節。

前面我們對飛天乘組、載人飛船以及運載火箭做了簡單說明,下面我們來說一說承擔此次發射任務的酒泉衛星發射中心。

發射場——酒泉衛星發射中心

酒泉衛星發射中心又稱「東風航天城」,簡稱(JSLC),位於甘肅省酒泉市東北地區,海拔1000米,始建於1958年10月,佔地面積約2800平方公裡。具體位置在內蒙古自治區額濟納旗境內,東經100度12分,北緯40度58分,地形以戈壁、沙漠為主,是我國唯一的現代化載人航天發射場。中心所處地區一年四季分明,是典型的內陸氣候。長年乾燥少雨,天高雲淡,年晴朗天氣在260天左右,能見度極好,具有良好的衛星發射自然環境條件。當時以「酒泉」命名,一是因為當時各國飛彈衛星發射場起名時均避開真實地址,二是發射場地處茫漠戈壁,很難選一個有知名度的地名,而酒泉是與發射中心距離最近,且在歷史上是有名的城市。另外,1969年阿拉善盟曾劃離內蒙古自治區轄區,其中額濟納旗劃歸甘肅省酒泉市轄區,到1979年阿拉善盟包括額濟納旗又恢復為內蒙古自治區轄區。所以,就將中心命名為酒泉衛星發射中心。

現在的酒泉衛星發射中心非常漂亮,可是當初建設發射基地時,可以說是相當的艱難。指揮當年建築工程的原中央軍委工程兵司令員陳士榘將軍回憶這段歷史時說,這是一場同天鬥,同地鬥,改造大自然,徵服大戈壁的大兵團作戰。

據酒泉衛星發射中心史料記載,中央政府當時從全國調集了10萬大軍參加建場工作。中國人民志願軍第20兵團剛從朝鮮歸國,徵塵未洗,就奉命西下,從此這支部隊隱姓埋名20餘載。這支部隊的神秘消失在當時還引起了某些國外情報機構的種種猜測。鐵道兵、工程兵、通信兵、汽車運輸部隊和地方科研院校、建築公司,也紛紛抽調精英,從四面八方匯集到大戈壁。

酒泉衛星發射中心有兩處「聖地」,一處是載人航天發射場,一處是東風革命烈士陵園。陵園佔地約3萬平方米,綠樹成蔭。聶榮臻元帥、13位共和國將軍、685名官兵、科技人員、職工和家屬長眠在這裡。在酒泉衛星發射中心有一個不成文的傳統: 車輛經過這裡,會主動鳴笛;每次重大發射任務前,航天人會來這裡祭奠。 在這裡,倒下了的人們依然能夠看到高高的發射架,能夠最早聽見火箭的轟鳴,最早看到衛星和飛船升空。

酒泉衛星發射中心衛星圖 (圖源:Flash Earth)

酒泉衛星發射中心發射場 (圖源:情系酒泉衛星發射中心網站)

東風革命烈士陵園 (圖源:中廣軍事記者 鄧曦光 攝)

我希望大家看完這篇文章後再去詳細了解一下東風革命烈士陵園,如果你要問中國航天為何有現在的發展,答案就在東風革命烈士陵園的碑陣裡,那裡,是一個不能被忘記的地方。

「神舟十一號」飛船發射在即,這個地方必將再次成為人們關注的焦點。

這裡有亞洲最高的單層建築——垂直總裝測試廠房。可同時總裝測試兩發火箭。飛船、逃逸塔、火箭在此構成完整的船箭塔組合體。

東風革命烈士陵園 (圖源:中廣軍事記者 鄧曦光 攝)

走出垂直總裝測試廠房的大門,神舟十一號飛船就將踏上它的轉運路。廠房前面有兩條鐵軌,將總裝測試廠房和發射塔架連在了一起,這條1.5公裡長、20米寬的轉運軌道為世界最寬的無縫鋼軌,船箭塔組合體就是通過這條軌道從技術區轉往發射區的。沿著這條鐵路,飛船就走到了夢想起飛的地方。在總裝測試完成後,承載著組合體的活動發射平臺會緩緩駛出載人航天發射場垂直總裝測試廠房,在完成各項技術狀態確認後,沿著1.5公裡長的無縫鋼軌,以每分鐘不超過20米的速度,轉運至發射塔架。船箭組合體的活動發射平臺有60多米高,處在火箭頂端的飛船已經完成推進前的加注,轉運期間組合體頭重腳輕,為確保安全,科研人員會嚴密組織,精心操作,持續監測風速和天氣情況,所以每次要差不多要用1個多小時的時間走完這1.5公裡。

換個角度感受這1.5公裡 (圖源:情系酒泉衛星發射中心網站)

轉運完成後,船箭組合體就會被固定在發射塔架上。這個發射塔架高105.52米,採用全鋼架結構。設10層固定平臺,四節迴轉平臺。好了,轉運完成後火箭就會被緊緊包裹在發射塔架上,靜待飛天時刻的到來。

前面我已經對航天員乘組、載人飛船、運載火箭以及發射場做了簡單的介紹,搞清楚了這些,我們就能夠對一次航天發射的前期準備工作有了了解,這將會幫助大家更清晰的認識、了解此次發射任務。

下面我們進入發射倒計時,較完整的模擬一次載人航天發射,看看我國的載人航天發射的具體流程是怎樣的。

發射倒計時——箭在弦上

我們將船箭組合體轉運在發射塔架之後作為倒計時開始的時間點。好的,倒計時開始,不要走開,跟我來。

1、大約發射前一周時間,承載著船箭組合體的活動發射平臺會緩緩駛出載人航天發射場垂直總裝測試廠房,轉運至發射塔架。

轉場——發射統計

2、船箭組合體轉運至發射場的消息一公布,人們的航天熱情便會逐步提高起來,這也算是發射前的一個預熱吧。媒體也會開始密切關注發射的相關消息。(這次比較低調,哈哈)

之後的差不多這一周的時間,有幾個時間點值得關注。主要包括全系統演練、全區合練,飛行任務總指揮部新聞發布會等等。下面分別來說一下。

全系統演練

全系統合練,相當於正式發射的預演。這主要是為了驗證航天員、飛船、火箭、發射場、測控通信等各參試系統組織是否嚴密,指揮員口令是否準確,技術人員操作是否熟練,系統之間是否協調一致。 航天員飛行乘組是否配合默契,程序執行是否準確無誤。 全系統演練一般會進行一到兩次。

全區合練

這是此前進行的全系統合練之後的一次更重要的演練。合練一般由北京航天飛行控制中心統一組織指揮,是除「點火發射」之外,參試測控通信系統最多、最全、最貼近實戰的一次綜合模擬演練。全區合練,既是正式發射程序的演練,也是檢驗各系統工作是否符合實戰要求,及時發現和解決問題的重要途徑。 火箭、飛船、發射場、測控通信、著陸場等七大系統會全部參加,從陸上到海上,全系統、全崗位完全按照發射實戰要求,練指揮、練操作、練協同。全區合練一般也會進行一到兩次。

合練達到預期目的後。合練結束,所有技術狀態將全部「凍結」,待命執行發射任務。

全區合練完成後一到兩天,火箭一般就會進入正式發射倒計時階段。

飛行任務總指揮部新聞發布會

載人飛行任務總指揮部新聞發布會一般會在火箭發射前一天召開,時間一般是下午3點,但是,由於此次任務選擇的發射時間是早晨,所以會有些調整,根據CCTV13-新聞頻道的節目單消息,飛行任務總指揮部新聞發布會及航天員記者見面會時間為明天上午9:00-11:00。(具體以實際時間為準)地點一般都是在酒泉衛星發射中心。這場發布會特別引人關注,因為發言人會正式公布載人飛船的發射時間以及眾人矚目的最終飛行乘組人員名單。

所以,此次 「天宮二號與神舟十一號載人飛行任務」 總指揮部新聞發布會會在10月16日9時在酒泉衛星發射中心召開,發言人應該還是中國載人航天工程辦公室副主任武平女士。

飛行任務新聞發布會 (圖源:新華社 琚振華 攝)

由於發布會時間調整,所以開場白應該也有所改變,由「女士們、先生們,記者朋友們,下午好!受任務總指揮部委託,由我向大家介紹……」改為「女士們、先生們,記者朋友們,上午好!受任務總指揮部委託,由我向大家介紹……」哈哈,讓我們拭目以待。

如果你不準備看完整場新聞發布會,沒關係,你只要耐心聽2分鐘就可以了,開場白之後會首先公布最後的發射時間,之後是航天員乘組。這,不正是大家最想知道的麼。

任務總指揮部新聞發布會召開完之後,不要走開,在問天閣,將要舉行神舟十一號航天員飛行乘組與記者見面會。屆時,飛行乘組將正式與公眾見面。問天閣是航天員的生活區,在最後的幾天中,外人不能隨便進入。因為裡面已經實施了三級隔離,如果想要進入的話,需全副武裝(帶上帽子,穿鞋套,穿隔離服)。當然也會在帶有玻璃牆的被隔離的房間裡舉行見面會。

天宮一號與神舟十號載人飛行任務航天員飛行乘組與記者見面會(源:美聯社/Andy Wong)

至此,一切都已經準備好了。接下來的一天,也是最緊張、最激動、最忙碌的一天。

24小時倒計時

在最後的一天時間裡,火箭開始加注燃料,加注開始後,各個加注管路閥門一一打開,特種燃料通過加注軟管從庫房流向乳白色的火箭。管內的特種燃料包括四氧化二氮和偏二甲肼兩種,其中四氧化二氮是氧化劑,偏二甲肼是燃燒劑。特種燃料對溫度要求非常高,加注時燃料的溫度必須保證在5攝氏度,發射時箭體內燃料溫度必須控制在15攝氏度,這是最理想的狀態。推進劑加注是火箭發射前最後一道工序,火箭加注了特種燃料後,就進入了不可逆階段,也就是說,火箭一旦如期加注,發射窗口基本就不會更改了。

好,我們將視角轉向另一個地方——北京航天飛行控制中心,這裡被稱作是交會對接飛控的神經中樞 。中國第一位航天員楊利偉曾做過一個形象的比喻,如果飛船是大風箏,那麼飛控中心就是線。從發射前負三小時開始,所以人員進入崗位,飛船升空後,這裡將會對飛船和空間實驗室進行全程統一的調度、指揮和控制。這裡,也是空間實驗室飛行任務總指揮宣布發射成功的地方。我們期待這裡一次次熱烈的掌聲,我們也期待這裡發出一系列正常的口令。

視角轉到四子王旗主著陸場。如果不是因為神舟飛船從這裡回家,四子王旗也許是一個不為大多數中國人所知的地名。這個隸屬於烏蘭察布市、在行政區劃上相當於縣的小鎮,位於呼和浩特市以北150公裡左右。只有20萬左右人口的四子王旗,面積卻有24000多平方公裡,面積為2160平方公裡的主著陸場還不到它的1/10。地廣人稀、地勢平坦,正是成為飛船著陸場的必備條件。

從飛船升空的那一刻起,著陸場系統就已經全面啟動。雖然飛船在軌運行一切正常,但著陸場系統除了幾個飛船上升段的應急回收搜救區已經解除任務外,包括主、副著陸場和分布在國外內的10多個飛船應急返回搜救點一直處於緊張的隨時待命狀態。

如果說載人航天是一場接力賽,那麼著陸場系統就是是跑最後一棒的選手。

下面,我們再次轉換視角,從四子王旗大草原來到茫茫的太平洋。這裡有我們的「遠望號」航天遠洋測控船隊。

今年7月12日,我國新一代遠洋航天測量船——遠望7號船,在完成60餘天的海上綜合校飛後,正式入列中國衛星海上測控部。至此我國目前已經擁有了7艘遠洋測控船,分別命名為遠望一號至遠望七號。「遠望」系列航天遠洋測量船由通用船舶平臺和航天測控裝備兩大部分組成,分為船舶、測控、通信、氣象4個系統。主要負責火箭、衛星、飛船等各類太空飛行器的海上跟蹤測控任務,並與航天任務中心進行實時通信和數據交流,準確測定火箭、衛星、飛船的著落點。目前共有4艘「遠望」在役,分別是「遠望3號」、「遠望5號」「遠望6號」 和 「遠望7號」 。

為了備戰神舟十一號載人飛行任務, 「遠望5號」「遠望6號」 和 「遠望7號」三艘航天測量船分別於9月初、10月2日、10月8日出發,執行神舟十一號飛船發射在內的多次海上測控任務。

新一代遠洋航天測量船——遠望7號 (圖源:goodboy-HD 攝影)

在執行海上測控任務中,遠望團隊劈波斬浪,克服重重困難,一次又一次圓滿的完成測控任務。在這裡,我要對他們說一聲:辛苦了!

說到了航天測量船,我們藉此機會說一下測控通信系統,在我國載人航天工程的系統中,相對來說測控通信系統是最不容易被人們注意到的,但是作為這個系統代表的航天測控網,貫穿著每次載人航天飛行任務的全過程,如果把神舟飛船看作放飛太空的「風箏」,那麼,航天測控網就是那根重要的「風箏線」。

在神舟飛船「巡天」的整個過程中,測控通信網始終掌管著神舟飛船的一舉一動,從它的發射「啟程」開始,測控通信網就通過強大的捕捉機構和能力,始終對神舟飛船的運動和工作狀態進行著嚴密的測控和控制。航天測控通信網一般由航天控制中心、分布在世界各地的若干航天測控站(包括海上測量船)以及空中空間測控平臺(如測量飛機、跟蹤與數據中繼衛星等)組成。

我國目前已經建成了新的陸海基載人航天測控通信網。 主要包括北京、東風、西安三個指揮控制中心,東風、渭南、青島、廈門、喀什等5個固定測控站和國外四個陸上測控站包括喀拉蚩站、納米比亞站、馬林迪站和智利站,活動測控站以及四艘「遠望」號測量船。我們在看發射直播時,直播屏幕左上角經常會出現濱海、南亞、喀什等文字,這些名字分別表示東非肯亞的馬林迪測控站、南亞巴基斯坦的喀拉蚩測控站和中國新疆的喀什測控站。

中國天地一體航天測控網 示意圖 (2013年)(圖源:齊魯晚報)

在這裡還要提一下 「天鏈一號中繼衛星」,中繼衛星系統作為我國陸海天基三位一體載人航天測控通信網的重要組成部分,發揮了舉足輕重的作用,這使得航天測控覆蓋率有了很大幅度的提高。目前,「天鏈一號01星」「天鏈一號02星」與「天鏈一號03星」已經實現了組網運行,使我國航天測控覆蓋率提升到近100%,基本消除太空飛行器測控盲區,這標誌著我國正式建成比較完備的第一代中繼衛星系統。

天鏈一號3顆衛星實現組網運行 (圖源:中國軍網)

說完了測控通信系統,我們再回到發射倒計時。

8小時準備

如果一切正常,「零號」指揮員就會下達8小時準備的口令。發射指揮大廳的零號調度崗位就要擔負起最後的重任了,為最後的發射做準備。

航天飛行任務零號指揮員

9月15日,天宮二號發射當天,首次擔任中國載人航天工程零號指揮員的王洪志坐在發射指揮大廳的零號調度崗位上,他是中國載人航天工程發射場系統的第5位零號指揮員。這次神舟十一號發射任務時,他依然會坐在這個崗位上,伴隨著他的口令,中國航天又將開始新的徵程。

進入倒計時8小時,每個系統都要對各自擔任的工作進行最終的確認,各系統會進行最後的測試。

通信保障是最先進入8小時倒計時的參試系統,為了確保發射期間通信線路的安全暢通,發射場駐地的民兵和公安民警會迅速行動起來,共同守護埋設在戈壁灘上的光纜。

此時,問天閣,教練和保障人員會對航天服的氣密性做最後的檢查,發射場附近的測控站點也會做最後的檢查。同時,主著陸場、副著陸場也會展開應急搜救,以應對意外情況。

接下來進入發射前三小時準備。

3小時準備

為神舟十號航天員壯行(圖源:新華社 李學仁 攝)

說到了航天員出徵,我們來較詳細的談一談航天員出徵的有關事項。

很多人都記得這些場景:楊利偉的剛毅、自信,站在玻璃廳內向大家揮手致意,身後的牆上掛著大幅的五星紅旗鮮豔奪目,諸如此類的莊重場景,在國人心中留下了深刻的印象,以精彩、經典的瞬間載入了中華民族的歷史畫卷。但很少人知道這些都是出自曾任酒泉衛星發射中心副主任的於本城和他的同事之手。

「載人首飛是舉世矚目的大事,航天員的一舉一動代表著國家形象。可是,航天員在發射場的活動組織,在我國沒有現成經驗和模式可以借鑑;國外航天員的首飛出徵活動也沒有相關歷史資料,我們只能發揮自己的想像力和創造力去策劃。」於本城介紹說。出徵活動必須在發射前3小時,用40分鐘時間,在3個不同場地,完成黨和國家領導人接見、航天員請示出徵和從沿途到發射架下進行有幾千人參與的送行這樣3項活動,涉及發射程序節點、新聞場景、群眾場面和安全警衛,必須完美準確、萬無一失,否則就會影響到整個發射程序。如果有一點瑕疵,不可能重新再做,就會成為歷史的缺憾。

其一,兩位航天員先報告出徵,報告完畢後,再與歡送的人群見面。而「神五」航天員楊利偉的報告儀式是在歡送的人群簇擁中完成的。這樣改進的目的是為了更加有序,也是因為航天員太空活動時間更長、檢疫隔離的安全要求更高;其二, 在兩位航天員的面前,各放一個話筒,在報告詞的結尾,他們分別報告自己的名字。其三,航天員從駐地乘車前往發射場的過程中,車速從原來的每小時40公裡提高到60公裡,為了體現勇士出徵那種勇往直前、氣壯山河的氣勢。其四,載人航天工程總指揮、副總指揮和總設計師將兩位航天員送到發射架下,在航天員即將進入電梯時,大家給航天員行一個莊重的軍禮,總指揮邁步向前,並再次為他們送上囑託和祝福。——摘自《載人航天》, 2004(1)《精心打造首飛航天員啟航出徵活動的經典歷史瞬間》(作者於本城)

這些你都注意到了嗎?看到沒有,這就是細緻,這就是嚴謹,這就是用心!

航天員報告完畢後,就要來到之前提到的問天閣前面的圓夢園廣場,與歡送的人群見面。

「出發!」隨著載人航天工程總指揮一聲令下,執行神舟十一號飛行任務的2名航天員就將開始踏上為期33天的太空之旅。

伴隨著《歌唱祖國》,航天員將乘車前往發射場。問天閣距離發射塔架差不多7到8公裡,由於車速有限制,要用10多分鐘的時間來到發射塔架。在這期間你會發現,航天員每人手中都拿著一個小箱子,箱子上有管子連接航天服。這是小型的便攜通風裝置,帶電源和風扇,可以連接艙內電源。

航天員準備出發,前往發射場 (圖源:新華社記者 李剛 攝 )

航天員通往發射塔架路線 (圖源:Flash Earth)

航天員抵達發射塔架後,總指揮會為航天員送上囑託和祝福,大家揮手致意。航天員乘電梯抵達發射塔架上方入艙口處準備區域,準備進艙。到這個時候,任務就已經進入到最後2小時準備了。

對於這次任務而言,出徵儀式會在凌晨舉行,但是,熱情會一直不變!

2小時準備

進入2小時準備階段,火箭和飛船開始加電,開始一些參數的檢查。

航天員陸續進艙。

進入返回艙後,航天員也要對儀器進行檢測調試,如,檢查航天服的氣密性、看飛船的狀態、與各號進行話音圖像檢查。

之後,北京和酒泉兩個中心會分別下達1小時準備口令。

1小時準備

發射塔架最高的一層迴轉平臺,也就是第四組迴轉平臺打開,火箭頂端逃逸塔的尖部露出來,分布在全國各地的各測控站點分別報告準備情況,大洋上的遠望號測量船也向北京報告準備情況。

之後發射塔架的最下面一組迴轉平臺會緩緩打開,火箭助推器清晰可見。

航天員醫監醫生會分別與兩名航天員通話,詢問航天員身體狀況,航天員分別報告身體情況。

第二組迴轉平臺打開。

第三組迴轉平臺打開。

30分鐘準備

30分鐘準備的口令下達。

也就是在這個時刻開始,零號指揮員成為發射場的總指揮、總調度,一個聲音號令全國各個號位。

發射塔架的迴轉平臺全部打開,火箭箭體上鮮豔的五星紅旗和「中國航天」4個大字會格外醒目,國旗旁邊還有中國載人航天工程LOGO ,超漂亮!

航天員靜靜地坐在返回艙內,各持一本手冊,對照手冊按步驟進行發射前的各項檢查和狀態確認。

發射區30分鐘撤離人員撤離發射塔架。

15分鐘準備

15分鐘準備口令下達。

發射區15分鐘撤離人員撤離發射塔架。這也是最後的撤離人員。

總指揮與航天員通話,0號指揮員下達15分鐘準備口令。

點火時設定。

點火時設定後,將裝訂到火箭的控制程序中,火箭將按設定時間自動點火,以保證點火時間精確到秒。這也就是所謂的「零窗口」發射。而這樣做的目的,是為了提高飛船的入軌精度,節省飛船調整軌道的燃料。

5分鐘準備。

航天員放下壓力服面罩。檢查束縛帶,複習飛行手冊;各系統監測狀態。

3分鐘準備。

1分鐘準備。

-40s 牽動

-30s 擺杆擺開到位

-3s 點火

0 起飛(以下時間均為理論值)

起飛!圖源:新華社發(李培斌攝)

+12s 程序轉彎

+120s 逃逸塔分離

+154.8s 助推器分離

+159s 一級關機

+159.5s 一二級分離

+212.5s 拋整流罩 這意味著船箭組合體已經飛出大氣層,不再需要整流罩的保護。

+463.1s 二級主機關機

+582.1s 二級遊機關機

+585.1s 船箭分離 這意味著飛船到達預定軌道,運載火箭系統任務完成。

——期間一系列 「光學、雷達跟蹤正常,遙測信號正常。」這,也是我們最願意聽到的。

航天員感受到失重。

飛船從酒泉衛星發射中心起飛,沿著一條優美的曲線從甘肅、陝西、山西、河北、山東等地上空飛過,越飛越高,越飛越遠。

遠望航天測量船捕獲飛船,順利接到海上測控任務的「第一棒」。

太陽能帆板展開。在太空中可以自己補充能量了,意味著神舟飛船上升動作圓滿完成,正式開始太空之旅。

北京航天飛控中心向各參測單位通報飛船入軌、太陽能帆板展開、飛船工況以及航天員感覺等情況。

宣布成功

中央軍委委員、任務總指揮長、中央軍委裝備發展部部長,會宣布「神舟十一號」發射取得圓滿成功。

任務總指揮宣布成功 (圖源: 中國網記者 楊丹 攝影)

大屏幕上會打出「熱烈祝賀長徵二號F遙十一運載火箭發射神舟十一號飛船圓滿成功」字幕。

酒泉衛星發射中心和北京飛控中心響起熱烈的掌聲。

熱烈祝賀!(圖源:AFP/Getty Images)

但願一切就像計劃中的那樣圓滿、順利!

準備交會對接

火箭發射、飛船發射入軌後,會按預定程序完成與空間實驗室的交會對接。

不過這次與以往不同的是,為了更加接近未來空間站要求,天宮二號與神舟十一號的交會對接、組合體運行和飛船返回,都是在距地面393公裡的軌道高度開展。此前的載人飛行和交會對接任務是在距地面343公裡的軌道高度展開,這與未來空間站的軌道高度基本相同。

軌道高度提升了,飛船高度也需要提升,所以就需要變軌,提到與天宮二號同一個高度上,這才有可能實施交會對接。所以在此次任務飛行方案中寫道:入軌後經變軌調相,與天宮二號交會對接構成組合體,航天員進入天宮二號,開展空間科學實驗和技術試驗。

神舟十一號飛船與天宮二號交會對接示意圖(圖源:中國載人航天官方網站)

從神舟九號、神舟十號與天宮一號的交會對接情況來看,第一次交會對接都是自動交會對接,但是此次任務方案中沒有明確說明第一次交會對接是自動還是手動,個人感覺應該還是先驗證自動交會技術。

交會對接完成,航天員將進入天宮二號開展空間科學實驗和技術試驗,期待在電視畫面中看到經過 「精裝修」之後的太空之家 , 「精裝修」包括內部裝飾材料、生活輔助設施、照明設備、空氣環境等,設計可以說是相當的人性化。另外, 為了讓太空活動「看得見、看得清」,作為神舟十一號和天宮二號的「眼睛」,天宮二號裝上了4臺攝像機,其中艙內2臺,艙外2臺。艙內攝像機視場角度達超廣角100度,成像效果更好,色彩更鮮豔。

天宮二號空間實驗室搭載了全新的空間應用載荷設備,載荷數量及規模都超過了以往我國各次載人航天任務。自9月15日天宮二號入軌以來,天宮二號上的空間科學與應用載荷經過近7天的待機準備,於22日18時41分正式「開張」,絕大部分有效載荷開始運行。

為了讓公眾對這次實驗有更多了解,中國科學院空間應用工程與技術中心發布了一些列科普海報,海報由中科院計算機網絡信息中心設計製作,「天宮二號」科普海報「天宮二號」科普,大家可以點擊連結去看一看。

「天宮二號」科普海報 (圖源:中國科學院空間應用工程與技術中心)

在這些科學實驗中,我對其中一項科學實驗很感興趣,那就是「伴隨衛星」試驗。

伴星釋放

在天宮二號飛行期間,身邊有一位攝像師和「保護神」——伴星二號。

這顆伴隨衛星由中國科學院微小衛星創新研究院(上海微小衛星工程中心)負責研發,它是一顆立方體衛星,只有三四十釐米見方,類似常見的印表機的大小,學名叫做「伴飛小衛星」,搭載2500萬像素的高解析度全畫幅可見光專業相機、魚眼相機等多個載荷。在發射時,伴星由一個微型的釋放機構牢牢連接在天宮二號上。

這顆衛星叫做「伴星二號」,那麼「伴星一號」是哪位呢?也許你已經忘了,2008年神舟七號釋放了中國第一顆伴隨衛星,也就是「伴星一號」,第一次驗證了伴隨飛行的基本原理, 獲取了飛船在軌多角度全景圖片和清晰視頻。

神舟七號伴隨衛星 (圖源:中國科學院微小衛星創新研究院)

伴星一號對神舟七號飛船進行拍攝 (圖源:中國科學院微小衛星創新研究院)

伴星一號所拍攝的神舟七號飛船(圖源:AFP/Getty Images)

2009年10月30日11時,神舟七號伴隨衛星在軌正常工作400天、繞地球飛行6350圈後進入大氣層,自然隕落!至此,伴隨衛星飛行試驗任務圓滿結束。

那時的伴隨衛星上只有一臺130萬像素的相機,而且體積較大。天宮二號上的「伴星二號」其體積比前一代已瘦身減小了1/4,但重量卻增加了9公斤,這是因為新一代伴星採取了更多高集成化的設計。我們先來看一看它的樣子吧。

是不是感覺萌萌噠 (圖源:新華視點 微信)

伴星二號在飛船的位置 (圖源:央視截圖)

中國科學院TG-2伴隨衛星發射試驗隊 (圖源:新華視點 微信)

這顆伴隨衛星會在神舟十一號飛船發射之後釋放,個人感覺釋放過程應該和伴星一號差不多,利用釋放爆炸螺栓,下達釋放指令後,與伴星相連的爆炸螺栓會立即炸開,伴星由彈簧機構推出,進入預定軌道,開始定向觀測任務。

天宮二號伴隨衛星在軌任務期間將開展對空間組合體的伴飛、飛越觀測以及多平臺空間協同等試驗,為主太空飛行器的技術試驗提供支持,並進行多項新技術的試驗,拓展空間技術應用。

伴隨衛星具備全天時的空間觀測能力,可監測空間碎片等對空間站造成潛在危險的空間目標。此外,利用其實時跟隨的位置優勢,提供空間試驗的在軌任務高清圖像記錄,伴隨衛星可為主太空飛行器的工作狀態、空間活動等提供直接的影像技術支持。

總之,我對這顆伴星的飛行充滿了期待,期待由這位「太空婚禮攝像師」傳回來的天宮二號與神舟十一號組合體美麗、壯觀的畫面。大家可以想像一下,以地球為背景,利用2500萬像素的高解析度全畫幅可見光專業相機、魚眼相機、從不同角度拍攝的組合體畫面,那得多美啊!我要為伴星二號點一萬個贊!好期待啊!

未來,伴隨衛星是航天員可以操縱的機器人,搭載VR相機,可以實現更加複雜的空間操作任務。利用伴星和主星( 空間站、太空梭、載人飛船或大衛星等大型太空飛行器 ),或者釋放多顆伴星組網,可以實現多星協同工作,完成一顆衛星無法實施的應用任務,提高主星應用效率,擴大應用領域,促進空間新技術的發展和應用。

總之,未來,伴隨衛星的用途將會更加廣泛,將發揮越來越多更重要的作用。

說完了要開展的空間應用實驗,我們來說一下航天員在天宮中的日常情況吧。

天宮二號——太空的家

在未來的一段時間裡,兩名航天員將在天宮二號裡生活30天,他們除了工作,開展相關實驗外,還可以進行娛樂、閱讀。日常生活還是蠻有趣的:他們可以吃到為其個人定製的飯菜,為了讓航天員們吃上熱騰騰的飯菜,神舟十一號飛船在軌道艙內安放了微波爐,航天員可以在軌道艙加熱食物,然後回到較為寬敞的天宮二號裡就餐。

天宮二號的牆壁和各種設施都採用了更為明亮和豐富的色彩,牆壁是米白色的,扶手是藍色的,手腳限位器是綠色的等等,給人耳目一新的感覺。

在內部設施方面,天宮二號配備了多功能工作檯,不用時可以摺疊,打開後則可以在上面進行電腦操作、閱讀、進餐等。對通風口也進行了改造,降低了噪音。在睡眠區,燈光可以進行調節,廣播也可以關閉,航天員可以攜帶一些個人的物品,如家人的照片等。床頭有一個藍牙音響,可以接收地面傳輸的緊急呼叫,而航天員的頭戴式耳機也改成了無線的。

我們知道,生活在地球上,人的肌肉和骨骼總是要不停地對抗重力,支撐自己的身體。然而,在太空中,由於沒有了重力的作用,人體並不需要這些對抗重力的支撐工作,但如果長時間處於這種無重力的環境,那對血液循環、骨骼、肌肉等都會產生不利影響,例如失重會導致血液過多流向上身,還會肌肉萎縮、骨質丟失等。為此,設計人員專門安裝了一臺太空自行車,通過每天練習踩踏自行車讓航天員保證一定的運動量。同時為了驗證空間實驗室長期有人在軌訓練的需要,天宮還設置了一個驗證性的跑臺,可以像在地面上的跑步機上進行鍛鍊。

藉助天地鏈路,通過地面數據轉換,航天員在軌時可以與地面實現視頻互動,還能在軌閱讀電子書或期刊。天宮二號還支持地面轉播電視新聞、比賽等實時音頻、視頻信號,並配備了音響設備。

這些人性化的設計都是為了航天員能更好地在上面工作、生活。對環境進行了相應改善,為航天員營造家的感覺。

天地通話

從神舟五號開始通話的水平和質量在不斷地提高。神舟五號進行天地通話的時候,楊利偉只能聽到地面的聲音,而看不到地面上的畫面,同時在地面看到的神舟五號中楊利偉的畫質也不是特別高。當時的畫面還是比較灰暗,而且時常出現卡殼的狀況。但是從神九開始,已經從技術上實現了天地之間雙向的音視頻通話,而且通話的聲音和畫面質量也非常好,顏色和色彩也是非常鮮豔。同時,中繼衛星的投入使用,使我國航天測控的覆蓋率接近100%,再加上地面檢測站點的補充,基本上不會出現信號覆蓋盲點,因此在此次天地通話過程中就不會出現延時、卡殼現象。

天地通話是依靠一個強大的測控通信系統來實現的,而測控通信系統是載人航天工程的一項基礎和必要的技術手段,只有具備了這一技術,航天員和地面之間才能夠進行暢通的信息溝通和指令傳達。

能順暢、流利的實現天地通話,這也能從側面體現我國日益提高的測控能力。這既是技術的展示,也是能力的展現。

這期間應該還會有手動對接試驗,飛船與天宮二號分離並撤離至天宮二號一定距離處,隨後,手動控制飛船與天宮二號對接,航天員再次進駐天宮一號。

組合體運行到第30天時,神舟十一號會與天宮二號分離,航天員乘返回艙返回四子王旗主著陸場。天宮二號繼續在軌飛行。

準備返回

這個過程其實就是一系列說再見的過程,首先神舟十一號要跟天宮二號說再見。

在返回時,航天員與天宮告別,回到返回艙。

地面,準備。地面搜救人員到位,直升機待命,等候神舟十一號返回。

這是一場戰役,一場巨型戰役。有空中有地面:空中有直升機、飛機、傘兵、醫監醫保人員、醫療救護人員、返回艙處置人員、警戒人員,地面有搜救車輛、搜救部隊、公安部隊、消防部隊、民兵搜救隊;有天上有地上:天上有中繼衛星配合、有國際救援衛星協助、有通信衛星傳輸,地面在長達上萬千米返回走廊上布置了一條測控鏈,測控鏈中有S波段測控站、反射式雷達站、光學測量設備等。任務總指揮部指揮著全局,主著陸場指揮部指揮著這裡一一即將誕生奇蹟的地方。 ——摘自《太空探索》,2013年08期 神舟十號飛船返回回收紀實(作者王朋)

地面搜救分隊出發。

直升機相繼起飛,飛赴四個待命空域,形成一個口袋,口袋的中心就是飛船理論瞄準點。

航天員在返回艙就位,穿好艙內航天服,做好返回準備。接著,飛船進行調姿,軌道艙和返回艙分離。隨後,飛船會進行第二次調姿,返回制動開始,推進艙發動機啟動,飛船進入返回軌道。

這個時候,北京航天飛行控制中心會第一次通報返回艙落點預報 。

推返分離。

完成這次分離之後,陪伴航天員返回地球的就只有返回艙了,返回艙要進一步調整姿勢狀態,做好再次進入大氣層的準備。

進入大氣層後開始燃燒,返回艙此時就像一個巨大的火球,還好返回艙的表面有足夠的防燒層,包括那個透明的懸窗上也有這樣的防熱裝置,所以,三位航天員在艙內的感覺,雖然外面有一千多度,艙內就只有我們夏天在室外的熱度,而航天員關心的並不是熱不熱,他們更關心的是通訊,此時此刻,由於外面這樣的燃燒,所以形成了一個離子層,這樣就把所有的電信號和屏蔽住了,因此航天員聯繫不到地面的指揮,而地面的指揮人員也看不到艙內他們的狀況,這個過程被稱為黑障區,通訊會被中斷數分鐘,只有真正的離開黑障區,所有人的才能鬆一口氣。(還好有「回收一號」雷達)

北京航天飛行控制中心會第二次通報返回艙落點預報 。

飛船出黑障礙。(長舒一口氣)

航天員報告。

飛船返回艙主降落傘打開。

搜救直升機向返回艙靠攏飛行。

北京航天飛行控制中心會第三次通報落點預報。

高度逐漸降低,返回艙即將著陸。

接下來的關鍵步驟就是要拋掉保護大底。為反衝發動機點火做準備。

拋大底。

點燃緩衝發動機。

著陸……(可能有拖動,視情況選擇切傘時機)

切傘。

著陸。

返回艙即將著陸 (圖源:新華社 任軍川 攝)

掌聲!

直升機降落後,搜救人員會立刻奔向返回艙。通信直升機滯留在空中,回傳著陸現場圖像。(搜救隊通過服裝顏色區分工作種類,紅色工作服是搜救人員,白色工作服是航天員醫監醫保人員,藍色工作服是返回艙處置人員)。

醫療救護直升機待命。

武警、特警、公安人員現場警戒。

搜救人員、醫監醫保人員、醫療救護人員急速趕往返回艙現場,觀察返回艙姿態,確定出艙方案。

返回艙門打開。

醫監醫保人員準備進艙。

航天員需要重新適應地球的重力環境,所以,還需要一段時間才會出艙。

神舟十一號報告。

掌聲,掌聲!

醫監醫保人員對航天員身體狀況進行檢查。

航天員在艙內進行重力再適應。

航天員重力再適應結束,準備出艙。

協助出艙。

航天員向大家揮手致意。

航天員向祖國報到 。

任務總指揮長宣布任務結果。

圓滿成功!

航天員被抬進醫監醫保直升機。

航天員分別被抬向2架直升機。

直升機起飛,飛至畢克齊機場。

直升機起飛,飛至畢克齊機場。(圖源:新華社 張領 攝)

返回艙處置。

航天員上專機。

專機起飛,飛向北京。

至此,任務結束。

航天員返京進入14天醫學隔離期。舉行返回艙開艙儀式。航天員結束隔離與媒體見面。 航天員頒獎授稱……

這差不多是一次完整的飛天過程,一切都是我預想的,我希望結局比預想的還要完美。

下面,咱們來說說發射時間吧,這大概是每次發射時眾人最關心的話題,我把它放在了文章最後,因為最終的發射時刻還沒有確定,現在,一切都只是猜測,最終還要看任務總指揮部商討的結果,還要視發射時天氣情況來確定。

談談發射時間

與以往的發射不同,自從天宮一號發射以來的幾次發射,包括神舟八號、神舟九號以及神舟十號,它們的發射時間是可以計算出來的,準確的來說,當官方發布類似「按計劃,「神舟十一號」載人飛船將於10月中旬在酒泉衛星發射中心發射。」這樣的消息時,如果在軌飛行器軌道無太大變動,可以計算出來大致的發射窗口。以前在神舟飛船發射的時候發射窗口主要是考慮太陽光的入射角跟飛船軌道面的關係,這個關係主要是給飛船提供足夠的電能。在發射窗口選擇的時候,除了要考慮以前要考慮的那些太陽光和軌道面的夾角以外,還要考慮到交會對接任務。

神舟十一號的發射時間是與天宮二號相關聯的,為什麼這麼說呢,因為要進行交會對接。其中的一個重要因素就是天宮二號的在軌位置,其次就是地球日照位置,也就是黑白天,再有就是當天的天氣情況。

為什麼對神舟十一號飛船的發射要求是一個時刻而不是一個時間段呢,這主要是交會對接任務的特殊要求,要執行交會對接任務,神舟十一號飛船必須要追的上天宮二號,天宮二號已經在軌運行,那麼,神舟十一號飛船怎麼樣才能追的上天宮二號呢?其中的一個基本要求是:當地球自轉轉到天宮二號的軌道面經過發射場上空時,這個時候,火箭起飛,起飛後不受地球自轉影響,只有這個時候發射,才能保證神舟十一號是在天宮二號的軌道運行平面上運行,也只有這種情況下,神舟十一號飛船才有可能夠追的上天宮二號。

共面是交會對接的最基本的要求,沒有這個要求,交會對接不可能完成,如果錯過了發射窗口,後面的任務必須要進行調整,為了保證零窗口發射,採取了很多措施,比如要自動點火。

可以這樣講,神舟十一號飛船的發射時刻是根據天宮二號的軌道制定的,兩者都確定後,待飛船完成遠距離導引控制,飛船的自主控制, 再考慮到對接時刻的測控支持、節省能源、燃料等因素,這些工作完成後,接下來就要準備對接了,這個時間差不多需要1天加上18到19個小時,也就是說,在飛船發射後1天加上18到19個小時後,就可以對接了。嚴格來說,只要完成這些任務後的任何時刻都可以進行對接,但是考慮到所用推進劑最少、地面支持最方便,所以,才選定了飛船發射後1天加上18到19個小時進行交會對接,從前幾次對接情況來看,首次對接都是在飛船發射後 1天加上18到19個小時進行的。當然這也不是最節省的情況,如果要最節省可以讓飛船飛更長時間再與空間實驗室進行對接,可以想想在操場上跑步的經歷,其實就是一個你追我趕的過程。

飛船入軌後,地面人員將根據兩個飛行器軌道的偏差來控制飛船變軌,經過調相及若干次修正之後,飛船將一點一點接近天宮。

天宮二號軌道示意圖 (圖源:中國載人航天官方網站)

此次天宮二號交會對接將要首次模擬未來空間站的交會對接方式,即要求載人飛船或者貨運飛船利用自身機動能力去追蹤空間站。

發射時間預測:

航空航天港達人 darklighter 介紹了一種利用回歸軌道特性的簡易預測方法。

天宮軌道是387km左右的46圈/3天回歸軌道。「回歸」的意思是星下點軌跡重複。星下點軌跡重複的話,軌道面與發射場的相對位置當然也一樣。所以每46圈(大約3天)一定會出現一個發射窗口。

TG-2軌道的回歸性質,不但可以幫助我們預測窗口時間,也可預測發射日期。因為神舟初始軌道比較低,角速度快,在交匯對接前,是逐漸追趕天宮。2天追不了太多,正常飛行大約只能追趕不超過1/4圈。所以,在理想的發射窗口時,天宮應該大致處於酒泉再向前不遠的位置,不然追不上。雖然每天都有共面窗口。但是軌道面與發射場重合時,天宮的位置並不一樣。3天回歸軌道的特性是,每三天,星地相對位置關係完全復現。所以每三天能得到一個天宮位置也完全一樣的窗口,才是真正可行的窗口。

不想算的話,最簡單的方法是找一個有3D顯示的衛星預報軟體,把天宮的TLE輸進去,肉眼觀察軌道面和酒泉大致重合的時間就好了。

變軌一兩天之後產生的TLE預報已經趨於一致,10月中旬只有11、14、17、20符合窗口條件。根據TLE預報,如果17日發射,共面窗口為北京時間早上7:30左右。

我利用darklighter所介紹的方法進行了模擬,得到了以下圖片:

神舟十一號飛船發射時,天宮二號相對發射場大致位置(圖源:軟體截圖)

神舟十一號飛船發射前約20分鐘時,天宮二號經過發射場上空 (圖源:軟體截圖)

從上圖可以看出,神舟十一號飛船發射前約20分鐘時,天宮二號經過發射場上空,這也與前面提到的共面的要求相符合。這其中還需要經過計算,用計算的方法預測神舟十一號的發射時間比較麻煩些,但是比較準確。用計算的方法不僅可以預測發射日期,還可以預測發射時間。

所以,預計神舟十一號的發射時間為:北京時間2016年10月17日07時30分,這個時間應該和實際的發射時間差不多,誤差應該在 ±2分鐘之內吧。總之,應該在下周一的早上發射,那麼,問題來了,你會為了看直播請假或者晚一會兒去上班嗎?換個角度來說,這算不算讓你下周一早起的理由?哦,不,是你周日(17號凌晨)不睡的理由~哈哈。

關於發射日期預測,還有以下幾種方法:

1、利用航行通告NOTAM,這個比較準確,根本不用自己算,只要等就可以了,一般在發射前3、4天公布,把通告坐標一標定,大致區域就出來了,而且它還給出了時間段,這方法不錯,嘿嘿。

2、根據市政府的通告,一般來說,火箭上升階段會經過某個城市上空,其整流罩殘骸會墜落在某片區域內,這就需要市政府提前向落區範圍內居民發布通告,這主要是為了確保人民群眾生命財產安全。(由於此次發射時間選擇在了早晨,估計當地群眾估計也很無奈,我是早起呢,還是不睡呢?)

2、根據運載火箭轉場的日期可以估算個差不多,上面已有統計,時間大約是發射前一周。

3、可以給旅行團打電話,哈哈,如果你真的想要知道大致的發射時間,這也是沒辦法的辦法。可憐的旅行團……如果你有誠意,那就去報名啊,哈哈。

……

好了,關於發射時間就說到這吧,另外,根據之前預測的發射時間,我們可以大致計算出神舟十一號與天宮二號第一次交會對接的時間,時間應該在北京時間2016年10月19日凌晨3點多鐘。對接完成後,航天員進駐天宮,根據任務方案,組合體運行第30天,神舟十一號與天宮二號分離,航天員乘返回艙返回四子王旗主著陸場。所以再加上30天,根據計劃,神舟十一號獨立飛行3天,之前也就是與天宮二號對接前用了大概兩天的時間,所以我們在30天的基礎上再加上一天,這一天應該是飛船與天宮二號分離,準備返回的一天。總的來說,也就是在10月19號的基礎上加上31天,大致就是神舟十一號飛船返回的日子,也就是11月19號,再準確點應該在中午或者下午吧。有個好消息要告訴你,那天正好是周六,哈哈,就安安心心看返回直播吧。

好了,就先寫到這裡吧。總之就是期待和祝福,預祝 「天宮二號與神舟十一號載人飛行任務」取得圓滿成功,期待航天員凱旋!

金秋十月,西北戈壁,額濟納旗,讓我們一起相約十月,靜待飛天時刻的到來!

對了,別忘了看直播哦,你有兩種選擇,要麼早起(17號凌晨4點前起來可看包括航天員出徵儀式在內的全程直播),要麼周末不睡(老師、老闆同意周一可以晚到的可以,哈哈,這就要看自己的情況來定了)。

祝各位周末愉快!

感謝你看到了這裡,最後的一點小福利,10月10日,火箭轉場時,@lndd24 拍攝的美麗照片。【以下圖片已獲作者授權,轉載務必註明作者及出處】 感謝@lndd24(Photo by Cui.T)供圖,辛苦了!

好了,最後,讓我們一起欣賞長徵二號F遙十一運載火箭的英姿吧!

好靚啊,看到沒有,國旗旁邊還有中國載人航天工程LOGO ,超漂亮!

顯瘦!哈哈

長徵二號F遙十一運載火箭

封面圖片來源:新華社 李剛 攝

參考資料來源:中國載人航天官方網站、中國科學院空間應用工程與技術中心、央視網、新華網、新浪新聞、齊魯晚報、航空航天港、網際網路

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