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除了嫦娥五號、天問一號，2020年中國航天還有哪些高光時刻？

2020/12/31
導讀
這些高光時刻值得銘記。



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導讀


2020年，人類面臨了眾多前所未有的巨大挑戰(zhàn)，在超難模式下，中國航天不斷創(chuàng)造奇跡，又迎來了厚積薄發(fā)的一年，在新型火箭首飛、衛(wèi)星導航系統(tǒng)、月球與深空探測與商業(yè)航天等領域取得了重大成就。

今年是中國航天的超級2020，這些高光時刻值得銘記。


01

嫦娥五號，完美完成中國航天史上最復雜任務

2004年，嫦娥探月工程正式啟動，計劃通過“繞、落、回”三步走發(fā)展戰(zhàn)略全方位研究月球。目前已有嫦娥一號、二號、三號、四號、鵲橋號、五號T1試驗器等完成任務，完整突破了環(huán)繞和著陸兩大月球探索使命，實現(xiàn)了人類首次軟著陸月球背后和巡視的壯舉。

2020年11月24日嫦娥五號發(fā)射成功，挑戰(zhàn)月球采樣返回，時隔44年（1976年蘇聯(lián)月球24號），它將為人類再次帶回月球樣品。
 

嫦娥五號的任務流程高度復雜，是無人探月的極致。圖片來源：作者改編。
 
嫦娥五號探測器組合體總重達8.2噸，采用軌道器/返回器/著陸器/上升器聯(lián)合的方式探測月球，是人類無人探月史上最復雜最重的探測器。

2020年12月17日，嫦娥五號成功返回，最終收獲了1731克樣本，超過了蘇聯(lián)三次無人采樣任務采樣總重量（301克）。在經(jīng)歷了11個重大階段和關鍵步驟后，中國終于告別了僅有美國阿波羅登月計劃贈送的1克月球樣本的歷史，并全面掌握了無人地月往返系列技術。

不僅如此，嫦娥五號實現(xiàn)了中國航天五大首次技術突破：

  • 地外天體自動采樣封裝；

  • 地外天體起飛并精準入軌；

  • 月球軌道無人交會對接；

  • 攜帶月球樣本高速（近11.2千米/秒的第二宇宙速度）返回地球；

  • 建立中國月球樣品的存儲、分析和研究系統(tǒng)。


02

北斗系統(tǒng)全面建成，精準時空盡在手中

2020年6月23日，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)第55顆衛(wèi)星搭乘長征三號乙運載火箭從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功升空。北斗系統(tǒng)，歷時26年研發(fā)，經(jīng)歷了三代系統(tǒng)、共計發(fā)射了59顆衛(wèi)星，終于完成全部組網(wǎng)星座發(fā)射任務，正式建成！

在理論上，衛(wèi)星導航系統(tǒng)能無限量為用戶提供全球覆蓋、全天候、全天時的高精度定位與授時服務，事關國家安全、經(jīng)濟建設和科學研究等重要領域，是任何一個大國必須掌握的核心競爭力。
 

北斗系統(tǒng)采用三種軌道，重點服務亞太地區(qū)。圖片來源：北斗辦。
 
整個北斗建設過程分成了三步走策略，對應北斗一號、二號和三號系統(tǒng)。其中，一號主要為試驗系統(tǒng)；二號為區(qū)域服務系統(tǒng)；三號為最終定型的全球服務并帶有區(qū)域增強的系統(tǒng)。

北斗三號系統(tǒng)的30顆衛(wèi)星包括3顆為GEO（靜止地球同步軌道）衛(wèi)星，3顆為IGSO（傾斜地球同步軌道）衛(wèi)星，24顆為MEO（中遠地球軌道）衛(wèi)星，是人類現(xiàn)有導航衛(wèi)星系統(tǒng)中最獨特創(chuàng)新的設計，能通過高軌衛(wèi)星導航和短報文功能重點為亞太地區(qū)提供更高質量的服務。

03

天問一號，下一站火星！

屈原曾在長詩《天問》中發(fā)出了“九天之際，安放安屬？”和“日月安屬，列星安陳？”的曠世之問，其中“熒惑”（火星）始終是中國古人們最關心的行星之一。歷時走入現(xiàn)代，火星不僅是人類研究行星科學和太陽系演化史的核心參照，也是人類未來走向深空的突破目標。

為此，中國航天正式啟動了行星探測計劃——“天問”。執(zhí)行第一站任務的就是去往火星的天問一號。2020年7月23日，天問一號搭乘長征五號遙四火箭，從文昌航天發(fā)射場成功升空，開啟前往火星數(shù)億千米的旅程。
 

天問一號在深空中發(fā)回的中國最遠自拍。圖片來源：國家航天局。
 
它將在這次任務中挑戰(zhàn)在火星“繞”（環(huán)繞）、“著”（降落軟著陸）、“巡”（移動巡視）三大工程目標。組合體攜帶13項科學儀器，計劃對火星進行全方位研究，是近幾十年來人類火星探測技術復雜度之最，將打破人類探測火星新紀錄。

目前，天問一號已經(jīng)完成了多次軌道修正、深空機動、星上載荷和儀器測試、太空自拍等復雜操作，預計在2月10日抵達火星附近開始制動，將在2021年農(nóng)歷新年為14億中國人獻上超級新年禮物。

04

高分專項建設收官，觀天測地明察秋毫

地球原本僅有一顆天然衛(wèi)星，進入航天時代后，人類發(fā)射了上萬顆人造衛(wèi)星，并通過這些衛(wèi)星來了解地球的方方面面。

高分辨率對地觀測系統(tǒng)，是我國中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要提出的重大專項之一，主要依靠衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)全天候、全天時、全球覆蓋的對地觀測能力。
 

高分一號衛(wèi)星。圖片來源：央視。
 
2020年12月6日，中國發(fā)射高分十四號衛(wèi)星，從2013年4月26日發(fā)射高分一號至今，中國在7年內發(fā)射了十四個系列、二十余顆衛(wèi)星組成高分衛(wèi)星網(wǎng)絡，它們分別分布在地球靜止軌道和太陽同步軌道。

歷時七年，高分衛(wèi)星專項系統(tǒng)建設成功收官，它們幾乎覆蓋了航天領域所有對地觀測方式，如可見光、紅外、雷達等，為我國長期穩(wěn)定地獲得高分辨率全球遙感信息提供重要保障，戰(zhàn)略意義明顯。

05

長征五號B火箭，重載力士托起天上宮闕

運載火箭是航天事業(yè)的基石，決定了一國航天發(fā)展的能力上限，長征五號是我國目前最強大的重型任務運載火箭。它將長征火箭家族近地軌道運力上限從8噸級提到25噸以上，能將東方紅五號平臺這類大型載荷發(fā)射到高軌，能執(zhí)行大型月球探測和火星探測任務等，是一個通用化、系列化、組合化的大型運載火箭平臺。
 

長征五號基本型和B型運載火箭對比圖。圖片來源：Memorian-QN。
 
中國最重要的航天工程之一，載人航天，起步于1992年，2021年將迎來最為關鍵的時刻——全面建造天宮空間站。為此，長征五號要專門定制一個型號，負責實施近地軌道20-25噸級重載任務，這就是長征五號B運載火箭。相較于長征五號，它采取一級半的“矮胖緊實”布局，采用更大的整流罩，重點服務于天宮空間站核心艙和實驗艙。

2020年5月5日，長征五號B運載火箭在文昌航天發(fā)射場成功首飛，為2021年全面開啟天宮空間站建設創(chuàng)造了條件。

06

新載人飛船，突破天宮走入深空

神舟飛船是載人航天工程的功勛飛船，采用三艙式（推進艙、軌道艙和返回艙）構型。中國航天人通過11次任務成功掌握了載人航天的各項核心技術。然而，面對未來“星辰大?！钡妮d人探測夢想，它的不足也愈發(fā)明顯，例如僅能運送3名航天員、貨運能力有限、一次性使用、壽命較短、功能和拓展性有限，極有必要研究下一代載人飛船。
 

世界三款現(xiàn)役載人飛船和四款在研載人飛船對比。圖片來源：Memorian-QN。
 
2020年5月5日，新載人飛船試驗船隨著長征五號B火箭成功首飛。它采用最新的兩艙式（推進艙、返回艙）布局，效率更高，技術更先進，容量更大、最多能搭載7名航天員、擁有較強載貨能力，在太空中使用壽命更長。

通過模塊化和通用化設計，它可以通過更換隔熱模塊實現(xiàn)多次低成本重復使用。群傘氣囊緩沖設計，也使得回收過程舒適性和安全性大幅提升。為適應不同任務需求，新載人飛船試驗船設計了大、小兩個版本。

飛船整體隔熱能力大幅提升，足以適應包括載人登月在內的載人深空探測計劃。這些優(yōu)勢遠遠超過了神舟飛船的核心指標，也使得新載人飛船成為目前世界最先進的新一代載人飛船之一。

07

長征八號火箭，彌補空白期待回收

我國長征火箭家族目前處在從傳統(tǒng)的二/三/四系列火箭逐漸更新為五/六/七/八/十一等的過程中，尚存在一些不足，其中之一是在太陽同步軌道和極地軌道的運輸能力和性價比較低：一方面，主要負責的長征二/四很難實現(xiàn)中型以上（3噸）載荷發(fā)射，長征三號甲系列需要大幅改進（2020年首次通過改型突破了這種軌道）且未來空間有限；另一方面，用重載的長征五/七等發(fā)射成本過高，亦需要改型。

而國際同行已經(jīng)開始布局使用火箭回收等技術進一步降低成本，并且計劃占領商業(yè)發(fā)射市場份額。這兩種軌道事關核心的遙感、資源、氣象、科研、低軌通信等衛(wèi)星類型，任務眾多業(yè)務量大，我國亟需對應火箭彌補這些空白。
 
首飛前的長征八號。圖片來源：航天科技集團。

2020年12月22日，長征八號在文昌航天發(fā)射場成功首飛。它主要依托長征七號和長征三號甲系列火箭技術，取長補短，采用模塊化設計理念，使用更加環(huán)保高效的液氧液氫和液氧煤油推進劑組合，定位于中型載荷發(fā)射。在運力方面，重點針對這兩種軌道實現(xiàn)不低于4.5噸的發(fā)射能力。

與此同時，長征八號將在未來逐漸驗證火箭可回收技術，并通過高可靠性、通用化、準備周期短、發(fā)射頻率高等設計，集中于高性價比的商業(yè)載荷發(fā)射任務，是長征火箭家族圖譜的重要支撐力量。

08

長征十一號火箭，海上發(fā)射再創(chuàng)輝煌

長征系列火箭主要依托于各類四氧化二氮/偏二甲肼、液氧液氫、液氧煤油等純液體推進劑，固體推進劑的應用還有待開發(fā)。由于儲存時間長、準備周期極短，固體推進劑火箭主要在特殊情況時做應急使用。

從發(fā)射場的角度，海上發(fā)射無火箭殘骸落區(qū)問題、可移動、可靠近赤道，能最大限度利用地球自轉慣性，是各大國都會儲備的重要火箭發(fā)射技術。
 

長征十一號會采取先冷發(fā)射彈出再點火的方式，從海上平臺發(fā)射。圖片來源：光明日報。
 
純固體推進劑的長征十一號火箭填補了上述空白。乍一看它是個“小不點”，火箭長21米、直徑2米、重58噸，運力在0.5-0.7噸級別（太陽同步/低軌軌道），但它的戰(zhàn)略意義非常重要。

它的絕活在于能以很低成本執(zhí)行小型載荷的一箭多星任務，并能夠適用于各種陸地固定發(fā)射場、移動發(fā)射場和海上發(fā)射場等環(huán)境。2020年，長征十一號在酒泉、西昌、黃海（移動平臺）均進行了發(fā)射，其中依托海上平臺為第二次發(fā)射，實現(xiàn)了一箭九星的壯舉。目前，長征十一號火箭共計發(fā)射十一次，成功了十一次！

09

嫦娥玉兔鵲橋，持續(xù)突破探月記錄

嫦娥系列月球任務，不僅以非常浪漫的“嫦娥”（軌道器和著陸器）、“玉兔”（巡視器）、“鵲橋”（嫦娥四號中繼星）和“廣寒宮”（嫦娥三號著陸地）等大家耳熟能詳?shù)拿侄?，還以它們不斷實現(xiàn)的新紀錄而廣受國際科研界關注。
 
嫦娥四號、玉兔二號和鵲橋號概念圖。圖片來源：國家航天局。
 
其中，嫦娥三號在2013年著陸月球，至今保持一定程度的工作狀態(tài)。2019年初，嫦娥四號和玉兔二號著陸月球背面，一直正常工作至今，完成了超過25個月球日夜（月球的一天約為地球上的28天）的工作。不僅如此，她們是人類唯一著陸月球背后的著陸器和巡視器。玉兔二號行駛距離超過600米，服務于它們的中繼衛(wèi)星——鵲橋號也一直保持良好的工作狀態(tài)。

最新發(fā)射的嫦娥五號任務軌道器，在完成運送返回器和月球樣本到地球附近的任務后，又利用剩余推進劑，繼續(xù)前往距離地球150萬千米的日地拉格朗日點。

嫦娥探月工程，取得了人類航天眾多新紀錄，而這些記錄每天都在更新。2020年的嫦娥探月，是人類航天近些年載入史冊的亮點之一。

10

商業(yè)航天，高歌猛進前途可期

進入21世紀后，商業(yè)航天開始崛起，成為60多年人類航天事業(yè)高速發(fā)展中的一大亮點，以Space X和藍色起源為代表的新秀甚至成為能攪動整個航天事業(yè)的“超級鯰魚”。中國作為航天大國，也孕育出了一批優(yōu)秀的商業(yè)航天企業(yè)。
 
“谷神星一號”火箭發(fā)射瞬間。圖片來源：星河動力。
 
2020年，依然是中國商業(yè)航天不斷突破的一年。星際榮耀、藍箭航天、星河動力、九天微星等企業(yè)獲得了數(shù)億乃至十余億人民幣的巨額融資，不斷突破紀錄。

在業(yè)務領域，星河動力“谷神星一號”衛(wèi)星首飛成功，且進入太陽同步軌道，長光衛(wèi)星高分辨率對地觀測衛(wèi)星星座進展迅速，銀河航天5G通信低軌衛(wèi)星成功測試，天儀研究院等進入民用SAR衛(wèi)星領域……更多的探索取得新進展。

在發(fā)展?jié)摿Ψ矫?，星際榮耀、藍箭航天等公司在不斷突破液氧甲烷火箭可復用發(fā)動機的試車進展，將于2021年首次發(fā)射液體推進劑火箭，也將是中國商業(yè)航天的重大進展。

總體看來，這是中國航天最好的一年，未來發(fā)展前景充滿希望。
 
2020年，有輝煌的成功，也有包括長征七號甲火箭首飛、長三乙火箭、快舟商業(yè)火箭發(fā)射失利等的不幸。航天從來不是一件容易的事情，當然，正是因為困難重重，我們才要更努力發(fā)展航天。
天可補，?？商睿仙娇梢?。日月既往，不可復追。這是悲喜交加的一年，但喜遠大于悲。2021年，天問一號將抵達火星、天宮空間站將全面開建、長征火箭家族將繼續(xù)擴容（長六甲等）、數(shù)型民營火箭和衛(wèi)星也將有新突破，讓我們共同期待中國航天超級2021！

注：出品：科普中國；制作：太空精釀；監(jiān)制：中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心。

制版編輯 | Morgan



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