历史背景
1992年9月,中央决策实施载人航天工程,并确定了中国载人航天“三步走”的发展战略。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。神舟十五号 工程前期通过实施四次无人飞行任务,以及神舟五号、神舟六号载人飞行任务,突破和掌握了载人天地往返技术,使中国成为第三个具有独立开展载人航天活动能力的国家,实现了工程第一步任务目标。通过实施神舟七号飞行任务,以及天宫一号与神舟八号、神舟九号、神舟十号交会对接任务,突破和掌握了航天员出舱活动技术和空间交会对接技术,建成中国首个试验性空间实验室,标志着工程第二步第一阶段任务全面完成。 2010年,中央批准载人空间站工程立项,分为空间实验室任务和空间站任务两个阶段实施。
空间实验室阶段主要任务是:突破和掌握货物运输、航天员中长期驻留、推进剂补加、地面长时间任务支持和保障等技术,开展空间科学实验与技术试验,为空间站建造和运营奠定基础、积累经验。通过实施长征七号首飞任务,以及天宫二号与神舟十一号、天舟一号交会对接等任务,工程第二步任务目标全部完成。
空间站阶段的主要任务是:建成和运营中国近地载人空间站,掌握近地空间长期载人飞行技术,具备长期开展近地空间有人参与科学实验、技术试验和综合开发利用太空资源能力。当前,中国载人航天已全面迈入空间站时代,计划于2022年前后完成空间站在轨建造任务。
2021年6月报道,神舟十五号正在进行紧锣密鼓地组装和测试。
2022年4月17日,中国载人航天工程办公室主任郝淳在国务院新闻办公室举行新闻发布会上表示,2022年将实施6次飞行任务。其中,将发射神舟十五号载人飞船,神舟十五号飞行乘组由3名航天员组成,与神舟十四号航天员在轨轮换后,在轨驻留6个月。神舟十五号 神舟十五号乘组将实施数次出舱活动,进行舱内载荷设备组装、测试和调试工作,操控机械臂实施舱外载荷安装;对三舱三船最大构型组合体进行运行管理和维护 , 神舟十四号和神舟十五号两个乘组都将在轨飞行6个月,将首次实现乘组在轨轮换,实现不间断有人驻留。两个乘组6名航天员将共同在轨驻留5-10天,航天员系统将面临更加严峻的挑战。
2022年6月4日,在神舟十四号载人飞行任务新闻发布会上,中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强介绍,在轨驻留期间,神舟十四号乘组三名航天员将迎来空间站两个实验舱以及天舟五号货运飞船、神舟十五号载人飞船的来访对接,并与神舟十五号飞行乘组进行在轨轮换,于12月返回东风着陆场。天和核心舱与天舟三号、天舟四号组合体各项设备工作正常,具备交会对接和航天员进驻条件。
2022年9月18日消息,2022年底,三名航天员将乘坐神舟十五号载人飞船与神舟十四号会合,届时中国空间站将有6名航天员共同在轨驻留。10月23日报道,神舟十五号载人飞行任务已经全面进入准备阶段。
2022年11月21日,神舟十五号载人飞船与长征二号F遥十五运载火箭组合体已转运至发射区。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。旅游宣传部门现表示,神舟十五号载人飞船于11月29日傍晚时分在甘肃酒泉卫星发射中心搭乘长征二号 F 遥十五火箭进行发射。神舟十五号 2022年11月27日,神舟十五号发射任务组织全区合练。发射任务各系统已经完成了飞船和火箭功能检查、匹配检查,组织了全系统发射演练,后续将按程序进行火箭推进剂加注和发射工作。
2022年11月28日9时,神舟十五号载人飞行任务新闻发布会召开,航天员乘组将在轨工作生活6个月,计划于2023年5月返回东风着陆场。
北京时间2022年11月29日23时08分,搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约10分钟后,神舟十五号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,航天员乘组状态良好,发射取得圆满成功。
2022年11月30日,神舟十五号载人飞船与中国空间站成功完成全自主快速交会对接。中国首次实现空间站三船三舱构型,以及6名航天员同时在轨驻留。
2022年11月30日,神舟十五号3名航天员顺利进驻中国空间站,会师神舟十四乘组,两个航天员乘组首次实现“太空会师”。
2022年12月2日晚,神舟十四、神舟十五号航天员乘组进行交接仪式,两个乘组移交了中国空间站的钥匙。两个乘组的6名航天员分别在确认书上签字,中国空间站正式开启长期有人驻留模式。神舟十四号航天员乘组已完成全部既定任务,于12月4日乘坐神舟飞船返回东风着陆场。
“神舟”载人飞船是中国自行研制的用于天地往返运输人员和物资的载人航天器,达到或优于国际第三代载人飞船技术,具有完全自主知识产权及鲜明的中国特色。飞船可一船多用,既可留轨观测又可作为交会对接飞行器,满足天地往返的需求。
总指挥:何宇
总设计师:贾世锦
CZ-2F运载火箭是在长征二号E运载火箭的基础上,按照发射载人飞船的要求,以提高可靠性、确保安全性为目标研制的火箭。火箭全长58.34米,起飞重量479.8吨,起飞推力约600吨。芯级直径3.35米,捆绑4个直径2.25米的助推器。CZ-2F火箭是中国仅有一种载人运载火箭,具有两种状态,即发射天宫实验室状态和发射载人飞船状态。
总体单位:中国运载火箭技术研究院
总指挥:荆木春
总设计师:容易
作为中国航天史上技术最复杂的“航天员专列”,“神箭”长征二号F(以下简称长二F)运载火箭的每一次亮相,其可靠性和安全性都会再度提升。长二F运载火箭是在长征二号E运载火箭的基础上,按照发射载人飞船的要求,以提高可靠性、确保安全性为目标研制的火箭,在长征二号E基础上增加了逃逸系统和故障检测处理系统,其可靠性指标从0.91提升至0.97,安全性指标达0.997,完成了普通运载火箭到载人运载火箭的跨越 。
主要承担载人飞船和空间实验室的发射任务。主要任务是负责运载火箭、飞船、空间实验室、有效载荷和航天员系统装船设备在发射场的测试和发射,并提供相应保障条件。酒泉载人航天发射场于1998年正式投入使用,采用了具有国际先进水平的“垂直总装、垂直测试、垂直运输”及远距离测试发射控制的先进模式。
总体单位:中国酒泉卫星发射中心
总指挥:邹利鹏
总设计师:郑永煌
2022年11月12日10时03分,搭载天舟五号货运飞船的长征七号遥六运载火箭,在中国文昌航天发射场准时点火发射,约10分钟后,天舟五号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道,飞船太阳能帆板顺利展开工作,发射取得圆满成功。天舟五号货运飞船装载了神舟十五号3名航天员6个月的在轨驻留消耗品、推进剂、应用实(试)验装置等物资,还搭载了“澳门学生科普卫星一号”、宇航用氢氧燃料电池、空间宽能谱高能粒子探测载荷等试验项目。
神舟十五号载人飞船发射之后,中国空间站将形成“三舱三船”构型,其中的“三船”包括:天舟五号货运飞船、神舟十四号、神舟十五号载人飞船。
看点一:两个航天员乘组将首度太空“会师”:神舟十五号、神舟十四号两个乘组6名航天员将在太空“会师”,“面对面”进行在轨交接,堪称本次任务的首要看点。在轨交接将是未来中国空间站运营期间主要的任务交接模式,相较地面交接更加高效可靠。
看点二:神舟十五号乘组将承接新挑战:神舟十五号乘组作为空间站完成在轨建造后到访的首个乘组,将开展空间站三舱状态长期驻留验证工作;航天员将完成15个科学实验机柜解锁、安装与测试,开展涵盖空间科学研究与应用、航天医学、航天技术等领域的40余项空间科学实验和技术试验;计划实施3-4次出舱活动,将首次使用梦天实验舱的货物气闸舱转移物品。 看点三:火箭可靠性再提升。经过不断的技术改进,执行此次任务的长征二号F遥十五运载火箭的飞行可靠性评估结果为0.9895。共有45项技术状态变化,进一步提升了火箭可靠性和发射概率,从而更好地为空间站任务服务。神舟十五号 看点四:船箭组合体将在低温严酷环境下实施载人任务。针对神舟十五号船箭组合体将在低温严酷环境下执行载人飞行任务的情况,发射场地面设备已进行全面更新改造,科研人员对发射场配置的两套整流罩内送风设备保障性进行确认,并约定按照温度上限进行送风。
看点五:空间站将实现首次两艘载人船停靠。任务期间,两艘神舟载人飞船首次同时停靠空间站。神舟十五号停靠于天和核心舱前向端口,神舟十四号停靠于天和核心舱径向端口,两艘飞船同时与空间站进行信息代传、通风换热、并网供电等。
看点六:空间站组合体将首次形成最大构型。神舟十五号载人飞行任务是中国空间站建造阶段的最后一次飞行任务,飞船与空间站组合体交会对接后,中国空间站将以独特造型,即由天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱以及两艘载人飞船和一艘货运飞船组成“三舱三船”的组合体,这是中国空间站目前的最大构型,总质量近百吨,将向全世界展现中国载人航天工程的卓越能力。
任务期间,神十五乘组将重点开展6个方面工作:
一是开展空间站三舱状态长期驻留验证工作;二是完成15个科学实验机柜解锁、安装与测试,开展空间科学研究与应用、航天医学、航天技术等领域的40余项空间科学实验和技术试验;三是实施3至4次出舱活动,完成梦天舱扩展泵组和载荷暴露平台设备安装等工作;四是验证货物气闸舱出舱工作模式,与地面协同完成6次货物出舱任务;五是开展常态化的平台测试、维护及站务管理工作;六是开展在轨健康防护锻炼、在轨训练与演练等工作。
显控、语音、手控仪表
综合显示单元和时间单元、发声单元、手控左/右面板单元、编码指令设备等设备分别作为飞船终端显示仪表、终端语音仪表、手控终端仪表和终端控制仪表,为航天员提供飞船运行过程中的参数显示、语音播报、运动控制指令发送。在飞船飞行期间航天员着航天服被束缚时,手控右舱壁单元和开关指令板为其提供必要的操控界面,并具备声、光反馈功能。
针对神舟飞船任务要求,研制团队在以上仪表产品中应用了具备高可靠性和高安全性的处理器平台,研发了多项关键技术。其中最关键的处理器抗辐照加固技术,可以确保在复杂宇宙射线和高速粒子条件下,高速硬件系统正常的工作。该技术在有辐照环境的一些特殊工业领域中,存在非常有价值的技术应用前景。
仪表板减振器
仪表板作为飞船仪表设备的承重部件,它的整体框架式构型就如同一个“家”一样,不仅为仪表显示设备和主要手控设备这些“兄弟姐妹”提供独立的“私密空间”,而且为它们提供了准确可靠的安装接口。这个“家”通过四个金属橡胶减振器实现与飞船舱壁的可靠联接,四个金属橡胶减振器就像四个“忠诚的软甲卫士”,结构上既有金属的固有特性,又有橡胶的弹性。在飞船发射、飞行和返回过程中遇到较大的振动、冲击等情况时,能够为飞船上的仪器设备提供必要的力学工作环境,例如在发射、返回过程中保证设备生存,在飞行过程中改善仪表板上设备的力学工作环境。神舟十五号 摆脱引力束缚
在飞船发射和返回过程中,航天员的身体被牢牢束缚在座椅上,身体不能前倾以完成对仪表板上各设备的操作,为解决这一难题,操纵棒应运而生。
操纵棒把手是根据航天员手掌正常抓握状态进行赋型设计的,外部轮廓曲面完美贴合航天员掌心,极大满足航天员操作过程中的舒适度要求。操纵棒杆体设计为可无极伸缩式,航天员可以根据现场条件在一定范围内任意调整操纵棒的长度。
舱内/外照明
由于神舟十五号载人飞船在轨飞行时会周期性经过地球阴影区,经历长时间的黑暗,因此在与空间站“太空牵手”时的照明问题就非常重要。
为了适应外层空间的复杂环境,神舟十五号载人飞船舱内照明设备(近距离泛光照明)和交会对接照明设备(远距离透光照明)采用了先进的固态照明光源。这种光源的优点是耐冲击、抗振动、功耗低、稳定性高,但受限于发光材料的性能,固态照明对高温环境和低温环境都比较敏感。为此,研制团队进行了长期的技术攻关。在空间环境适应性的难题上,为降低紫外辐照、总剂量辐照、原子氧等空间特殊环境对产品寿命及可靠性的影响,研制团队先后突破了空间二次光学系统设计、在轨抗特殊空间环境设计、敏感器件抗力学环境设计等技术难题。
此外,固态照明加固技术也在抗辐照方面具有明显的技术优势,因此可应用于有辐照环境的一些特殊工业照明领域中,其加固后良好的抗力学振动能力,也可以满足矿场、轮船等复杂工业环境的特殊需求,具有广阔的应用前景。
舱门快速检漏仪
在飞船与空间站组合体顺利对接后,航天员要进入到空间站,期间要经历多次穿舱活动,都需要打开和关闭舱门,因此精准快速检测舱门的密封性至关重要。舱门检漏仪的作用就是检测神舟飞船的舱门是否达到了密封状态,它通过内部的核心传感系统,感受压力和温度的变化,在短时间内判断舱门是否关闭完好,并向航天员发送“舱门已关好,可以脱航天服”的指令。
早期的神舟飞船是整舱加压,通过检测整舱舱压变化来判断舱门的密封性,这种方法虽准确、可靠,但缺点是耗时长。舱门快速检漏仪实现了对神舟飞船舱门和对接面的快速、准确检漏,填补了国内在该领域的空白。舱门快速检漏仪已经成为载人航天器的“必需品”,为航天员舱内活动提供坚实的安全保障,为载人航天器保驾护航。神舟十五号 仪表照明分系统软件产品
仪表照明分系统的综合显示单元人机交互设备和发声单元的配套软件,通过内总线接收并显示飞船的重要事件信息,向航天员通报顺序飞行事件、紧急事件、进出站事件等显示信息和语音提示,并对特别重要的警示信息进行多重语音提示或突出显示,以确保航天员在轨期间能快速掌握返回舱内外信息。
仪表照明分系统的手控左面板单元、手控右面板单元、编码指令版、手控右舱壁等设备配套的软件产品向航天员提供必要的操作及控制飞船的相关显示界面,能够高可靠、高实时的刷新显示重要参数,实时响应航天员的在轨操作指令,并对异常状态进行有效提示。
仪表照明分系统的软件产品具备极强的实时性和极高的可靠性,以保证各类故障能够被及时发现并得到妥善处理,对故障状态既不漏报、也不错报,以满足航天员在轨执行任务期间的各类使用场景,为航天员提供全方位保障,助力航天员顺利执行在轨操作,完成在轨任务。
国际救援示位标&微波重力水平开关
神舟飞船在轨任务结束后,返回舱将带着航天员和下行货物“回家”,地面搜救人员如何快速准确的找到返回舱,关系着航天员的生命安全。这就用到了国际救援示位标和微波重力水平开关等产品。
国际救援示位标集定位信息获取、数据处理、编码调制发射于一体,具有高定位准确性,可实现紧急状态下救援的可靠性和实效性。返回舱落地后,国际救援示位标会发射无线电“信标”信号,犹如大海中明亮的“灯塔”指引着方向。这种信标信号符合国际通用标准,能够被岸站遍布世界各地的全球海事卫星搜救系统所识别,从而确保搜救人员能够快速找到返回舱。
微波重力水平开关从神舟七号飞船开始,就成功应用到神舟系列飞船等各类型号任务中。返回舱的通信天线有两路,由于舱体落地后的姿态是不确定的,为保证通信质量,需要自动接通相对水平面较高的一路天线,同时断开另外一路。比起神舟系列飞船早期使用的进口单刀双掷汞开关,微波重力水平开关采用的是更为先进可靠的电控技术,通过测量天线敏感轴的重力分量,来表征天线敏感轴与水平面的夹角,实现自动切换通信天线方向,技术指标和安全性、可靠性均优于进口的汞开关。
快速对接模式
神舟十五号采用快速交会对接模式,首次与90吨级的空间站组合体在前向端口对接,实现刚性连接。现在,核心舱上的对接口“满员”停靠,所有对接机构全部“上岗”工作。为了实现可靠对接、安全停靠,型号研制队伍在地面通过了31次捕获缓冲试验,验证了对接机构具备在单项极限偏差、组合偏差共31种工况下的捕获缓冲能力,使对接机构的运动精度横向偏差可以控制在1mm以内,角度偏差控制在0.1°以内。
精准调控
中国空间站首次实现同时停靠两艘神舟载人飞船,其中,神舟十五号停靠空间站节点舱前向对接口,神舟十四号停靠在空间站节点舱径向对接口。由于停靠位置的不同,看似状态相同的两艘飞船,无论是光照发电条件,还是天地通信条件,都是完全不同的。来自空间站四组超大柔性太阳电池翼和三个巨型舱体的遮挡,导致两船的能源需求和天地通信需求各不相同。为此,研制团队通过精细制定能源并网时机,精准调控能源并网功率,不仅可以让两艘载人飞船实现用电自由,还能避免能源过剩造成的用电风险。同时,两船在轨的天地通信可通过各种信息大联合,由空间站代传相关信息和指令,统一分配通信资源,实现两船天地测控无缝衔接。
“云测试”&“云飞控”
为了高效满足神舟飞船滚动生产、打一备一的任务需求,研制人员实现了酒泉—北京异地“云测试”和“云飞控”的功能。“云测试”,使团队技术骨干无论身处何处,都能为飞船做“体检”;“云飞控”,意味着能够在飞船完成关键动作期间,能得到专家的全力支持。
纪念邮票
为纪念神舟十五号载人飞船发射成功、6位中国航天员首次实现“太空会师”,中国载人航天工程办公室授权中国集邮有限公司发行了《中国空间站神舟十五号载人飞船发射成功》纪念封、《中国空间站神舟十五号载人飞行任务》纪念封、《中国空间站神舟十五号载人飞行任务》纪念邮折、《中国空间站神舟十五号载人飞行任务》纪念邮册等纪念邮品。
《中国空间站神舟十五号载人飞船发射成功》纪念封,展现神舟十五号载人飞船与长征二号F遥运载火箭发射现场画面,使用《国旗》主图个性化邮票,附图为载人航天LOGO,并加盖邮政日戳,神舟再度飞上湛蓝的天空,飞向太空,场景壮观、震撼。《中国空间站神舟十五号载人飞行任务》纪念封,展现了此次执行载人飞行任务的费俊龙、邓清明和张陆三位航天员的形象,使用《国旗》主图个性化邮票,附图为三名航天员头像并加盖邮政日戳,以此来记录参与此次任务的三位航天员的英雄事迹。
《中国空间站神舟十五号载人飞行任务》纪念邮折特别收录了《中国空间站神舟十五号载人飞船发射成功》纪念封、《中国空间站神舟十五号载人飞行任务》纪念封。邮折中展示了神舟十五号载人飞船与长征二号F遥运载火箭发射现场图,以及神舟十五号载人飞船乘组航天员集体肖像。此外,本款产品特别搭配了《中国空间站神舟十五号载人飞行任务纪念》任务标识徽章,该徽章直径为38mm,厚度为2mm,其佩戴形式采用强磁铁的方式。在工艺方面,该徽章采用珐琅和印刷相结合的方式。在每道工艺间会有抛光和电镀,使徽章呈现出最佳的品质和效果。徽章背面采用特定形式的CMS符号标识,具有极高的产品辨识度和收藏意义。
《中国空间站神舟十五号载人飞行任务》纪念邮册收录《中国空间站天舟五号货运飞船发射成功》纪念封、《中国空间站神舟十五号载人飞行发射成功》纪念封和《中国空间站神舟十五号载人飞行任务》纪念封这三枚封,展现了中国完成中国空间站在轨组装建造任务的卓越成就。同时收录了与航天员同款的任务标识刺绣臂章,臂章的直径为80mm,采用进口高端绣花机器、高品质的丝光线、精致的高密度刺绣工艺而制成,作品线迹整齐、绣粒饱满而富有光泽,背面采用特制的CMS防伪暗纹、防伪贴和唯一的编号。配备收藏证书,限量10万套发行。
神舟十五号飞行任务是中国空间站建造阶段的最后一棒,也是空间站应用与发展阶段的第一棒,具有承前启后的重要作用。