神十九筑夢九天再出征！為啥總是神舟配“神箭”？

2024年10月30日，神舟十九號載人飛船在“長征二號F”火箭的托舉下進入太空，與“天宮號”空間站交會對接，開展新一輪的“在軌輪換”，將接替神舟十八號乘組，繼續(xù)開展空間科學(xué)試驗任務(wù)。

圖片來源：新華社（李鑫 攝）

為啥總是神舟配“神箭”？

作為我國目前唯一一型在役載人火箭，“長征二號F”火箭被命名為“神箭”，肩負著保障航天員安全進入太空的特殊使命和責(zé)任。從2003年將我國第一位航天員楊利偉送入太空至今，一直是由她托舉神舟飛船進入太空。

圖片來源：中國載人航天工程網(wǎng)

相比于航天員乘坐的飛船，載人運載火箭的技術(shù)含量一點也不低。目前世界上只有中國、俄羅斯和美國擁有載人運載火箭。作為載人航天系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，載人運載火箭確保超高的可靠性是其第一要務(wù)。對于不載人的運載火箭，可靠性指標達到0.91就行，但載人運載火箭，其可靠性要求在0.97以上。

中國載人航天工程中目前使用的“長征二號F”載人運載火箭，采取了多種措施來提高可靠性。例如，對火箭元器件、部件進行嚴格篩選和測試；對關(guān)鍵部件采取備份措施，控制器的CPU及電路采用三冗余配置；還嵌入了故障診斷系統(tǒng)，可以在點火前30分鐘開始工作，自行判斷火箭的工作狀態(tài)；火箭整體測試與試驗更加嚴格，能在地面發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題或隱患。采取上述措施后，“長征二號F”火箭的可靠性從其前身“長征二號E”火箭的0.91提高到0.97，成為中國可靠性指標最高的運載火箭。

為了進一步提高航天員的安全性水平，我國“長征二號F”載人運載火箭還設(shè)計安裝了逃逸救生系統(tǒng)，使航天員的安全性達到99.7%。萬一載人運載火箭無法正常工作，面臨墜毀、爆炸等風(fēng)險時，火箭上的逃逸救生系統(tǒng)就會立即點火啟動，與火箭本體分離，將飛船上的航天員及時帶離險境。

“長征二號F”載人運載火箭還特別注重解決航天員的乘坐舒適性問題。對于人體而言，一般運載火箭飛行所帶來的高強度振動、沖擊、過載、噪音環(huán)境，可能造成極度的不舒適。尤其是縱向耦合振動，可能會使航天員感覺十分痛苦。為此，“長征二號F”載人運載火箭設(shè)計了包括蓄壓器在內(nèi)的一整套解決方案，將縱向耦合振動的量級控制到了極低水平，滿足了載人航天的要求。

新一輪“太空出差”有何亮點？

神舟十九號任務(wù)是空間站應(yīng)用與發(fā)展階段第4次載人飛行任務(wù)，也是載人航天工程第33次飛行任務(wù)。其主要目的是：與神舟十八號乘組完成在軌輪換，在空間站駐留約6個月，開展空間科學(xué)與應(yīng)用實驗，實施航天員出艙活動及貨物進出艙，進行空間站空間碎片防護裝置安裝、艙外載荷和艙外設(shè)備安裝與回收等，開展科普教育和公益活動，以及空間搭載試驗，進一步提升空間站運行效率，持續(xù)發(fā)揮綜合應(yīng)用效益。

神舟十九號載人飛船入軌后，采用了自主快速交會對接模式，與天和核心艙前向端口對接，形成三船三艙組合體。隨著3名航天員順利進駐中國空間站，“70后”、“80后”、“90后”航天員齊聚“天宮”，完成中國航天史上第5次“太空會師”。

2024年10月30日在北京航天飛行控制中心拍攝的神舟十九號航天員乘組和神舟十八號航天員乘組“全家?！薄?/p>

圖片來源：新華社（李杰 攝）

在軌駐留期間，神舟十九號航天員乘組還將迎來天舟八號貨運飛船和神舟二十號載人飛船的來訪，計劃于明年4月下旬或5月上旬返回東風(fēng)著陸場。

神舟十九號航天員乘組進行飛船程序訓(xùn)練（2024年5月23日攝）。圖片來源：新華社（孔方舟 攝）

神舟十九號乘組飛行期間，將重點圍繞近期發(fā)布的《國家空間科學(xué)中長期發(fā)展規(guī)劃（2024—2050年）》中的“太空格物”主題，開展微重力條件下生長蛋白晶體的結(jié)構(gòu)解析、軟物質(zhì)非平衡動力學(xué)等86項空間科學(xué)研究與技術(shù)試驗，覆蓋空間生命科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理、空間材料科學(xué)、航天醫(yī)學(xué)、航天新技術(shù)等領(lǐng)域，預(yù)計在基礎(chǔ)理論前沿研究、新材料制備、空間輻射與失重生理效應(yīng)機制、亞磁生物效應(yīng)及分子機制等方面取得一批科學(xué)成果。

我國空間站助推空間科學(xué)的發(fā)展

本次神舟十九號任務(wù)，恰逢中國科學(xué)院、國家航天局、中國載人航天工程辦公室聯(lián)合發(fā)布《國家空間科學(xué)中長期發(fā)展規(guī)劃（2024—2050年）》。作為我國開展空間科學(xué)研究國家級太空實驗室，天宮空間站將重點聚焦于“太空格物”主題。這一主題不僅關(guān)乎人類對宇宙的基本理解，更是推動科技進步、實現(xiàn)太空夢想的重要基石。

該主題旨在揭示太空條件下的物質(zhì)運動和生命活動規(guī)律，深化對量子力學(xué)與廣義相對論等基礎(chǔ)物理的認知。擬解決的重大科學(xué)問題包括微重力多過程耦合新體系下復(fù)雜流體物理基礎(chǔ)理論，引力場中的量子效應(yīng)、廣義相對論高精度檢驗與新物理探索，地球生命的空間環(huán)境適應(yīng)性和生存策略等。

微重力科學(xué)是研究在微重力環(huán)境下物質(zhì)運動和變化規(guī)律的科學(xué)。在太空環(huán)境中，由于重力大大減弱，物質(zhì)的運動狀態(tài)與地球上截然不同。天宮空間站為科學(xué)家提供了一個獨特的實驗平臺，可以開展許多在地球上無法進行的實驗。例如，通過微重力環(huán)境下的流體實驗，可以觀察到流體在失重狀態(tài)下的獨特行為，如液滴的合并與分離、氣泡的形成與演化等。這些實驗不僅有助于揭示流體運動的本質(zhì)規(guī)律，還可以為材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供新的研究思路和方法。

量子力學(xué)和廣義相對論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基礎(chǔ)理論。在天宮空間站的太空環(huán)境中，由于物質(zhì)的運動狀態(tài)和相互作用方式發(fā)生變化，這兩個理論也將面臨新的挑戰(zhàn)和機遇。例如，在宏觀引力場中觀測量子效應(yīng)，可以檢驗廣義相對論與量子力學(xué)的兼容性，并探索新的物理現(xiàn)象。此外，通過精確測量引力波的傳播速度和波形，還可以進一步驗證廣義相對論的預(yù)言。

空間生命科學(xué)是研究在太空環(huán)境中生命體的生長、發(fā)育和變化規(guī)律的科學(xué)。在太空環(huán)境中，由于重力、輻射等環(huán)境因素的變化，生命體的生理和遺傳特性也會發(fā)生相應(yīng)的改變。通過空間生命科學(xué)的研究，可以了解生命體在太空環(huán)境中的適應(yīng)機制和生存策略，有助于揭示生命的本質(zhì)規(guī)律，推動生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的進步，為未來的載人航天和太空移民提供科學(xué)依據(jù)。

作者：于遠航 北京宇航系統(tǒng)工程研究所高級工程師

審核：倪茂林 中國宇航學(xué)會研究員

策劃：薛紅玉

出品：科普中國×中國宇航學(xué)會