在刚刚过去的2020年，我国在航天科技领域取得了巨大成就，例如，新一代载人飞船试验船试飞成功、北斗三号全球卫星导航系统正式开通、首颗Ku频段高通量宽带商业通信卫星成功发射、嫦娥五号实现我国首次地外天体采样返回、高分卫星专项系统建设圆满收官、新一代运载火箭长征八号首飞成功等等。

2021年，我国航天将继续再接再厉，仅中国航天科技集团就计划进行40余次宇航发射任务，尤其要在火星探测领域和空间站领域创造出具有国际影响的高光时刻。

01

天问一号抵达火星

据悉，2020年7月23日我国首次发射的第一个火星探测器天问一号，已顺利完成了几次在轨自检、中途修正和1次深空机动。它将在总的飞行里程达到4.7亿公里之时，在距离地球约1.9亿公里处抵达火星附近，于2021年2月10日左右实施近火制动，俗称“刹车”减速，从而被火星捕获，进入火星环绕轨道。然后，天问一号在着陆区上空对着陆区开展探测，为着陆火星做准备。

总重约5吨的天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成，着陆巡视器主要包括进入舱和火星车。它将于2021年5月择机实施降轨机动，其着陆巡视器与环绕器分离。环绕器升轨返回到停泊轨道，为着陆过程提供中继通信。着陆巡视器进入火星大气，依次完成配平翼展开、降落伞开伞、大底分离、背罩分离、动力减速、悬停、避障及缓速下降、着陆缓冲等动作，最终软着陆于火星表面。

天问一号在飞往火星途中的自拍图片

在火星表面软着陆后，火星车与着陆平台解锁分离。火星车驶离着陆平台，开始巡视探测。与此同时，环绕器进入中继轨道，为火星车提供中继通信，兼顾科学探测。火星车完成探测任务后，环绕器进入使命轨道，开展火星全球遥感探测，兼顾火星车扩展任务中继通信。

在完成火星探测任务中，最关键的一个环节就是着陆巡视器在火星着陆。这是由于火星距离地球遥远，测控信号十分微弱，且延时达10分钟以上，所以必须提前给着陆巡视器注入数据，使它完全自主精确地闯过气动减速、降落减速、制动减速、着陆减速等一系列难关，任何步骤都不能有一点失误。其难度被形容为相当于从巴黎打一个高尔夫球，正好落到东京的某个洞里；其着陆过程也被称为“恐怖的7分钟”。为此，中国航天人正积极进行各项准备，以迎接这一巨大挑战。

着陆巡视器在火星着陆示意图

如果上述获得成功，天问一号将是世界上第一个通过一次发射实现环绕、着陆和巡视三项任务的火星探测器，具有起点高、效益高的特点，可使我国深空探测能力和水平实现跨越式发展，成为世界第三个在火星着陆的国家、第二个在火星巡视的国家。

用环绕器可以对火星开展全球性、综合性的环绕探测，用巡视器可以对有科研价值的局部地区开展高精度、高分辨率的详细调查，对火星形态、地质学、矿物学、空间环境、土壤和水冰分布等进行最全面的研究，这有利于建立起对火星全面而基础的认识，为我国独立开展行星际探测奠定重要基础。

02

空间站核心舱亮相

我国空间站发展虽然起步晚，但起点高，没有走美苏先发展单舱式空间站，再发展多舱式空间站的老路。我国第一个空间站“天宫”将由一个名叫“天和”的核心舱和两个分别名叫“问天”和“梦天”的实验舱组成，每个舱都重20吨级。

2021年1月17日，中国空间技术研究院举行了空间站“天和”核心舱任务试验队出征仪式，这标志着我国空间站建造即将转入任务实施阶段。按照我国空间站建造任务规划，“天和”核心舱将由长征五号B遥二火箭在今年春季从文昌航天发射场升空。

“天和”核心舱主要用于统一控制和管理空间站组合体，支持实验舱、载人飞船和货运飞船等飞行器与其交会对接和在轨组装，具备接纳航天员长期访问和物资补给的能力，提供航天员生活和工作场所，同时支持部分学科的科学研究，配置了大机械臂，具有气闸舱功能。

核心舱上用于对接的节点舱

它有3个对接口和2个停泊口。3个对接口用于对接2艘“神舟”载人飞船及其他飞行器访问空间站，2个停泊口用于两个实验舱与核心舱组装形成空间站组合体，另有一个出舱口供航天员出舱活动。“天舟”货运飞船对接在核心舱后面。

该核心舱采用了一些先进的新技术。例如，推进剂在轨补加、再生式生命保障和大型空间机械臂等。

“天和”模型上的大型空间机械臂

其上的大型空间机械臂长15米，有7个关节，达到世界先进水平，无论是舱段转位、大设备的移动，还是航天员自身移动，都可用它完成，从而能使我国空间站具有鲜明的中国特色和时代特征。

为了减少天地往返运输成本，“天和”将采用部分再生式生命保障系统，即航天员呼出的水蒸气可通过冷凝水的方式回收，排出的尿液也会回收净化，重新作为饮用水和生活用水使用。

“天和”核心舱整体模型

此后在今明两年内，我国还将陆续实施10次飞行任务，包括2次空间站实验舱的发射、4次货运飞船以及4次载人飞船发射，于2022年完成空间站在轨建造，实现中国载人航天工程三步走发展战略第三步的任务目标。其设计寿命在十年以上，能长期载3人，半年一轮换，主要用于取得重大科学价值的研究成果和取得重大战略意义的应用成果。

据有关专家介绍，我国空间站的特点是：起点高、效益高。它在建成后具有世界第三代空间站水平。与和平号空间站和“国际空间站”相比，我国的规模较小，但从建造成本和应用效益的角度分析，属于“经济适用型”，是符合中国国情和实际需要的理性选择。我国既不贪大求全，但又规模适度，尤其是与目前在轨运行的“国际空间站”相比，我国空间站载荷支持效率更高，可提供多种标准接口，有望取得较高的工程应用效益。

03

两种飞船鼎立相助

目前，世界现役的载人航天器有两种，一类是作为交通工具的宇宙飞船，其优点是可以天地往返，但它们体积小，运行时间短，所以主要用来接送航天员和货物；另一类作为科研基地的空间站，其优点是体积大、寿命长和功能强，但不能进行天地往返，需要用宇宙飞船提供运输服务，所以它主要用于科研、生产和在轨服务等。

定型以后的“神舟”载人飞船飞行示意图

为此，我国在研制和发射空间站舱段之前，先成功研制和发射了“神舟”载人飞船和“天舟”货运飞船。在“天和”核心舱升空后，今年我国还将继续发射“神舟”和“天舟”飞船，分别把航天员和核心舱所需物资送到核心舱内。

至今，我国已陆续成功发射了6艘“神舟”载人飞船，把11名航天员、14人次送上了太空，所以该飞船的技术比较成熟。

“神舟”总长近9米，总重约8吨左右，乘员人数3人，能自主飞行7天，停靠飞行180天。它由系统总体和13个分系统组成，其中包括环境控制与生命保障、回收着陆、仪表与照明、应急救生和乘员等分系统。

该载人飞船采用3舱式构型。位于飞船前部的轨道舱用于航天员入轨后的工作、吃饭、方便和睡觉。其前端装有交会对接装置，可与空间站核心舱交会对接。位于飞船中部的返回舱是航天员往返太空时的座舱，也是飞船的控制中心，具有着陆后支持航天员陆上生存48小时、海上生存24小时的能力。位于飞船后部的推进舱为非密封结构，为飞船提供动力、电源和燃料等。

我国曾于2017年4月20日发射了首艘货运飞船天舟一号，它顺利地完成了各项预定任务，从而表明“天舟”货运飞船达到了设计目标，能满足我国空间站的货物运输需求。

“天舟”货运飞船飞行示意图

“天舟”货运飞船由货物舱和推进舱组成，整船最大装载状态下重量达13.5吨，上行货物运输能力为6.5吨，这在世界现役货运飞船中是最大的。其载货比为48%，也是世界第一，所以能以最小的结构重量达到最大的装货能力，并具备独立飞行3个月的能力。

它不仅可以为核心舱送去航天员所需的各类生活用品和各种科研设备等，还能作为一个空间站的临时舱段开展科学实验和技术试验，也可以提升空间站的轨道、带回和销毁空间站上的垃圾等。

04

“长征”三箭举足轻重

上述介绍的空间站“天和”核心舱、“神舟”载人飞船和“天舟”货运飞船将分别由三种型号的“长征”运载火箭于今年发射升空，其中长征五号B用于发射“天和”核心舱，长征二号F用于发射“神舟”载人飞船，长征七号用于发射“天舟”货运飞船。

首枚长征五号B已于2020年5月5日将我国新一代载人飞船试验船及柔性充气式货物返回舱试验舱的组合体准确送入预定轨道，它表明我国已突破和掌握了大整流罩研制及分离技术、大推力直接入轨偏差精确控制技术、大直径舱箭连接分离技术等关键技术。另外，2020年我国长征五号成功进行了2次发射，而长征五号B是在长征五号基础上改进研制而成的。所以，有理由对今年用长征五号B运载火箭发射“天和”核心舱充满信心。

长征五号B运载火箭

长征五号采用二级半构型，长征五号B是在长征五号的基础上去掉长征五号的第二级，即采用一级半构型。其芯级直径为5米，装有2台推力均为50吨的液氢/液氧发动机；芯级并联了4个直径3.35米的助推器，每个装有2台推力均为120吨的液氧/煤油发动机。

该火箭的起飞质量约849吨，起飞推力约1078吨，近地轨道运载能力不小于22吨。这是目前我国近地轨道运载能力最大的运载火箭，也是我国目前唯一一种只用一级火箭就能直接将有效载荷送入预定轨道的运载火箭。其近地轨道运载能力已跻身国际前列，为我国空间站工程任务的顺利实施奠定了坚实基础。

长征五号B总长约53.66米，其中整流罩长度20.5米，相当于六层楼的高度，比长征五号的整流罩长8米，这也是目前我国最大的整流罩，为装载空间站舱段而量身打造的。

长征五号B遥二运载火箭已在天津总装测试厂房内完成测试，火箭将按计划运往发射场发射空间站核心舱。

今年发射“神舟”载人飞船的长征二号F是我国第一种也是目前唯一一种载人运载火箭，它已成功发射了6艘“神舟”载人飞船、5艘“神舟”无人试验飞船、天宫一号目标飞行器和天宫二号空间实验室，创造了发射成功率100%的13次完美飞行。其中发射载人飞船状态时的近地轨道运载能力为8.1吨。它是在长征二号E基础上广泛采用了冗余设计，提高了元器件等级和筛选标准，结构设计提高了剩余强度系数，发动机也进行了旨在提高可靠性的设计，并增加了故障检测处理和逃逸系统，以保证航天员的安全，使火箭可靠性从长征二号E的91%提高到97%。其顶部装有一个类似避雷针的逃逸塔，可使航天员的安全性达到99.7%，从而在功能、性能、可靠性和安全性方面全部达到了载人运载火箭的要求。

长征二号F运载火箭今年预计执行2次载人发射任务，即先后发射神舟十二号、十三号载人飞船。

长征二号F运载火箭

今年发射“天舟”货运飞船的长征七号是为满足我国载人空间站工程发射货运飞船的需求而研制的新一代高可靠、高安全的中型运载火箭，也是我国首型采用全三维数字化手段设计的火箭，首枚在海南文昌航天发射场发射的火箭。此前它已成功发射了2次，其中包括发射天舟一号货运飞船。它采用两级半构型，可以把14吨的有效载荷送入近地点200千米、远地点400千米、倾角42°的地球近地轨道。

它是利用长征二号F火箭成熟技术，在大体不变情况下换成新研制的120吨级液氧/煤油发动机。其优点是：一是提高了火箭的运载能力，把我国火箭的近地轨道运载能力由8.6吨一下提高到14吨。二是推进剂绿色环保，燃烧后产生二氧化碳和水。三是便宜，平均成本仅为常规推进剂的1/10强。四是今后可重复使用。

其基本型总长53.1米，芯一、二级直径3.35米，单个助推器直径2.25米，起飞质量约597吨，起飞推力720吨。其芯一级装有2台单台推力为120吨的双摆液氧/煤油发动机；芯一级并联了4个助推器，每个助推器装有1台单台推力为120吨的单摆液氧/煤油发动机；芯二级直径为3.35米，装有4台单台推力为18吨的双摆液氧/煤油发动机。其整流罩直径4.2米。

长征七号运载火箭

长征七号遥三运载火箭目前正在进行总装。今年预计执行2次货船发射任务，即先后发射天舟二号、三号货运飞船。

2021年，中国航天已经取得了“开门红”。2021年1月20日，我国用长征三号乙火箭在西昌卫星发射中心成功发射了天通一号03星。此后，将期待我国在火星探测、空间站建造等方面取得更加辉煌的成果。