神舟二号(简称:神二,英文名:Shenzhou-2)是 中国载人航天工程 发射的第二艘飞船,也是中国第一艘正样无人飞船。 飞船由轨道舱、返回舱和推进舱三个舱段组成。
神舟二号任务是中国载人航天工程的第二次飞行试验。 飞船于北京时间2001年1月10日1时0分3秒在 酒泉卫星发射中心 发射升空,在太空飞行6天零18小时,环绕地球108圈后,于2001年1月16日19时22分在 内蒙古自治区 中部地区着陆。 在飞船自主飞行期间,进行了半导体光电子材料、 氧化物 晶体 、金属合金等多种材料的 晶体生长 实验;进行了 蛋白质 和其他生物大分子的空间晶体生长实验;开展了植物、动物、水生生物、微生物及离体 细胞 和细胞组织的空间效应实验;对 宇宙 γ射线 和空间环境进行探测。
神舟二号的成功发射和返回,表明中国载人航天工程技术日臻成熟,为最终实现载人飞行奠定了坚实基础。同时,利用飞船有效载荷开展的一系列空间科学试验,是中国首次在自己研制并发射的飞船上进行多学科、大规模和前沿性的空间科学与应用研究,标志着中国空间科学研究和空间资源的开发进入了新的发展阶段。
历史背景
1986年,邓小平批准实施“863”计划,计划以 载人飞船 开始起步,最终建成中国的 空间站 。1992年,中国 载人航天 工程正式立项,并确定按照“三步走”的战略实施。 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。
1999年11月20日,中国自主研制的第一艘试验飞船 神舟一号 发射成功,经过21小时11分的 太空飞行 顺利返回 地球 。中国 载人航天 工程首次飞行试验取得成功。
技术特点
结构组成
神舟二号飞船 由 轨道舱 、 返回舱 和 推进舱 三个舱段组成。与神舟一号飞船相比,神舟二号飞船的系统结构有了新的扩展,技术性能有了新的提高,飞船技术状态与 载人飞船 基本一致。
携带物品
神舟二号飞船共携带64件仪器设备,其中返回舱里15件,轨道舱有12件,附加段有37件。这些仪器设备有进行空间材料科学试验的多工位空间 晶体生长 炉和空间晶体生长观察装置;有进行空间生命科学试验的空间 蛋白质 结晶装置和空间通用生物培养箱;有进行空间天文观测的 太阳 和 宇宙 天体 高能辐射监测仪,包括超软X射线探测器、X射线探测器和 γ射线 探测器;有进行空间环境探测的大气成分探测器、大气密度探测器和固体径迹探测器;还有有效载荷公用系统、微重力测量仪等。 其他搭载物还包括蔬菜、花卉种子和树苗等,如专为西部开发和北京周边绿化而搭载的杨树苗和红豆杉苗。
技术变化
神舟二号是中国首次正样飞船发射试验,与 神舟一号 试验飞船相比,神舟二号增加了3种主要系统功能,即留轨运行、舱内环境控制和应急救生。在这次任务中,船上13个分系统均参加飞行试验,凡是与航天员生命环境保障有关的设备基本上都采用了真实件。
相关系统
运载火箭系统
发射 神舟二号飞船 的长征二号F 运载火箭 是中国为 载人航天 工程而研制的捆绑式大 推力 运载火箭,由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成。 为适应载人航天的需求,长征二号F火箭除对箭体结构、动力装置系统、控制系统、遥测系统等进一步提高可靠性外,还增加了故障检测和逃逸救生系统,以提高载人航天的安全性。 与发射 神舟 一号 相比,发射神舟二号飞船的运载火箭增加了故障监测系统。这次试验还首次考验了逃逸救生系统。
飞船应用系统
神舟二号飞船 自主飞行期间 载人航天 应用系统第一次全系统执行在轨飞行试验任务, 主要进行 材料科学 、 生命科学 试验,同时穿插进行部分对地观察设备的在轨测试试验及空间天文、环境监测仪器的试验任务。留轨期间主要进行对地观测试验、空间 天文观测 和以高层大气为主的空间环境监测试验。
空间材料科学试验
由于太空中几乎没有重力,在这种特殊的环境中,可以生长出地面上得不到的结构完整、性能优良的晶体材料。因此,在飞船上进行空间材料科学试验,对于获取高品质的功能 晶体 材料,了解晶体材料生长过程中对晶体品质的影响,指导地面批量生产,具有重要意义。
在飞船上安装有 材料科学 通用装置——多工位空间 晶体生长 炉, 科研人员利用其进行半导体光电子材料、 氧化物 晶体、金属合金和非晶合金等材料的晶体生长, 研究太空 微重力 条件下各种效应对晶体材料生长过程的影响规律。由于在太空中克服了不利于获得高品质晶体材料生长的诸多因素的影响,加上对微重力条件下晶体生长特殊规律的深入研究,有可能在空间获得高性能的用于高新技术领域的晶体。
为了观察 晶体 生长过程,科研人员还设计了一种特殊的安装在飞船上的空间晶体生长观察装置,利用摄像机全过程拍摄空间微重力条件下氧化物单晶的生长过程,通过对空间晶体熔化和结晶过程图像的分析,研究晶体生长 动力学 和重力对流消失后各种效应对晶体生长的影响。通过在空间对 晶体材料 生长机理和生长工艺的深入研究,可以指导地面晶体材料生产过程,改进工艺,提高晶体质量,推进 材料科学 及工程的发展。
空间生命科学研究
空间环境独特的 微重力 、高能辐射、节律变化是生命科学研究与应用的新领域。空间生命科学研究有助于揭示,因重力掩盖在地面环境下不可能获知的一些本质特征,有助于获取或生产高纯、高效和高值的生物制品,发展新的空间 生物工程 方法。
科研人员利用 神舟二号飞船 上装载的 蛋白质 结晶装置, 进行15种蛋白质和其他 生物大分子 的空间 晶体生长 ,获取能用X射线 衍射 等方法进行大分子三维结构测定的单晶体,为新型高效药物和生物制品的设计、生产探索出新的方式。
神舟二号所进行的空间生物效应研究,是 中国航天 领域首次多物种、多种生物综合性 生物学 研究。 科研人员利用神舟二号飞船上装载的两只空间通用 生物 培养箱 , 以集约化支持的方式同时开展植物、动物、 水生生物 、微生物及离体 细胞 和细胞组织共19种生物,25种生命形态的空间环境效应实验。从细胞、组织、个体、 种群 和简单生态系统不同层次上研究生物体和生物封闭系统的空间生物学效应,争取发展出空间生物加工的共培养技术、反应器技术和发现高效、高质生命物质的特殊代谢途径;争取利用空间环境诱发变异获得具有优良性状和经济价值的生物品系;提供空间生命过程调控的新技术、新思路。
空间 天文观测
神舟二号飞船 上携带了进行空间天文观测的超软X射线 探测器 、X射线探测器和 γ射线 探测器。通过对X射线和γ射线的探测和分析,对研究 宇宙 γ射线暴的起源、产生机制、爆发的能谱及时变特征等有重要的科学意义。 太阳耀斑 中 质子耀斑 产生的高能 质子辐射 ,对 载人飞船 有很大威胁,对短波通讯、洪涝灾害等也有直接影响。通过对 太阳 高能辐射变化的观测研究可以判断耀斑性质,可能提前几十小时对质子事件作出警报,在太阳活动高年期间对太阳高能 电磁辐射 进行监测,具有重要的科学意义和对 载人航天器 的安全保障作用。中国天文学家以 神舟二号飞船 为平台,同样利用由上述设备组成的宽能区、高时间分辨率谱仪,在进行 宇宙 γ射线 暴探测研究的同时兼顾 太阳耀斑 高能辐射监测。这是中国首次对γ暴和 太阳耀斑 进行空间探测。
测控通信系统
神舟二号飞船在轨运行期间,分布在 大西洋 、 太平洋 和 印度洋 上的四艘远望号航天测量船及各有关地面测控站组成的陆海基地航天测控网,由北京航天指挥控制中心统一调度和指挥,按照预定的测控方案,对飞船进行了持续跟踪、测量与控制。向飞船发出一系列遥控指令和控制数据,确保飞船在太空成功地实施了太阳能帆板展开、轨道机动、姿态确定等数百个动作。
从船箭分离至跟踪结束,四艘 远望号测量船 航天 测量船 持续在三大洋上跟踪测控7天共108圈,完成了神舟二号飞船飞行段各圈可观测弧段的测控通信任务,完成了 太阳 帆板展开、数据注入、变轨控制、轨道维持和返回制动控制等事关试验全局的关键性控制指令,标志着中国低轨航天器的海上测控技术取得了新的突破。西安卫星测控中心首次启用了最新研制建成的测控网网络管理系统,实现了测控资源的优化配置和测控设备的远程监控,大大提高了测控网的可靠性和有效性。
发射场系统
神舟二号飞船发射场是中国“九五”期间自主建造的新型航天发射设施,它既可以发射飞船也可以发射 卫星 。发射场采用具有国际水平的垂直总装、垂直测试、垂直运输模式和远距离测试、发射控制方式。自发射 神舟 一号试验飞船以后,又进行了新的技术改造和完善,并通过了国家验收。 酒泉卫星发射中心 新型航天发射工位,也在本次任务中正式投入使用。
着陆场系统
神舟二号着陆场在 内蒙古自治区 中部地区,由4架直升机和6辆搜索车担负飞船回收任务。
任务经过
发射升空
2001年1月10日1时零分,神舟二号飞船在酒泉卫星发射中心由 长征二号系列运载火箭 F型 运载火箭 发射升空,飞船起飞十三分钟后,进入距 地球 表面高度近地点为200公里、远地点为340公里的椭圆轨道。
在轨活动
2001年1月10日21时至22时,经过北京航天指挥控制中心的精确测控,神舟二号飞船上的 发动机 一次点火成功,完成飞船变轨,进入距地球表面340公里高的圆轨道上。 1月12日20时,为了应对神舟二号飞船在飞行过程中轨道高度逐渐衰减,在北京航天指挥控制中心的统一指挥和调度下,由陆海基航天测控网对神舟二号飞船实施首次轨道维持。
返回着陆
2001年1月16日18时33分,当环绕地球运行最后一圈的神舟二号飞临南 大西洋 海域上空时,远望三号航天测量船向其发出了返回命令。随后,飞船完成相应的调姿、舱段分离、返回制动、点火。 19时22分,神舟二号在 内蒙古地区 成功着陆。
科学成果
在空间 天文研究 中,获得了多个 宇宙 γ暴完整的 光变曲线 、能谱和时间结构,发现有超软X射线、硬X射线到 γ射线 宽能谱覆盖的事例,这是中国在γ暴实测研究这一 前沿领域 的重要突破,证明中国自己研制的 探测器 系统已达到国际同类设备的先进水平。
在空间环境探测中,获得了详细的大气成分质谱图和大气密度实测数据,这一成果具有重要的应用价值,其中首次获得的准全球大气密度周日变化分布图,具有重要的科学意义。
通过对回收的金属合金、金属 复合材料 等空间 材料科学 实验样品的分析,表明中国自行研制的空间多工位材料 晶体生长 炉和相应的空间晶体生长工艺取得了突破性进展,在 微重力 材料科学研究方面上了一个台阶。
生物 培养箱 离心机、光照和温度控制在飞行中完全正常,表明中国空间生物效应实验的实验设计、实验方法等上了一个新的台阶,实验工艺和流程日趋成熟,为进一步开展空间 生命科学 和应用研究奠定了基础。
评价与意义
意义
神舟二号在 太空飞行 了7天,尽管返回着陆时没有完全达到所预期的目标,但通过神舟二号的发射,进一步完善了设计,并解决了产品暴露出的质量、技术方面的问题,为以后的飞行试验提供了宝贵经验,奠定了坚实基础。
中国 空间科学和应用研究在神舟二号飞船上取得的科研成果,标志着中国的空间科学和应用研究实现了新的跨越,对中国科学技术和国民经济发展将起到积极的促进作用。
评价
神舟二号飞船的发射成功,对中国全面掌握和突破 载人航天 技术具有重要意义,下一步还要进行若干次无人飞行试验,在此基础上,实施载人航天飞行,把中国的航天员送上太空。—— 人民网股份有限公司
这次神舟二号飞船围绕“载人”进行的试验系统成倍增加,飞行时间也由 神舟一号 的不到一天,大幅增加到七天,意义不同寻常,可以说中国航天飞行几乎只差真人入舱,只要再取得三到四次无人飞行试验的成功,技术准备相对成熟的时候,中国就可实施载人航天飞行了,这比美国及前 苏联 的实验准备时间大大缩短。—— 法国 《 欧洲时报 》
神舟二号将为中国把太空人送上太空发挥起步作用,这一成就,使越来越多的人相信,中国古老的飞天梦想将不仅仅是传说,中国宇航员上天的日子又近了一大步。—— 美国 《 国际日报 》
争议事件
延期发射
2000年12月31日,负责运载神舟二号的 长征二号系列运载火箭 F火箭因基地发射站一个工作人员操作失误,发射平台意外启动,已经处于垂直对接状态的重达40多吨的火箭与十一层平台撞在一起。经过一番检测,火箭一共被碰伤18处,而此时,距原定发射日期仅剩4天。原定于2001年1月5日的发射被迫取消。经过连续两天的细致检测与分析,13位权威专家一致认为:碰撞产生的力量小于火箭的设计承受力量,撞击位置距离火箭关键气路就差几毫米,而这个数值恰好还在安全范围内。随后,经过紧张的准备,火箭再次等待发射,并于2001年1月10日发射成功。
降落伞故障
2017年5月16日,杨利伟在接受采访时表示:“神舟二号返回时,降落伞没有打开,返回舱硬着陆,如果人在里面必死无疑。”