聚焦神舟十号飞天

圣敏

2013年6月11日17时38分，在地动山摇般的轰鸣声中，托举神十飞船的长征二号F火箭腾空而起，把一团橘红色的烈焰留在了湛蓝的大漠长空。搭载着3名航天员的神舟十号飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，中国天地往返运输系统首次应用性太空飞行拉开序幕。从1999年神舟一号飞船成功发射至今，我们见证着国内航天科技从无人巡航到载人飞行，从太空绕行到建立空间站，从航天员出舱到两个航天器组合飞行的稳步发展。这次执行任务的神舟十号飞船，到底有些什么亮点？它跟以往的航天飞船相比又有了哪些改进呢？

神舟系列飞船发展历程

神舟系列航天飞船距今已经发展至第十代，其在功能上亦从简单的太空轨道绕行，发展到载人飞行、物资运送、空间站对接等多项任务。这跟我国航天技术的发展和太空空间站建设的蓝图有着重要的关系。

从“神五”任务成功至“神十”，中国已经成功完成了5次载人航天飞行。我国载人飞行的时间间隔变得越来越短，这正显示了我国航天技术的日趋成熟。

载人飞行技术发展成熟，就意味着飞船的生产工艺逐步稳定下来。尤其是“神八”正式为飞船定型后，很多设备就可以量产、精细化，飞船研制成本有所下降的同时，制作质量也有所提高，研制周期也相应缩短。同时，随着测试流程的优化，飞船测试效率会更高。

负责调试神舟飞船的航天科技八院805所专家就有着自己的体会：“在‘神七之前，我们每次在酒泉基地一待就是3个多月，到了‘神八‘神九时，2个月就能完成任务，因为技术的成熟带动了效率的提高。”而到了“神十”，从2013年5月2日运抵酒泉开始调试至正式发射，仅仅用了1个月多一点的时间。

另一方面，从“神五”到“神十”，载人飞船在太空中的飞行时间越来越长，搭载的航天员有所增加，而他们所肩负的任务也从简单的观测逐渐转向空间实验等更复杂的项目。在这样的前提下，我们有理由相信，日后载人航天飞行的间隔会继续缩短，飞行时间也会进一步加长，同时每次飞行所承载的任务将会更多。

下面的表格列出历代神舟航天飞船的发射时间、搭载的航天员以及其所执行的任务。

展示神舟十号真面目

外形、体积、材料

神舟十号飞船整体长约9米，重量约8吨，最大直径2.8米，继续沿用资源舱（推进舱）、返回舱和气闸舱（轨道舱）的三舱结构，并带有一些附加部件。其中，资源舱内含推进系统、通讯系统、环境控制和部分电源，两边各有一对太阳能电池板翼，将太阳能转化为电能，为飞船供给能量；返回舱内含降落伞和反推力火箭，是航天员返回地球时所处的空间；气闸舱则是航天员日常工作和生活的地方，支持航天员出舱活动，一端的对接机械装置和舱外部配备的跟踪测量装置则是用于与空间站（天宫一号）进行对接。

按照示意图比例进行粗略计算的话，航天员所生活的气闸舱，内部空间不超过18立方米，活动的空间其实并不大。如果再扣除各种仪器和工具所占据的地方，整个空间更是显得挤迫。不过，考虑到太空中失重的状态，航天员活动并不像在地球上灵活，加上日常的活动和工作任务相对单一，密集的空间在这里倒也不算什么大问题。

神舟十号的机身外壳，采用的是航天级别的铝合金，它有着很高的熔点、机械强度和抗腐蚀能力，这样就能保证飞船在执行任务和返回的时候，不会受太空垃圾碎片、高温等因素影响，保持完好的状态。

为了适应严酷的飞行环境和减轻结构重量，神舟十号飞船的关键部位选用了高性能复合材料，这种由国内大学材料研究所研制的特种纺织增强材料成为首选增强骨架材料，具有重量轻、强度高、抗烧蚀的优异性能，同时减轻了结构重量，显著提高了飞船的性能，同时也能保证航天员在返回地球时，返回舱的温度保持在相对较低的水平，不会被外部炽热的高温所伤。

运送火箭及推进器

跟前面几代飞船一样，神舟十号所使用的运载火箭长征二号F遥10（CZ-2F Y10）火箭是长征二号F（CZ-2F）系列的改进版，而后者则是在长征二号捆绑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运载火箭。在“神十”之前，天宫一号空间站和另外9艘神舟飞船，都是以长征二号F系列火箭运载上天的。

搭载神舟十号飞船的CZ-2F Y10火箭全长58.3米，起飞质量479.8吨，采用两级半的构形。整体由箭体结构系统、动力装置系统、控制系统、推进剂利用系统、故障检测处理系统、逃逸系统、遥测系统、外测安全系统和附加系统及地面设备系统共10个系统组成。而神舟十号飞船，则藏身在火箭筒内部二级氧化剂箱的顶端。

长征二号F火箭上增加了自动故障检测处理系统，这套系统可以在飞船待发射阶段和上升阶段自动进行故障检测，一旦有问题它会自动报警。假如航天员正在塔架上尚未进舱，他们可以就近跳进塔架上的逃逸布袋，像乘软滑梯一样从上面一直滑到地下室的安全地区；假如航天员已经进舱，这套系统可以指挥火箭顶部的逃逸塔自动点火，把飞船返回舱拽离火箭，安全降落。

为了保证航天员的安全，长征二号F火箭还取消了其他火箭一旦姿态不稳便自动自毁的功能，改配逃逸系统，一旦出现意外时，它就可以随时启动。逃逸塔在飞船的顶部，塔高8米，从远处看像是火箭上的避雷针。它的任务是在火箭起飞前900秒到起飞后120秒时间段内，也就是飞行高度在0～40千米时，万一火箭发生故障，它可以拽着轨道舱和返回舱与火箭分离，并降落在安全地带，帮助飞船上的航天员脱离险境。

飞船设备

在飞船设备上，神舟十号基本上继承了神舟九号的设计。由于神舟十号是基于神舟九号进化的量产型载人航天器，制造技术方面已逐渐定型，制作工艺上则更加精细化控制，从而保证产品质量。

以太阳能电池翼为例，当载人飞船飞入太空后，折叠的太阳能电池翼会展开，让飞船从太阳光照中获取能量支持其持续飞行。而在神舟十号上，太阳能电池翼除了铰接处有所改进外，电池基板制作时的用胶量、固化工艺等方面也有着严格的控制，让太阳能电池翼在保持同样的重量下，基板结构的性能更强。

除此之外，“神十”飞船的舱内设备布局也有了一定的优化。例如摄像头的设置，在“神九”的基础上作出了一些调整，以保证在飞船发射、运行过程中，地面方可以对整船状态进行更好、更全面的监控。

卫生间、睡眠舱等细节设计

在太空飞行的半个月里，睡眠舱、卫生间等便成为了航天员每天生活离不开的场所，这些地方的细节设计将直接影响到航天员生活的舒适程度。另一方面，由于神舟十号上载有女性航天员，如何解决男女共处一室和生活习惯上的差异，就成为了相当关键的问题。

睡觉 各有各的“私人睡眠站”

享受太空美妙的夜晚安然入睡，对执行任务的航天员来说至关重要。在神舟十号的气闸舱上，每个航天员都有一个独立的“私人睡眠站”。

这个“睡眠站”类似于地面上的床，它的一面墙体上竖立有一个大抽屉，将抽屉拉开后就是一个大型的“墙体床”，不睡觉时大抽屉就能收回去，保存航天员日常使用的私人用品。此外，“睡眠站”还包括阅读台灯、一个书桌、衣服抽屉以及一个睡袋，航天员在值班空档间需要小睡一会，或者看看书放松一下，都可以在“睡眠站”上解决。而为了照顾女航天员，舱内还加装了帘子，为她们分隔独立的睡眠区，腾出属于她们专有的空间。

不过，在太空失重的环境下，航天员其实很难像在地球上平卧着睡，所以他们所用的睡袋都是固定在墙上，避免睡觉时漂浮在空中到处乱碰。形象地说，这样的睡眠方式其实就像附在树上的茧。而且，由于飞船在24小时之内环绕地球多次，日出日落交替频繁，要沿用“日出而作、日落而息”的作息方式并不现实，要想知道自己睡了多久，还得以地面上的时间为准。

如厕 独立空间中的真空“吸便器”

在飞船上，如果航天员需要如厕，就需要到卫生间解决。卫生间里设有专用的集便器，航天员使用时需要扎好马步，对准集便器的大小便孔，然后借助太空的“真空吸力”将排泄物吸到相应的收集容器——好吧，在太空中如厕并不像地面那样简单，这真的是一门“技术活”。当然，既然有女航天员在舱内，卫生间里准备了两种不同的“集便器”，并有一扇门将它们分隔开，男女有别嘛。

洗漱 免冲洗清洁用品

由于在太空上没有重力，所以洗脸刷牙对航天员来说是件非常麻烦的事：洗脸一般只用湿毛巾往脸上擦几下，防止水乱飘；刷牙、洗发时所用的清洁产品也是特制的，除了成分天然，最重要的一点就是“免冲”，尽量避免产生水滴和飞沫——因为水在失重状态下会分散成一粒粒的小水珠，被吸入体内后，轻则被呛得咳嗽几下，一旦进入肺部更有可能危及生命；即使没有被吸入人体，打在控制区的精密仪器上也不见得是好事。

至于洗澡的问题，“神十”的气闸舱和对接的天宫一号上都没有淋浴间和浴盆，要像在地面上淋浴的话是不可能的，一是安全问题，二是水在太空中本身就是“稀缺资源”。因此，航天员的个人清洁，主要还是以经过消毒的毛巾擦拭为主。而考虑到“神十”上的空间不足，航天员要洗澡擦身的话就要到天宫一号中设置的两个独立睡眠区中进行，除了地方较为宽裕，也可以保护航天员的隐私。

解密神舟十号任务

此次神舟十号飞船的任务主要有四项：一是为天宫一号目标飞行器在轨运营提供人员和物资天地往返运输服务，进一步考核交会对接技术和载人天地往返运输系统的性能；二是进一步考核组合体对航天员生活、工作和健康的保障能力，和航天员执行飞行任务的能力；三是进行航天员空间环境适应性和空间操作工效研究，开展空间科学实验和航天器在轨维修等试验，首次开展我国航天员太空授课活动；四是进一步考核工程各系统执行飞行任务的功能、性能和系统间的协调性。

神舟飞船进入应用性飞行阶段

应用性飞行是相对以验证技术为主要目的试验性飞行而言的，主要有两点不同。一是飞行任务目的不同。截至目前，我国开展的历次飞行任务主要是以考核和验证技术为主要目的，比如神舟八号和神舟九号飞行任务的主要目的是考核天地往返运输系统的交会对接功能。而本次任务中，天地往返运输系统主要为天宫一号在轨运营提供人员和物资往返运输服务。二是飞行产品状态的不同。飞船和火箭经过神舟八号和九号飞行任务的考核和验证，应该说现在功能更加完善、完备，性能更加稳定，由神舟飞船和长征二号F运载火箭组成的天地往返运输系统开始进入应用飞行阶段。

神舟十号飞行任务期间，还安排天宫一号地板更换、密封圈更换等在轨维修操作。航天员聂海胜、张晓光、王亚平在地面科研人员的支持下，按照工作计划，互相配合、密切协作，拆除天宫一号原来铺设的软质地面材料，更换上硬质地板和新的限位装置。软质地面材料更换为硬质地板，更加有利于航天员在失重条件下保持身体稳定，可以为航天员在太空工作生活创造更加方便、舒适的条件，同时也为未来空间站航天员在轨维修航天器积累经验。

飞船绕飞为空间站做准备

飞船入轨后，先后与天宫一号进行1次自动交会对接和1次航天员手控交会对接。中国载人航天工程新闻发言人武平表示，本次任务中开展飞船绕飞试验，即神十飞船对天宫一号进行绕飞，这是为空间站建造做准备。按照中国载人航天工程第三步的空间站建设计划，空间站将包括3个舱段：1个核心舱和2个实验舱。基本构型为T字形，核心舱居中，2个实验舱分别连接于两侧。核心舱前端设两个对接口，接纳载人太空船对接和停靠；后端设后向对接口，用于货运飞船停靠补给。飞船绕飞以及在绕飞基础上的交会对接将为空间站建设奠定坚实的基础，绕飞需要飞行器多次变轨，这比之前进行的交会对接更有难度。

太空授课考验中国“天链”

女航天员王亚平在太空中首次开展面向中小学生的太空授课活动。授课内容主要是使中小学生了解失重条件下物体运动的特点，了解液体表面张力的作用，加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解。航天员同时进行在轨讲解和试验演示，并与地面师生进行双向互动交流。

这些天地间的互动授课，也是中国第一代中继卫星系统自2012年建成之后的重要科普应用。中继卫星又被称为“卫星的卫星”，可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务，能使资源卫星、环境卫星等测得的数据实时下传。

2012年7月25日，“天链一号03星”成功发射升空，实现“天链一号”卫星的全球组网运行，标志着中国第一代中继卫星系统已正式建成。经过一段时间在轨验证和系统联调后，“天链一号03星”与2008年发射的01星、2011年发射的02星实现全球组网运行，建成比较完备的中继卫星系统。“天链一号”组网运行以来，先后参加了天宫一号与神舟八号、神舟九号的交会对接任务并发挥重要作用。此次太空授课是对中国的中继卫星实时传输能力进行的又一次考验和展示。

开启新的征程

按照中国航天事业发展规划，中国载人航天工程计划分三步来实施。第一步是发射无人和载人飞船，将航天员安全地送入近地轨道，进行对地观测和科学实验，并使航天员安全返回地面。神舟五号飞船首次载人太空飞行的成功，实现了第一步的发展战略。第二步是继续突破载人航天的基本技术：多人多天飞行、航天员出舱在太空行走、完成飞船与空间舱的交会对接。在突破这些技术的基础上，发射短期有人照料的空间实验室，建成完整配套的空间工程系统。第三步，建立永久性的空间实验室，在2020年前后建成中国的空间工程系统，航天员和科学家可以来往于地球与空间站，进行较大规模的空间科学实验和应用技术问题。

神舟十号任务完成后，意味着中国圆满完成载人航天工程第二步第一阶段目标，转入以发射空间实验室为主要内容的第二步第二阶段。在空间实验室阶段，将突破并验证推进剂补加技术、再生式环控生保技术等关键技术，为空间站建造奠定基础。预计未来两年，我国将先后发射天宫二号和货运飞船，位于海南的第四个发射场也将崭新启用，担纲重任。

聂海胜：再a度飞天的英雄航天员

2005年那个秋季，41岁的聂海胜在神六飞行中度过了115个小时。8年后，已近知天命之年的他将再次以指令长的身份率领神十乘组飞向太空。

执飞神十，聂海胜将成为我国飞向太空的最年长航天员。进入中国航天员大队15年以来，他的各项训练和体育锻炼从未间断。面对每一次新的任务，他的选择一如既往：学习理论知识、苦练操作技能、参加乘组选拔。他入选了自神舟五号以来每一次任务的飞行梯队。2005年第一次飞天以来的8年间，当他的普通同龄人经历着正常的生理衰退时，聂海胜的航天生理功能始终保持在优良等级，骨骼代谢变化不大，出色的心肺和心血管功能更是普通人无法相比的。这是一项属于聂海胜的中国纪录。这是一个职业航天员时刻准备出征的状态。

2013年4月，聂海胜以优秀的成绩入选神十飞行乘组。在担任指令长的同时，他还承担手控交会对接的操作任务。在我国载人航天飞行史上，这两项艰巨任务首次由同一人承担。

两次飞行后，聂海胜成为中国飞得最远、在太空生活时间最长的航天员。他希望这个记录很快被打破：在未来空间站时代，中长期飞行将成为常态。他更希望这个纪录由自己打破，他说：“只要我身体条件允许，只要任务需要，我希望自己还能飞进中国的空间站。”

张晓光：

历尽艰辛追梦人

2013年4月，47岁的张晓光以优秀成绩入选神舟十号载人飞行任务乘组。他的飞天路，走了整整15年。他是1998年选出的首批14名航天员之一。成为中国首批航天员之前，张晓光已是空军某飞行大队中队长、一级飞行员。像他的许多航天员战友一样，选择就意味着舍弃，意味着风险与挑战，意味着漫长的等待。一次次参加选拔，一次次抱憾落选，一次次为战友祝福、壮行，一次次把自己关进办公室默默独坐……张晓光流过泪，擦干眼泪又进了训练场。

神十飞行中，张晓光的主要任务是辅助指令长实施手控交会对接，确保指令发送的时效性和准确度。而作为交会对接的备份航天员，他在地面进行的模拟训练已经超过2 000次。

在完成工作任务的同时，张晓光还会用摄像机和日记本记录下飞行故事，返回后他要讲给家人、朋友，讲给仍然怀揣飞天梦想等待的战友们听。

王亚平：

中国第一位“太空教师”

出生于1980年1月的王亚平，现为中国人民解放军航天员大队四级航天员，少校军衔。2010年5月，正式成为我国第二批航天员。

2012年的神九乘组选拔，成绩同样优秀的两名女航天员中，最终只有一人能成为中国首位飞向太空的女性。王亚平以微弱之差落选。王亚平几乎没有停顿就投入到后续训练中，依然那么平和，那么坚强。2013年4月，她入选天宫一号与神舟十号载人飞行任务飞行乘组，成为中国第一位“太空教师”，在太空中向青少年讲授失重环境中的物理现象。