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神舟二号无人飞船

神舟二号飞船是我国载人航天计划的第二艘无人实验飞船,飞船于2001年1月10日凌晨1时0分3秒在酒泉卫星发射中心使用长征二号F运载火箭发射并成功进入预定轨道。

2001年1月16日19时22分,神舟二号飞船返回舱在内蒙古中部地区成功着陆,神舟二号飞船共飞行7天10小时22分/117圈。

名称神舟二号无人飞船研制国家中华人民共和国
质量8.4吨发射时间2001年1月10日凌晨1时0分3秒
发射场酒泉卫星发射中心运载工具长征二号F运载火箭
返回时间2001年1月16日19时22分飞行时间7天10小时22分/117圈

飞行过程

北京时间2001年1月16日19时22分,我国第二艘无人飞船神舟二号在内蒙古中部地区成功着陆。至此,飞船按预定计划,在太空飞行了7天。围绕着飞船的测控和回收,我国航太测控人员决战太空,展开了紧张的工作。

发射升空

神舟二号飞船发射升空

图:神舟二号飞船发射升空

2001年1月10日凌晨1时0分,神舟二号无人飞船在我国酒泉卫星发射中心使用长征二号F运载火箭发射升空,10分钏后,神舟二号飞船成功进入预定轨道。

飞船变轨控制

神舟二号飞船零分发射升空后,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。按照预定计划,这时要进行变轨,将飞船调整到距地球表面3

40公里高的圆轨道上。变轨能否成功,将影响飞船在轨飞行和准确返回预定着陆区。

地处北京燕山脚下的北京航太指挥控制中心,又一次充满了紧张的战斗气氛。中心的大型电脑按照科技人员的指令,高效地对各种数据进行综合处理,迅速生成了飞船变轨的实施步骤。在飞船飞行至远地点高度时,中心调度指挥员下达了变轨的指令。由于采用了世界上最先进的透明传输测控技术,指令通过相关测控站点的测控设备直接传给飞船,前后只用了2秒钟。接到指令后,飞船上的发动机一次点火成功,在发动机的推力作用下,飞船的近地点高度由200公里抬高到了340公里,成功地进入了圆轨道。

飞船轨道维持

再过20多分钟,正在太空飞行的神舟二号飞船,将要在北京航天飞行控制中心的统一指挥和调度下,由陆海基航太测控网实施首次轨道维持。

神舟二号飞船自从变轨后,又以圆轨道在太空中绕地球飞行了31圈,轨道高度在飞行中逐渐出现衰减。

轨道维持,就是通过控制飞船上发动机的点火时间和推力,使飞船始终保持在正确的轨道上飞行。在神舟二号飞船飞行全过程中,要进行多次轨道维持。西安卫星测控中心首次启用了最新研制建成的测控网网路管理系统,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。

控制飞船飞行轨道,需要精确的轨道计算。地面发送的轨道控制数据差之毫厘,对在太空中飞行的飞船来说,调整后的轨道便有可能相差几十甚至上百公里。测控人员深知肩上的责任重大。

20时24分,进行轨道保持的控制数据指令向飞船发出。“数据注入成功!”北京航天飞行控制中心调度指挥员的报告,令现场每个人都兴奋不已。不久,从飞船上传回的数据表明,飞船已按照指令成功进行了轨道调整。

飞船继续在预定的轨道上飞行。尽管还要进行轨道维持,但航太测控人员有十足的信心,等待着飞船返回。

飞船返回控制

浩瀚的南大西洋上,阳光普照,暑气蒸腾。“远望三号”远洋航太测量船静静地等候着神舟二号飞船的出现。

这是神舟二号飞船绕地球的第107圈飞行。当飞船飞临南大西洋预定海域上空时,“远望三号”将向飞船发送返回控制等一系列关键指令。

在这次飞船飞行试验中,“远望一号”、“远望二号”、“远望三号”、“远望四号”航太测量船,分赴太平洋、大西洋、印度洋布阵,执行海上测控任务。连续多日测量跟踪,测控人员尽管非常疲乏,但始终斗志昂扬。

18时33分,按预定计划,飞船将飞临“远望三号”上空。

“发现目标!”随着操作人员的清晰报告,船载雷达天线稳稳地跟上了刚从海平面出现的神舟二号飞船。

与此同时,船载其他各测量通信设备也按预定方案,准确及时地捕获跟踪目标,获取飞船各种有效数据。

一道道数据链和遥控指令,连续不断地从“远望三号”发送到“神舟二号”飞船上。

“一次调姿!”飞船飞行姿态开始调整。

“轨道舱与返回舱分离!”微光电视上原来显示飞船的那个亮点,暂态变成了两个。“分离成功!”人们惊喜地欢叫起来。

“二次调姿”、“制动开始”、“制动结束”,伴随着各项指令的继续下达,只见显示屏上的一个亮点,正在向下方运动。这就是分离后的飞船返回舱,它已从飞行姿态转为返回姿态。

飞船返回

虽然刚进入夜晚,但夜幕已将大草原罩得严严实实,严寒仿佛把天地间的一切都冻成了坚冰。整个飞船着陆场一片寂静,各种跟踪测量设备翘首以待,时刻准备捕获目标。4架直升机和6辆搜索车已进入指定位置,待命出发。

“飞船进入黑障区!”前方测量站报告。这表明飞船已进入距地面80公里的大气层。返回舱表面与大气层剧烈磨擦,产生等离子层,形成电磁遮罩,致使地面与飞船失去联系。

“回收一号发现目标!”着陆场前置雷达站的报告打破了现场的沉默,有关飞船的各种资讯源源不断传来。返回舱着陆后,向外发送信号。

“直升机起飞!”指挥员一声令下,4架早已整装待发的直升机腾空而起,迅速向飞船着陆点飞去。

我国第一艘无人飞船“神舟二号”遨游太空7昼夜,终于胜利地返回了祖国母亲的怀抱。神舟二号飞行试验获得圆满成功。

发射前的重大失误

2000年12月31日,20世纪的最后一天,一个几乎是灾难性的打击又突然降临到舟二号飞船身上。

由于基地发射站的一个战士操作失误,已经处于垂直对接状态的火箭,被活动发射平台给撞了!

经检测,火箭一共被碰伤了18处,而此时,距原定发射日期仅有4天。

“那是20世纪最黑暗的一天。”时任火箭系统总指挥黄春平说。

万幸的是,经过对事故及处理措施的分析评审,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,火箭已恢复原状。“神舟二号”这才得以在6天后成功发射。

搭载仪器

“太空实验舱”

神舟二号飞船的三个舱段的各个角落,几乎都安装了大大小小的科学实验设备,返回舱里15件,轨道舱有12件,附加段竟有37件。这些由64件仪器设备组成的有效载荷,都是第一次上天的正式产品,简直就是“太空实验舱”。

这些仪器设备各有各的用途。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份探测器、大气密度探测器和固体径迹探测器;有有效载荷公用系统,还有微重力测量仪等。科学家将通过这些设备进行材料科学、生命科学、空间天文、环境监测等试验任务。这些任务以中国科学院为主,由全国50多个科研院所和大学承担。

为了发展、考核和完善各项实验技术,为今后开展较大规模的有人参与的太空综合性实验积累经验,为新世纪的空间应用作准备,积极利用取得的各项成果,促进国民经济建设和科技进步,众多科学家为此进行了数年的辛勤劳作。

太空“百宝箱”

神舟二号飞船上装载了一台可制备多种晶体材料的“百宝箱”――多工位空间晶体生长炉。由于太空中几乎没有重力,在这种特殊的环境中,各种比重不同的物质可以在一起“和平共处”,几乎没有地面上的对流和沉淀等现象,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。

材料是人类文明进步的标志,是现代工业与高新技术领域的重要支柱之一,材料的进步推动了科学技术的不断发展并一直在其中扮演着重要的角色。进行空间材料科学研究,是神舟二号的使命之一。在飞船上安装的材料科学通用装置――多工位空间晶体生长炉。科学家将制备半导体、氧化物和金属合金等多种晶体材料,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,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。这些材料都在高新技术领域有着重要的应用价值,例如二元半导体锑化镓晶体是制造微波器件、微波集成电路和超高速集成电路的关键电子材料,与普遍应用的硅单晶相比,该晶体具有电子迁移率高、工作温度高、抗辐照能力强和噪声低等优良性能;三元半导体碲锌镉晶体是制造红外探测器不可缺少的材料,我们通过风云气象卫星可以获得准确的天气预报,还可进行矿产资源勘探、指导农牧业生产和自然灾害预防等等,这其中红外探测器功不可没;氧化物激光晶体硅酸铋是光信息存储功能材料,随着信息时代的到来,信息存储材料的重要作用已是有目共睹。

地面的晶体生长过程可以通过肉眼直接观察,那么,在空间微重力环境下的晶体生长过程又是什么样的呢?科学家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历程,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,造福全人类。

太空“生物军团”空间环境的微重力、强宇宙粒子辐射、节律变化等特殊的极端条件,给生命科学、生物技术实验,提供了地面不能或不能完全模拟的条件。利用这种独特环境,进行生物体组织培养,可以避免地面重力作用所造成的对流的沉淀作用,获得比地面更好的效果。因此,进行空间生命科学研究,不仅有助于揭示生命科学中不可能在地面环境下获知的一些本质牲征,而且在应用上可望发展新的空间生物工程方法,生产高质量单晶、高效生物制品等。

另外,科学家发现,在空间失重的条件下,蛋白质晶体可以比在地球上生长的尺度大,结构更完整,可以很方便地进行分析。通过对这些晶体进行分析,能更深入地揭开蛋白质、酶和一些病毒的秘密。

生命体的一切活动都是通过它的基本构成物质,特别是蛋白质和核酸的功能来实现的,而这些生物大分子的功能又直接取决于它们的结构。因此,测定这些生物大分子的结构,并研究其结构与功能的关系,对于揭示生命奥秘和理解疾病十分重要,而且也是发展蛋白质工程及理性药物设计等生物高技术所必需的基础。特别是在人类基因组计划完成之后,这类研究的意义将更加突出。

神舟二号飞船上装载的蛋白质结晶装置,是科学家们为了揭示生命的奥秘经过多年研制而成的。它装载有天麻抗真菌蛋白、碱性磷脂酶A2、细胞色素B5等15种蛋白质,对于抗农作物病害、治疗顽症、设计新型药物、在细胞和分子水平上研究生命现象的本质具有重要意义。

神舟二号所进行的空间生物效应研究,是我国航天领域首次多物种、多种生物综合性生物学研究。飞船上携带的空间通用生物培养箱,里边装了石刁柏,圆红萝卜,蛋白核小球藻,鱼星藻,螺旋藻,果蝇,心肌组织小型动物龟,灵芝大肠杆菌,大鼠心肌细胞、胚胎、腿部肌肉等19类25种植物、动物、水生生物、微生物、细胞和细胞组织,再加上15种蛋白质和其它生物大分子,真可谓是一个进军太空的“生物军团”。

本次生物学效应实验所用的生物材料是在过去7年间,从87种生物中筛选出来的。19种生物中17种分别是微生物、植物、水生生物和无脊椎动物,2种为脊椎动物的细胞或组织。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;同时,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,通过对所选取的新颖生物材料的空间实验,提供空间生命过程调控的新技术、新思路。

因为重力的干扰对活细胞的体外生长会产生一定的影响,空间不受重力干扰更容易进行细胞的培养,所以进行这种实验,可使医生在不危害病人的条件下,精确地实验治疗癌症的新方法。同时,高质量的组织培养,也已用于生长胰腺细胞,使糖尿病人在不按常规使用胰岛素的情况下得到治疗。

空间生物学效应的实验方法、工艺和实验结果,可以促进高效、高抗体、优质物种在相关生产领域的应用,通过建立生物反应器原理模型和生态管理模型,可以指导解决我国和世界当前面临的严峻的环境问题。

太空“天文台”

你想知道在遥远的太空是怎样的景象吗?除了用肉眼可见到的星星之外,科学家们在太空还发现了一个神奇的现象,它就是人们用肉眼看不到的γ射线暴。

宇宙γ射线暴是宇宙中一种突发的巨大能量的爆发现象,每秒钟爆发能量高达1034尔格,相当于10个太阳的辐射能量。如此巨大能量的来源及其发射机制,无法用现有科学理论解释,至今还是一个谜,也是一个重要的国际前沿热点课题。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,目的就是尝试为解开这一谜底提供更多的信息。
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(质子事件)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。因此,我国天文学家将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。

这一项目是我国首次对g暴和太阳耀斑进行空间探测。在观测的能谱段设置、时间分辨率及观测任务所处时间上均有我国自己的特色。

此外,科学家还将用安装在神舟二号飞船上的大气成分探测器、大气密度探测器、径迹探测器,监视空间环境的变化,为空间环境预报和警报提供实时监测数据。即利用空间环境预报中心,收集、综合分析国内外卫星和地面观测数据,提供飞船运行轨道的有关大气参数及太阳活动和地磁活动参数,预报飞船发射、运行期间空间环境状况和可能出现的空间环境异常,并在出现危急情况时发布警报,在载人航天工程发布预报中,为载人航天器运行的空间环境提供安全保障。它是将来航天员出舱活动的“空间天气预报”系统。

实验成果

我国在神舟二号无人飞船上进行空间科学和应用研究实现重要突破,在空间材料科学、生命科学、天文探测、环境监测及预报等领域取得了一批具有重要价值的科学成果。

2001年1月10日,我国在酒泉卫星发射中心成功发射了神舟二号无人飞船,1月16日飞船轨道舱与返回舱按计划正常分离,返回舱返回地面,轨道舱继续留轨运行,进行多学科、大规模的空间科学和应用研究。2001年,飞船轨道舱已在预定轨道上正常运行170多天,成功地进行了一系列空间科学实验。在空间天文研究中,获得了多个宇宙Y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Y射线宽能谱覆盖的事例,这是我国在Y暴实测研究这一前沿领域的重要突破,证明我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,表明我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,表明我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。

国家有关部门负责人认为,我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,标志着我国的空间科学和应用研究实现了新的跨越,对我国科学技术和国民经济发展将起到积极的促进作用。

神舟二号无人飞船
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最新更新:2015-08-07 13:44
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