創紀錄!神舟二十一號何以開啓太空通行“高速時代”?

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北京時間2025年10月31日23時44分,

搭載神舟二十一號載人飛船

長征二號F遙二十一運載火箭

在酒泉衛星發射中心點火發射,

約10分鐘後,

飛船與火箭成功分離,

進入預定軌道,

航天員乘組狀態良好,

發射取得圓滿成功。

此次任務是工程進入空間站應用與發展階段的第6次載人飛行任務

也是工程立項實施以來的第37次發射任務

執行本次任務的航天員乘組由

張陸、武飛、張洪章3名航天員組成。

武飛曾任中國航天科技集團工程師,

也是目前我國最年輕的航天員。

本次任務中,

神舟二十一號載人飛船

與長征二號F運載火箭

中國航天科技集團有限公司五院

抓總研製。

神舟二十一號載人飛船要挑戰

3.5小時快速交會對接,

這是目前我國載人飛船最快的交會對接方式。

爲滿足這一高精度要求,

執行此次發射的長征二號F運載火箭

採用了經過多型現役火箭飛行驗證的

產品化雙十表光學慣組”,

使火箭控制系統“看”得更準、飛得更穩,

爲飛船快速交會對接提供堅實保障。

3.5小時創紀錄對接

神舟二十一號載人飛船入軌後,於北京時間2025年11月1日3時22分,成功對接於空間站天和核心艙前向端口,整個對接過程歷時約3.5小時,創造了神舟飛船與空間站交會對接的最快紀錄

相比神舟二十號6.5小時交會對接方案,該方案減少了遠程導引段軌控次數和飛行圈次,縮短了近程導引段飛行時間,也減少了航天員的飛行壓力,以及對電池、燃料等需求,提升了任務整體應對故障的能力。

神舟二十一號爲何能比神舟二十號“快”出近3小時?關鍵在於三大優化:

一是飛行圈次做“減法”:遠程導引段繞飛從3圈壓縮至2圈;二是初始距離拉更近:近程導引段起步更“貼近”空間站;三是軌道控制更智能:對遠程末段與近程初段進行聯合優化設計,即便在目標軌道存在一定誤差的情況下,仍能自主規劃出安全可靠的對接軌跡。

之所以能減爲2圈,核心在於飛船入軌時與空間站的“相位差”更小——太空中的交會不像地面開車,並非簡單“加速”就能追上目標。它遵循一套精密的“軌道動力學”:軌道越低的航天器,繞地球一圈的時間越短,即飛行角速度越快,而軌道越高則飛行角速度越慢。

要實現交會對接,需先將飛船發射至空間站後下方軌道,此時兩者與地心連線形成的夾角即爲“相位差”。通過多次抬升軌道減小飛船角速度,最終實現兩個航天器的“時空同步”,而更小的初始相位差,直接減少了等待調整的時間。後兩點是載人飛船相對貨船在可靠性安全性方面採取的更加穩健的設計。

值得一提的是,神舟二十一號的GNC系統(制導、導航與控制系統)具備“雙模智能切換”能力。任務默認採用3.5小時模式,系統將在飛行的多個關鍵節點對狀態進行實時評估。若入軌初期判斷不滿足快速交會條件,將自動切換至6.5小時模式;如不滿足自主交會條件,則轉爲地面導引;一旦出現極端故障且無法完成對接,飛船將立即啓動應急返回程序,全力保障航天員安全。

交會對接時間的大幅縮短,對正處於“應用與發展階段”的中國空間站具有重要現實意義:一方面有助於放寬發射窗口限制,增強任務規劃的靈活性;另一方面,也顯著提升了在緊急情況下實施快速交會對接的能力,爲航天員安全與任務成功再添一道“保險”。

在完成自主快速交會對接後,神舟二十一號乘組從返回艙進入軌道艙。北京時間2025年11月1日4時58分,在軌駐留的神舟二十號乘組打開艙門,歡迎神舟二十一號航天員進入中國空間站。這是中國載人航天史上的第7次“太空會師”,標誌着空間站應用與發展階段乘組輪換的順利實施。

“工程師”到“航天員”

武飛的跨界飛天路

武飛,1993年出生於內蒙古包頭市達茂旗,作爲土生土長的內蒙古人,草原的夜空賦予了他對星空的獨特感知:“小時候在村裏看星星,感覺它們離得很近,彷彿包裹着大地,吸納了所有的聲音和情緒。”

2003年,神舟五號在四子王旗的成功着陸,在這位草原少年心中播下了航天夢的種子。懷揣着這份夢想,他考入北京航空航天大學,並在2017年進入中國空間技術研究院工作。

2019年,一則航天飛行工程師的選拔通知點燃了他的飛天夢想。“作爲一名航天工程師,如果能親自到太空操作自己參與設計的設備,這將意義非凡。”然而,轉型之路充滿挑戰。在航天特因環境選拔中,離心機和轉椅測試成爲首要難關。“承受超重時,呼吸異常困難。這不僅是意志力的比拼,更是對熱愛的考驗。”

通過選拔後,體能訓練、航天理論等嚴苛課程接踵而至。武飛用最樸實的方式應對——“花功夫”。“我屏蔽一切干擾,專注學習,像備戰高考一樣補齊短板。”在戰友的鼓勵下,他克服了訓練中的失誤與壓力,逐步成長爲合格的航天員。

2024年底,接到執行神舟二十一號任務的通知時,他既感欣慰又深知責任重大。對於懷揣夢想的年輕人,他寄語道:“既要保持對星辰的仰望,更要腳踏實地。在這個時代,能夠屏蔽干擾、專注深耕的能力尤爲珍貴。”

從草原到太空,武飛用堅持與熱愛書寫了自己的飛天答卷,也見證着中國航天事業的蓬勃發展。

多項科學實驗將開展

在爲期6個月的駐留期間,神舟二十一號航天員乘組在軌期間將新開展27個科學與應用項目,針對空間生命科學與生物技術、航天醫學、空間材料科學、微重力流體物理與燃燒、航天新技術等多個領域的關鍵科學問題進行深入系統的研究。

值得關注的是,本次任務將首次在軌實施國內齧齒類哺乳動物實驗。四隻小鼠(兩雌兩雄)隨神舟二十一號進入太空,航天員將在軌完成飼養與行爲觀測,重點研究失重、密閉等空間條件對小鼠行爲模式的影響。實驗結束後,小鼠將隨返回艙回到地面,科研人員將圍繞其多組織器官在空間環境中的應激響應與適應機制展開深入研究,爲理解哺乳動物在太空中的生理變化積累寶貴數據。

作爲我國空間生命科學研究的重要一環,此前空間站已成功開展了斑馬魚、果蠅等生物實驗。隨着空間站進入應用與發展階段,我國在空間生命科學、材料科學、微重力燃燒等領域的實驗體系正不斷豐富,相關成果正逐步轉化爲服務經濟社會發展的科技力量。

此外,神舟二十一號任務還將開展空間環境下遺傳密碼起源與手性關係研究,探索氨基酸-核苷在不同手性組合中的選擇性規律,揭示重力環境對生物分子同手性起源的影響機制,爲生命起源研究提供新的空間視角。

任務還上行了空間鋰離子電池電化學光學原位研究裝置在軌智能算力平臺試驗系統等先進實驗載荷,爲後續開展更復雜的空間科學研究提供技術支撐,也爲空間站在軌長期運行與高效應用奠定堅實基礎。

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責任編輯丨劉一鳴

校對丨陳伊南 張越越

執行主編丨劉海草 張灝然

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