16天緊急升空！神舟二十二號(hào)要上天干嘛？

北京時(shí)間11月25日12時(shí)11分，神舟二十二號(hào)飛船由長(zhǎng)征二號(hào)F遙二十二火箭發(fā)射升空，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。這是中國(guó)載人航天工程第一次應(yīng)急發(fā)射任務(wù)，也是首次在火箭待命值班階段實(shí)施應(yīng)急發(fā)射任務(wù)。

長(zhǎng)征二號(hào)F遙二十二火箭升空，圖片來源：常東升 攝

與此前發(fā)射的“神舟”載人飛船有所不同，神舟二十二號(hào)是無人飛船，主要承擔(dān)安全補(bǔ)位和物資補(bǔ)給任務(wù)，以及驗(yàn)證新技術(shù)與新模式、完善空間站應(yīng)急保障機(jī)制的使命。

神舟二十二號(hào)此行還有什么其他目標(biāo)？此次無人發(fā)射與以往載人發(fā)射有什么不同和難點(diǎn)？舷窗出現(xiàn)裂紋的神舟二十號(hào)飛船是否還有其他用途？下面將詳細(xì)解答。

神舟二十二號(hào)飛行任務(wù)標(biāo)識(shí)，圖片來源：中國(guó)載人航天工程網(wǎng)

首要任務(wù)

神舟二十二號(hào)飛船的首要任務(wù)是擔(dān)任神舟二十一號(hào)航天員乘組的返回工具。

此前，由于神舟二十號(hào)飛船在軌期間疑似遭遇空間碎片撞擊，舷窗出現(xiàn)細(xì)微裂紋，無法滿足載人安全返回標(biāo)準(zhǔn)。為了送神舟二十號(hào)航天員乘組回家，今年10月31日送神舟二十一號(hào)航天員乘組到空間站的神舟二十一號(hào)于11月14日提前返回。這也是中國(guó)航天員首次通過“換乘”載人飛船的方式從天外平安歸來。

不過，如此一來，執(zhí)行空間站駐留任務(wù)的神舟二十一號(hào)航天員就缺少了常駐“應(yīng)急救生船”。為了保障航天員的安全，原計(jì)劃2026年4月才發(fā)射的神舟二十二號(hào)提前升空，以填補(bǔ)空間站“應(yīng)急飛船空窗期”，嚴(yán)守“在軌必須有應(yīng)急飛船”的安全鐵律。

神舟二十二號(hào)停靠空間站后可作為新的常駐“應(yīng)急救生船”，隨時(shí)為在軌航天員提供安全返回保障。它經(jīng)簡(jiǎn)單調(diào)試就能在突發(fā)情況時(shí)護(hù)送在軌的神舟二十一號(hào)乘組緊急返回地球。如沒有發(fā)生特殊情況，神舟二十二號(hào)將在明年4月份運(yùn)送完成預(yù)定任務(wù)的神舟二十一號(hào)乘組安全返回地球。

此次應(yīng)急發(fā)射采用了16天的測(cè)試發(fā)射流程，與常規(guī)“神舟”載人飛船的30天測(cè)試發(fā)射流程大幅縮減。據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室賀元軍介紹，我國(guó)空間站的應(yīng)急發(fā)射方案分為8.5天和16天，此次空間站和航天員狀態(tài)良好，因而選擇了16天方案；如果航天員和空間站遇到更為重大的故障，也可采用8.5天方案，盡快將航天員接回地面。

神舟二十二號(hào)飛船為無人狀態(tài)，圖片來源：央視新聞截圖

我國(guó)神舟飛船依托“發(fā)一備一”的滾動(dòng)備份機(jī)制，應(yīng)急發(fā)射有三個(gè)核心時(shí)間間隔節(jié)點(diǎn)：

一是最短約8.5天：這是備份飛船與火箭從待命轉(zhuǎn)入發(fā)射的極限響應(yīng)時(shí)間，是應(yīng)急發(fā)射的最短間隔標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了我國(guó)太空救援的最快準(zhǔn)備能力。

二是16天：本次神舟二十二號(hào)應(yīng)急發(fā)射實(shí)際執(zhí)行的是16天發(fā)射流程，在險(xiǎn)情對(duì)應(yīng)的應(yīng)急決策后，完成了箭體檢修、發(fā)射流程調(diào)整等全流程準(zhǔn)備并成功發(fā)射。

三是任務(wù)相關(guān)應(yīng)急銜接間隔11天：從11月14日神舟二十一號(hào)送神舟二十號(hào)乘組返回地球，到為填補(bǔ)安全空缺推進(jìn)神舟二十二號(hào)發(fā)射相關(guān)部署完成，這一應(yīng)急銜接過程僅用11天，快速保障了空間站的應(yīng)急返回能力。

按照我國(guó)“發(fā)一備一”的安全策略，神舟二十二號(hào)升空后，地面正盡快再準(zhǔn)備一艘備用船，即神舟二十三號(hào)飛船。采用這種“發(fā)一備一”的“雙保險(xiǎn)”模式可把空間站上航天員風(fēng)險(xiǎn)降到最低。我國(guó)載人航天的基本理念是以人為本，人命關(guān)天，始終把航天員的生命安全擺在第一位。

據(jù)專家介紹，神舟二十三號(hào)飛船將載神舟二十三號(hào)航天員乘組上天，這樣長(zhǎng)征二號(hào)F火箭遙二十三、神舟二十三號(hào)飛船與神舟二十三號(hào)航天員乘組就一致了。也就是說沒有神舟二十二號(hào)航天員乘組了。

打造“神舟”飛船，圖片來源：作者供圖

運(yùn)送物資

由于不載人，所以神舟二十二號(hào)可以大規(guī)模進(jìn)行物資上行補(bǔ)給。早期“神舟”飛船在滿載3人時(shí)的上行物資攜帶量約為300千克，這一運(yùn)力主要用于搭載航天員在軌短期所需的生活物資、小型科研設(shè)備及應(yīng)急用品等。

而2024年開始發(fā)射的新批次飛船，通過電源系統(tǒng)升級(jí)（鎘鎳電池?fù)Q鋰電池）、軌道艙布局優(yōu)化等改進(jìn)，讓裝載質(zhì)量較神舟十八號(hào)增加約30%，裝載體積提升20%。

此次神舟二十二號(hào)裝載了航天食品、航天藥品、新鮮果蔬、針對(duì)神舟二十號(hào)飛船舷窗裂紋的處置裝置，以及空間站所需的備品備件等。

按照人的體重計(jì)算，無人的神舟二十二號(hào)可以上行約600千克物資，主要有三類：

一是航天員生活物資，比如新鮮水果、適配太空環(huán)境的高營(yíng)養(yǎng)、耐儲(chǔ)存食品，如航天員愛吃的凍干紅燒肉、水果罐頭等，為后續(xù)長(zhǎng)期駐留任務(wù)提供營(yíng)養(yǎng)保障；

二是空間站設(shè)施設(shè)備，涵蓋維護(hù)部件、實(shí)驗(yàn)耗材，還有可能用于出艙任務(wù)的相關(guān)裝備，保障空間站穩(wěn)定運(yùn)行和艙外作業(yè)，如急需的機(jī)械臂潤(rùn)滑油、實(shí)驗(yàn)艙過濾器等；

三是應(yīng)急撤離物資，提供應(yīng)急氧與通信設(shè)備等，為突發(fā)狀況下的航天員撤離提供基礎(chǔ)保障。

神舟二十二號(hào)對(duì)接的空間站節(jié)點(diǎn)艙前向?qū)涌冢瑘D片來源：央視新聞截圖

驗(yàn)證新技術(shù)

作為新批次首艘飛船的神舟二十二號(hào)，其第三項(xiàng)任務(wù)是驗(yàn)證新技術(shù)與創(chuàng)新模式。雖然神舟二十二號(hào)在核心任務(wù)邏輯上與此前保持一致，但在乘坐體驗(yàn)、運(yùn)輸能力、自主可控和任務(wù)靈活性等方面都帶來了新的提升。

在人機(jī)交互與舒適度方面，對(duì)儀表系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)，提升了人機(jī)交互工業(yè)設(shè)計(jì)水平，提高航天員乘坐舒適度和操控便捷性。

在運(yùn)輸能力方面，通過儀表板小型化和返回艙布局優(yōu)化，大幅提升載荷下行運(yùn)輸能力，能更好地支撐空間站運(yùn)營(yíng)。

在自主可控能力方面，通過元器件的更改，提升飛船研制的自主可控能力。

在任務(wù)模式方面，作為有人設(shè)計(jì)的飛船執(zhí)行無人貨運(yùn)任務(wù)，驗(yàn)證了飛船在應(yīng)急救援等特殊場(chǎng)景下的靈活應(yīng)用。

神舟飛船此前已經(jīng)通過優(yōu)化軌道艙布局，提升了約20%的上行（從地面往空間站運(yùn)送）載荷裝載空間。而神舟二十二號(hào)則著重優(yōu)化了下行（從空間站帶回地面）運(yùn)輸能力。這對(duì)于需要返回地面進(jìn)行深入分析的科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣本，以及需要維修的部件來說至關(guān)重要。

用為運(yùn)送航天員而設(shè)計(jì)的飛船來執(zhí)行無人貨運(yùn)任務(wù)，聽起來只是不坐人那么簡(jiǎn)單，實(shí)則不然。大量的貨物如何擺放是個(gè)大學(xué)問，必須確保飛船的質(zhì)心平衡。為此，科研人員巧妙地將軟質(zhì)包裹放入航天員的座椅中，并用束縛帶固定，模擬航天員就座時(shí)的質(zhì)量分布，確保飛船飛行姿態(tài)穩(wěn)定。

總的來說，神舟二十二號(hào)飛船的改進(jìn)看似沒有顛覆性的變化，但每一項(xiàng)都精準(zhǔn)地指向了空間站常態(tài)化運(yùn)營(yíng)后提出的更高效、更舒適、更可靠的實(shí)際需求。它既是一次技術(shù)上的穩(wěn)步升級(jí)，也為未來載人航天任務(wù)模式的多樣化積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

不過，因?yàn)樯裰鄱?hào)是新批次首艘飛船，所以乘神舟二十一號(hào)飛船上天的神舟二十一號(hào)航天員乘組，在乘神舟二十二號(hào)返回地面前，要熟悉一下神舟二十二號(hào)這艘新批次飛船。

“神舟”飛船飛行示意圖，圖片來源：作者供圖

需要說明的是，由于目前每年需要向空間站發(fā)射兩艘“神舟”飛船，為了提高可靠性、降低成本，所以在空間站時(shí)代，“神舟”飛船采用批次研制方式。

神舟十二號(hào)～神舟十五號(hào)是我國(guó)首次以批產(chǎn)形式生產(chǎn)的“神舟”飛船，這4 艘飛船同步投產(chǎn)且狀態(tài)一致，核心服務(wù)于空間站建造階段的常態(tài)化駐留任務(wù)。該批次最大技術(shù)突破是制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)全面升級(jí)，返回精度大幅提升；同時(shí)還突破了快速交會(huì)對(duì)接等技術(shù)，使“神舟”飛船實(shí)現(xiàn)從“試驗(yàn)型”向“應(yīng)用型”的轉(zhuǎn)變。

神舟十六號(hào)～神舟二十一號(hào)是第二批次生產(chǎn)的“神舟”飛船。它們是適配空間站應(yīng)用與發(fā)展階段的主力批次。相較于上一批次，其改進(jìn)聚焦實(shí)用性與自主可控性：一方面大幅提升元器件國(guó)產(chǎn)化率，減少對(duì)外依賴，保障飛船核心系統(tǒng)穩(wěn)定；另一方面優(yōu)化了儀表面板設(shè)計(jì)，讓操作界面更現(xiàn)代化，契合航天員長(zhǎng)期在軌的操作習(xí)慣。

這一批次飛船延續(xù)了半年左右的常態(tài)化駐留能力，支撐了空間站各類科學(xué)實(shí)驗(yàn)、艙外作業(yè)等密集任務(wù)的開展。

完善空間站應(yīng)急保障機(jī)制

此次任務(wù)還是對(duì)空間站應(yīng)急保障機(jī)制的一次實(shí)際檢驗(yàn)。其發(fā)射踐行了中國(guó)航天“發(fā)一備一”和“滾動(dòng)待命、風(fēng)險(xiǎn)前置”的理念，通過任務(wù)可驗(yàn)證碎片撞擊、飛船故障等風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景下，以“無人貨運(yùn)+備份飛船”組合維持空間站持續(xù)運(yùn)行的能力，為未來中國(guó)載人航天長(zhǎng)期發(fā)展積累可復(fù)制的應(yīng)急應(yīng)對(duì)經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)接在空間站上的神舟二十號(hào)飛船，圖片來源：央視新聞

無人飛船發(fā)射難在哪

發(fā)射神舟二十二號(hào)無人飛船的難度是要求飛船“全流程自主可靠性”，需用技術(shù)手段填補(bǔ)航天員備份的缺口。

發(fā)射載人飛船有“自動(dòng)系統(tǒng)+航天員手動(dòng)”雙冗余保障，如果出現(xiàn)對(duì)接、故障處置等環(huán)節(jié)，可由航天員干預(yù)修正，比如手動(dòng)調(diào)整對(duì)接姿態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)處理設(shè)備異常。

而發(fā)射無人飛船則沒有人工參與，從入軌、交會(huì)對(duì)接等全依賴制導(dǎo)導(dǎo)航控制（GNC）系統(tǒng)純自主完成，對(duì)算法精準(zhǔn)度、系統(tǒng)穩(wěn)定性要求近乎“零容錯(cuò)”，任何程序漏洞或環(huán)境干擾都可能導(dǎo)致任務(wù)失敗。

地面飛控難度也會(huì)大增。發(fā)射無人飛船只能靠遙測(cè)數(shù)據(jù)判斷狀態(tài)，需提前模擬海量極端故障場(chǎng)景，預(yù)設(shè)全覆蓋自主處置程序，且需應(yīng)對(duì)信號(hào)延遲帶來的遠(yuǎn)程調(diào)控不確定性，相比發(fā)射載人飛船的“天地協(xié)同判斷”更復(fù)雜。

此外，無人飛船常裝載貨物，容易導(dǎo)致重心分布與載人狀態(tài)差異大，需通過精準(zhǔn)配重和算法補(bǔ)償保障姿態(tài)穩(wěn)定。在載人任務(wù)中航天員可動(dòng)態(tài)微調(diào)重心。不過無人任務(wù)可省去生命支持系統(tǒng)保障等環(huán)節(jié)，一定程度抵消了部分難度。整體核心挑戰(zhàn)集中于自主控制、故障預(yù)案和載荷適配。

總而言之，神舟二十二號(hào)的成功發(fā)射不僅填補(bǔ)了空間站應(yīng)急保障的“空窗期”，更以物資補(bǔ)給的擴(kuò)容、新技術(shù)的驗(yàn)證、新模式的實(shí)踐，為中國(guó)載人航天事業(yè)注入了全新活力。未來，在不斷迭代的技術(shù)與持續(xù)創(chuàng)新的模式支撐下，中國(guó)載人航天將繼續(xù)書寫探索宇宙、造福人類的新篇章，讓更多航天夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

來源：蝌蚪五線譜

編輯：冰糕

轉(zhuǎn)載內(nèi)容僅代表作者觀點(diǎn)

不代表中科院物理所立場(chǎng)

如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原公眾號(hào)