1.4.2 中国航天辉煌成就

我国航天事业自1956年创建以来，经历了艰苦创业、配套发展、改革振兴和走向世界等几个重要时期，才达到相当规模和水平：形成了完整配套的研究、设计、生产和试验体系；建立了能发射各类卫星和载人飞船的航天发射中心和由国内各地面站、远程跟踪测量船组成的测控网；建立了多种卫星应用系统，取得了显著的社会效益和经济效益；建立了具有一定水平的空间科学研究系统，取得了多项创新成果；培育了一支素质好、技术水平高的航天科技队伍。

经过60多年的艰苦努力，我国建立了相当规模的航天工业体系和完整的航天科技体系，发展了具有世界水平的航天技术，取得了举世瞩目的成就，为人类航天事业做出了贡献。我国在卫星回收、一箭多星、低温燃料火箭技术、捆绑火箭技术以及地球静止轨道卫星发射与测控等许多重要技术领域已跻身世界先进行列；在遥感卫星研制及其应用、通信卫星研制及其应用、载人飞船试验及空间微重力实验等方面均取得重大成果，研制成功了多个系列和型号的运载火箭，形成了航天运载火箭系列型谱，发射了数十颗科学卫星和应用卫星，建立了自己的发射场和测控网，广泛开展了卫星应用。

1.4.2.1 “长征”系列运载火箭

在运载火箭方面，我国独立自主地研制了13种不同型号的“长征”系列运载火箭，适用于发射近地轨道卫星、地球静止轨道卫星和太阳同步轨道卫星。自1985年我国政府正式宣布将“长征”系列运载火箭投入国际商业发射市场以来，已将30多颗外国制造的卫星成功地送入太空，在国际商业卫星发射服务市场中占有了一席之地。截至2019年7月26日，我国已进行了327次航天发射，发射成功率达92.64%，以高成功率出色地完成了各类卫星和飞船的发射任务，为我国航天事业的发展奠定了坚实的基础，做出了重要贡献。图1.17展示了我国“长征”系列运载火箭型谱。

“长征一号”（CZ-1）运载火箭于1970年以约1040kN的起飞推力成功发射了“东方红一号”卫星，开始了我国的航天发射活动。

“长征二号”系列运载火箭主要是发射低轨道重型卫星的两级运载火箭。“长征二号”（CZ-2）运载火箭1975年成功发射了第一颗返回式卫星，此后又发射了多颗返回式卫星。以“长征二号”为基础捆绑了4个助推器，组成了串并联的大型火箭“长征二号E”（CZ-2E），俗称“长二捆”运载火箭，近地轨道运载能力达到9.5t，全箭起飞质量460t，于1990年在西昌卫星发射中心发射成功。“长征二号F”（CZ-2F）运载火箭是在“长征二号E”火箭的基础上，按照发射载人飞船的要求而研制的运载火箭，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，于1999年成功发射了“神舟一号”试验飞船，2003年成功发射“神舟五号”载人飞船，为我国载人航天提供了安全可靠的运载工具。

“长征三号”系列运载火箭是上面级用液氢液氧发动机的三级运载火箭，主要用于发射地球静止轨道卫星，火箭将卫星发射到地球同步转移轨道，近地点约200km，远地点35786km。1984年，“长征三号”运载火箭成功发射了我国的试验通信卫星，将1400kg的卫星发送到远地点为35786km的大椭圆转移轨道，从此我国具备了发射地球静止轨道卫星的能力。“长征三号甲”（CZ-3A）是“长征三号”的改进型，运载能力提高到2.65t。以“长征三号甲”运载火箭作为芯级，捆绑4枚或2枚液体助推器而分别构成“长征三号乙”（CZ-3B）和“长征三号丙”（CZ-3C）运载火箭，地球同步转移轨道运载能力分别达到5.1t和3.8t，用于发射国内外大型地球静止轨道卫星。

“长征四号”系列是采用常规液体燃料的三级大型运载火箭。该火箭起飞推力达3000kN，能将2.5t的载荷送入太阳同步轨道，1988年首发成功，将“风云一号”气象卫星送入太阳同步轨道。

“长征五号”系列运载火箭，又称“胖五”，是我国在2006年立项研制的一次性大型低温液体捆绑式运载火箭，也是我国新一代运载火箭中芯级直径为5m的火箭系列。“长征五号”系列由我国运载火箭技术研究院研制，设计采用通用化、系列化、组合化思想。该系列由二级半构型的基本型“长征五号”（CZ-5）运载火箭、不加第二级的一级半构型“长征五号乙”（CZ-5B）运载火箭及添加上面级的“长征五号/远征二号”（CZ-5/YZ-2）运载火箭组成，地球同步转移轨道和近地轨道运载能力将分别达到14t级、25t级。未来，天宫空间站、北斗导航系统的建设，探月三期工程及其他深空探测的实施都将使用该火箭系列。“长征五号”（CZ-5）于2016年11月3日在文昌航天发射场首飞成功，如图1.18所示。

“长征七号”（CZ-7）运载火箭是我国新一代中型运载火箭。“长征七号”运载火箭为“两级半”构型运载火箭，“两级”是指运载火箭芯级为两级构型，“半”是指有助推器。“长征七号”运载火箭芯一级采用两台推力为1200kN的YF-100液氧/煤油发动机，拥有4枚助推器，每枚助推器采用一台YF-100发动机。2016年6月25日，我国为空间站工程研制的新一代中型运载火箭“长征七号”在文昌航天发射场发射成功，为长征系列火箭家族增添了新成员，使我国火箭近地轨道运载能力从不到9t提升到近14t，极大地提高了我国进入太空的能力，为顺利实施后续飞行任务奠定了重要基础。同时，“长征七号”运载火箭首飞任务，也是文昌航天发射场的首秀之战，标志着该新型发射场在承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、中低轨道航天器、大型空间站、深空探测器等发射任务方面正式起航，我国已经跨入世界大吨位火箭发射的行列。

1.4.2.2 载人航天

载人航天是当今世界高新科技中最具挑战性的领域，能体现一个国家的综合国力和整体科技水平。随着我国国民经济和科学技术的不断发展，1992年9月21日，我国正式批准实施载人航天工程，代号“921工程”。

我国载人航天实施“三步走”的发展战略：第一步是以载人飞船起步，把航天员安全送入近地轨道，进行适量的对地观测和科学实验，并使航天员安全返回地面，实现载人航天的历史性突破；第二步是除继续用载人飞船进行对地观测和空间实验外，重点突破航天员出舱活动和空间交会对接试验这两项关键技术，并发射长期自主飞行、短期有人照料的空间实验室，尽早建成完整配套的航天工程大系统，解决我国一定规模的空间应用问题；第三步是建造长期有人照料、短期自主飞行的大型空间站，从而大规模、长时间地开发宝贵的太空资源，为全人类造福。至今，我国已先后成功发射了“神舟”系列的5艘无人试验飞船和8艘载人飞船，如表1.3所示。

2011年9月29日，我国第一个空间实验室“天宫一号”成功发射入轨，标志着我国迈入航天“三步走”战略的第二步。“天宫一号”于2016年3月16日正式终止数据服务，2018年4月2日再入大气层时被烧毁。“天宫一号”先后与“神舟八号”“神舟九号”和“神舟十号”飞船多次完成空间交会对接，进行了一系列对地遥感、空间环境和空间物理探测、空间科学实验、航天医学实验及空间技术实验，初步建立了短期载人、长期无人独立可靠运行的空间实验平台，为建造空间站积累了经验，为我国载人航天发展做出了重大贡献。

第二个空间实验室“天宫二号”于2016年9月15日成功发射入轨，2019年7月16日终止数据服务，2019年7月19日受控离轨并再入大气层，最终落入南太平洋预定安全区域。“天宫二号”先后与“神舟十一号”载人飞船和“天舟一号”无人货运飞船进行了对接[图1.19（a）]，承担了验证空间站相关技术的重要使命，考核验证了航天员中期驻留、推进剂补加、在轨维修等空间站建造运营关键技术，是我国第一个真正意义上的太空实验室。

2021年4月29日11时23分，执行我国空间站“天和”核心舱任务的“长征五号”B遥二运载火箭，在中国文昌航天发射场点火发射。按照规划，2021—2022年，我国接续实施11次飞行任务，包括3次舱段发射、4次货运飞船以及4次载人飞船发射，于2022年完成空间站在轨建造，实现中国载人航天工程“三步走”发展战略“第三步”的任务目标。中国空间站命名为“天宫”，将通过交会对接和转位组装构成空间站本体。如图1.19（b）所示，其基本构型包括“天和”核心舱、“问天”实验舱和“梦天”实验舱，每个舱段规模20t级。空间站在轨运行期间，由“神舟”载人飞船提供乘员运输，由“天舟”货运飞船提供补给支持。空间站设计寿命10年，可根据需要，通过维护维修进一步延长寿命。额定乘员3人，乘组轮换期间短期可达6人。

1.4.2.3 “北斗”卫星导航系统

从1983年著名科学家陈芳允院士提出双星定位设想以来，我国的卫星导航事业从无到有、从小到大、由弱到强，走出了一条具有中国特色的发展之路，“北斗”卫星导航系统已经成为一张闪亮的国家名片。“北斗”卫星导航系统是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。

我国自行研制的第一颗导航定位卫星“北斗”导航试验卫星，于2000年10月31日在西昌卫星发射中心发射升空，并准确进入预定轨道。2001年年底，随着“北斗一号”正式上线运行指令的发出，我国迈入拥有自主卫星导航大国行列。2003年5月25日、2007年2月3日，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，先后把4颗“北斗”导航试验卫星送入太空。这标志着我国已自主建立了完善的试验卫星导航系统，对我国国民经济建设起到了积极作用。“北斗”试验卫星导航系统是通过双星定位方式来工作的，还有1颗是在轨备份星。用2颗卫星组建导航系统虽然是美国吉奥星公司首先提出来的，但美国和欧洲的公司在这方面的研制工作均告失败，而我国首先实现了这项卫星导航定位的创新工程。“北斗”事业经过多年的积累，集聚起势不可挡的力量，迈入发展“快车道”。

我国先后发展了三代“北斗”系统。“北斗一号”由3颗卫星提供区域定位服务，“北斗二号”包含16颗卫星，为亚太地区提供导航服务，2012年投入使用；2018年，“北斗”完成10箭19星发射，创下世界卫星导航系统建设和我国同一型号航天发射的新纪录，也促使我国自主建设、独立运行且独具短报文短信功能的“北斗三号”基本系统完成建设。2018年12月27日，“北斗三号”正式面向全球提供服务。2020年6月23日，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，成功发射北斗系统第55颗导航卫星，暨“北斗三号”最后一颗全球组网卫星。至此，“北斗三号”全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年完成，成为继美国“全球定位系统”（GPS）、俄罗斯“全球导航卫星系统”（GLONASS）和欧洲“伽利略”之后的第四个全球卫星导航定位系统。图1.20所示为“北斗”导航卫星星座模型图。

“北斗”卫星导航系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生了显著的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。2020年，“北斗”卫星全球组网将为世界各地的人们提供全球定位、导航、授时等服务。

1.4.2.4 “嫦娥”探月工程

发射人造地球卫星、载人航天器和深空探测器是人类航天活动的三大领域。重返月球、开发月球资源、建立月球基地已成为世界航天活动的必然趋势和竞争热点。开展月球探测工作是我国迈出航天深空探测第一步的重大举措，实现月球探测将是我国深空探测零的突破。月球已成为未来航天大国争夺战略资源的焦点。月球具有可供人类开发和利用的多种独特资源，月球上特有的矿产和能源，是对地球资源的重要补充和储备，将对人类社会的可持续发展产生深远影响。中国探月工程是我国自主对月球的探索和观察，国务院正式批准绕月探测工程立项后，绕月探测工程领导小组将工程命名为“嫦娥工程”，将第一颗绕月卫星命名为“嫦娥一号”。“嫦娥一号”卫星由中国空间技术研究院研制，主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。中国探月工程将按照“绕”“落”“回”三步走战略逐步开展。

第一阶段为“绕”，即实施“嫦娥一号”绕月探测工程，发射我国第1颗月球探测卫星，突破至地外天体的飞行技术，实现首次绕月飞行。这一阶段充分利用了我国现有的成熟航天技术，研究并发射了月球探测卫星，突破了地月飞行、远距离测控和通信、绕月飞行、月球遥测与分析等技术，并初步建立了中国月球探测航天工程系统。

第二阶段为“落”，即研制和发射月球软着陆器，并携带月球巡视探测器（俗称“月球车”）（见图1.21），在着陆区附近进行就位探测。这一阶段通过发射“嫦娥二号”“嫦娥三号”“嫦娥四号”突破在地外天体上实施软着陆技术和自动巡视探测技术。具体方案是用安全降落在月面上的巡视探测器、自动机器人探测着陆区岩石与矿物成分，测定着陆点的热流和周围环境，进行高分辨率摄影和月岩的现场探测或采样分析，为以后建立月球基地的选址提供月面的化学和物理参数。

第三阶段为“回”，即发射月球采样返回器软着陆在月球表面特定区域，并进行分析采样，然后把月球样品带回地球进行详细研究。这一步通过发射“嫦娥五号”“嫦娥六号”突破返回器自地外天体自动返回地球的技术。其中，前期主要是研制和发射新型软着陆月球车，对着陆区进行巡视探测；之后研制和发射小型采样返回舱、月表钻岩机、月表采样器和机器人操作臂等，采集关键性样品返回地球，对着陆区进行考察，为下一步载人登月探测、建立月球前哨站的选址提供数据资料。

2020年11月24日，探月工程“嫦娥五号”探测器由“长征五号”遥五运载火箭成功发射，于12月1日成功在月球正面预选着陆区着陆。2020年12月17日，“嫦娥五号”返回器携带月球样品，采用半弹道跳跃方式再入返回，在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆，标志着我国已完成了探月工程的“绕、落、回”三步走战略，后续将有计划地开展“勘、研、建”等活动，并计划在月球建立研究基地。

1.4.2.5 行星探测

我国最早的行星探测计划是与俄罗斯联邦航天局合作开展的火星探测计划。2011年11月8日，“萤火一号”与俄罗斯的采样返回探测器一起发射升空。11月9日，俄方宣布“福布斯-土壤号”火星探测器变轨失败，我国的第一次行星探测尝试宣告失败。

2016年1月11日，我国正式批复首次独立的火星探测任务，我国火星探测任务正式立项，当时计划在2020年左右发射一颗火星探测卫星。2020年4月24日，在2020年“中国航天日”启动仪式上，备受关注的中国首次火星探测任务名称公布，也公布了中国首次火星探测任务标志（见图1.22）。中国行星探测任务被命名为“天问”系列，首次火星探测任务被命名为“天问一号”，后续行星任务依次编号，中国行星探测工程作为一个整体概念，以“揽星九天”作为工程的图形标志。

2020年7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器由“长征五号”遥四运载火箭发射升空。经过7个月的长途跋涉，“天问一号”探测器于2021年2月到达火星附近，开始实施火星捕获，于2月10日19时52分成功进入火星轨道。5月15日7时18分，“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。5月19日，中国国家航天局发布火星探测“天问一号”任务探测器着陆过程两器分离和着陆后火星车拍摄的照片（见图1.23），中国首次火星探测任务（着陆火星）取得圆满成功。

思考题

（1）古代中国人民凭着他们的勤劳和智慧发明了很多能飞的器械，是现代飞行器的雏形，能否列举一二？

（2）近代的哪些自然科学理论是人类进入太空的理论基础？

（3）近代航天理论的先驱者都有谁？分别有何贡献？

（4）“V-2”火箭有何历史作用？它的总设计师是谁？

（5）简述苏联和美国发射的第一颗人造地球卫星的基本情况和主要成果。

（6）我国自主发射的首颗卫星是哪颗？它是什么时间发射的？

（7）第一位进入太空的宇航员是谁？人类首次踏上月球的宇航员是谁？

（8）请举例说明我国航天事业取得的辉煌成就。