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载人航天

载人航天是人类驾驶和乘坐载人航天器在太空中从事各种探测、研究、试验、生产和军事应用的往返飞行活动。其目的在于突破地球大气的屏障和克服地球引力,把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空,更广泛和更深入地认识整个宇宙,并充分利用太空和载人航天器的特殊环境进行各种研究和试验活动,开发太空极其丰富的资源。目前仅美、中、俄三国拥有自主载人航天能力。

莫斯科航天俱乐部科研负责人伊万莫伊谢耶夫认为,美国目前依然在航天领域领先,在其之后的中国、欧洲、俄罗斯基本上都在同一个水平上。莫伊谢耶夫认为,中国正在地球遥感、通讯、导航等应用航天领域赶超俄罗斯,但在载人航天方面落后于俄罗斯、在基础空间研究方面落后于欧洲。

需要指出的是:欧盟、印度、日本可以列为“准载人航天能力国”。

实现载人航天必须突破三大技术难题:

一、大推力的运载火箭技术,把非常重的航天器送上近地轨道;

二、卫星安全返回技术;

三、良好的环境控制和生命保障系统技术。

载人航天起始于1961年4月12日加加林乘 坐东方号飞船进入地球轨道。时至今日,许多国家都有了自己的航天员,俄罗斯、美国和中国的载人航天器承载着众多国家的航天员在太空翱翔,载人航天器从单一的飞船发展到巨大的太空站。

已经实施和正在实施的载人航天计划包括:前苏联的东方、上升、联盟、礼炮、和平;美国的水星、双子星、阿波罗、天空实验室、航天飞机;美欧联合的航天飞机空天实验室;美、俄、欧、日、加合作的国际航天站;中国神舟、天宫。

载人航天是指人类驾驶和乘坐载人航天器在太空从事各种探测、试验、研究、军事和生产的往返飞行活动。载人航天的目的在于突破地球大气的屏障和克服地球引力,把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空,更广泛和深入地认识地球及其周围的环境,更好地认知整个宇宙;充分利用太空和载人航天器的特殊环境从事各种试验和研究活动,开发太空及其丰富的资源。载人航天器由载人航天系统实施,载人航天系统由载人航天器、运载器、航天器发射场和回设施、航天测控网等组成,有时还包括其它地面保障系统,如地面模拟设备和航天员训练设施。

根据飞行和工作方式,载人航天器可分为载人飞船、载人空间站与航天飞机三类:①载人飞船按乘坐人数分为单人式飞船和多人式飞船,按运行范围分为卫星式载人飞船和登月载人飞船。②载人空间站又称为轨道站或航天站,可供多名航天员居住和工作。③航天飞机既可作为载人飞船和空间站进行载人航天活动,又是一种重复使用的运载器。

载人航天技术是人类航天史上的重大突破 。

全俄社会舆论研究中心进行的一项调查显示,约四分之三的俄罗斯人反对削减太空计划预算,即使是在经济危机时期。调查结果显示,约73%的俄罗斯公民反对削减太空计划预算,即便是在经济危机的环境下,且17%的受访者同一年前一样,甚至建议增加经费。

俄罗斯总统普京表示,俄罗斯太空发射数量居世界第一位,牢固保持着航天大国的地位。4月12日是俄罗斯宇航员日。普京当天晚上在出席宇航员日晚会时说,俄罗斯在火箭发动机制造领域拥有优势,太空发射数量居世界第一位,而且俄还积极研发先进的运载火箭技术和航天器以及轨道卫星群等高科技太空产品。

普京还提出俄罗斯成立航天部,批准了建立联合火箭航天公司的想法。他说:“我们在一系列领域落后于国际水平,比如地球遥感手段、卫星通信系统等。未来应增加轨道航天器、落实载人飞船和生产飞船发动机领域的项目。”普京表示,“专家们估计,目前航天市场的规模为3000亿4000亿美元,2030年前将达1.5万亿美元。我们应当充分利用这一机会窗口。”波波夫金表示,俄正在打造可进行星际飞行的新型宇宙飞船。技术设计已完成,2018年将进行新型飞船的首次无人驾驶飞行。

根据美国国防与航空航天咨询公司蒂尔集团的最新调查预测,2010-2029年的20年间,拟发射到地球或月球轨道或深空飞行路线上的航天器有2229个。其中,民用航天器和商业航天器基本上平分了77%,军事和大学航天器分别占19%和4%。民用航天器大致有1/4是执行国际空间站任务的载人和货运飞船。

太空探索眼前的现实意义在哪?美国《巴尔的摩太阳报》1日刊登美国航空航天协会执行理事查尔斯胡特纳的文章说,航天技术的创新触及社会生活的方方面面,从数字电脑到CT扫描等。而且它更树立了一种远大目标,远大的目标才能产生重大成就,激发年轻人的热情,促进就业长期增长,这是美国未来成功所在。

国防大学张召忠教授说,航天技术的成效可以直接或间接反馈到民生,像美国的医学、材料、军工控制、通信科技之所以世界领先,与其太空技术的发达有很大关系。而且航天的战略意义更是无可代替。使中国成为真正的航天大国,是制造1万辆坦克都无法获得的国际地位。太空技术的成果可以转移到包括军事在内的很多领域,民用航天市场的经济价值也越来越大,这都是中国国家战略的组成部分。

在酒泉卫星发射中心,一位不便透露姓名的专家对《环球时报》记者说,如果中国不奋起直追,就会和美俄等太空技术先进国家产生“时代性差距”。

据统计美国私人航天公司列表已经多达近百家之多。美国、俄罗斯、欧州、印度也在积极开展太空全民化行动,出现了众多私人航天公司。

众所共知,航天技术的发展给人类带来众多的益处。如果有了人在太空活动,就可使航天技术如虎添翼,充分发挥人的智慧与技能,解决无人在太空活动的航天技术上一些难题。人有独特的能力,如应急的判断力、创造力和主动的维修及调控功能。人有知觉和感觉,如视、听、触和运动感觉、有冷、热、嗅觉和平衡感等。人对信息处理和观察外界变化非常主动,还有认识能力,以及联想、总结、分析和综合记忆力等,其中有些是“电脑”不能代替的。人的控制和运动能力是载人航天中主要活动之一,包括力量的产生和运用、运动速度的控制、自发力控制和连续调整控制等,这些都对空间的操作活动有决定意义。即使一切都是自动化、智能化,也离不开人的介入,如虎添翼的道理就在于此!

载人航天大大扩展了人类的活动范围,是进一步大规模开发、利用空间资源的重要手段,对国家的政治、经济和科技等方面的发展都有重要的战略意义。原苏联宇航员加加林1961年首次进入太空,美国“阿波罗”飞船1969年成功登月,这两个轰动世界的壮举发掘和吸引了数以十万计的精英人才。美国宇航局专家曾计算,美国在载人航天上的每1美元投资都能收到9美元效益,有3万多种民用产品得益于研制航天飞机发展出的技术,更不用说航天飞机一百多次飞行所带来的科学成果。载人航天技术的日臻完善还促成了“太空旅游”。在2001年和2002年,美国人蒂托和南非人沙特尔沃思分别支付2千万美元,赴国际空间站旅游了约一星期。第三批共两位游客于2005年年初再赴国际空间站,而他们身后的报名者还有约10人。专家们预计,将来太空还可能成为普通人的旅游热点。

发展载人航天有何意义呢?总的说来有如下几个方面:

(1)在科技方面,因为载人航天技术是科技密集综合性尖端技术,它体现了现代科学技术多个领域的成就,同时又给予现代科学技术各个领域提出了新的发展需求,从而促进和推动整个科学技术的发展,也就是说一个国家载人航天技术的发展,可以反映这个国家的整体科学技术和高技术产业水平,如系统工程、自动控制技术、计算机系统、推进能力、环控生保技术、通信、遥感、测试技术等。也体现了这个国家的近代力学、天文学、地球科学和空间科学的发展水平,特别是这个国家的航天医学工程的发展水平,如果没有航天医学工程的研究与发展,想要把人送进太空并安全、健康、高效地生活和工作是不可能的。

(2)发展载人航天能体现一个国家综合国力;当今世界各发达国家在发展战略上都把综合国力的增强作为首要目标,其核心是发展高科技,而主科技的主要内容之一就是载人航天。当一个国家把自己的航天员送入太空时,它可充分体现其综合国力的强盛,也将增强该国民众的民族自豪感、振奋民族精神、增强了全民的凝聚力。特别是我国航天员一旦进入太空,则能像六七十年代我国拥有核武器和人造地球卫星那样,引起全世界人民注视,提高我国的国际地位。

(3)载人航天的发展能更好地开发太空资源为地球人类造福。现已知浩瀚的太空是人类巨大的宝库,它含有丰富的资源,而载人航天事业是使用通向这个宝库的桥梁,试想航天员们在太空对地球居高临下,能以各种不同的手段对地球进行观测,它可以比无人的探测和遥感获取更多的信息和资料。而太空工厂的工艺加工几乎成了“魔术”,它在微重力、真空和无对流的条件下,可以制造地球上难以完成的合金材料和“灵丹妙药”以及有关产品。太空工厂的产品或半成品送回地面后,也许还会带来“新的工业革命”。可以预料,印有“太空制造”字样物品将会不断地投放市场。

(4)载人航天是人类发展的一个新阶段的开始,因为人类可以通过载人航天的桥梁,转移到其他星体居住和生活,开发出更美好的生活空间。这不是可望而不可及的事情。当前首先要做的是人们到太空旅游、先看看神秘的太空和美妙的仙境。不久,人类将主宰太空,实现人类发展的革命。

因为载人航天事业是一项巨大的系统工程,所以它的发展基础必须是:综合国力强盛,经济发展水平高,有一定的财政支持,有一批从事航天科技事业的骨干人才队伍,有先进的科学技术的发展水平。这样才有可能发展载人航天事业。我国现已基本具备上述基础,所以才发射了载人试验飞船。

具备什么条件才能发展载人航天事业呢?简单地说就是建立国家载人航天大系统,或称载人航天体系。因为这个体系是国家直接支持和规划的,这个体系又是在航天技术日趋成熟的条件下建立的。例如,地面发射基地的建设,指挥管理系统的组建、跟踪、遥测、遥控和通信网络的组建,火箭与推进系统的建设,航天器制造工艺中的新材料的研制,发射、回收等技术均已成熟和具备的情况下,重点是航天员系统的完善。它涉及选拔什么样的人进入太空,建立航天员的训练基地,建立航天医学体系,结合航天器研制建立航天员的环境控制与生命保障系统,组织好航天员进入太空的前、中、后的医学监督与保障工作,确保航天员的安全,结合载人航天器研制增设应急救生系统等等。

1958年10月7日,美国航宇局(NASA)正式批准“水星”号载人飞船工程。这是航宇局1958年10月1日成立后作出的第一个重大决策。

1959年9月9日,美国用“宇宙神”D运载火箭首次成功地发射了“水星”飞船模型,进行亚轨道飞行。此后一直到1961年4月25日,美国共进行了7次无人飞船试验,其中失败3次,成功4次,为美国成功实施载人航天飞行奠定了坚实基础。

1960年1月,苏联成功发射了两艘无人的卫星式飞船,进行亚轨道飞行。此后一直到1961年3月25日,苏联共进行了7次无人飞船试验,其中失败4次,成功3次,最后两次连续成功。苏联决策机关认为已完全具备了载人飞船的发射能力。

1961年3月23日,苏联准备上天的航天员邦达连科在为期10天的地面训练的最后一天,在一个高浓度氧气舱里,用酒精棉球擦完身上固定过传感器的部位后,随手将它扔在电热器上,立即引起大火,他被严重烧伤,10小时后,抢救无效死亡。

1961年4月12日,苏联发射世界第一艘载人飞船“东方”1号。尤里加加林少校乘“东方”1号飞船用了108分钟绕地球运行一圈后,在萨拉托夫附近安全返回。加加林成为世界上第一位遨游太空的航天员,使苏联在与美国开展的载人航天竞赛中赢得了世界第一。1968年3月27日,加加林驾驶米格15歼击机训练时,因飞机事故遇难身亡。

1961年5月5日,美国第一位进行亚轨道飞行的航天员艾伦B谢泼德驾驶美国“水星”MR3飞船进行首次载人亚轨道飞行,美国因此成为继苏联之后世界上第二个具有载人航天能力的国家。

1961年5月25日,美国总统肯尼迪在国会宣布:在60年代结束之前,美国要把人送上月球,并安全返回地面。从此,美国正式开始实施举世闻名的“阿波罗”载人登月工程计划。这是在与苏联之间展开的谁第一个把人送上天的竞赛中失利后,美国发起的又一个竞赛项目。

1962年2月20日,美国发射载人飞船“水星”6号,航天员欧约翰H格伦中校驾驶“水星”6号飞船绕地球飞行3圈,历时4小时55分23秒,在大西洋海面安全返回。格伦因此成为美国第一个进入地球轨道的人。

1962年8月11日,苏联发射载有尼古拉耶夫少校的“东方”3号飞船上天。8月12日,苏联发射载有波波维奇中校的“东方”4号飞船上天。“东方”4号与“东方”3号首次在太空实现载人飞船的交会飞行,相距5公里,第一次从太空传回电视。

1963年6月16日,世界上第一位进入太空的女航天员捷列什科娃中尉驾驶苏联“东方”6号飞船进入太空,飞船绕地球飞行48圈,历时70小时50分,19日返回。

1964年10月12日,苏联成功发射载3人的第二代载人飞船“上升”1号。航天员科马罗夫、耶戈洛夫和费捷斯托夫驾驶飞船绕地球飞行16圈,历时24小时17分,返回于库斯塔奈地区。这是苏联、也是世界航天史上第一次载3人飞行。

1965年3月18日,苏联发射载有别列亚耶夫、列昂诺夫的“上升”2号飞船。飞行中,列昂诺夫进行了世界航天史上第一次太空行走,他在离飞船5米处活动了12分钟,完成了目视观测、拆卸工作及其他实验。

1965年3月23日,美国成功发射第二代载人飞船“双子星座”3号。飞船乘载着美国航天员格里索姆中校和约翰杨少校,绕地球飞行5圈,历时4小时53分钟。这是美国首次载2人飞行。

1965年6月3日,美国发射载有航天员麦克迪维特上尉和怀特上尉的“双子星座”4号飞船,绕地球飞行62圈。怀特到舱外行走21分钟,用喷气装置使自己在太空中机动飞行。这是美国第一次太空行走。

1965年12月15日,美国发射“双子星座”6号飞船,飞船载有希拉中校和斯坦福尔德上尉。飞船绕地球飞行16圈,历时25小时51分钟。此次飞行是与12月4日发射的“双子星座”7号交会,并保持近距离编队飞行,相距约0.3米。这是美国载人飞船第一次空间交会飞行。

1966年3月16日,美国发射载有航天员阿姆斯特朗和斯科特的“双子星座”8号,绕地球飞行6.5圈,历时10小时41分。飞行中首次实现载人飞船与一个名叫“阿金纳”的对接舱体对接。这是世界航天史上第一次空间对接。

1967年1月27日,美国“阿波罗”4A飞船在发射台上进行登月飞船的地面试验。飞船内坐着曾参加过“水星”号、“双子星座”飞船飞行的格里索姆上校、美国第一个完成舱外活动的怀特中校和第一次准备参加太空飞行的查菲少校。突然,充满纯氧的座舱起火爆炸,3名航天员当即烧死。

1967年4月23日,苏联用“联盟”号运载火箭发射第三代飞船“联盟”1号。4月24日飞船返回时,因降落伞故障,飞船坠毁于乌拉尔奥伦波克附近,航天员科马罗夫不幸遇难。

1968年4月14日,苏联发射宇宙212号无人飞船。飞船在轨运行中与后来发射的宇宙213号无人飞船自动对接。这是苏联完成的第一次空间对接。

1968年10月11日,美国发射“阿波罗”7号飞船。航天员希拉、艾西尔和坎宁哈姆绕地球飞行163圈,历时260小时9分钟,22日返回。这是“阿波罗”飞船的第一次载人地球轨道飞行。

1968年12月21日,美国发射载有波尔曼、洛弗尔和安德斯的“阿波罗”8号飞船。飞船进入距月面112公里的月球轨道上飞行了10圈,时间20小时6分钟,并向地球发回电视。27日返回。这是世界上第一艘绕月飞行的载人飞船。1969年7月16日,美国发射“阿波罗”11号载人飞船,第一次把人送上月球。飞船上载有航天员阿姆斯特朗、科林斯、奥尔德林3名航天员,经过75小时50分钟的飞行后,进入环月轨道。7月21日格林尼治时间2时56分,航天员阿姆斯特朗将左脚踏到月球上,成为世界上第一个踏上月球的人,并说出了一句广为流传的名言:“这是人的一小步,人类的大飞跃。”19分钟后,奥尔德林跟着也踏上了月球。他们在月面插上美国国旗,放置科学仪器,搜集22公斤月球岩石和土壤样品,共活动了2小时31分40秒。

1970年4月11日,美国发射载有航天员洛弗尔、海斯和斯威加特的“阿波罗”13号飞船进行第3次登月飞行。飞行56小时后,飞船离地球33万公里,差不多接近月球时,因两个纽扣大的恒温器开关故障,使服务舱燃烧电波贮氧箱爆炸,舱内许多设备遭损坏,氧气和水也损失过半,航天员洛弗尔、海斯和斯威加特面临葬身太空之灾。但他们临危不惧,按地面科学家们精确计算的轨道和地面指挥员的命令,手动操纵飞船,使用登月舱的氧气和动力,于4月17日成功地返回地球,创造了航天史上死里逃生的奇迹。

1970年6月1日,苏联发射载有航天员尼古拉耶夫和谢瓦斯基扬诺夫的“联盟”9号飞船。飞船绕地球飞行268圈,历时424小时59分,创造了载人飞行史上的新记录。

1971年4月19日,苏联用“质子”号火箭发射世界上第一个载人空间站“礼炮”1号。“礼炮”1号空间站于1971年10月11日在太平洋上空坠毁,共飞行了175天。运行期间对接了两艘“联盟”号飞船,其中“联盟”11号的航天员进站工作了3星期。此后一直到1982年,苏联又连续发射了“礼炮”2~5号空间站和第二代“礼炮”6号、7号空间站。

1971年6月6日,苏联发射载有航天员多勃罗沃尔斯基、帕查耶夫和沃尔科夫和“联盟”11号飞船。飞船成功地实现了和“礼炮”1号空间站的对接、在轨运行24天后,在返回途中,返回舱空气泄露,返回地面时,人们发现未穿航天服的3 名航天员全部遇难。1971年12月7日,美国发射载有塞尔南、埃文斯和施密特的“阿波罗”17号飞船。11日到达月球,两名航天员在月面逗留75小时,在月球轨道上释放了一颗卫星。飞船19日返回。这是人类迄今最后一次载人登月飞行,也是“阿波罗”飞船第7次登月飞行。

1973年5月14日,美国用“土星”V火箭发射名为“天空实验室”的空间站。后与多艘“阿波罗”飞船对接,先后有3批9名航天员到其上工作。原预计“天空实验室”能运行到1982年,但终因空间站故障严重,无法正常使用,其运行轨道急剧下降,于1979年7月12日坠落于南印度洋澳大利亚西南水域。这是美国发射的第一个载人空间站。

1975年4月5日,苏联发射载有拉扎列夫和马卡罗夫的联盟18A飞船,准备与礼炮4号对接。火箭第3级点火不久,正值火箭上升到144公里的高空时,因制导系统发生故障,飞船在空中翻滚,并偏离预定轨道。地面控制中心不得不发出应急救生指令,使火箭紧急关机,返回舱与飞船分离,航天员按应急方案返回,在西伯利亚西部山区安全着陆。飞行只进行了22分钟。这是载人航天以来,第一次因火箭飞行不正常而成功地采取的应急救生措施。

1975年7月15日,苏、美发射飞船进行联合对接飞行。首先发射的是载有苏联航天员列昂诺夫和库巴索夫的“联盟”19号飞船。发射后7.5小时,美国“阿波罗”18号飞船载着美国航天员斯坦福尔德、斯莱顿和布兰德从肯尼迪航天中心发射成功。7月17日,“阿波罗”18号飞船和“联盟”19号飞船成功地对接。飞船对接状态保持了两天,美苏航天员实现了飞船间的互访。这是冷战期间美苏两个竞争对手难得的“太空握手”。

1981年4月12日,美国发射了世界上第一架航天飞机“哥伦比亚”号。此后又陆续建造了“挑战者”号、“亚特兰蒂斯”号、“发现”号和“奋进”号航天飞机。1986年1月28日,“挑战者”号航天飞机在发射升空仅73秒后即爆炸,机上7名航天员全部遇难;2003年2月1日,“哥伦比亚”号航天飞机在返航途中解体,机上7名航天员再次遇难。尽管如此,美国航天飞机投入运营22年来,已成功飞行111次,在太空部署过卫星、维修过“哈勃”、完成了无数科学试验,是目前正在建造中的国际空间站的主要运送工具。1984年7月17日,苏联发射“联盟”T12号飞船升空。船上载有扎尼拜科夫、沃尔克和女航天员萨维卡娅,与“礼炮”7号空间站-“联盟”T10号飞船联合体对接。25日,萨维茨卡娅和扎尼拜科夫一起进行了3小时35分钟的舱外活动。萨维茨卡娅成为世界上第一位在太空行走的女性。

1986年2月20日,苏联发射了第三代长期载人空间站“和平”号空间站的核心舱。此后历时10年,直到1996年4月26日,苏联(俄罗斯)才建成由核心舱、“量子”1号舱、“量子”2号舱、“晶体”舱、“光谱”舱和“自然”舱组成的完整的“和平”号空间站。2003年3月23日,“和平”号在绕地球飞行8万多圈、行程约35亿公里、超期服役近10年后,坠毁在太平洋预定海域。作为世界上第一个长期载人空间站,“和平”号是20世纪质量最大、载人最多和寿命最长的航天器,堪称“一代天骄”!在“和平”号天马行空近15载中,共接待了来自10多个国家和国际组织的航天员100多人次。其中俄罗斯航天员在“和平”号上创造了两项太空飞行纪录:一项是由玻利亚科夫创造的、人在太空连续生活和工作438天的世界纪录,另一项是由阿夫杰耶夫创造的、在太空飞行累计时间达748天的世界纪录。科学家们利用“和平”号空间站进行了包括生命科学、微重力科学与应用、空间科学、对地观测等众多领域的成千上万项科学实验,取得了举世瞩目的丰硕成果。

1995年6月27日,美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机载着5名美国航天员和2名俄罗斯航天员升空,首次实现与俄罗斯“和平”号空间站对接飞行。此后一直到1998年,美国航天飞机与俄罗斯“和平”号空间站进行了8次对接飞行,所取得的成功经验降低了目前正在组装的国际空间站装配和运行中的技术风险。

1996年9月26日,在俄罗斯“和平”号空间站上工作的美国女航天员露西德乘“亚特兰蒂斯”号航天飞机返回地面。露西德在太空生活了188天,打破了俄罗斯航天员康达科娃创造的女性在太空飞行的最高纪录。 1998年11月20日,俄罗斯用“质子”K火箭将国际空间站的第一个部件“曙光”号多功能舱送入太空,建造国际空间站的宏伟而艰巨的任务从此拉开了帷幕。国际空间站是由美国和俄罗斯牵头、欧洲11国(即德国、法国、意大利、英国、比利时、荷兰、西班牙、丹麦、挪威、瑞典和瑞士)、日本、加拿大和巴西共16个国家建造的,预计要到2006年才能全部建成。建成后的国际空间站长110米,宽88米,大致相当于两个足球场大小,总质量达400余吨,将是有史以来规模最为庞大、设施最为先进的人造天宫,运行在倾角为51.6°、高度为397公里的轨道上,可供6~7名航天员在轨工作,之后国际空间站将开始一个为期10~15年的永久载人的运行期。

2001年4月28日,世界上首位太空游客、美国富翁蒂托搭乘“联盟”TM32号飞船从哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场出发,到国际空间站上旅游观光8天,5月6日返回地面。蒂托此行耗资2000万美元,除了太空观光外,他还负责飞船的一部分无线电通信、导航和供电任务,并与俄宇航员一起执行了对地观测任务。蒂托的太空之旅开创了太空旅游的新时代。2002年4月25日~5月5日,世界上第二位太空游客、南非亿万富翁马克沙特沃斯也在太空度过了10天的时光,其中8天生活和工作在国际空间站上 。

中国进行载人航天研究的历史可以追溯到20世纪70年代初。在中国第一颗人造地球卫星东方红一号上天之后,当时的国防部五院院长钱学森就提出,中国要搞载人航天。国家当时将这个项目命名为“714工程”(即于1971年4月提出),并将飞船命名为“曙光一号”。然而,中国在开展了一段时间的工作之后,认为无论是在研制队伍、经验方面,还是在综合国力、工业基础方面搞载人航天都存在一定的困难,这个项目就搁到了一边。

20世纪70年代初,中国第一颗人造地球卫星东方红一号上天之后,开始了东方红二号、东方红二号甲、东方红三号等多颗通信卫星的研制工作。

进入80年代后,中国的空间技术取得了长足的发展,具备了返回式卫星、气象卫星、资源卫星、通信卫星等各种应用卫星的研制和发射能力。特别是1975年,中国成功地发射并回收了第一颗返回式卫星,使中国成为世界上继美国和前苏联之后第三个掌握了卫星回收技术的国家,这为中国开展载人航天技术的研究打下了坚实的基础。

1992年1月,中国政府批准载人航天工程正式上马,并命名为“921工程”。在“921工程”的七大系统中,核心是载人飞船,载人飞船则由中国空间技术研究院为主来进行研制。“921工程”正式上马时中央就提出了“争8保9”的奋斗目标, 即1998年要在技术上有一个大的突破,1999年要争取飞船上天。中国唐家岭航天城,为中国的载人航天工程完成载人航天的任务做了物质条件的保证。

1999年11月20日,中国第一艘无人试验飞船“神舟”一号飞船在酒泉起飞,21小时后在内蒙古中部回收场成功着陆,圆满完成“处女之行”。这次飞行成功为中国载人飞船上天打下非常坚实的基础。2001年1月10日,中国在酒泉卫星发射中心成功发射了“神舟”二号飞船。2002年3月25日,中国在酒泉卫星发射中心成功发射了“神舟”三号飞船。2002年12月30日,中国在酒泉卫星发射中心成功发射“神舟”四号无人飞船。

2003年10月15日9时整,我国自行研制的“神舟”五号载人飞船在中国酒泉卫星发射中心发射升空。9时9分50秒,“神舟”五号准确进入预定轨道。这是中国首次进行载人航天飞行。乘坐“神舟”五号载人飞船执行任务的航天员是38岁的杨利伟。他是我国自己培养的第一代航天员。在太空中围绕地球飞行14圈,经过21小时23分、60万公里的安全飞行后,他于16日6时23分在内蒙古主着陆场成功着陆返回。

2005年10月12至17日,我国成功进行了第二次载人航天飞行,也是第一次将我国两名航天员费俊龙、聂海胜同时送上太空。10月12日9时零分零秒,发射神六飞船的长征二号F型运载火箭点火。火箭在点火4秒钟后升空,轰鸣声回荡在戈壁滩上空。这是长征火箭第88次发射。它是中国第二艘搭载太空人的飞船,也是中国第一艘执行“多人多天”任务的载人飞船。

2008年9月25日,我国第三艘载人飞船神舟七号成功发射,三名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏顺利升空。 27日,翟志刚身着我国研制的“飞天”舱外航天服,在身着俄罗斯“海鹰”舱外航天服的刘伯明的辅助下,进行了19分35秒的出舱活动。中国随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。

2008年9月28日傍晚时分,神舟七号飞船在顺利完成空间出舱活动和一系列空间科学试验任务后,成功降落在内蒙古中部阿木古朗草原上。神舟七号飞船共计飞行2天20小时27分钟。从神舟七号开始,我国进入载人航天二期工程。在这一阶段里,将陆续实现航天员出舱行走、空间交会对接等科学目标。整个二期工程的所有发射任务全部由长二F火箭担任。后续任务将要突破空间交会对接关键技术,解决有一定规模、短期有人照料的空间应用问题,为实施“第三步”战略任务做准备。主要目标就是要突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术,研制和发射8吨级规模的空间实验室,逐步掌握空间站技术。

因此,要实现“三步走”发展战略,还有许多关键技术需要突破,包括突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术,研制和发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

神舟八号飞船,是中国神舟系列飞船的第八个。神舟八号发射升空后,与神舟九号对接,成为一座小型空间站。中国工程院院士、原“神舟”号飞船总设计师戚发轫透露,在中国的载人航天“三步走”计划中,中国最终要建设的是一个基本型空间站,它的规模不会超过现有的“和平号”或国际空间站。戚发轫院士介绍,基本型空间站大致包括一个核心舱、一架货运飞船、一架载人飞船和两个用于实验等功能的其他舱,总重量在100吨以下。其中的核心舱需长期有人驻守,能与各种实验舱、载人飞船和货运飞船对接。具备了20吨以上运载能力的火箭,才有资格发射核心舱。为此,中国在海南文昌新建继酒泉、太原、西昌之后的第四个航天发射场,主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。同时,中国还将在天津新建总装场。

2012年6月16日18时37分,神舟九号飞船乘长征二号F遥九火箭,从酒泉卫星发射中心腾空而起。这是长征火箭的第165次发射,也是神舟飞船的第四次载人飞行。中国航天员景海鹏、刘旺、刘洋将第一次入住“天宫”。33岁的刘洋也成为中国第一个飞向太空的女性。神舟九号飞船与天宫一号自动对接。二者携手在太空飞行6天之后短暂分开,再进行由航天员手动控制的交会对接。

“天宫一号”实际上就是一个空间实验室的雏形,它的重量和神舟七号一样,用它来完成和飞船的交会对接。“天宫一号”主体为短粗的圆柱型,直径比神舟飞船更大,前后各有一个对接口。采用两舱构型,分别为实验舱和资源舱,实验舱由密封的前锥段、柱段和后锥段组成,实验舱前端安装一个对接机构,以及交会对接测量和通信设备,用于支持与飞船实现交会对接。资源舱为轨道机动提供动力,为飞行提供能源。2013年6月25日07时05分,神舟十号飞船与天宫一号目标飞行器分离,从天宫一号上方绕飞,顺利完成绕飞以及近距离交会任务,并且在空中授课。

1961年4月12日苏联航天员加加林乘坐“东方”号飞船绕地球轨道飞行一圈,成为第一个进入太空的人。此后,载人航天大致经历了三个阶段。

解决把人送入地球轨道并安全返回

在首次进入太空以前,人类先发射了不载人飞船和生物卫星,用以验证载人航天系统的安全性和可靠性,确保载人航天成功。一切趋于成熟后终于发射载人飞船,航天员在飞行中完成了手控定向、姿态调整、观测地球和对地摄影等活动,并进行了医学、生物学等科学研究和广泛的技术试验。第一阶段的载人航天证实了人在过载、失重、真空和强辐射等恶劣环境下不仅能够生存,而且还能有效地工作,为未来人类大范围的探索与开发太空打下了坚实的基础,其价值具里程碑意义。

发展载人航天的基本技术

如飞船的轨道机动飞行,两艘飞船在空间交会和对接以及编队飞行,考察航天员出舱活动的设备和能力,同时也进行其他科学研究工作。在这一阶段,苏联航天员列昂诺夫和美国航天员E.H.怀特穿着航天服走出飞船,在太空进行了活动。1967年1月27日当“阿波罗”号飞船在肯尼迪角进行例行试验时,因突然着火,美国3名航天员死亡。1967年4月23日苏联的“联盟”1号飞船在返回时,由于降落伞故障航天员,科马罗夫死亡,这些是载人航天所出现的重大事故。

发展实验性航天站

进一步考察人在太空环境条件下长期生活和工作的能力,利用空间独特环境从事多种学科研究和应用实验,诸如生物学、医学、天文学、材料和工艺试验和地球资源勘测以及军事活动等,同时也为建立实用航天站积累经验。参加这一阶段活动的有供航天员长期生活和工作的航天站,有运送航天员并能返回地球的载人飞船,也有供应航天站燃料和航天员生活必需品的运货飞船,如苏联的“进步”号货船。

载人航天是集国家政治、军事、科技实力为一体的高难度系统工程。要真正把人送入太空乃至使人长时期在太空生活,必须要突破三大技术难题。

第一个难题是,研制出推力足够大,可靠性极端好的运载工具。

前苏联发射东方号、上升号、联盟号等载人飞船的运载火箭都是运载能力5吨以上,而且在发射中极少发生事故的优秀运载工具。为了确保发射时万无一失,运载火箭及飞船的关键部件必须是双备份或三备份,火箭、飞船在上天前,必须经过一系列极严格的地面测试和模拟飞行,直到没有一丝隐患才能放行上天。

专家说,由于对可靠性的重视,实际上,与航海、航空及陆上各种交通运输工具比较,航天器的活动有着最好的安全记录。

第二个难题是,获得空间环境对人体影响的足够信息,了解人体所能承受的极限条件并找到防护措施。

空间环境与陆地环境有着天壤之别。太空中高度真空,没有氧气没有水,如果没有任何保护,人体暴露在这样的环境里,不消一分钟,就会由于身体内外的巨大压差而爆炸,体液会迅速沸腾汽化。太空中温差极大,由于没有空气对流,航天器朝阳面温度可达100℃以上,而背阴面则会在-100℃以下,在远离地球的深空中,温度则达到人体根本无法耐受的-273℃。太空中还充满了有害的宇宙辐射。

另外,太空失重环境,特别是飞船上升、返回阶段的加速度和减速度会使人体发生平衡功能紊乱、体内组织位移、肌肉萎缩、骨质脱钙等病变。要在这种环境里保证人的生存,就必须研制出密封的防辐射飞船,飞船中要配备能供人正常生活的空气、水、温度等基本生命保障条件。同时还要为宇航员装备上宇航服,一旦宇航员要走出飞船座舱到太空中工作,所有的生命保障系统便全由宇航服提供。在载人航天实践中,苏/俄研制出了东方号、上升号、联盟号三代载人飞船,美国也成功使用了水星号、双子星座号和阿波罗号三代载人飞船以及航天飞机。

第三个难题是,可靠的救生技术及安全返回技术。 载人航天与不载人航天最大的区别就在于救生技术的应用和安全返回的绝对可靠。

载人航天的救生装置有弹射座椅、逃逸塔、分离座舱和载人机动装置等。它们在飞行的不同高度发挥各自的作用。一般来说,飞行高度在10公里左右时,宇航员可以采用弹射座椅的方式弹出发生危险的航天器,跳伞救生。也可以启动逃逸塔,让逃逸塔拉着飞船甩掉出毛病的火箭另行降落救生。如果火箭高空发生问题,宇航员跳伞不行了,逃逸塔已按飞行程序抛掉了,则只有采取分离飞船座舱的办法,让飞船座舱自己返回救生。飞船入轨后,一旦自身遭到损坏或宇航员生病,需营救时,那么只有暂时采用船上救生装置等待地面发射飞船救生的办法。

飞船的安全返回也不容易,它需要启动反推火箭减速、调姿、进入返回轨道等技术,还要闯过三道“鬼门关”

一是过载关,飞船高速进入稠密大气层时会产生巨大的冲击过载,就像飞机撞山一般;

二是火焰关,飞船返回与空气的剧烈摩擦会产生几千度的高温,没有防护,钢筋铁骨也会化为灰烬;

三是撞击关,飞船降落尽管有降落伞,但它的降落速度仍达每秒14米,不采取措施,就是壮汉也会被摔死。

此外,落点的精度也是大问题,前苏联的一艘飞船返回时出现落点偏差,结果营救人员找不到宇航员,而宇航员却被困在冰天雪地的森林里差点冻死。

在空间站内,宇航员已制作出了杂质少、表面缺陷小、质地精良的半导体、金属材料、玻璃、陶瓷和光学元件;在生物材料加工方面,已可以在空间生产抗血栓制剂-尿激酶、纯度比地面高100倍的抗流感制剂和抗病毒干扰素、可治疗糖尿病的胰腺β-细胞和用于治疗烧伤的表皮生长素等30多种质量、疗效较高的药物,航天员还可设法使蛋白质分子按预定的立体结构排列起来,形成纯度比地面高10倍、性能超群的蛋白质晶体,促进新药开发、疾病研究和防治;载人航天器搭载的农作物种子在宇宙射线的作用下,其遗传基因会发生变化,有可能诞生高产、营养成分增加或抗病毒的作物新品种。

由于载人航天器相对于地球位置高远,因此航天员可以全面探测与地面生活密切相关的地球磁场、大气臭氧层和电离层,寻找石油、矿藏和地下水源,观察农作物的长势、森林火灾和积雪覆盖面的变化,尝试预报地震等难以预料的自然灾害。

载人航天促进了天文学、高能物理、材料学、自动控制、信息、制造工艺学等科学技术门类的发展,催生了航天器结构力学、航天动力学、空间电子学、航天医学等新学科,形成了大批高科技工业群体,丰富了人类对近地空间和月球的认识,产生了显著的社会和经济效益。航天飞机、空间站的出现,使人类得以利用微重力、超低温、强太阳辐射、真空等太空中的独特条件开展多项研究。

载人航天技术的发展还催生了一系列民用产品,比如载人航天中采用的机器人能够在地面协助医生做手术,利用双向遥测技术能制造出可被监测、调控的心脏起搏器,航天飞机上使用的水处理系统已开始在部分国家转为民用,受载人航天器表面可减少气动阻力的罗纹启发而研制出的罗纹泳衣助游泳选手摘金夺银。

是指由航天器、航天运输系统、航天发射场、航天测控网、应用系统组成的完成特定航天任务的工程系统。其中应用系统指航天器的用户系统,一般是地面应用系统,如各类卫星的地面应用系统、载人航天器的地面应用系统、空间探测器的地面应用系统。

航天系统按是否可载人可分为无人航天系统、载人航天系统;

按用途可分为民用航天系统和军事航天系统;

按航天器种类可分为多种,如卫星航天系统、载人飞船航天系统、月球卫星航天系统等。

航天系统是现代典型的复杂工程大系统,具有规模庞大、系统复杂、技术密集、综合性强,以及投资大、周期长、风险大、应用广泛和社会经济效益十分可观等特点,是国家级大型工程系统。组织管理航天系统的设计、制造、试验、发射、运行和应用,要采用系统工程方法,在航天工程实践中形成了航天系统工程,进一步丰富和发展了系统工程的理论和方法。完善的航天系统是一个国家航天实力和综合国力的重要标志,世界上只有为数不多的国家拥有这种实力。

太空资源泛指太空中客观存在的、可供人类开发利用的环境和物质。主要包括:相对于地面的高远位置资源,高真空和超洁净环境资源,微重力环境资源,太阳能资源,月球资源,行星资源等。

太空上可利用的资源比地球上可利用的资源要丰富的多。仅从太阳系范围来说,在月球、火星和小行星等天体上,有丰富的矿产资源;在类木行星和彗星上,有丰富的氢能资源;在行星空间和行星际空间,有真空资源、辐射资源、大温差资源,那里的太阳能利用有效率也比地球上高的多,取得了巨大的社会效益。高真空和高洁净是外层空间的显著特征,是进行许多科学实验、发展航天技术、生产电子产品和高级药品的理想环境,尤其它是人类的航天活动的先决条件。高真空、超洁净环境资源取得了相当大的实际效果,但微重力资源和太阳能资源的利用还处于试验、研究和创造条件的阶段。


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