中国载人飞船将一步到位实现载人航天(图)

把航天技术列为我国高技术研究发展的重点之一。“863”高技术航天领域的专家们在深入细致论证的基础上描绘出我国航天技术发展前景的蓝图，一致认为载人航天是我国继应用卫星和卫星应用之后合乎逻辑的下一步发展目标，并根据“有限目标，突出重点”的方针，提出“把研制和发射载人飞船作为发展载人航天的第一步”的建议。

　　此项建议经过国家的审查、批准，并获得工程立项。1992年中国开始实施载人飞船航天工程，研制了载人飞船和高可靠性运载火箭，开展了航天医学和空间生命科学的工程研究，选拔了预备航天员，研制了一批空间科学试验装置。1999年11月20日至21日，我国成功地发射并回收了第一艘“神舟号”无人试验飞船。这标志着中国在载人航天领域迈出了重要的第一步。

　　必须了解太空环境

　　太空是一个高真空、超低温、强辐射的场所，这种环境对人体来说是致命的。人一旦暴露于其中，将面临失压、缺氧、低温和辐射损伤四大危险。

　　进入太空，没有了大气，人无法呼吸；没有了大气压，人会因内脏、器官的胀裂而丧命。那里没有空气，当然也没有氧气。在太空零下269℃的超低温环境中，有许多射线和高能粒子，它们能穿透普通的衣服，深入人体，引起内脏、器官病变，甚至致人于死地。所以，人必须乘坐专门设计的、与外界隔绝的载人航天器才能在太空中安全地生活、工作。如果要离开航天器进入开放的太空，就必须穿上特制的航天服。

　　现有的3种载人航天器

　　迄今为止，人类研制发射成功并正在使用的载人航天器一共有3种：载人飞船、空间站和航天飞机。

　　载人飞船，简称“飞船”，是一种乘载人员较少(3人以下)，在太空作短期(十几天以内)运行，然后返回地面的、一次性使用的航天器。

　　空间站是一种体积较大、可接纳多名(3～6人)航天员在其中长期工作或作短期巡访的航天器。空间站在轨道上长期运行，不返回地面。既可在有人照料下工作，也能在无人值守时自主运行。航天员的生活必需品及太空站所需的物资必须用载人飞船或航天飞机等运输器定期或不定期送去。

　　载人飞船和空间站自身没有大推力的动力装置，必须靠运载器将它们送入太空。航天飞机则是一种兼有航天-运载双重功能的载人航天器。它由轨道器、固体助推火箭和-推进剂贮箱3部分组成，是当前惟一可部分重复使用的航天-运载器。

　　这3种载人航天器的用途各有侧重，在技术上难度也有较大差别。航天飞机结构复杂，功能齐全，代表着当代航天技术的领先水平。载人飞船相对说来复杂程度低一些。

　　中国载人飞船从多人多舱起步

　　苏联和美国在研制载人飞船时都经历了体积由小到大，乘员从单人到多人，结构由单舱到多舱，任务由环地飞行到登月飞行，技术从简单到复杂的循序渐进的发展过程。美国的发展系列是“水星号”(载1人)—“双子星座”(2人2舱)—“阿波罗”(3人3舱，指挥-服务-登月)。苏联的发展系列是“东方号”(载1人)—“上升号”(载2～3人)—“联盟号”(3人3舱，轨道-返回-服务)。

　　载人航天工程的核心是载人航天器。对于一个具有一定航天运载能力的国家，发展载人航天面临的技术难度最高和所需投资最大的任务是研制载人航天器。在已有的3种载人航天器中，应选择哪一种作为突破口呢?

　　从历史上看，苏(俄)、美都是从载人飞船起步的，成功后苏联建立了太空站，致力于长期载人航天研究活动；美国则发展了航天飞机，实现了部分重复使用、航天器与运载器相结合的天地往返运输系统。20世纪70年代，苏联相继发射了7个“礼炮号”太空站；1981年4月12日美国航天飞机首次发射成功。从此，世界航天时代进入了以航天飞机与空间站为标志的新阶段。

　　我国在1992年开始研制载人飞船之前，“863”高技术航天领域的专家们曾为这个问题进行了近5年的研究。对从研制飞船起步和越过载人飞船直接发展航天飞机的多种技术方案进行了充分的论证、比较、分析，甚至激烈的争论。最后，根据我国的国情和国力，遵照“有所为，有所不为”和“有限目标、突出重点”的“863”高技术研究发展的指导思想，专家们一致同意从飞船起步。同时考虑到我国在运载火箭和应用卫星方面已拥有相当坚实的技术基础和丰富的研制经验，以及有可能借鉴国外研制载人飞船的经验，我国可一步到位研制第三代飞船——多人多舱的载人飞船。8年来“神舟号”载人飞船的研制实践的进展证明，这一建议是正确的。

　　造船为建站，建站为应用

　　在“863”高技术航天领域中曾流行过一个顺口溜：“造船为建站，建站为应用。”它一语道出了发展载人飞船的宗旨。

　　载人飞船的实际用途是：

　　(1) 为突破关键技术，掌握载人航天的基本技术和航天医学工程基础知识进行演示验证；

　　(2) 进行两个航天器(其中至少有一个是载人航天器)太空交会对接和航天员出舱活动等试验；

　　(3) 作为空间站的运输器，为其运送航天员和物资；

　　(4) 作为空间站的应急救生船；

　　(5) 开展空间应用和科学技术试验；

　　(6) 为载人月球航行和载人行星航行创造条件。

　　其中主要的用途是作为太空站的运输器。若将载人飞船中的航天员座椅、环境控制与生命保障、返回着陆、应急救生等系统拆除，改装成不返回的、专门运货的飞船，可以大大提高飞船的运载能力。例如，由“联盟号”载人飞船改装成的“进步号”运货飞船，每次可运送2.5吨物资，是2名航天员重量的近20倍。

　　载人飞船在飞行试验过程中可以搭载各种仪器设备，进行对地观测、空间探测、天文观测和空间生命、空间材料、微重力等空间应用和科学实验。但是，飞船并不是执行空间应用和科学实验等任务的理想工具。

　　从对地观测、空间探测等应用需要较长的在轨工作时间来看，飞船不如卫星。飞船每次在轨运行最多十几天，而卫星的在轨工作时间以年计。

　　有些科学实验需要有人照料，从这点来看，飞船不及太空站。飞船上地方狭窄，航天员的活动余地很小；太空站地方大，可装载较多的科学仪器设备，能够开展更多的活动。

　　某些空间应用和科学实验要求高精度的姿态稳定度和高水平的微重力条件，从这点来看，飞船也不如卫星和太空站。卫星上没有人活动产生的干扰，容易保证姿态控制的高稳定和微重力的高水平；太空站因其质量比航天员体重大2个数量级，航天员活动所产生的干扰，对太空站的姿态稳定和微重力条件的影响比飞船小得多，可以忽略。

　　由此可见，为了提高航天飞行的效益，更好地为对地观测、空间观测、天文观测和空间生命、空间材料、微重力等空间应用和科学实验服务，载人航天的下一步应建立太空站。

　　三舱式载人飞船的组成

　　三舱式飞船的3个舱段按由前到后(或在发射台上时由上到下)的次序是轨道舱、返回舱和推进舱。

　　轨道舱是飞船进入轨道后航天员工作、生活的场所。舱内除备有食物、饮水、睡袋、大小便收集器等生活装置外，还有空间应用和科学实验用的仪器设备。舱的前端外部装有交会对接机构，后底上有一舱门，与返回舱相通。轨道舱外两侧装有供电用的太阳能电池翼。

　　返回舱的前部呈球形，有舱门与轨道舱相通。返回舱是飞船的指挥控制中心，是航天员在起飞、上升和返回阶段乘坐的。内设座椅，座椅前方是仪表板，显示飞船上各系统及其设备的状况。航天员通过这些仪表监视并在必要时控制船上系统及其设备。

　　推进舱又称设备舱，呈截锥形或圆柱形，主要装载姿态与轨道控制用的发动机、推进剂、电源、环境控制、通信等系统的部分设备。推进舱外两侧也装有太阳能电池翼，为飞船提供电能。

　　按照国外的做法，航天员返回后，飞船的轨道舱就废弃在轨道上了。我国的“神舟号”飞船却具有“留轨利用”的功能。这就是当航天员乘返回舱返回地面后，留在轨道上的轨道舱由太阳能电池翼继续供电，舱内的仪器设备能在无人值守的情况下，像卫星一样自主地工作，将大大延长飞船执行太空任务的工作寿命，充分发挥飞船的“余热”。

　　我国载人航天六大系统

　　载人航天是一项由6个系统组成的大规模工程，载人飞船只是这个工程的一个系统。载人飞船的发射、运行和返回，离不开其它5个系统的支持与保障。这5个系统是运载火箭、航天员选拔与训练、载人航天发射场、航天测控网和返回着陆场。

　　运载火箭是航天飞行的基础，是将飞船送上太空的千里马。一艘三舱式载人飞船的质量为7～8吨。按照发射近地轨道航天器所需的能量要求—火箭起飞质量与其有效载荷质量之比大约为50∶1估计，发射飞船需要一支起飞重为350～400吨的运载火箭，起飞推力达到4000～5000 千牛。载人航天运载火箭除了要有足够大的推力外，还必须保证高可靠性。

　　我国“长征2号F”运载火箭长583米，起飞重量479.7吨，能把飞船送入200千米至450千米的轨道。除对原有的箭体结构、动力装置系统、控制系统、遥测系统、外弹道测量系统进一步提高可靠性外，“长征2号F”火箭还增加了故障检测系统和逃逸救生系统(逃逸救生塔)，火箭飞行可靠性达97％，航天员的安全性达到了99.7％。

　　航天员既是载人飞船的乘客，又是飞船的主人。航天飞行要求航天员在特殊的环境中执行复杂的任务。航天员必须具备健康的生理条件和良好的心理素质，掌握较全面的科学技术知识和熟练的操作技能。因此，航天员必须经过严格的选拔与精心的培训。航天员的选拔和训练是一个医学与工程相结合的新课题，涉及生命科学、医学和环境工程等领域，需要配备一系列用于进行生理、心理检查、测试和航天环境模拟试验的装置。我国较早建立了航天医学工程试验基地，开展了相应的研究试验。目前已从歼击机飞行员中选拔出一批预备航天员，正在进行集训。

　　航天发射场一般应选择在人烟稀少、地势开阔、交通方便、水源、气候条件适宜的地区。载人航天发射场除应具有这些条件外，还必须更多考虑人的安全，如雷电天气要少，有较好的空中和地面电磁环境；在火箭发射方向的沿途，近百千米内最好没有高山密林和较密集的居民点等。

　　我国的酒泉发射场是一个符合上述要求的载人航天发射场。它本是我国三大卫星和运载火箭发射中心之一，拥有先进、完善的发射设施。为了适应载人飞船的发射，不仅新建、改建了测试厂房、发射塔架，而且采用了先进的发射技术，例如火箭在垂直状态下进行总装和测试、火箭连同飞船在垂直状态下整体运输以及远距离测试发射技术。“神舟号”飞船两次发射工作的顺利进行证明，这些发射新技术的应用是成功的。

　　载人飞船的在轨运行离不开地面的支持，地面通过测控与通信系统与飞船保持联系。测控与通信系统一般由轨道测量、遥测、遥控、火箭安全控制、航天员逃逸救生控制、计算机系统及监控、船地间通信、地面通信等设备组成。

　　我国的载人航天测控网包括北京航天指挥控制中心、西安卫星测控中心、陆地测控站、海上测控船以及连接它们的通信网。

　　我国的航天测控网已具备国际联网共享测控资源的能力，测控技术达到了世界先进水平。在“神舟2号”飞船运行过程中，西安卫星测控中心还启用了最新研制建成的测控网网络管理系统，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。我国不仅拥有长春、厦门、闽西、渭南、南宁、喀什等陆上固定测控站和两个活动测控站，而且拥有 4艘“远望号”航天测控船。“神舟号”飞船运行期间，它们分别在太平洋、大西洋和印度洋布阵，执行境外的测控与通信任务。西安测控中心、各地的测控台站和测控船在北京航天指挥控制中心的指挥调度下，保证了“神舟号”在上升段的测控通信覆盖率达到100%，完成了在轨运行和返回阶段的重点弧段的测控通信。

　　为了使航天员安全、可靠地着陆和飞船返回舱的成功回收，必须建设返回用的着陆场。由于飞船返回舱的最后阶段使用降落伞，落点飘移较大，对着陆场的要求不像机场那样高。着陆场的主要任务是完成飞船着陆前后的测量通信，飞船着陆后的搜索回收、营救航天员和对返回舱内的有效载荷进行处置。

　　着陆场场址选择要综合考虑各种因素。例如，要便于综合使用本国的航天测控与通信网；要有足够大的场地面积，以适应较大落点偏差的情况；根据本国的地域特点和国情选择陆上着陆还是海上着陆。

　　苏联(俄罗斯)拥有辽阔的草原和平原，所以采用在其国内陆上着陆。美国国土东西两边均濒临大海，拥有一支训练有素的海岸救生队伍和先进的海上救生技术和装备，所以选用海上着陆。

　　我国根据本国国情和飞船运行轨道特点，在内蒙古草原上建造了主着陆场，拥有前置雷达站、直升机和搜索车，配备了通信、运输、救护等设施，保证了飞船安全着陆和顺利回收。

　　载人航天不仅是一项大规模的工程，而且是一项长期性的工程。最近，我国航天权威人士著文称，我国载人航天工程将分3步走。第一步的任务是以飞船起步，发射几艘无人飞船和一艘有人飞船，将航天员安全地送入近地轨道，进行适量的对地观测及科学试验，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，除继续进行对地观测和空间试验外，重点完成出舱活动、交会对接试验和发射长期自主飞行、短期有人照料的太空实验室，尽早建成我国完整配套的太空站工程大系统，解决我国一定规模的空间应用问题。第三步是建造更大的长期有人照料的空间站。

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