中国载人航天:逐梦太空,永无止境

外交部发言人赵立坚说,从一人一天到多人多天,从舱内工作到太空行走,从短期停留到中长期驻留的不断跨越。每一步跨越都凝聚着航天员们飞天逐梦的勇敢与执着,为人类和平利用太空贡献了中国智慧和力量。

的确如此,从1992年中国载人航天立项、再到2003年杨利伟进入太空,再到现今空间站建设成功开启,29年来,中国航天人一步一个脚印,筚路蓝缕,逐梦太空,不断地创造一个又一个新高度。

载人航天之路的起点

虽然在神舟一号发射后,中国的载人航天才进入大众的视野,但我国对载人航天的规划与设想最早可以追溯到上世纪六十年代。当时,苏联和美国相继将宇航员成功送入太空,此时的中国的航天事业也正在孕育发展中。

1966年,国防科委召开过一次专门的规划会议,制定了发展宇宙飞船的愿景。1970年,在成功发射第一颗人造地球卫星后,我国曾一度启动了代号为“曙光”的飞船研制计划,还在空军的飞行员中选拔了后备的航天员进行训练。

中国载人航天:逐梦太空,永无止境

然而,当时我国的国力还不足以支撑载人航天这种需要耗费大量人力物力财力的系统工程,不少意见认为应该把有限的资源投入到经济建设中去。1972年,毛主席和周总理亲自决策,载人航天的事情先放一放,“曙光”工程也因此中止。虽然曙光飞船最终也未能面世,但这一阶段的工作为后续载人航天工程的开展积累了人才和技术基础。

神舟一号无人试验飞船返回舱返回地球后被展出

上世纪八十年代,高技术产业迅猛发展,成为各国争相占领的新高地。面对国际形势的变化,我国在知名科学家的建议下启动了跟踪研究外国战略性高技术研究的“863计划”,而载人航天正是863计划中的7个领域之一。

从当时的国际形势看,载人航天已经走出美国登月成功后的沉寂,进入了又一个高潮:苏联发射了人类首个大型空间站“和平”号,美国的航天飞机成功替代宇宙飞船,成为新一代的可重复使用的载人航天器。当时,空间站对于载人航天工程的重要性已经显现,一个国家能否在21世纪成为载人航天大国,最核心的衡量指标就是能否建成并长期维护空间站。因此,863计划的专家们从一开始就将空间站列入了载人航天计划发展的远景目标。飞船和火箭系统的整体性能和指标,也都围绕着空间站这一最终目标而制定。

航天飞机的出现极大的改变了载人飞行的任务形态,但终究没能达到预期的效费比

在为载人航天工程制定规划时,专家们对研制空间站本身和发射空间站所需大型运载火箭(即现在的长征5号系列火箭)很快达成一致,但对于确定搭载宇航员在地面与太空之间往返的工具的技术路线,则颇费了一番周折

当时,新兴的航天飞机大有彻底取代宇宙飞船之势,因此在论证初期有五家单位拿出了运载能力各异的航天飞机或空天飞机方案,只有一家单位提出了宇宙飞船方案。但在后期的论证中,王希季、褚桂柏、刘正常等专家敏锐地指出了航天飞机客货混载的方式在经济和技术上都不合算,与空间站匹配难度大,无法发挥空间站“救生艇”的作用,及开发技术难度太大、费用太高等缺陷,引起了各方的注意。

经过进一步论证后,专家们最终选定了宇宙飞船作为我国载人航天的天地往返运输工具。后来,国外载人航天的发展证实了当时专家们的判断是完全正确的:由于成本高企、维护难度巨大,美国的航天飞机在2011年黯然退役,其研发的下一代天地运输工具重新回到的宇宙飞船的路径上来。而我国的载人航天工程,由于选择了与自身技术能力相匹配的宇宙飞船路线,走上了快速发展的道路。

载人航天发展突破:要靠三项关键技术

在载人航天领域,载人天地往返技术航天员出舱活动技术空间交会对接技术是各国公认的三大基本技术,在迄今为止的神舟飞船任务中,这三项技术分别由神舟五号神舟七号神舟九号飞船任务进行验证。

1,载人天地往返技术

神舟五号飞船是神舟飞船的载人首飞。

在神舟五号之前,共有四艘无人神舟飞船成功发射和返回,为送航天员上天进行了必要的技术积累和验证。2003年10月15日至16日,神舟五号飞船成功将航天员杨利伟送入太空,并在飞行21小时23分钟后返回,实现了一人一天飞行,考核了飞船的载人环境,全面验证了各个系统的安全性和可靠性,使我国成为第三个能够独立开展载人航天活动的国家。

我国首位航天员杨利伟返回安全返回地面

在神舟五号的基础上,神舟六号进一步实现了多人乘组多日轨道飞行,全面考核了保障飞行员胜利心理健康的相关系统,为后续任务的进一步实施奠定了基础。这一时期使用的神舟飞船是基本型,航天员返回地面后,飞船的轨道舱还将留在轨道上运行一段时间,在开展必要技术试验的同时,为未来在太空中长期管理运行空间站积累经验。

2,航天员出舱活动技术

前不久,天和号核心舱的航天员刚刚进行了一次出舱活动,也就是我们俗称的“太空行走”。在神舟七号任务期间,航天员翟志刚和刘伯明分别穿着国产“飞天”舱外航天服和俄罗斯舱外航天服,完成了我国航天员的首次出舱活动。

国产“飞天”舱外航天服

在出舱过程中,两位航天员面对轨道舱误报的火警临危不乱,顺利完成了各项预定工作。执行本次任务的神舟飞船,轨道舱被改造成了供航天员在加压和释压环境间过渡的气闸舱。

3,空间交会对接技术

在神舟八号飞船以无人状态与天宫一号目标飞行器成功进行交会对接试验后,神舟九号搭载着三名航天员造访天宫一号,标志着我国成功掌握了空间交会对接技术。

执行交会对接任务的神舟飞船,在轨道舱安装了与其他飞行器结合的对接机构,用于找准对接方向的交会测量敏感器,轨道舱本身也被改造成了“行李舱”,还在返回舱中增加了在手动对接模式下控制飞船的操纵杆。在飞船的推进舱上,还增加了用于控制飞船平行移动的小型发动机。神舟九号任务圆满完成后,神舟十号、十一号飞船也都成功完成了与天宫二号的交会对接任务。

在天和号核心舱发射升空之前,我国还研制了天宫一号目标飞行器和天宫二号空间实验室。2011年9月29日发射的天宫一号,其核心任务就是突破航天器交会对接技术和组合体控制技术,使我国能够进一步进行空间站等大型航天器的建造和维护。

我国的神舟飞船在一定程度上借鉴了俄罗斯(苏联)的载人飞船设计,采用了三舱式的构型。而神舟飞船与天宫一号对接的“接口”——空间对接机构却没有采用俄罗斯的杆锥结构,而是在借鉴了美国的对接机构设计理念的基础上,自主设计了异体同构周边式结构。与俄罗斯的对接机构相比,我国的对接机构设计更灵活,可以满足对接的两个飞行器主被动角色互换的需求,还为未来进一步改造升级成雌雄同体的通用对接机构预留了发展空间。

走向天宫:中国空间站建设

天宫二号空间实验室在状态上已经比较接近真正的空间站,接待了神舟十一号乘组的两位航天员在太空工作了长达一个月。天宫二号不仅是航天员在太空温馨的家,还可以供航天员在太空中开展工作,获得丰硕的科学产出。

在轨运行期间,天宫二号搭载的量子秘钥分发、伽玛暴探测、微重力流体力学等试验装置均获得了令科学家们欣喜的结果,航天员们还一展中华民族的传统艺能,在太空中种菜养蚕。天宫二号任务期间,还进行了天舟号货运飞船的飞行和对接试验。空间站在太空运行过程中,保证航天员生活和空间站运转的物资补给需要由货运飞船运送,空间站产生的各类垃圾废物也要由货运飞船清走。我国的天舟货运飞船具备6.5吨的货物运载能力,还能向空间站补加注2吨燃料,运输能力居于世界前列。

而此次神舟十二号载人飞船于6月17日从酒泉卫星发射中心发射升空,随后与天和核心舱对接形成组合体,3名航天员进驻核心舱,进行了为期3个月的驻留,在轨飞行期间进行了2次航天员出舱活动,开展了一系列空间科学实验和技术试验,在轨验证了航天员长期驻留、再生生保、空间物资补给、出舱活动、舱外操作、在轨维修等空间站建造和运营关键技术。神舟十二号载人飞行任务的圆满成功,为后续空间站建造运营奠定了更加坚实的基础。

中国载人航天:逐梦太空,永无止境

在既有航天器和技术系统日趋完善的同时,中国的载人航天已经在为未来飞的更远进行着准备。2016年6月25日,首飞的长征七号火箭将“新一代多用途飞船返回舱缩比模型”送入太空并成功返回,而这种新一代飞船正是未来替代神舟飞船的天体往返新工具。新一代飞船具备第二宇宙速度载入功能,可以在未来和其他航天器形成组合体,执行载人登陆月球乃至火星的任务。

新一代多用途飞船返回舱缩比模型

新一代飞船采用两舱构型,由轨道舱和服务舱构成,返回舱的规模将比神舟飞船增加一倍,每次发射最多可以将6-7名航天员送入太空中,每次任务的实际乘员人数可以根据任务性质动态调整。例如,如果航天员们只是搭乘飞船去往空间站,则可以用满载状态,但如果是执行载人登月等飞行时间较长的复杂任务时,宇航员的数量可以适当减少。这样,每位乘员所获得的舱内体积将会更大,飞行过程也会更舒适。

结语:

从1992至今,我国的载人航天工程已经走过了近三十个年头。航天科技工作者们一步一个脚印,沿着当初制定的高瞻远瞩的规划,不断突破关键技术,成功的实现了当初指定的各个里程碑式的任务目标。现在,中国的载人航天工作者在继续完成空间站建设工作的同时,已经把目光指向了月球、火星和小行星。未来,我们也许会在更远的太空中看到中国航天员的身影。