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载人航天60年:回顾与展望

来源:济南日报 2021-05-05 11:27   http://www.yybnet.net/

神舟七号航天员翟志刚(中)、刘伯明(右)、景海鹏(左)在返回舱训练。 (秦宪安摄)中国空间站构想图

天宫一号、神舟八号交会对接示意图(来源:中国载人航天工程网)

天舟一号货运飞船船箭组合体活动发射平台驶出垂直总装厂房(来源:中国载人航天工程网摄影:高剑)

□李鉴

核心阅读

“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远生活其间。”世界宇航技术先驱、俄国人康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(1857—1935年)的这句名言,如同嘹亮的号角,响彻了100多年来的人类航天探索之路。

在浩瀚的宇宙中,地球是否是适于人类生存的唯一家园?人类在宇宙中是否孤独?只有从太空探索中才能找到答案。人类进入太空,可以进一步认识和探索宇宙奥秘,发现和利用太空资源,开展空间探测和科学实验。与此同时,伴随而生的以通信、导航、遥感为代表的空间应用和相关产业,对世界政治、经济、军事、科学技术等方面都产生了广泛而深远的影响。

美苏争霸逐太空

自从1957年10月4日世界上第一颗人造地球卫星发射成功以来,全世界已研制出了100多种运载火箭,建设了30多个航天发射场,形成了完善的地面测控网。世界各国和地区先后发射了7000多个航天器,几十个卫星应用系统投入运行。发展航天技术、制定航天计划、开展航天活动、利用航天成果,已经引起各个国家的高度关注。

1961年4月12日,苏联发射了世界上第一艘载人飞船——东方1号,尤里·加加林首次进入太空,绕地球飞行106分钟,开创了载人航天的新纪元。美国奋起直追,不到1个月后,发射水星飞船进入亚轨道,成为第二个拥有载人航天能力的国家。此后,两国你追我赶,把载人航天活动推向了高潮。20世纪60年代末期的美国,几乎每两个月就进行一次载人航天实验,如此密集的发射纪录,直到今天也没有被打破。尤其是阿波罗计划实现了载人绕月和登月,至今仍然是人类航天史上的最高峰。

1969年7月,土星五号火箭带着阿波罗11号飞船奔赴月球,阿姆斯特朗和奥尔德林先后踏足月球,这是人类第一次踏上地球之外的另一个星球。接下来的3年内,美国又发射了阿波罗12号到17号共6艘登月飞船,除了阿波罗13号由于氧气罐爆炸没有登月外(3名宇航员安全返回地球),另外5艘飞船上的12名宇航员成功登月,并带回了大约382千克月壤。

在踏足太空之后,人们随之提出了建立空间站的设想。空间站就是人类在太空工作和生活的“家”,是人类在太空中的长期基地,可以锻炼人对太空环境的适应能力,为未来的载人星际航行和外星移民做准备。1971年,苏联发射了第一个试验性空间站——礼炮1号,后来又相继发射了礼炮2号到7号空间站,可以与飞船对接,也可以进行大量的太空实验。1986年,苏联发射了世界上第一个长期载人空间站——和平号空间站的核心舱。此后历时10年,直到1996年,建成完整的和平号空间站。2003年,和平号空间站在绕地球近15年、飞行8万多圈后,坠毁在太平洋。和平号空间站多年来共接待了来自10多个国家和国际组织的航天员100多人次,进行了成千上万项科学实验,取得了丰硕成果。

美国在1973年发射了天空实验室号空间站,于1979年结束使命。此后,在美国的主导下,国际空间站从1993年开始建设,到2011年最终建成。它由16个国家共同建造、运行和使用,包括服务舱、对接舱、实验舱、居住舱等多个舱,有多个接口,可以对接载人飞船、货运飞船等。现在国际空间站已经运行了20多年,预计2024年前后国际空间站将退役。

近年来,中国的航天事业正在快速崛起,并计划在2022年前后建成自己的空间站。在国际空间站退役后,中国的空间站将是世界上唯一在轨运行的空间站。

中国航天稳扎稳打

中国航天事业发展的各个阶段,采取循序渐进、逐步扩展的策略。首先具备了进入空间的能力,随后发展了空间应用能力。在国家经济实力壮大后,开始发展载人航天和深空探测能力。

60多年来,中国先后发射升空了近500颗人造卫星,实现了卫星系列化、平台化发展,初步形成了广播通信、气象海洋、地球资源、导航定位、科学技术实验五个系列,卫星的技术水平、应用能力以及长寿命、高可靠性逐步达到国际先进水平。在广泛应用于农业、林业、海洋、国土、环保、气象等领域的遥感卫星方面,中国形成了“风云”“资源”和“海洋”三个系列卫星。2020年,东方红五号卫星公用平台和北斗三号全球卫星导航系统的建成,让我国的卫星实力前进了一大步。

载人航天工程是世界公认的极具挑战性的高科技领域之一,是一项技术复杂、规模庞大、对可靠性和安全性要求很高的系统工程。1992年,中国确定了载人航天“三步走”的发展策略:第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用试验;第二步,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术,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;第三步,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。

经过20多年的发展,我国先后攻克了飞船总体技术,制导、导航控制技术,飞船推进技术,返回和再入技术,高可靠性和高安全性运载火箭技术等重大技术难题。2003年10月15日,航天员杨利伟乘神舟五号飞船圆满完成了中国首次载人航天飞行,实现了中华民族绵延千年的飞天梦想。2005年,神舟六号飞船实现了两人五天的太空飞行,标志着中国跨入真正意义上有人参与的空间试验阶段,实现了工程第一步任务目标。此后,陆续实施的神舟七号、天宫一号与神舟八号、神舟九号任务,实现了航天员空间出舱活动、交会对接等重大技术的突破。从单船飞行到组合体稳定运行,我们跨越了发达国家半个世纪的发展历程,先后把11名航天员14次送入太空,成功率100%。

如今,我国是世界上第五个独立研制和发射卫星、第三个把人类送上太空的国家。在“长征”“神舟”“嫦娥”“天宫”等一系列刷屏的航天热词和科技奇迹背后,更加熠熠闪光的是我国广大航天工作者不畏艰辛、无私奉献,践行出来的载人航天精神——“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”。载人航天精神是“两弹一星”精神的发扬光大,也已成为中华民族的文化骄傲。

当前,中国载人航天工程已经全面转入空间站建造的任务准备阶段。2021年与2022年,我国将实施包括空间站核心舱、实验舱、载人飞船和货运飞船在内的11次发射任务。突破和掌握近地空间站组合体的建造和运营技术、近地空间长期载人飞行技术并开展较大规模的空间应用,后续还将实施载人登月等工程。

载人航天将飞入寻常百姓家

将目光瞄向太阳系、银河系和宇宙空间,开发和利用地外天体的资源,建立地外行星基地,最终实现人类移民深空,将是人类今后迈出的必然一步。当前,各国近地轨道载人航天活动主要是以空间站的建造与运营为目标,采用载人天地往返运输、空间交会对接、航天员出舱活动、近地轨道长期载人飞行等技术,实现较大规模的空间科学应用。同时也为后续载人深空探测开展相关技术验证,持续降低空间站运营维护成本,开展商业化运营探索。

未来载人航天的发展,将瞄准以月球、小行星、火星为目标的深远空间。2021年伊始,美国国家航空航天局宣布将在11月完成超重型运载火箭太空发射系统(SLS)的首次正式发射。它是迄今为止推力最大的火箭系统,将为2024年美国再次实施的载人登月任务服务,也会成为未来载人登陆其他行星的重要支撑。

载人航天的发展除了走向深空外,也会走向普通人的生活,更加注重给人类社会带来福祉,也更加注重经济效益。进入21世纪以来,航天探索进入商业化阶段。第一位太空游客是美国亿万富翁丹尼斯·蒂托,他于2001年登陆国际空间站,进行了为期8天的探险。迄今为止,共有7名平民进行过太空旅行。尽管花费惊人(据说蒂托的太空之旅花了2000万美元),但随着技术的跃进和商业模式的成熟,可以预见,未来的太空旅行成本将大幅降低。

2002年成立的美国太空探索技术公司(SpaceX),成功研制出可重复使用的猎鹰9号(Falcon 9)运载火箭,不仅缩短了发射周期,更降低了任务成本。2020年5月31日,猎鹰9号火箭将搭载着两名宇航员的载人飞船——龙飞船送入了太空。这次成功的尝试也被很多人视为开启了商业航天时代的元年。就在2021年2月初,SpaceX公司又宣布了首个民用太空任务计划,将在今年第四季度把4名平民送上太空。该公司没有透露具体花费,据估计可能不超过几百万美元。这将是私人太空飞行和新兴的太空旅游行业的一个重要里程碑。

2014年以来,中国也诞生了一大批商业航天企业,如星际荣耀、蓝箭航天、零壹空间、星河动力等。据不完全统计,国内的商业航天企业已经达到了百余家,主要从事两个方面的业务,分别是火箭制造和卫星制造(包括各种航天载荷制造),一些公司已经拥有了火箭入轨的能力。2019年7月25日,星际荣耀公司研发的双曲线一号(遥一)运载火箭在中国酒泉卫星发射中心成功发射,按飞行时序将多颗卫星及有效载荷精确送入300千米的圆轨道,成为中国民营航天史上首枚成功入轨的火箭。九天微星公司研制的瓢虫一号卫星,以其独特的“太空自拍”创意,曾在2019年的网络春晚上大出风头。

美国亚马逊公司总裁贝索斯创办的蓝色起源公司(Blue Origin)以及英国的太空旅游公司维珍银河(Virgin Galactic)也都在不断进行太空旅行项目的技术测试。蓝色起源刚刚完成了火箭助推器和乘客舱的第14次试飞,距离载人进入太空只差“临门一脚”了。维珍银河甚至公布了飞行服装、客舱内部以及空中咖啡馆的外观。我们期待着未来的载人航天能“飞入寻常百姓家”,更加贴近普通人的日常生活。

2021,期待中国空间站

据中国航天科技集团介绍,我国计划在2021年安排40余项航天发射任务。其中,载人航天空间站工程是重中之重。

我国空间站包括核心舱(天和)、实验舱I(问天)和实验舱Ⅱ(梦天),将于2022年前后完成在轨建造。空间站运行在倾角42°~43°、高度340千米~450千米的近圆轨道,设计寿命为10年,并具有通过维护维修延长使用寿命的能力。空间站额定乘员为3人,可以适应2人或无人值守飞行。建造期间,航天员乘组采用间断方式访问空间站;建造完成后,采用乘组轮换方式,实现航天员长期连续在轨生活和工作,轮换时最多可达6人。空间站配置舱外机械臂等设备,能够协同航天员完成舱外建造、维护维修,以及舱外载荷操作任务。

在空间站这个平台上,将实施几百项甚至上千项科学实验和深空技术验证,包括太空3D打印、太空激光通信等,还将探索人类在太空长期生存的特殊物理和生命规律。共轨飞行的光学舱也是空间站的一部分,将开展大规模多色测光与无缝光谱巡天,包括深度和极深度巡天观测等科学活动,同时光学舱可以与空间站对接,进行在轨维护,实现长期运行。

我国的空间站也在向公众征集科学项目,天宫二号空间实验室上就曾顺利实施过香港中学生提出的养蚕项目。感兴趣的读者可以登录中国载人航天网站(http:// www.cmse.gov.cn),关注项目征集信息。(据《百科知识》)

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