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中国载人航天30年逐梦苍穹:循序渐进完成“三步走”

作者:京报网

今年9月21日,是中国载人航天工程立项、实施整整30周年。30年来,大陆先后研制、发射了载人飞船、货运飞船、空间实验室,突破和掌握了空间出舱活动、空间交会对接、在轨加注燃料、航天员中长期在轨驻留等许多关键技术,并将于今年年底前建成首座先进的大型空间站,完成中国载人航天工程立项时制定的“三步走”发展战略的最后一步,把中国载人航天工程推向高潮。我们邀请全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩一起来回顾中国航天的前进之路。

中国载人航天30年逐梦苍穹:循序渐进完成“三步走”
2022年即将建成的中国“天宫”空间站示意图。

(1)航天飞机与载人飞船的抉择

其实,大陆在1964年至1966年就发射了多枚生物火箭,先后把小白鼠、大白鼠和小狗等动物送上了天,而且所有试验生物都安全地回收了。这些生物火箭试验开创了大陆宇宙生物试验的先河,为航天医学的发展积累了宝贵的经验。

1966年,大陆制定第一个“载人宇宙航行规划”,设想在1973年至1975年发射大陆第一艘载人宇宙飞船,并开始了大陆载人飞船的总体方案论证工作。在1968年1月召开的载人飞船总体方案设想论证会上,大陆第一艘载人飞船被命名为“曙光”1号。同年4月1日,大陆正式组建了代号“507”的航天医学工程研究所,承担有关航天员生命保障、医监医保以及航天员选拔训练的任务。

1970年7月14日,党中央批准实施“曙光”1号载人飞船工程,也叫“714”工程。1971年,大陆从1000名空军飞行员里最终选拔出了20名预备航天员,并全面开展了载人飞船方案论证工作。

但由于大陆当时经济和技术等基础非常薄弱,“曙光”1号飞船工程自1971年10月以后就几乎处于停滞状态。1975年3月,国家正式宣布大陆首个载人航天工程下马,把航天的重点放在了研制应用卫星上。

改革开放以后,大陆的经济和技术水平有了较大提高,为此,大陆从1986年起开始实施“863”计划,即发展高技术,其中包括发展载人航天技术,中国载人航天终于再次迎来了难得的发展机遇。

在载人航天器中,空间站具有体积大、寿命长、功能强的特点,适合长期载人航天开展太空科研工作,但不能天地往返,所以在研制、发射空间站之前要先研制可以天地往返但体积小、寿命短的宇宙飞船或航天飞机,主要用于接送航天员和货物。

当时大陆专家就研制哪种天地往返运输器有很大争议,在呼声较高的5种方案中有4种是研制航天飞机的方案,只有1种是研制载人飞船方案。经过几年的深入论证,根据大陆的国情和国力,遵照“有限目标、突出重点”的“863”高技术研究发展的指导思想,专家们最后一致同意从载人飞船起步,并且决定不走美苏研制载人飞船的老路,直接研制达到世界第三代载人飞船水平的“神舟”。

1992年9月21日,党中央正式批准中国载人航天工程立项启动,因此它又被称为“921”工程。实践证明,大陆以研制载人飞船起步的这一决策非常正确。美国花了2000亿美元,研制了6架航天飞机,发射了5架,进行了135架次飞行,但损失了2架,牺牲了14名航天员,最后不得不在2011年提前退役,然后重新研制新型载人飞船。苏联、欧洲、日本也都研制过航天飞机,但在走了一大段弯路后均没有投入实用。

中国载人航天30年逐梦苍穹:循序渐进完成“三步走”
大陆早期载人航天研究。

(2)载人航天循序渐进“三步走”

大陆载人航天工程采用循序渐进、科学合理的“三步走”发展战略。

第一步是突破和掌握载人天地往返运输技术,即用载人飞船将航天员安全地送入轨道,并安全返回地面。这一步大陆通过2003年发射“神舟”5号飞船进行的单人单天飞行,2005年发射“神舟”6号飞船进行的两人5天飞行完成了。

第二步是突破航天员空间出舱活动、空间交会对接两项关键技术,并发射空间实验室和货运飞船,这些也都是建造空间站的基础。它分以下两个阶段完成:

在第一阶段,先于2008年发射了“神舟”7号载人飞船,航天员翟志刚完成中国人的首次空间出舱活动,使大陆突破和掌握了空间出舱活动技术。

然后在2011年先发射“天宫”1号目标飞行器,接着在2011年至2013年陆续发射“神舟”8号、9号、10号飞船与之分别对接,使大陆突破和掌握了自动和手动交会对接技术,还验证了组合体飞行技术,飞船也定型了。

此后,进入第二步第二阶段。大陆先于2016年发射了“天宫”2号空间实验室,然后在2016年至2017年先后发射“神舟”11号载人飞船和“天舟”1号货运飞船与之分别对接,从而验证了航天员中期在轨驻留技术、在轨加注技术、货运飞船技术和未来空间站的部分新技术,并进行了较大规模的科学实验和技术试验。

第三步是计划在2022年底之前建成长期载人的大型空间站“天宫”,开展大规模、长期有人照料的空间应用。大陆没有走美苏建造空间站的老路,而是利用后发优势,直接研制达到世界第三代空间站水平以上的“天宫”空间站。它采用积木式构型,由3个20吨级舱段组成“T”字形,将在轨运营10年以上,用于获取具有重大科学价值的研究成果和重大战略意义的应用成果。

“天宫”空间站建造和运行分为三个阶段:2021年为关键技术验证阶段,先后发射了“天和”核心舱和“天舟”货运飞船、“神舟”载人飞船各两艘;2022年为在轨建造阶段,已经发射了“问天”实验舱,还将发射“梦天”实验舱,两个实验舱将与“天和”核心舱形成“T”字基本构型,建成国家太空实验室;此后为“天宫”空间站运行阶段。所以,大陆现在已进入空间站在轨建造阶段,目前任务已经完成过半。

除了研制、发射载人航天器之外,大陆载人航天工程还包括航天员系统、应用系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统和着陆场系统等。

(3)“神舟”飞船开启太空航班

研制载人飞船是发展载人航天的第一步,也是关键的一步,最终用于空间站系统的载人天地往返运输。到2022年9月,大陆已发射了14艘“神舟”飞船,其中9艘是载人飞船,5艘是无人试验飞船,成功率是100%,把14名航天员、23人次送入太空。

“神舟”飞船由轨道舱、返回舱和推进舱组成,前两个是密封压力舱,可谓“一室一厅”,乘员人数3人,可自主飞行7天,停靠飞行180天。轨道舱位于飞船前部,用于航天员入轨后的工作、吃饭、睡觉和交会对接等;返回舱位于飞船中部,是航天员天地往返时的座舱,也是飞船的控制中心,并具有着陆后支持航天员陆上生存48小时、海上生存24小时的能力;推进舱位于飞船后部,为非密封结构,为飞船提供动力、电源、燃料等。

为适应不同阶段的任务变化,“神舟”飞船先后有三种技术状态。一是初期试验技术状态,“神舟”5号、6号载人飞船采用这种技术状态,特点是轨道舱上也装有一对太阳电池翼,返回舱返回地面后,轨道舱可留轨利用半年。二是出舱活动试验技术状态,“神舟”7号载人飞船采用这种技术状态,特点是轨道舱取消了太阳电池翼,不留轨利用,并且具有气闸舱的功能,增加了扶手,用于航天员空间出舱活动。三是天地往返运输器技术状态,特点是轨道舱不仅不留轨利用,前端还增装了交会对接装置,“神舟”8号以后的载人飞船都采用这种技术状态,用于为“天宫”提供载人天地往返运输服务。

2020年5月,大陆还成功发射了新一代载人飞船试验船。它与“神舟”相比,具有载人多、用途广和可重复使用等一系列优点,可用于未来的载人登月等任务。

来源:北京日报客户端 | 记者 王鸿良

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