[关于中国航天]载人航天万虎遗愿终须偿 | 瀚海蓝月 | 载人航天万虎遗愿终须偿
朱毅麟(中国空间技术研究院)
《国际太空》2001年6月号
“必须提一下万虎1)(WanHoo)的事迹。这位生活在大约15世纪的中国官员是试验火箭上天的第一人。……他坐在椅子上,椅子下面捆绑了47支当时最大的火箭,他命其仆人点燃火箭,然而,随着一声巨响,万虎消失在火焰和烟雾之中。人类首次火箭飞行尝试没有成功。”摘自HerbertS.Zim著《RocketsandJets》(1945)
□□航天技术的水平与成就是一个国家经济、科学、技术实力的综合反映。载人航天是航天技术向更高阶段的发展。载人航天的突破——用本国的载人航天器将航天员送入太空并安全返回,更是一个国家综合国力强大的标志,国际威望上升的先兆,是振奋民族精神,鼓舞人民进取的强大动力。迄今为止,只有俄罗斯和美国实现了载人航天。其他拥有一定航天技术基础或较强经济实力的国家,虽欲染指载人航天,但因力不从心,所以只能求助于与苏、美合作,出钱出资,用俄、美的载人航天器将本国航天员送上太空,以图逐步加入世界“载人航天俱乐部”。中国是世界上第5个能独立发射人造卫星的国家,很早就拥有大推力的运载火箭。20世纪60年代中期,在俄、美实现载人航天四五年后,我国航天界的年轻人就曾经酝酿研制载人飞船,并提出过若干技术方案,但因当时的政治环境、经济能力和工业基础等条件不成熟,方案无人问津,最终被束之高阁,不了了之。“十年一觉飞天梦,青史未留‘曙光’名”。20世纪80年代,改革开放带来了科学的春天,也带来了航天技术的春天。1986年,中共中央、国务院批准了《高技术研究发展计划(“八六三”计划)纲要》,把航天技术列为我国高技术研究发展的重点之一。“八六三”高技术航天领域的专家们对我国航天技术未来的发展进行了深入细致的论证,描绘了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。中国于1992年开始实施载人飞船航天工程,至今研制了载人飞船和高可靠运载火箭,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～21日,中国成功地发射并回收了第1艘神舟号无人试验飞船,它标志着中国在载人航天领域迈出了重要的第一步。
1)“万虎”系从英文WanHoo译来。中国历史上有无此人,尚待考证。过去有人认为WanHoo代表官职“万户”,就译为“万户”。按15世纪的明朝时代,已无“万户”这一官职,故译成“万虎”似更像中国人的名字。2004-5-9 9:22:03 |
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| 回复：瀚海蓝月 | 新世纪的第一春,2001年1月10日,中国成功地发射了神舟2号无人飞船,在太空运行了7昼夜,环绕地球108圈,圆满完成预定的空间科学和技术试验任务后,于1月16日成功返回,准确着陆。神舟2号无人飞船的成功发射与返回表明,我国已为载人飞船的上天奠定了坚实的技术基础,预计再经过几次无人飞船试验飞行,中国的航天员将驾驶神舟号飞船遨游太空,实现伟大的先行者万虎的遗愿。1 人必须在特殊保护下方能进入太空太空是一个高真空、超低温、强辐射的场所,对人体来说是个致命的环境。人一旦暴露在太空中将面临失压、缺氧、低温和辐射损伤4大危险。人类一直生活在地球大气的底部,身体的内外都受到大气压力的作用,身体内部的器官和组织都充满空气。一旦进入太空,身体外部的大气压力突然消失,体内的空气就会迅速膨胀,溶解在血液中的氮气也会分离出来,形成气泡,阻塞血管。人会因内脏、器官的胀裂而丧命。太空中既然没有空气,当然也没有人须臾不能离开的氧气。太空是一个温度接近4K(-269℃)的超低温环境。由于没有空气的对流和扩散作用,物体在受到太阳光照射时,温度会很快上升超过100℃;在见不到太阳光时,热量会很快散发到寒冷的宇宙空间,温度也会迅速下降到零下100℃以下。在这样极端的温度环境中,如果没有防护,人是不能生存的。太空中还存在许多看不见、摸不着的X射线、γ射线和带电或不带电的高能粒子。这些射线和高能粒子能穿透普通的衣服,深入人体,引起内脏、器官病变,甚至致人死地。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和工作。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。
2 现有三种载人航天器
世界上第一个载人航天器是苏联在1961年4月12日发射的东方号载人飞船。今年恰恰是人类首次载人航天40周年。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)运行,然后返回地面的一次性使用航天器。空间站是一种体积较大,可接纳多名(3～6人)航天员在内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。它既可在有人照料下工作,也能无人值守,自主运行。航天员的生活必需品及空间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从地面送去。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、固体助推火箭和外挂推进剂贮箱三部分组成。它能自行起飞、升空,直至进入轨道。固体助推火箭和外贮箱在工作完毕后先后脱落,只有轨道器进入环地运行的轨道。轨道器在轨运行任务结束后返回地面,在机场上水平着陆,经过整修,换上新的固体助推火箭和外贮箱后,可以再次发射上天。航天飞机是当前唯一可部分重复使用的航天器/运载器。这三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。
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| 回复：瀚海蓝月 | 3 飞船由单人单舱到多人多舱
□□40年前,人类从未登上过太空,苏联和美国都是从研制载人飞船开始,而且都是先从小型的单人飞船开始,小心翼翼地“摸着石头过河”。美国的第1代飞船水星号,整个飞船就是1个钟形的航天员座舱,总质量只有1t多一点。舱内空间狭小,航天员必须选拔身材矮小者方能进入。航天员半卧式地坐在座椅上,几乎不能动弹,只能监视仪表和完成按电钮、拉手柄等最简单的操作。美国第2代飞船双子星座号可乘载2名航天员。飞船采用分舱设计,由两部分组成。前面是截锥形的座舱,后部是圆柱形的设备舱。设备舱内装有变轨发动机、推进剂和电池等设备。航天员始终坐在座舱里。返回前,设备舱被抛弃在轨道上,航天员驾驶座舱返回。美国第3代飞船阿波罗号是专为载人登月飞行研制的,它由指挥舱(座舱)、服务舱和登月舱三部分组成。飞船乘坐3名航天员。航天员除在下降到月面时外,基本上都是坐在指挥舱内的座椅上,监视仪表,控制飞船,完成某些简单的操作,不能离开坐椅自由活动。苏联的第1代飞船东方号由球形返回舱(座舱)和双锥形仪器舱组成,乘坐1名航天员。以后在东方号基础上改装成可乘坐2～3人的上升号飞船。第3代飞船称为联盟号。联盟号问世不久又先后经过两次改进,目前正在使用的飞船是联盟TM。联盟TM是由轨道舱、返回舱和服务舱组成的三舱式飞船,重约7t,可以乘坐3名航天员。航天员在上升和返回过程中都坐在返回舱内。返回舱和轨道舱都是压力舱,可以住人。轨道舱内装有各种实验仪器和设备。飞船进入轨道后,航天员可以转移到轨道舱内开展简单的科学实验活动。载人飞船的乘员从单人到多人,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,反映了人类对载人航天技术从摸索到掌握、从生疏到熟练的循序渐进的发展过程。
4 发展载人航天应从飞船起步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来讲,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?从载人航天发展的历史看,苏、美都是从载人飞船起步的,成功后才分道扬镳:苏联建立了空间站,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。从20世纪70年代初起,苏联相继发射了7个礼炮号空间站;1981年4月12日美国航天飞机首次发射成功。从此,世界航天进入了以航天飞机与空间站为标志的新阶段。20世纪80年代中期,即当苏、美已掌握载人航天技术20多年以后,其他国家发展载人航天是否一定要步他们的后尘,从载人飞船搞起呢?中国在1992年开始研制载人飞船之前,“八六三”高技术航天领域的专家们曾为这个问题进行了长达近5年的研究。一部分专家认为,中国可以借鉴国外的技术和经验,采取跨跃式发展,越过载人飞船,直接发展航天飞机;另一部分专家则主张,载人航天对安全性、可靠性要求极高,航天飞机技术虽先进但非常复杂,相对说来载人飞船技术较简单,国外有丰富的经验,为稳妥起见,还是应从飞船起步。经过多种技术方案的论证、比较和分析,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“八六三”高技术研究发展的指导思想,专家们一致同意以飞船起步。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,决定一步到位,研制第3代飞船——多人多舱的载人飞船。神舟号载人飞船的研制实践证明,这一建议是正确的。
5 载人飞船的真正用途是运输在“八六三”高技术航天领域专家中曾一度流行一句口头禅:“造船为建站,建站为应用。”这话道出了载人飞船的真正用途。
发展载人飞船除了具有重大的政治、社会、科技和经济意义外,它的实际用途是:
(1)为突破关键技术,掌握载人航天基本技术和航天医学工程基础知识进行演示验证;(2)进行2个航天器(其中至少有1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)停靠在空间站上作为应急救生船;(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。其中主要的或最终的用途是作为空间站的运输器。还可进一步发展,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,从而大大提高飞船的运载能力。
苏联把联盟号载人飞船改装成进步号运货飞船后,每次可运送2.5t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、天文观察、空间生命、空间材料和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、空间探测等空间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。从有的科学实验需要有人照料来看,飞船不及空间站。飞船上地方狭窄,航天员的活动余地很小。空间站地方大,航天员有较大的操作仪器设备的空间,且可装载较多的科学仪器设备。从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来看,飞船也不如卫星和空间站。卫星上没有人活动所产生的干扰,容易保证高稳定的姿态控制和高水平的微重力;空间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,对空间站的姿态稳定和微重力条件的影响比飞船小得多,所以几可忽略。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、空间生命、空间材料和微重力等空间应用和科学实验服务,载人航天的下一步应该是建立空间站。尽管从技术上和应用上来说,用载人飞2004-5-9 9:26:38 |
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| 回复：瀚海蓝月 | 船执行空间应用和科学实验任务并不理想,但每发射一次飞船(无论是否载人)机会均难得,费用高昂,因此,人们总要千方百计地利用飞船发射上天的机会,不管是进行试验还是执行运输任务,都要搭载一些科学仪器来开展空间应用和科学试验,以提高每次飞行的综合效益。在我国的神舟号和神舟2号上都不失时机地搭载了多种空间应用和科学实验的设备。例如,在神舟2号一次搭载了64件仪器设备,分别进行了空间天文、环境监测、微重力测量、空间材料和空间生命科学的实验研究。
6 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(在发射台上时由上到下)的次序是轨道舱、返回舱和推进舱。轨道舱的前端还需装有交会对接机构,供飞船在太空与其他航天器交会对接用。按轨道舱—返回舱—推进舱次序的布局存在一个缺点:返回舱返回前必须完成2次分离动作,即先与轨道舱分离,再与推进舱分离,多一次分离动作,就多一次风险。如果将返回舱放在前面,形成返回舱—轨道舱—推进舱的布局,则返回舱返回前只须分离一次就行了,而且轨道舱与推进舱连接在一起留在轨道上,可继续利用推进舱内的资源。但是这种布局必须在与轨道舱相连的返回舱舱底开设舱门,以便航天员进入轨道舱。但返回舱返回时一般是舱底朝前以阻隔高温气流,而舱门与门框之间总有缝隙,这就对返回再入大气层时的防热很不利;同时,返回舱的球形前端也不好安装交会对接机构。经过多种因素的考虑比较,我国的神舟号飞船采用轨道舱在前返回舱居中的布局。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、睡袋和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。该舱的前端外部装有交会对接机构,与返回舱连接的后底有一个舱门,与返回舱相通。轨道舱外两侧装有太阳电池翼,为轨道舱供电。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,内设座椅,是供航天员起飞、上升和返回阶段乘坐的。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进行监视,并在必要时控制船上系统及其设备的工作。推进舱又称设备舱,它呈截锥形或圆柱形,主要装载姿态与轨道控制用的推进系统(包括发动机和推进剂)、电源、环境控制和通信等系统的部分设备。推进舱外两侧也装有太阳电池翼,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有太阳电池翼继续供电,舱内的仪器设备能在无人值守下,像卫星一样自主地工作,这就大大延长飞船执行空间应用和科学实验任务的工作寿命,充分发挥飞船的“余热”,提高飞船的综合效益,从而体现了我国载人飞船在设计上的技术创新和中国特色。2004-5-9 9:28:06 |
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