美苏首次载人航天计划及我国载人航天

  1961年4月12日,苏联在把第一颗人造卫星送入太空(1957年10月4日)后不到4年的时间里,把世界上第一个宇航员—刚刚提升为少校的空军上尉尤里A.加加林送入了太空,从此揭开了人类载人航天活动的序幕。我国于1970年4月24日把第一颗人造卫星“东方红一号”送入太空,成为继苏联(1957年10月4日)、美国(1958年1月31日)、法国(1965年11月26日)、日本(1970年2月11日)之后第5个能独立发射人造地球卫星的国家,33年后的今天,当“神舟5号”飞船成功遨游太空,我国已成为第三个具有独立载人航天能力的国家之际,我们追忆人类载人航天活动初期的历史,可以有助于理解我国的载人航天计划当前所处的位置,明确我国航天活动的长远发展计划和目标。

  

斯普特尼克二号

“东方号”宇宙飞船1 “东方号”宇宙飞船2   “东方号”宇宙飞船3

 

  美苏载人航天的初期准备

  早在20世纪40年代末~50年代初,美苏在以纳粹德国V-2飞弹的技术为基础开发弹道导弹技术的同时相继进行了将生物送入高空或太空的实验。苏联在发射第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”后的一个月,即1957年11月3日,紧接着又发射了“斯普特尼克2号”人造卫星,这枚人造卫星中乘坐着进入太空的第一个“航天员”——小狗“莱伊卡”(Laika)。太空中的这段时间“莱伊卡”生活在卫星中的一个有空气、食物和水的供应保障的小舱里,它的一切状况通过无线电遥测直接传送到地面。在地面上可以看到从卫星点火、发射、加速、入轨直到失重等飞行条件下,“莱伊卡”的状态一直很好,但因为当时没有解决飞行器的再入回收问题,“莱伊卡”在轨道上飞行一周之后无病死亡(据近几年最新披露的档案,“莱伊卡”进入轨道后的第4圈,由于小舱内超出设计预想的高温,地面中心已经收不到任何生理传感器的数据信号,表明小狗“莱伊卡”事实上已经死亡)。“莱伊卡”的飞行直接地说明了航天器内的条件至少短期内不会对生命造成致命的威胁。

  美国继1958年1月31日把第一颗人造卫星送入轨道后,于1958年12月12日发射了头锥舱中乘有长尾猴的丘辟特洲际弹道导弹,但发射后导弹溅落在海中丢失。1959年5月28日,两只猴子在卡纳维拉尔角发射的丘辟特导弹的头锥舱里飞行后回收,一只猴子在拆除生物电极的一次手术后死去,另一只存活下来饲养在亚拉巴马空间火箭中心。1961年1月31日,62公斤重的哈姆黑猩猩乘“水星”号飞船座舱由“红石”火箭助推进行了高度为249公里,飞行距离为676公里的亚轨道飞行后成功返回地面。1961年11月29日(此时,宇航员阿兰·B·谢帕德已经于当年的5月5日乘“水星”号飞船进行了一次亚轨道飞行;维吉尔·I·格里索姆于7月21日进行了第二次亚轨道飞行)黑猩猩“恩诺思”被置于宇宙飞船“水星”号上完成了一次重要飞行,绕地两圈的飞行过程中“恩诺思”吃了食品,并完成了几项已经训练好的心理学试验。由于飞船产生了不正常的滚动,被命令下降返回。在飞行结束时由于系统出现故障,回收舱内温度曾高达40ºC,但还是成功地返回了地面,“恩诺思”幸免于死。之后生物学专家们对动物进行了认真细致的观察和生物遗传学研究。

  在这一系列飞行试验的基础上,航天医学专家基本取得了希望的结果,认为太空飞行对人体不会有太大的威胁。于是开始考虑将人送上太空。

  苏联的第一阶段载人航天计划

  1958年,在航天专家科罗廖夫的带领下苏联正式开始了载人航天的研究工作。为了保证航天员进入太空的安全性,一部分技术人员们希望首次的载人飞行不要进入绕地球的轨道,而是先采用亚轨道的飞行方式,之后再循序渐进展开轨道飞行。但科罗廖夫考虑到亚轨道飞行要做的工作量几乎与轨道飞行相同,而且在对太空飞行作了相当程度的分析后,认为人类直接进入太空的威胁并没有想像的那么大。所以最终决定采用直接进行载人轨道飞行。当然,当时的国际形势以及政治的压力也是科罗廖夫考虑的一个重要因素。

  亚轨道飞行方式是指太空船进入太空,但未进入绕行地球轨道的一种飞行状态。亚轨道飞行可以充分利用现有的技术成果,并且保证较高的安全性。

  到1959年初,苏联第一艘载人飞船开始具体设计,并取名为东方(Vostok)号。东方号的乘员舱采用球形,这主要是考虑到飞行器返回时经过大气层,大气分子与飞行器发生急剧压缩会产生极大的热量,而球形可以很好的减少这种不利因素的影响,并且能在各种速度下保持稳定。在球形乘员舱的外部安装了不同的遥控天线和通信天线,通信天线的下端是一个小型的电子设备舱,航天员坐在乘员舱内通过各种仪器与外部保持联系。乘员舱的侧面还有一个圆形的观察窗和一个弹射窗。

  为了防热,船体的材料采用了弹道导弹常用的高密度烧蚀材料,但是后来的研究表明飞船再入的气动环境与弹道导弹并不完全相同,因此这种材料并不适于航天返回时的环境条件,在以后的设计中才转为使用隔热性能好的低密度的烧蚀防热材料。这种烧蚀材料在进入大气层时,与大气摩擦会一层一层地烧蚀成炭,当炭灰飘散时会带走多余的能量。

  在球形的下面是一个圆台和圆锥的结合体,这个结合体紧靠乘员舱的一侧挂有18个球型高压氮气和氧气瓶,为乘员舱内的航天员提供尽可能类似地球的大气环境。气瓶下面的圆台是仪器舱,再往下是反推发动机和内部推进剂储箱。当要返回地面时该发动机可将飞船的速度降到大约155米/秒,使飞船脱离轨道。

  飞船发射后整个末级火箭与飞船是一同进入轨道的,这时飞船的总长达到了7米多。东方号飞船的轨道高度并不高,近地点的高度只有180千米。在这个高度下,大气对飞船轨道的衰减非常厉害,这主要是为了保证航天员的安全,如果反推火箭出现故障,可以保证飞船在10天内逐渐降低轨道,最终以不大的速度返回地面。

  东方号采取陆地回收的方式。起初考虑航天员的安全,科罗廖夫提出海上回收的方案,但当时的苏共总书记赫鲁晓夫出于保密性的考虑,坚持要求在陆地回收,而当时陆地回收的技术还不成熟,很可能会威胁航天员的安全。最终不得不采用了一个折中的办法:不回收返回舱而只回收航天员,即在返回舱再入离地面10 000米左右,将航天员连同座椅一道弹射出去,并用降落伞回收。

  事实上东方号所采用的不回收返回舱而只回收航天员的方法并不安全,因为航天员在弹射时的速度比飞机弹射时快得多,航天员用降落伞能否着陆成功专家们也不敢保证。1960年12月用动物做弹射降落试验时就发生了死亡事故。

  在确认“东方号”飞船能够载人之前,曾对它做过五次飞行试验。在1960年5月15日到1961年3月25日之间,这五艘不载人飞船都是借用“科拉伯卫星”的名字作轨道飞行的。它们载了狗、假人和各种各样的生物实验仪器。它们当中有四艘带着宇航员座椅回收舱,三艘被回收。前三艘飞船与“东方2号”飞船一样,绕地球飞行了17圈。最后两艘,像“东方1号”飞船一样,在回收前仅绕地球飞行了一圈。1960年12月1日,苏联把放在斯普特尼克6号(东方号飞船原型)里的两条小狗(姆什卡和皮契卡)送上天。绕地球飞行24小时后,地面控制站令其点燃制动火箭返回地面。但卫星出了偏差,它的返回轨道过于陡直,因而回收舱在进入大气层中烧毁。1961年3月9日,“东方号”飞船载着小狗兹韦斯达契卡和一个假人成功地绕地球飞行了一圈后返回地面。1961年3月25日,“东方”号宇宙飞船进行了载人空间飞行之前的最后一次试飞,绕地球飞行了一圈后成功回收。这次试飞载有一个假人和一条契尔努什卡小狗。经过了一系列的试验飞行后,东方号飞船做好了载人轨道飞行的最后准备。1961年4月3日,苏联政府批准了载人轨道飞行。同月12日一枚R-7A运载火箭装载着“东方-1”号,将人类进入太空的第一名使者——尤里·加加林送入太空。迈出了人类进入太空的第一步。

  “东方-1”号的飞行过程

  莫斯科时间1961年4月12日过程

  9:07东方1号飞船发射升空

  9:09东方1号运载火箭助推级和第一级脱落

  9:10运载火箭头部整流罩抛离

  9:12第二级火箭分离,第三级火箭点火

  9:21第三级连同飞船进入180~230千米地球轨道

  9:49东方1号飞船进入地球阴影

  10:09东方1号飞船离开地球阴影

  10:25反推发动机点火,飞船降低轨道准备进入

  10:35下降舱分离后进入大气层,距地面7.2千米高时加加林弹射

  10:55加加林落在萨拉托夫地区恩格尔城西南26千米处

  继加加林之后,东方号又进行了5次载人轨道飞行,为苏联争取了太空竞赛中一个又一个第一。这里面包括比耶科夫斯基驾驶东方-5号飞船创造了留空119小时的纪录,以及世界第一个女航天员瓦伦蒂娜·捷列什科娃乘坐东方-6号升空。就载人航天技术来说,整个东方号计划在医学实验上特别是人在轨道飞行期间的反应和适应性方面,取得了伟大的成果,但由于飞船的限制和其他原因,东方号飞船的太空飞行在其它方面并没有取得太多的研究成果。

  美国的第一阶段载人航天计划

  早在20世纪40年代末,美国的许多军事和研究部门就开始了载人航天所需的各种技术和可能性的研究工作,提出了大量的论证报告和方案,但是由于各单位独立行事,缺乏合作思想,局面十分纷乱,因此并没有形成可执行的计划。这种状况直到1958年才得以改观。不过也正因为这种“百花齐放”的局面,美国在载人航天的基本技术方面取得了很多有价值的研究成果。比如,这一时期提出的逃逸救生塔方案和用于减弱过载的“轮廓座椅”(Contour Couch)在后来的载人航天计划中都获得了应用。

  逃逸救生塔方案是为了保证航天员在发射段的安全而提出的。载人飞船的上方安装了一圈小型固体火箭,喷口朝斜下方,当运载火箭点火或其它原因出现紧急情况时,启动小火箭可将整个飞船迅速脱离危险的运载火箭,然后用降落伞或弹射方法使航天员着陆。

  美国第一首载人飞船的各方建议草案

  当火箭携带航天器加速飞行时所产生的加速度超过地面重力加速度的倍数称为过载,“地面重力加速度”规定用“g”来表示,近似为9.8m/s2,超过2倍就是2g;而超过10倍就是10g。过载对航天器内部仪器,特别对人体会产生直接影响。过载太大,航天员轻则昏迷,重则器官破坏甚至死亡。所以载人飞船的发射和返回都要保证不超过一定的过载。一般发射或者返回时,人体可以承受15g或者更大的过载。而能够保证航天员正常工作和生活的过载值一般不超过4~5g。

  为了尽快结束航天事业发展中的混乱局面,更快地发展航天技术,美国在1958年制定了太空法案(Space Act),以法律的形式确定了太空研究的计划、方向和目标,并且成立了新的机构——国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA),将有关航空航天发展计划都纳入到该组织中。1958年8月8日,NASA正式接手载人航天计划,并于不久后的10月7日公布了水星(Mecury)号载人飞船计划。该计划旨在送一个人进入轨道,研究他在太空中的能力和反映,并安全返回地面。

  水星计划所要达到的目标与东方号计划基本相同。工程师们设计了一个圆锥形的飞船,总长约2.9米,底部直径约1.8米。飞船的顶端还有一枚逃逸火箭。底端的制动火箭为回收时提供脱离轨道的推力。进入大气层时,飞船底端的烧蚀材料用于防热。当太空舱落入较低的大气层时,太空舱顶端的降落伞打开,使航天员和太空舱安全地降落在海洋中。

  为了争取美苏这场太空竞赛的第一,美国的工程师们作了很大的努力。可水星号早期的实验并不顺利,发生了多次事故。1961年春季这种情况似乎有了好转,1月和3月的两次实验都取得了良好的成果。为了在太空竞赛中抢先一步,太空任务小组提议提前进行载人航天飞行,但火箭专家冯·布劳恩却坚持要按原计划进行。4月12日,加加林实现太空飞行后,时间显得更加紧迫。令美国人可以稍许宽慰的是,5月5日,航天员阿兰·B·谢帕德乘坐水星飞船“自由7号”实现了一次亚轨道飞行,这次飞行被赫鲁晓夫称为“跳蚤的一跃”。之后NASA又进行了几次亚轨道和轨道飞行试验,对轨道飞行进行了充分的验证。1962年2月20日,航天员约翰·H·格林乘坐宇宙神(Atlas)-D运载火箭助推的“友谊7号”飞船从卡纳维拉尔角发射起飞,并绕地球飞行了三圈,终于实现了美国人的航天梦。此后,水星号又进行了3次太空飞行。

  水星计划虽然晚于苏联10个月才实现轨道飞行,但其技术上取得的成就却比东方计划更大,美国在整个水星计划中,将多种导弹改进作为运载火箭,从中获得了丰富的经验,这为后来的大型航天计划创造了必要条件。同时水星计划在技术上虽然比较复杂,可整个开发过程比较科学,具有推广的潜力,并且发展了几项新技术,在大型航天计划的管理上也积累了相当的经验。

  美苏/俄载人航天计划历程简介

  20世纪60年代,美、苏在太空竞赛中为了拿到头彩,各自从位于佛罗里达州东海岸的卡纳维拉尔角和位于咸海以东、丘拉塔姆荒原的拜科努尔发射场向太空发射了三十多艘载人飞船,完成六十多人次的太空飞行。此后,美、苏/俄在载人航天上走入了有各自特色的历程。苏/俄的载人宇宙飞船及空间计划先后经历了“东方号”1,2,3,4,5,6(单人宇宙飞船,分别发射于1957年10月4日、1961年8月6日、1962年8月11日、1963年8月12日、1963年6月14日、1963年6月16日)、“上升号”1,2(由“东方号”飞船改进而来,分别为发射于1964年10月12日的三人宇宙飞船,及发射于1965年3月18日的带过渡舱的用于阿列克塞A.列昂诺夫空间行走计划的双人型号)、“联盟号”(三人宇宙飞船,1967年4月23日首飞,因太阳帆板的展开故障和降落伞打开故障回收时坠毁,宇航员弗拉基米尔M.科马罗夫上校牺牲,1968年10月26日第三次试飞时成功进行了载人飞行)、“礼炮”1-7号空间站(分别发射于1971年4月19日—工作175天;1973年4月3日—据北美防空司令部的跟踪站监视,4月25日该站业已破碎;1974年6月25日—1975年1月24日,1974年12月26日,1976年6月22日,1977年9月29日,1982年4月19日),“和平”号空间站(1986年6月20日第一批组件升空,2001年3月23日受控坠入南太平洋),“暴风雪”号航天飞机(1988年11月15日于拜科努尔发射场由新型“能源”号运载火箭首次发射成功,首航为无人驾驶飞行,首航成功后由于政治、经济等方面的原因,该计划现已基本停止)、和国际空间站(在建)计划。美国的载人航天计划经历了“水星”号3,4,6,7,8,9(单人宇宙飞船,分别发射于1961年5月5日,1961年7月21日,1962年2月20日,1962年5月24日,1962年10月3日和1963年5月15日)),“双子星座”号3,4,5,7,6,8,9,10,11,12(双人宇宙飞船,首次载人飞行前进行过2次无人驾驶飞行,载人飞行分别发射于1965年3月23日,1965年月3日,1965年8月21日,1965年12月14日,1965年12月12日,1966年3月16日,1966年6月3日,1966年7月18日,1966年9月22日,1966年11月11日),“阿波罗”号飞船1,7,8,9,10(三人宇宙飞船,1号飞船在1967年1月27日的地面演练时发生火灾,3名宇航员包括美国第一个完成舱外活动(“双子星座”号)的爱德华H.怀特中校,参加过“水星”飞船和“双子星座”号飞船飞行计划拥有丰富飞行经验的弗吉尔I.格里索姆上校及第一次准备参加太空飞行的罗杰B.查菲少校遇难,7号发射于1968年10月11日用于在近地轨道检验飞船各系统的工作情况,8号发射于1968年12月21日并成功进行了绕月飞行,9号发射于1969年3月3日用于在近地轨道检验“阿波罗”飞船的服务舱与登月舱的交汇与对接功能,10号发射于1969年5月18日成功进行了绕月飞行,登月舱进行了下降登月演练)及“阿波罗”11-17号登月计划(分别发射于1969年7月16日;1969年11月14日;1970年4月11日,因服务舱中的燃料电池氧气贮箱奔月途中发生爆炸,登月任务取消,宇航员成员组安全返回地面;1971年1月31日;1971年7月26日;1972年4月16日;1972年12月7日),“天空实验室”空间站(发射于1973年5月14日,分别于1973年5月25日,1973年7月28日,1973年11月16日接受了3组宇航员的来访,1979年7月11日由于日益频繁的太阳黑子活动引起的地球大气层的膨胀对空间站阻力急剧增加,该空间站在比预期寿命短的多的情况下受控坠入印度洋),“哥伦比亚(Columbia)”号(于1981年4月12日首飞,2003年2月1日返回地面时解体)、“挑战者(Challenger)”号(于1983年4月04日首飞,1986年1月28日起飞时由于固体助推器的橡胶密封圈低温下失效而爆炸)、“发现(Discovery)”号(1984年8月30日首飞)、“亚特兰第斯(Atlantis)”号(1985年10月3日首飞)、“奋进(Endavour)”号(1992年5月7日首飞)航天飞机,国际空间站(在建)计划。

 我国载人航天计划回顾

  1999年11月21日凌晨3时41分,我国第一艘太空船“神舟号”在完成了21小时空间飞行试验之后于内蒙古自治区中部地区成功著陆。这是中国载人航天工程的首次飞行试验。标志著“921工程”正式在世人面前亮相。

  外界对我国发展载人航天计划的猜测开始于1975年。当年11月29日,中国成功地回收了一颗返回式卫星,这是发展载人航天技术的第一步。中国和苏联卫星回收试验都是首次获得成功,而美国直到“发现者13号”才掌握卫星回收技术。

  1979年,上海《文汇报》刊登了一幅中国宇航员戴著头盔,身著宇航服的照片。不久,另一份上海出版的杂志《科学画报》发表了更为详尽的中国训练太空人的照片,向外界展示了模拟训练舱,号称亚洲第一的离心加速器,太空服,甚至太空食品。人们纷纷猜测中国载人航天计划已经起步,甚至怀疑宇航飞船原型机已经制造出来,不久即将发射。然而各种传言喧嚣一阵之后就渐渐平息了。

  由于当时的政治经济条件还不成熟,我国载人航天计划没有被提到日程上。随著改革开放,经济发展,许多与国民经济密切相关的航天计划被优先考虑。在80年代,中国著力发展商业卫星发射服务,载人航天计划被一再推迟,但是从来没有停止过。60年代成立的中国空间医学研究院一直在进行这方面的研究。

  1986年中国官方《人民日报》报导,中国的载人航天技术“已经取得了巨大的进展,”把第一位中国宇航员送入太空的日子“已经不再遥远了。”到80年代后期,10年的改革开放和经济发展已经使中国积累了充足的资金和技术实力。中国航天界宣布了一个雄心勃勃的载人航天计划,其中包括发射小型航天飞机和建立空间站。然而,这些计划由于在技术上过于复杂,至今仍在筹划阶段,短期内不太可能实现。中国的载人航天计划将著眼于采用传统的“返回式太空舱”的设计构想。

  1989年我国和俄罗斯恢复正常关系以后,两国间的空间技术合作大大加强。1996年4月25日,俄国宇航局长尤里克铁夫访华,签署了中俄空间技术合作协议。虽然协议内容没有对外界透露,但人们猜测中国可能有意购买俄国载人飞船的导航和对接控制系统。有专家甚至认为中国可能派出人员搭乘俄国飞船登上“和平号”空间站,并由中国技术人员使用俄国的跟踪测控系统,控制载人飞船,以获取实用经验。有报导说,中国在1996年11月确实派出两人到俄国宇航中心受训。他们在1997年完成训练任务,返回中国,并开始著手训练更多中国“太空人”。至于中国宇航员访问“和平号”空间站,则一直没有确切消息。在近日公开的“和平号”工作日程里,从来没有迎接中国太空人到访的安排。

  在1996年以前,中外媒体和专家都认为中国要到下个世纪才有可能发射载人太空船。然而在1996年10月,中国官方人士却对外透露要在50周年国庆时把太空人送上天。有关人士说,载人飞船的设计已经完成,并进入了工程制造阶段。

  1998年3月北京举行的一个航天技术展览会上,一位著名的中国空间技术专家透露,中国的载人太空飞行将是”近期的事”,“中国将努力在本世纪末和下世纪初取得载人航天技术上的突破”。虽然他没有公布具体的研发日程,但1999年已经是一个确定无疑的时间。在这次展览会上公布的材料中还包括有关中国未来空间站的信息。专家分析,中国计划建造的空间站将由两个模块组成。

  与此同时,中国加速研究新型长征运载火箭的消息也不胫而走。1998年3月18日,中国运载火箭研究院的官方互联网站上出现了中国长征系列火箭的轮廓图。其中一个型号为长征2E(A)的火箭引人注目。它的增强推力达到12吨,使人们猜测是专门为发射载人太空舱而设计的。此外,中国还在甘肃酒泉卫星发射中心为长征2E火箭建新的发射平台,这一切都表明中国的载人航天计划在紧锣密鼓的进行。

  载人航天技术的关键是太空舱回收技术。中国近30年来已经成功地回收了16颗卫星,只有一次失败。最近回收的一颗返回式卫星重达2.8吨,在轨道上停留了15天,与美国的“水星号”相当。分析家认为,中国的载人太空船会与俄国Soyuz载人飞船相似,它的一些部件甚至可能之间购自俄国。中国长征2E火箭的发射重量为92吨到120吨之间。专家据此猜测,中国载人飞船的重量可能在6-10吨的范围内。

  英国宇航杂志在分析了中国媒体上出现的运载火箭照片后认为,中国的载人太空船将重达8.4吨以上,可容纳4名宇航员。飞船将带有两副展开式太阳能电池板,前端有突出的圆柱型模块。

  西方航天专家在研究了有关中国“921工程”的情报后认为,中国的载人太空船将带有对接系统,可以使两艘同一型号的飞船轻松对接,宇航员可以在内部自由往来。而前苏联在60年代发射的太空船无法对接,宇航员必须走出舱外,才能再进入另一艘飞船。中国太空船的内部通道设计可以很方便地使数艘太空船连接在一起,成为一个小型空间站。

  中国在发展运载火箭技术的同时没有停止空间生命保障技术的研究和试验。早在60年代,中国就将狗和老鼠送到了亚地球轨道。1990年中国发射的一颗卫星上携带了60个动植物个体,包括老鼠和几内亚猪,并把它们活著带回地面。专家认为,中国已经掌握了短期太空飞行中的生命保障技术。

  中国近日还宣布要发展20吨级与“质子”火箭相当的新型运载工具,用来发射自己的空间站。分析家认为,由于技术复杂成本过高,中国的载人空间站计划至少还需10年。然而一但中国载人轨道飞行成功,就可能加入目前美俄领导的国际空间站计划。有人预计在不久的将来,在轨道上运行的国际空间站将连接中国建造和发射的模块。

  继“神舟1号”之后,“神舟2号”于2001年1月10日升空,2001年1月6日返回地面,据称由于降落伞系统故障,此次回收没取得完全成功。“神舟3号”于2002年3月25日升空,2002年4月2日成功返回地面。由于“神舟3号”的技术状态与载人状态完全一致,其成功发射和返回,表明我国载人航天工程技术日臻成熟,为最终实现载人飞行打下了坚实基础,我国利用飞船开展空间科学研究和空间资源开发进入了新的发展阶段。“神舟4号”为我国载人航天飞行的最后一次演练,于2002年12月30日升空,2003年1月5日在内蒙古中部预定区域着陆,顺利回收。至此,中国载人航天工程第四次飞行试验获得圆满成功。

“神舟四号”飞船由长征-2F运载火箭发射。在飞船进入343公里的圆轨道后,将进行7天共绕地球108圈的自主飞行,期间飞船将主要进行微重力流体理实验和生物技术研究实验,同时开始穿插进行微波遥感对地探测和空间环境综合监测。

  之后飞船的返回舱将和轨道舱分离,返回舱将着陆回收,轨道舱和其前端的附加段则继续在轨道上运行,并主要进行微波遥感对地探测和空间环境综合监测等新技术试验。

  据介绍,微波遥感是新型的对地探测手段,利用空间微波遥感进行对地探测具有全天候的特点,而采用多模态微波遥感器进行综合观测将得到更丰富的信息。此次在“神舟四号”飞船进行的微波遥感对地探测,将把目标同时瞄准海洋、大气和陆地。

舟4号箭船对接

  由于涉及载人航天器和宇航员的安全,空间环境及其变化的预报和监测一直是载人航天工程十分重要的课题。继“神舟二号”和“神舟三号”之后,“神舟四号”飞船仍将进行高层大气探测,同时还配置了对宇航员安全至关重要的高能辐射、低能辐射探测器,实时监测飞船轨道空间的各种环境参数,为宇航员的安全防护提供重要依据。

  流体物理学研究是微重力科学的重点领域,微重力环境下的液滴迁移动力学问题,既有理论方面的重要性,也有极强的应用背景,如在微重力环境下的材料加工、空间焊接等过程都会遇到液滴或气泡的迁移问题。

2003年10月15日已经被载入史册。中国第一艘载人飞船神舟5号发射成功。第二天6时许神舟5号返回舱在内蒙古成功着陆。

神舟5号飞行

杨利伟进入飞船前,挥手说:“我们明天见!”

北京时间10月16日,南大西洋时间10月15日,“远望三号”航天测量船300多名科技工作者经过10多个小时的紧张工作,终于顺利完成了向“神舟5号”载人航天飞船发射返回控制指令的任务。

10月15日17时26分,中共中央政治局委员、中央军委副主席、国务委员兼国防部长曹刚川在北京航天指控大厅与正在太空飞行的航天员杨利伟进行了实时通话。这是杨利伟在舱内的图像显示在大屏幕上。

10月16日清晨,中国首位航天员杨利伟乘坐的神舟五号飞船在内蒙古中部地区成功着陆,这是飞船返回舱落地前的画面。

航天员杨利伟走出神舟5号返回舱舱门向众人挥手。

在轨道倾角42.4度、“近地点”高度200公里、“远地点”高度350公里的椭圆轨道上运行,然后变轨,进入343公里的圆轨道。太空船共计将环绕地球运行14圈,预计需时23个小时。过后“神舟五号”的轨道舱与返回舱分离,轨道舱留在太空半年,等待未来与另一艘中国太空船在太空结合。 “神舟五号”在酒泉基地升空后,沿山西、山东进入太平洋上空飞行,然后进入预定轨道。

  太空船定于明日(16日)清晨返回在内蒙乌兰察布盟的四子王旗境内,当天会划出100平方公里左右的警戒区。

电脑演示神舟五号飞船飞天

火箭发射

  神舟五号飞船的发射已经进入倒计时,万众瞩目的那一刻很快就要到来。早在神五发射之前,中国宇航出版社出版了一本新书,用精彩的镜头向人们展示了太空飞船的飞行程序。
  飞船到底是如何上天入地的呢?首先,飞船和运载火箭完成技术准备工作后,整体垂直运输到脐带塔,并进行最后的功能检查。一切准备就绪后,火箭点火升空,开始程序转弯,继续飞行后,抛掉逃逸塔,船箭分离,飞船入轨。入轨后,飞船捕获地球,建立轨道运行姿态。飞船入轨一段时间后,地面测控系统通过测控站和测控船对飞船监控。飞行一周约90分钟后,当飞船进入海陆测控区时,飞船上的设备开机工作,发射遥测信息,接收遥控信息。飞船在环绕地球飞行规定的圈数和完成科学试验任务后返回。飞船进入返回轨道后,返回舱降低至140公里的高度时,推进舱与返回舱分离。飞船降至约80公里时,返回舱进入稠密大气层,着陆场地面雷达站和测量站跟踪捕获目标,测量返回轨道,预报返回舱着陆点。返回舱着陆后,空中搜索直升机和地面搜索车辆发现目标后迅速赶往着陆地点回收返回舱。 

程序转弯
船箭分离
按预定轨道飞行
现场回收
缓冲发动机工作
拉出引导伞
进入黑障区

神舟6号载人飞船将于2005年9月-10月择机发射,这次飞行将有两名航天员,时间为4-5天。神舟六号将是我国载人宇宙航天的又一壮举,多人多天的太空飞行,将具有战略性标志意义。

神舟6号的推进舱

神舟6号推进舱平躺

  美苏/俄载人航天计划对比及对我国的启示

  苏联的载人航天计划在第一阶段通过6艘“东方号”单人宇宙飞船的飞行检验了人类在太空工作和生活的安全性与可能性,随后在“上升1号”和“上升2号”(均由“东方号”宇宙飞船改进而来)计划中检验了多人飞船运载技术和人类在空间行走的能力,全新的“联盟”号3人运载能力宇宙飞船进行了空间交汇、对接的技术演练,从最近解密的资料看,“联盟”号本是作为苏联登月计划的一部分进行开发的,但由于随后的类似于美国“土星5号”级别的N-1登月火箭的4次试射都在起飞阶段就告失败,最终取消了登月计划转而致力于空间站技术的开发,由是“联盟”号及由“联盟”号改装而来的“进步”号货运飞船一直服务苏/俄及最近的国际空间站到现在。空间站计划中,“联盟”号充当宇航员往返空间站的运送飞船和紧急情况下撤离空间站的救生飞船。美国载人航天计划第一阶段通过6艘“水星号”单人宇宙飞船检验了人类在空间生存的可能性,第二阶段通过10艘“双子星座”号飞船的飞行为“阿波罗”登月计划进行了所必需的空间交汇、对接及空中行走的技术储备和演练,第三阶段则由“阿波罗”号3人宇宙飞船为主进行了6次成功的登月,从而在航天技术领域全面超越苏联。“阿波罗17”号的飞行为登月计划画上句号后,美国曾尝试空间站计划,在“空间实验室”在远低于预计寿命的情况下坠落后,转而致力于能重复使用的航天飞机技术的开发。上个世纪90年代后,美苏/俄从冷战时代的激烈竞争和对抗走向合作,由此开辟了“和平”号和航天飞机联合飞行及最后多国合作的国际空间站合作计划的新局面。

  当我们回顾美苏航天计划对各自的国家和社会带来的收益时,最直观的印象是美国除在以“阿波罗”登月计划和航天飞机技术为代表的载人航天活动之外,在卫星通讯、遥感与成像、导航与定位、空间探测与侦查等各个领域都带动了全球性的新的生活方式和理念的革命性变化,而苏联的主要太空成就凸现在其频繁的载人空间站计划上,其直接服务于普通民众生活的空间科技成就则远逊于载人航天的影响。有相当一部分人把苏联在载人航天上的巨资投入没有得到应有的对国民经济的回报作为后来苏联解体及俄罗斯经济久困不振的一个重要因素。究其原因,苏联在整个空间计划中把注意力过于局限在有限的几个目标,而忽略了各领域尤其是基础技术的均衡发展,其结果是在一个又一个“第一”的光环下,核心技术的突破并不多,时至今日“联盟”号和“进步”号的运载火箭的核心组件还是苏联发射第一颗人造卫星和第一艘载人飞船时的R-7洲际导弹的技术。许多后续的应用卫星和空间探测器的平台还是“东方号”飞船的技术,“联盟”号以及后来解密的登月飞船内部的设备很长时间为传统的机械装置,而没能充分利用当时最新的显示和控制技术。苏联的这种充分开发利用现有技术的指导思路缩短了飞行器的开发周期和减少了风险,但对国民经济其他领域带来的附加成果变得很有限。反观美国的空间计划,从一开始就进行了全面的规划,在为政治影响进行载人航天计划的同时,对导航、通讯、遥感等民用领域的开发也没有放松,虽然起步阶段进度落后于苏联,但整个基础系统的建设和开发要比后者完善很多,为航天技术的高投入高收益打下了坚实的基础,也是后来航天技术全面超越苏联的一个重要原因。

  今天,当我们为中华民族的飞天梦想的实现而欢欣鼓舞时,也应当冷静的规划航天科技领域、乃至整个科技领域的全面而均衡的基础技术的开发和研究。应当坦率的承认,我们的很多产品和设备在工艺、可靠性和技术方面还有较大的差距,只有均衡全面的完善基础领域的技术,才能使我国的航天技术长远发展具备强劲的后备力量,让中华民族在空间探索和空间资源开发的长远目标中经济而有效地走得更远。