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第11章 载人航天

举世瞩目的中国载人飞船神舟五号于2003年10月15日发射成功,在围绕地球飞行14圈之后胜利返回,载人飞行是中国航天飞行的又一次里程碑,航天员杨利伟带着中国人的使命终于实现了中华民族千百年来的飞天梦想。

我们知道从前苏联航天员加加林1961年飞上太空算起,到现在人类载人航天走过42年历程,美国是于1962年2月20号实现了载人航天,中国也在2003年的10月15号把航天员杨利伟送上太空,到现在为止世界上只有三个国家实现了载人航天,那么载人航天这个事情究竟有多大的意义,它标志着什么呢?

庞之浩(《国际太空》杂志副主编):“载人航天大概说起来应该有几方面意义,一个是政治意义,因为载人航天是航天技术更高阶段的发展,它表征一个国家的国力,对一个国家的政治、经济、国防等方面都具有较大的影响力,而且具有很强的振奋民心的作用。”

载人航天是一个综合国力的体现?从科技方面讲,因为对很多技术都有很高的要求,它是以众多先进技术为基础,比如电子、电工、材料、计算机、遥感还有航天医学等等一系列科学,所以它对这些提出很高要求;在经济上来讲,载人航天就是为了开发太空资源,太空有微重力资源、高远位置资源,还有高真空资源等等一系列资源是取之不尽用之不竭的;我们在太空还可以进行制药,进行太空育种,可以制备新的材料,以后我们载人航天器上还可以建立空间工厂,这对我们整个经济有很大的促进作用。载人航天的很多技术还可以用到传统的工业领域,改造传统的工业领域也能够取得很大的效益。从远处说,人类现在面临着能源危机、人口危机,载人航天技术有助于解决这些问题,无论是从目前来看还是从可以预见的将来来看,载人航天技术是解决这些问题的最佳途径之一。

正因为载人航天重大的意义,所以使全世界都非常关注我们这次神舟五号的发射,普通百姓都非常振奋、激动。记得神舟一号发射的时间是1999年11月20号,从那时候算起到现在神舟五号的成功发射不到四年的时间,我们已经发射了五艘飞船,并在第五次发射就实现了载人航天,这说明我们中国已经掌握开发宇宙的钥匙。

在世界上实现载人航天,目前只有三个国家,一个是俄罗斯,一个是美国,现在中国也突破了载人航天,把我们国家的第一位航天员杨利伟安全的送上去,又安全地接回来。这次神舟五号飞船取得了圆满成功,这对举国上下是很大的鼓舞,说明我们已经掌握了载人航天的高技术,作为一个钥匙也好,作为其他东西也好我们已经做到了这项工作。

我们知道在神舟五号发射之前我们国家前后进行了四次神舟号飞船的发射,那么,我们前面这四次发射所有的工作都为第五次发射做了哪些准备?前四艘飞船的发射就是为了咱们今天突破载人航天,能够使杨利伟安全地上去,安全地回来,就是我们前四艘飞船的主要目的。在飞船的研制当中,一个原则也是要保证航天员的安全,为了做好这个工作,在神舟一号,根据当时的运载长征2F试验的时机,把飞船做一个简化型,所谓简化型的一个最小配置,主要考验返回技术,这是神舟一号。在这个基础上,神舟一号成功以后做了一些改进和完善,所以在神舟二号和神舟三号就做了在保证人的生命安全的方面做了很多工作,这里最突出就是上了模拟假人,就是用一个人的模型,它起到模拟真人的生理代谢实验的作用。

它不仅仅是个模型,是有人的生理反应的。比如温度、湿度、吸进氧气排出二氧化碳等,这样的试验取得成功以后,我们又生产了两艘飞船,也就是神舟四号和神舟五号,这两艘飞船的技术状况是完全一致,神舟四号的目的是要把前几次进行的试验再进行一次综合的检验和考验,也上了模拟假人,神舟四号的圆满成功,就证明我们前面所做的那些实验和一些关键技术都得到全面的考验。所以这次神舟五号的圆满成功,就证明了我们的方案设计以及到整个实验全过程,是按照我们保证航天安全原则的思路做的,是正确的。

这次杨利伟成为中国第一个太空访客,随着神舟五号的成功发射和返回,中国的航天员也成为世界关注的焦点,可以说我们国家航天员从训练到选拔乃至装备都已经达到世界先进水平了。

据航天员系统总设计师宿双宁同志介绍,我们航天员利用飞机进行失重训练的时候,俄罗斯的教练说,你们航天员如果产生呕吐我就马上停下来,宿总设计师说不行,我们已经花了很多钱,我们一定要把这个训练做完整。实际的结果是咱们的航天员都没有吐,他们的助理教练在那儿反而吐了。他们的教练就说,我们的航天员无论从选拔到培训都是非常优秀的,证明我们的方法也是合适的。

航天员的选拔一个是要身体好,所谓身体好就是遇到外界的环境时,人的身体能够抵抗。比如地面和天空不同,对人反应最大的就是失重,失重是不舒服的,在地面要进行训练,要适应这种环境,身体很重要。另外一个最重要的是心理素质,这是非常重要的。一个人在应付各种事件的时候,能够独立、大胆、心细地处理,这次杨利伟上天,大家看到他就是心理素质很好,他的心电图很稳定。尽管我们在飞船上做了各种处理故障的预案,保证航天员的安全,但是这毕竟是高科技,因此对航天员的选拔上要有献身的精神,这一点是很重要的。

在训练方法上,一个是失重训练,地面失重训练是用飞机,做抛物线的飞行,这个时候人在舱里就漂起来了;另外还要做离心飞行的训练,就是人坐在那里大旋转,做离心,这时人处于超重状态。再一个就是,如果航天员做舱外的检修,还要在水池里把这个设备漂起来模拟失重状况下维修,还要训练这个。

在这次神舟五号发射之前,杨利伟出现在我们面前的时候,已经穿上了一身航天服并戴着帽子了,大家对他的服装也很感兴趣,航天员的航天服在太空中起到什么样的作用?

主要起到保护作用,尤其是在发射和返回的时候必须穿航天服。航天服主要分两种,一种叫舱内航天服,杨利伟穿的就是舱内航天服,以后我们航天员出舱还要穿舱外航天服,舱内航天服相对来讲比舱外航天服简单一些,简单的说可以分三层。最外一层是限制层也叫保护层,是防止外界碰撞,或者防止由于什么影响被钩破了,比较结实,主要起这个作用。第二层叫“气密层”也叫“加压层”,给航天员提供一定的压力,尤其舱外航天服的这一层可能更大,舱内航天服加压层稍微小一些;再往下就是通风散热层,我们知道在失重环境下气流是不对流的,我们通过通风散热层里面的气体,把航天员的汗和一些热量让它均匀起来;贴身还有一层,纯棉的一层,比较舒适。舱外航天服就比较复杂了,不仅在层数上比舱内航天服要求更高,比如说通风散热层不是靠气体而是靠液体,也叫液冷服,而且限制层和保护层也更加结实,防止小的陨石或者辐射对航天员产生影响,最重要的它要带一个便携式的生命保障系统,因为舱内有氧气,在舱外是没有氧气的,呼吸、排除的废气都要通过便携式的生保系统来解决。现在的航天员在维修国际空间站时就带着这样的喷气背包,也叫太空摩托艇。航天员出去自由自在就像铁臂阿童木似的进行一系列维修,像修理哈勃空间望远镜也是这样。哈勃空间望远镜很大了,两个航天员要出去,把它叫太空摘星吧,把它先装到航天飞机的货舱里头,在进行一系列维修以后再释放出去。

舱内航天服本身并不是生命保障系统,它和船内的生保系统是连着的。

大家知道前苏联是第一个使用飞船送航天员上太空的,直到现在他们仍然使用着飞船;美国最开始使用了飞船,现在使用航天飞机了,但是就在今年夏天巴黎航展上,一架前苏联的航天飞机引起了大家的关注,那不知道为什么他们一直没有采用过航天飞机呢?前苏联曾经研制过航天飞机,也发射过航天飞机,叫“暴风雪号”,主要是因为当时和平号空间站仅靠飞船运人和运物资,好像有点供不应求,因为飞船的运货量还是比较小的,而航天飞机能运几十吨的东西。所以它发射过一架无人航天飞机,后来有两个原因导致它停止了这项计划:一个是它发现航天飞机造价太贵了,美国一架航天飞机需要二三十亿美元,而且每一次飞行的费用要四、五亿美元,所以成本还是太高;另外当时面临前苏联解体,后来从前苏联变成俄罗斯,所以这项计划就停止了。

我们国家这次载人飞行也是使用了飞船,那我们国家当初有没有想过采取航天飞机这个计划?在刚开始启动我们国家载人航天的时候,曾经有过考虑,但是最后经过专家们综合的论证,认为我们国家一个是有返回式卫星的技术基础,因为我们国家发射过17颗返回式卫星,有16颗都是安全的返回,成功率很高,因为飞船和返回式卫星还是很相近的。另外一个,载人飞船比起航天飞机来讲相对在技术上还是要简单一些。根据我们国家的实际情况,最后经过专家们的评论、研究,最后决定我们国家的载人航天计划就以飞船起动。

我们研制的载人飞船,在开始论证的时候就把起点定得比较高,从现在看,我们的神舟号飞船的水平相当于当代的飞船水平,就是相当于联盟TM的水平。前苏联在研制飞船的时候走过了东方号、上升号、联盟、联盟T、联盟TM,我们现在一步就跨到这儿,水平还是比较高的。我们的神舟号飞船另外一个比较大的特点,也是具有中国特色的,就是这个飞船在进行第一次调姿的时候,偏行九十度,把轨道舱分离了,轨道舱分离以后成为了一个卫星,它可以继续留在轨道上进行科研试验。这个俄罗斯是没有的,这是中国的一个特色。国外在研制飞船的时候,早期都上猴子、猩猩上动物,因为我们飞船起点比较高,我们没有走这条路,我们上了模拟人,它虽然是假人,但是有人的生理上的代谢功能,所以从这一点讲是比他们要高一筹的。另外看返回舱,俄罗斯的直径2.2米,我们是2.5米,人在里面生活舒服一些,从这些方面看我们比他们很多地方还是好得多。

现在实现载人航天的这三个国家,都是先经历无人航天再跨到载人航天。无人航天器和载人航天器主要有以下几个区别:一个是载人航天器的航天员坐的地方必须是密封的。我们知道太空是高真空,低温、强辐射的环境,所以我们航天员必须有特殊的保护才能进入太空,所以必须是封闭的,里面必须有气压才行,漏气对航天员有危险。第二个突出的特点是必须有生命保障系统,这是无人航天器没有的。生命保障系统要有一定的压力,比如像地面的一个大气压,还必须有氧气,还要有适合的温度,适合的湿度,还要排出航天员呼出的二氧化碳,还有一些其他的废气都要清除,以及他的衣食住行,这都属于生命保障系统,另外必须有逃逸系统,遇到紧急情况航天员可以逃逸,最后就是一般的无人航天器不需要返回,除了返回式卫星,而载人航天必须返回,比如航天飞机和飞船都必须返回,空间站是不用返回的。

这次我们注意到,杨利伟飞行了14圈,在舱里度过了21个小时,那像载人飞船上的生命保障系统,最大限度能够维持航天员在里面渡过多长时间?从现在看,我们国家设计的这个飞船是三人七天,能够保证三个人七天,当然在设计上还留有一定的富余度了。作为航天飞机来讲,相对就比较大了,它一般能够到一个月左右,或者是更多一点,就是30天左右。空间站是要靠地面补给,所以它能在天上呆多少天,一个是靠它的本身设计的寿命,再一个是地面的不断补给,所以它多少时间不能说得太准。

背景资料:

1961年4月12日,俄罗斯的尤里·加加林成为人类第一个遨游太空的人。

1962年2月20日,美国第一个宇航员格伦进入太空。

1963年6月16日,世界上第一名女宇航员瓦莲金娜·捷列什科娃遨游太空。

1965年3月18日,俄罗斯的宇航员阿列克谢·列昂诺夫进行了世界上第一次太空行走。

1969年7月20日,美国的尼尔·阿姆斯特朗第一个登上了月球表面。

1971年4月,俄罗斯首先发射了礼炮1号空间站。

1981年4月,美国“哥伦比亚”号航天飞机首次试飞成功。

2001年3月21日,和平号空间站功成名就,光荣地坠毁在南太平洋。

我们知道载人飞船、航天飞机和空间站都可以叫做载人航天器,三者之间有什么不同呢?这三种航天器实际上可分为两类,载人飞船和航天飞机属于天地往返运输器,空间站比较大,可以在轨长期运行,一般作为空间的开发基地使用。载人飞船和航天飞机最主要的区别是飞船没有翅膀,航天飞机有翅膀,飞船是一次性使用,航天飞机可以部分重新使用,这就决定它们俩在用途上有区别,飞船主要用于运输,是最早用于突破载人航天的基本技术,美国、前苏联、中国都是用这个技术实现了第一次突破,以后是作为运输。另外载人飞船由于它比较小,成本比较低,一个很重要的用途就是作为空间站的救生艇,因为成本比较低,可以长期停留在上面,而且它的质量比较小,对空间站影响不太大,如果用航天飞机就成本太高了,而且对空间站有一定的影响,今后我们还要发展空间站,可以更大规模地开发资源。

在载人航天计划刚开始的时候,我们国家已经确定发展载人航天的三部曲,现在载人航天已经突破了,人上天也安全回来了,第一步已经实现了,第二步正在进行,第二步主要是空间实验室,在建立空间实验室之前,还要突破两项关键技术,一是人员的太空行走,也就是出舱活动,还要完成对接,这两项技术为的是以后要发展我们国家的空间实验室,在空间实验室的基础上还要研究空间站。这是我们国家载人航天的美好蓝图,前途是非常光明的。

我们积极地期待着这一天的到来,神舟五号载人飞船的成功发射和返回,为我国载人航天事业的发展奠定了基础。今天,人类不仅踏上了月球还在太空建起了永久的空间站,而且太空观光旅游也成为了现实,在这四十多年里,载人航天经历过辉煌也遇到过挫折,但是人类探索太空的脚步永不会停息,进入21世纪以后,人类必将迎来一个开发和利用太空的新时代。