| 摘 要： | 我国定于2003年第4季度发射第1艘载人飞船——神舟5号，它将在全球产生巨大影响，使我国成为世界第3个发射自主研制开发载人航天器的国家。一、 我国载人航天为什么要从飞船起步载人航天是当今高技术中最具挑战性的领域，体现了一个国家的综合国力和整体科技水平。随着我国国民经济和科学技术的不断发展，1992年1月，党中央批准研制载人飞船工程。自此，我国的载人航天工程正式启动。1999年11月20日我国成功发射了自行研制的第1艘飞船神舟1号，成为世界上第3个发射宇宙飞船的国家。此后，又分别把神舟2、3、4号送上九重天。那么，至今，人类已研制出宇宙飞船、航天飞机和太空站3种航天器，我国为什么要从载人飞船起步呢？在1992年开始研制载人飞船之前，我国“863”高技术航天领域的专家们曾为这个问题进行了几年的研究，对从研制飞船起步和越过载人飞船直接发展航天飞机的多种技术方案进行了充分的论证、比较和分析，甚至激烈的争论过。最后，根据我国的国情和国力，决定从飞船起步，并起了一个有中国特色而且非常动听的名字——神舟号。同时，考虑到我国在运载火箭和返回式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，所以，我国飞船的起点非常高，一开始就瞄准了当代最先进的第3代飞船——3舱式载人飞船。二、 先进的神舟号载人飞船神舟号飞船由轨道舱(也叫工作舱)、返回舱(又称座舱)、推进舱(或叫服务舱、设备舱、仪器舱)和1个过渡段组成。轨道舱位于返回舱前面，这是为了增加航天员的活动空间。它里面装有多种试验设备和实验仪器，可进行对地观测。其两侧装有可收放的大型太阳能电池翼、太阳敏感器和各种天线以及各种对接机构。返回舱位于飞船中部，是载人飞船发射和返回过程中航天员乘坐的舱段，也是飞船的控制中心，因而必不可少。它不仅和其他舱段一样要承受起飞、上升和轨道运行段的各种应力和飞行环境，而且还要经受返回时再入大气层阶段的减速过载和气动加热。舱内设置了可供3名航天员斜躺的座椅，座椅前下方设有仪表盘和控制手柄、光学瞄准镜，还装有照明灯和通信设备等必需的设备。其为密闭结构，前端有舱门，供航天员进出轨道舱使用。推进舱紧接在返回舱后面，通常安装推进系统、电源、气瓶和水箱等设备，起保障和服务作用，即为飞船提供动力，进行姿态控制、变轨和制动，并为航天员提供氧气和水。推进舱的两侧还装有20多平方米的主太阳能电池翼。过渡段在飞船顶部，用于与其他航天器对接或空间探测。飞船顶部还有1个高8米的逃逸救生塔，它装有10台发动机。在发射飞船的火箭起飞前900秒到起飞后160秒期间(0～110千米)，如发生故障，它能拽着返回舱和轨道舱与火箭分离，并落到安全地带，使船上的航天员转危为安。神舟号飞船返回时，返回舱落到地面，推进舱被抛弃，而轨道舱则留轨工作半年。这是我国飞船与众不同之处。国外的做法是：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。留在轨道上的轨道舱由太阳能电池翼继续供电，舱内的仪器设备能在无人值守的情况下，像卫星一样自主地工作半年左右，因此能充分发挥飞船的“余热”。三、 载人航天的7大系统进行载人航天仅有载人飞船是远远不够的。载人飞船的发射、运行和返回，离不开运载火箭、航天员选拔与训练、载人航天发射场、航天测控网和返回着陆场等系统的支持与保障。所以，我国载人飞船工程是由载人飞船系统、运载火箭系统、航天员系统、应用系统、发射场系统、测控通信系统和着陆场系统7个系统组成。运载火箭的可靠性是影响航天员安全最主要的因素。载人航天用的运载火箭除了要有足够大的推力外，还必须保证高可靠性。发射我国神舟号飞船的长征-2F火箭能把飞船送入200～450千米高的轨道。其上增加了故障检测系统和逃逸救生系统。火箭飞行的可靠性达97%，航天员的安全性达99.7%。航天员系统具有较大的特殊性，这是一个以航天员为中心的医学和工程相结合的复杂系统，涉及到航天生命科学和航天医学工程等许多重要领域。航天员系统一般包括航天员的选拔与训练、航天员的医学监督与保障、航天环境医学、航天工效学、航天员个人装备、航天员的营养与食品、航天员选训中心等。应用系统的主要任务是利用载人飞船的空间实验支持能力，开展对地观测、环境监测，进行材料科学、生命科学、空间天文学和流体科学等实验。载人飞船的发射场在选址时，除应具有发射其他航天器的条件之外，还必须更多考虑人的安全问题，如雷电天气较少，有较好的空中和地面电磁环境；火箭的发射方向上近百千米范围内最好没有高山密林和较集中的居民点等。当航天员乘坐飞船在太空飞行时，还需要强大的地面支持，靠测控通信系统保持天地之间的经常性联系。我国的载人航天测控网包括北京航天指挥控制中心、西安卫星测控中心、陆地测控站、海上测控船以及连接它们的通信网，其技术达到了世界先进水平。西安测控中心、各地的测控台站和测控船在北京航天指挥控制中心的指挥调度下，可保证神舟号在上升段的测控通信覆盖率达到100%，并能完成在轨运行和返回阶段的重点弧段的测控通信。载人飞行必需建设可供返回用的着陆场。由于飞船使用降落伞回收，所以着陆场的要求不像机场那样高。其主要任务是完成飞船着陆前后的测量通信、飞船着陆后的搜索回收、营救航天员和对舱内的有效载荷进行处置。着陆场要有足够大的面积以适应较大落点偏差的情况。我国根据国情和飞船运行轨道特点，在内蒙古草原上建造了主着陆场，并备有酒泉副着陆场，还设立了若干陆上应急救生区和海上应急救生区，以防备出现各种特殊情况，保证飞船安全着陆和顺利回收。四、 4艘飞船步步高至今，中国已成功发射了4艘神舟号试验飞船。神舟1号首次采用了“三垂”新模式，即在厂房完成对飞船、火箭联合体进行的垂直总装和测试，然后将其整体垂直运至发射场，最后进行垂直测试与发射。中国在原有的航天测控网基础上新建的符合国际标准体制的陆海基航天测控网，也在这次发射试验中首次投入使用。与神舟1号试验飞船相比，神舟2号飞船的系统结构有了新的扩展，技术性能有了新的提高，飞船技术状态与载人飞船基本一致。神舟2号首次在飞船上进行了空间天文和空间物理及微重力环境下的空间生命科学和空间材料等领域的实验。神舟3号的飞船技术状态与载人状态完全一致，提高了载人航天的安全性和可靠性。飞船上装有能模拟人体代谢和人生理信号等的“模拟人”，它能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数，这也是我国一个创新。神舟3号还增加了逃逸与应急救生功能。在飞船的待发和上升段，一旦出现危及航天员生命的情况，可以由地面或飞船发出指令，把装载航天员的舱体与火箭分离开来，让航天员得以逃生。神舟4号飞行试验是无人状态下考核最全面的一次。在充分继承前3艘无人飞船成熟技术的基础上，这艘飞船增加了人工控制和在轨自主应急返回等多项功能。科技人员共设计了8种救生模式，以确保飞船发射后的不同阶段若出现意外都能保证航天员安全返回地面。神舟4号飞船搭载了两个穿航天服的“模拟人”，旨在对船内环境控制与生命保障系统进行更全面考核，以便对获得的大量数据进行分析，进一步验证船内载人的安全性、可靠性，为中国今后真正实施载人飞行奠定基础。以“模拟人”这种无生命载荷取代动物，在飞船内模拟、检验飞船载人状态，这是中国科学家在世界上的首创。在飞行中，载人航天应用系统、航天员系统、飞船环境控制与生命保障分系统全面参加了试验，先后在太空进行了对地观测、材料科学、生命科学试验及空间天文和空间环境探测等研究项目；预备航天员在发射前也进入飞船进行了实际体验。飞船在轨飞行期间，船上各种仪器设备性能稳定，工作正常，取得了大量宝贵的飞行试验数据和科学资料。我国已经成功发射的4艘“神舟”飞船，基本上都是在相对较为寒冷的季节发射升空的。这种情况不是巧合，主要原因如下：航天发射是一项庞大的系统工程，飞船上天后，要由航天测控网对飞船实施测控管理和回收。这个测控网由多个国内测控站、国外测控站和我国的4艘远望号远洋航天测量船组成。在对飞船实施测控的过程中，远望1、2、3和4号远洋航天测量船同时分布在太平洋、印度洋和大西洋的指定海域，除了远望1号外，其他3艘测量船的任务海域都在纬度相对较高的南半球。那里的海况在南半球的春夏季节要好一些，秋冬季节则极为恶劣，尤其是在冬季，不要说在海上执行航天测控任务，就是正常航行都难保安全。为此，“神舟”飞船的发射要尽量避免安排在南半球的冬季。五、 新船更上一层楼中国已经基本建成高安全、高可靠载人航天研制试验体系，神舟5号飞船各项准备工作进展顺利，飞船已完成总装总测阶段，搭载的科研设备都通过验收，现正整装待发。中国的载人航天梦想即将实现。据悉，神舟5号拟在白天发射。以往神舟号飞船的发射时间一般在凌晨和子夜，其最重要的原因是便于飞船发射升空时，地面的光学跟踪测量仪易于捕捉到目标。而神舟5号将在白天发射主要是考虑到白天温度将有利于发射人员工作，也易于在意外情况发生时，充分保障航天员的人身安全。神舟5号与神舟4号基本相似，所不同的是神舟5号的头部是圆柱体，而神舟4号的头部是半球体；神舟5号舱内比较空，为的是尽可能给航天员留出空间，神舟4号里面则装满了实验仪器和物品。实现载人飞行，确保航天员安全是关键。针对航天员的安全问题，神舟5号总设计师戚发轫院士说，中国有信心保证航天员的安全。他说：“我们在设计飞船时有一个原则，就是飞船的每一个系统要做到‘一次故障，正常飞行；二次故障，安全返回’。换句话说，当一个系统第一次出现故障时，要做到飞船能正常运行，出现第二次故障时，能保证航天员安全返回。”神舟5号飞船认真汲取前4艘飞船的研制经验，在诸多关键技术方面又进了一步，安全性、可靠性万无一失。比如，轨道舱和返回舱连接处需要多个螺栓来加固，但当两个舱在太空分离时，螺栓需要立即“松绑”，也就是“连要连得可靠，断要断得干脆”。这就是舱段之间的连锁技术。通过前几次上天测试，这项技术将在神舟5号得到升华。此外，像飞船如何进行空中姿态调整，穿过稠密大气层时如何不被烧蚀，如何利用空气作用安全着陆等技术环节，在总结以往经验的基础上都一一得到完善。六、 中国载人航天的“三步走”战略中国载人航天将实施“三步走”的发展战略。中国在成功发射4艘无人试验飞船的基础上，即将实现载人飞船的历史性突破，然而这只是第一步。第二步是除继续用载人飞船进行对地观测和空间试验外，重点要完成出舱活动、太空交会对接试验和发射长期自主飞行、长期有人照料的空间实验室，尽早建成中国完整配套的空间工程大系统，解决中国一定规模的空间应用问题。第三步是建造更大的长期有人照料的太空站。因此，未来几年中国将突破以飞船交会对接、空间实验室、卫星组网和月球探测等为代表的一批航天关键技术。这批关键技术的突破，不仅为实现载人航天，还将为中国今后进行深空探测、和平利用外层空间做准备。
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