流星追月：中國航天技術（四）：神舟破蒼穹

中國航天技術的早年發(fā)展雖然從時間維度上來說不落后世界主流太多，但畢竟耐不住基礎過于薄弱，這也讓幾乎每一點成就的取得都要耗費無數(shù)人的心血和智慧。為了迅速趕上國際主流，發(fā)展與國家規(guī)模匹配的航天技術，我們早期也經歷了一個虛心學習，甚至笨拙模仿的過程。但必須看到，從很早開始，中國航天技術就已經開始擺脫所謂的老師和參考，走出了一條獨立自主的技術路線。如今，中國航天已經達到毫無爭議的全球頂級水平，一路走來，最值得書寫的除了那一個個載入歷史的彪炳瞬間，還有一代代航天人對于自己事業(yè)甘于奉獻、默默付出的動人執(zhí)念。

第四節(jié) 神舟破蒼穹

運載火箭與人造衛(wèi)星的成功發(fā)射，無疑為中國的航天事業(yè)奠定了堅實基礎。面對中國特色的載人航天事業(yè)的新挑戰(zhàn)，我國確立了三步走戰(zhàn)略。十年“文化大革命”的內亂，此事被耽擱下來。周總理明白錢學森當時的失落和苦衷，安慰他“我們先管好地球的事，地球外的事，我們之后再說。”

20世紀80年代改革開放以后，1986年3月3日，王大珩、王淦昌、楊嘉墀、陳芳允四位科學家向國家提出要跟蹤世界先進水平，發(fā)展中國高技術的建議。經過鄧小平批示，國務院批準了《高技術研究發(fā)展計劃（“863”計劃）綱要》。

1987年4月，國務院發(fā)布了《關于大型運載火箭及天地往返運輸系統(tǒng)的概念研究和可行性論證》的招標通知。全國各航天單位提出的方案中，多數(shù)傾向“航天飛機”，當時，國際航天發(fā)展潮流是航天飛機，其特點是可重復使用；航天部第五研究院主張研制載人宇宙飛船。錢學森在征求意見的報告中寫到“應將飛船案也報中央。”

中國新一代航天人在前一代老輩科學家取得的成果基礎上，經過充分論證，經中央批準，1992年9月21日，我國載人航天工程正式上馬，60歲的王永志被任命為中國載人航天工程的總設計師。老輩科學家?guī)ьI著新一代中國航天人，開啟中國新的航天時代，向宇宙發(fā)起了新的征程。

新的飛船被命名為“神舟號”，其設計將仿照蘇聯(lián)“聯(lián)盟TM”飛船，分為推進艙、軌道艙和返回艙。此時的中國早已今非昔比，當年的技術儲備工作起到了重要作用。新的火箭“長征2號F”，有效載荷高達8.6噸，可把飛船送入近地軌道。并且還配有逃逸塔，若火箭發(fā)生重大危險，逃逸飛行器會將航天員安全帶回地面。同時，之前建立的“遠望號”測控系統(tǒng)、航天員的訓練及選拔工作及大力發(fā)展的航天醫(yī)學學科為這次任務打下了堅實的基礎。

載人飛船的研制和發(fā)射在我國是第一次，其巨大政治意義不言而喻。因為是第一次任務，中央最大化地考慮到任務的難度，表示：只要飛船返回艙能夠落到我國本土，不被境外勢力截獲，就算完成任務。

中國航天人對自己研制成果的信心滿滿，在不斷的自主創(chuàng)新中，研制出當時國際領先的科技成果。

1999年11月20日凌晨，我國第一艘無人試驗飛船“神舟1號” 騰空而起，進入預定軌道,飛船在軌道上運行約13圈、飛行21小時后返回地球，并順利降落在內蒙古中部地區(qū)的著陸場。

新的問題接踵而至。首先，神舟一號在發(fā)射的時候沒有選擇好的發(fā)射窗口，導致最后飛船在夜間回收。夜間回收飛船，在當時的拍攝條件下根本就拍不清楚，以至于中央臺播送的回收畫面只能用動畫來示意。很多人不買賬：這動畫顯然就是假的，不能憑這個來判斷飛船回收是否成功。

發(fā)射窗口是一個困擾各國飛船發(fā)射的共同問題。因為發(fā)射窗口的確定受到諸多限制，兼顧這些限制進行選擇非常困難。主要限制發(fā)射窗口的是飛船對于能源的需求，對于飛船和一些中低軌道的衛(wèi)星而言，由于飛船和衛(wèi)星在飛行過程中無法與太陽的公轉保持同步，不能使飛船或衛(wèi)星的太陽能帆板一直對準太陽。這樣可供選擇的發(fā)射窗口就很少，需要等十幾個月甚至一年。俄羅斯的“聯(lián)盟TM”飛船通過入軌后將飛船對太陽定向，在返回時再將飛船控制到對地穩(wěn)定的姿態(tài)。這樣的方案會導致飛船在軌時對地的姿態(tài)不同，不利于飛船觀測地面。同時飛船姿態(tài)不同，通訊天線姿態(tài)不確定，不利于地面對飛船的觀測。而美國采用的是用氫氧燃料電池發(fā)電，產生的水用于航天員引用。這就不存在發(fā)射窗口的問題，屬于自帶燃料。但相應的，氫氣是易燃易爆氣體，安全性相對差很多。

而我國則采用了較為巧妙的解決方案。飛船想要保證太陽帆板時刻對準太陽，就需要帆板有兩個自由度。但就當時的技術而言，雙軸轉動的太陽帆板驅動機構還沒研制出來。于是，我國科學家提出，用一個傳動軸將帆板固定在飛船上，而飛船自身有三個自由度，取飛船的偏航軸來作為帆板的第二個自由度，通過調整飛船的偏航方向來保證帆板時刻對準太陽。這樣的方案從根本上就消除了能源系統(tǒng)對發(fā)射窗口的限制，理論上說，利用該技術的飛船基本上可以在全天任何時刻發(fā)射。該技術就是后來的“偏航機動控制技術”，在后來神舟五號乃至空間交會對接的實驗中都起到了重大作用。

在隨后的幾年內，神舟2號、3號及4號無人飛船接連順利升空。中國的載人航天夢已近在咫尺。

下表是我國與國外第一艘載人飛船技術性能對照表（來源：翩翩神舟我領航）

從比較中可以看出，我國的第一艘載人飛船的返回落點控制精度能夠控制在一個很好的范圍。同時，減速過載又相對較低，這樣能夠更大程度地減輕航天員在返回過程中承受的過載要小很多，安全性也更高。沒有其他國家的幫助，我們中國人自己也同樣能夠研制出滿足需求的控制系統(tǒng)。

宇航員的訓練遠比我們想象的艱苦，在常人的眼中，他們的訓練甚至是“慘無人道”的。同時，宇航員自身還需要有過硬的素質，需要學習的專業(yè)知識很多。即便是在這樣嚴格甚至接近殘酷的訓練下，仍有二十余人脫穎而出。而各項指標均排在前列的，正是楊利偉。于是，經過又一輪的考核和選拔，楊利偉最終被選為我國首位航天員。

2003年10月15日，中國第一艘載人飛船“神舟5號”從甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心順利飛向太空，成功進入預定軌道，38歲的中國首位航天員楊利偉帶著中國人的千年企盼夢圓浩瀚太空，在距地面343公里的太空中，楊利偉展示了中國國旗和聯(lián)合國旗。飛船環(huán)繞地球運行14圈，飛行了21小時23分，10月16日清晨，在內蒙古主著陸場成功著陸。返回艙完好無損，航天員楊利偉狀態(tài)良好，神舟5號載人飛行試驗取得圓滿成功，標志著中國成為世界上第3個能夠獨立開展載人航天活動的國家。

“當點火的那一瞬間，我們緊盯著儀表盤上顯示的楊利偉的脈搏。沒有變化。這一刻，我們知道選對人了?！蓖跤乐驹诤髞砘貞洉r說到。

從此，我國正式開啟載人航天的新征程。在之后的十余年間，我國載人航天事業(yè)穩(wěn)扎穩(wěn)打，不斷挑戰(zhàn)新高度。

下圖是我國神舟一號到六號控制系統(tǒng)飛行試驗結果統(tǒng)計表（來源：翩翩神舟我領航）

從表格中我們可以看出，我國的飛船控制系統(tǒng)的精度和可靠性逐年上升。神舟二號到四號落點誤差的增大是因為搭載了更多的生命保障系統(tǒng)，在真正發(fā)射神舟五號飛船時，落點誤差很好地控制在了五公里內。

2005年10月12日，載著費俊龍、聶海勝兩位宇航員的神舟六號飛船成功飛天，開啟了我國首次多人多天航天飛行任務。

2008年9月25日，載著翟志剛、劉伯明、景海鵬三位宇航員的神舟七號飛船發(fā)射升空。9月27日翟志剛著中國的飛天艙外航天服出艙進行艙外活動，飛過了9165公里，成為中國太空行走第一人，被新聞媒體稱為中國“飛得最高、走得最快”的人。中國成為第三個把航天員送上太空并進行太空漫步的國家。

2011年11月1日，神舟八號無人飛船成功發(fā)射與天宮一號目標飛行器進行了空間交會對接。12天后，神舟八號飛船脫離天宮一號并再次與之進行交會對接試驗，標志著中國成為繼美、俄之后世界上第三個完全獨立掌握太空交會對接技術的國家。

2012年6月16日，神舟九號飛船搭載兩名男航天員景海鵬、劉旺以及我國第一位女航天員劉洋發(fā)射升空，神舟九號飛船要與天宮一號進行首次載人交會對接，為建立空間站奠定基礎。飛船與天宮一號進行了兩次對接，其中一次為手動對接，取得了首次手控交會對接的成功。

2013年6月11日，搭載航天員聶海勝、張曉光和女航天員王亞平的神舟十號飛船開始太空之旅。6月20日上午10點，在天宮一號內由王亞平開展了別開生面的太空授課，演示講解５個基礎物理實驗， 展示了在太空失重環(huán)境下液體表面張力特性等物理現(xiàn)象。吸引了全國8萬余所中學的6000余萬名師生的眼球。通過精彩的太空授課活動，普及科學知識，激發(fā)科學精神，也是中國開展航天活動的重要任務。

2016年10月17日，航天員景海鵬、陳冬乘坐神舟十一號飛船順利飛向太空，并順利與天宮二號空間實驗室自動交會對接形成組合體，創(chuàng)造了中國航天員太空駐留30天時間新紀錄。

2021年6月17日，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波乘神舟十二號載人飛船發(fā)射升空，開啟了3個月的太空駐留，成為2021 年4 月 29 日發(fā)射的110m3超大空間的工程空間站天和核心艙的首批入駐人員。

2021年10月16日，神舟十三號飛船搭載翟志剛、王亞平、葉光富3名航天員發(fā)射升空，中國空間站實現(xiàn)了天和核心艙、2艘貨運飛船、1艘載人飛船共4個飛行器組合運行，王亞平成為中國首位實施出艙活動的女航天員。創(chuàng)造了中國航天員連續(xù)在軌飛行183天的最長紀錄，6個月將是空間站運營期間航天員乘組常態(tài)化駐留周期。

2022年6月5日，神舟十四號飛船搭載3名航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲發(fā)射升空，拉開為期6個月的太空駐留工作序幕。2022年11月1日，夢天實驗艙發(fā)射，并與天和核心艙對接于前向端口。由天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙組成的T字型結構的中國空間站“天宮”完美收官。太空和宇宙，已經向我們張開雙臂，迎接一代代航天人對浩瀚星空的探索，引發(fā)了多少人遨游太空的航天夢。