开启新征程,中国迈入空间站时代

2021-06-03 02:03申超波
国防科技工业 2021年5期
关键词:航天员载人空间站

申超波 /文

伟大事业都始于梦想——筑梦于九天之上

让我们把时钟拨回到51 年前,那是梦想开始的时刻。

1970 年4 月24 日,我国第一颗人造地球卫星——“东方红一号”搭乘“长征一号”运载火箭从戈壁大漠腾空而起,拉开了中国人探索宇宙奥秘、和平利用太空、造福人类的序幕。彼时,当国人还沉浸在巨大的兴奋和喜悦中时,很多高瞻远瞩的老一辈航天科学家,却已经通过“东方红一号”的光芒去眺望“下一座山峰”了。

送卫星上天,不够!送人上太空,才是我们的目标!据神舟飞船首任设计师戚发轫院士回忆,此刻,很多航天科学家内心充满了无限热情,已经开始酝酿中国空间站的宏图大略了。

环顾全球,彼时的美苏正在掀起热火朝天的军备竞赛。继“登月”之后,美苏把目光投向了空间站。1971 年,人类历史上首个空间站苏联“礼炮一号”发射,并与联盟十一号飞船对接成功。美国人不甘示弱,在1973 年发射了天空实验室空间站,而且还派出登月用的阿波罗号飞船与之对接。美国航天员在天空实验室里进行了大规模的太空科学实验。人类第一次实现了在太空中不用穿笨重的太空服,只要穿着短袖就可以作业。

尽管没有解决“人上天干什么”的终极命题,但是美苏的“先行一步”,给当时的中国航天科学家带来极大的震动。据戚发轫院士回忆,当时以钱学森为代表的科学家实际上就在积极酝酿载人航天工程,“但是因为空间站建设费用不菲,当时国家财力有限,需要用钱的地方很多,空间站计划被暂时搁置了”。

1978 年党的十一届三中全会召开,我国迎来“科学的春天”,发展高新技术,再次进入了高层的关注视野。在多方力量的共同推动下,1986 年我国开始实施国家高技术研究发展计划(863 计划),对我国尖端科技事业的发展进行了全面部署,该计划把发展载人航天技术列入其中。经过多位航天科学家的积极论证,最终决定以载人飞船开始起步,发展我国的载人航天技术。

时间到了1992 年。经过充分论证,当年的9 月21 日,中央批准实施载人航天工程,确定了我国载人航天“三步走”发展战略,并明确提出:先搞载人飞船。其中,“三步走”中的“第三步”明确:建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

2003 年10 月15 日9 时 整,在震耳欲聋的轰鸣声中,神舟五号飞船乘着火箭拔地而起,载着首位中国航天员杨利伟飞向太空。环绕地球飞行14 圈,历时21 小时23 分,杨利伟驾乘神舟五号飞船完成了中国首次载人航天飞行,把中国人的身影留在了浩瀚太空。

2008 年9 月25 日21 时10分,中国第三艘载人飞船——神舟七号把翟志刚、刘伯明、景海鹏3名航天员顺利送上太空,翟志刚在刘伯明、景海鹏的密切配合下,完成首次太空出舱行走,在距地球343 公里的太空轨道实现了中国人与宇宙的第一次直接握手,让茫茫太空多了一抹五星红旗的鲜艳。

2011 年11 月1 日5 时58 分神舟八号飞船由改进型“长征二号”F 遥八火箭顺利发射升空。升空后2 天,与此前发射的“天宫一号”目标飞行器进行了空间交会对接。组合体运行12 天后,神舟八号飞船脱离天宫一号并再次与之进行交会对接试验,这标志着我国已经成功突破了空间交会对接及组合体运行等一系列关键技术。

自此,天地往返、太空出舱、空间交会对接这三大载人航天活动基本技术,已被全部掌握,对中国航天员来说,已经能在近地轨道自由出入,建造空间站也具备了基本条件。

天和核心舱

从发射载人飞船将航天员送入太空,到太空出舱、发射空间实验室,中国载人航天工程先后用6艘载人飞船、5 艘无人飞船、一艘货运飞船、一个目标飞行器和一个空间实验室,支持11 名中国航天员、14 人次完成多趟太空之旅。环环相扣,循序渐进,正是通过历次“神舟”和“天宫”飞行任务,先后突破掌握了天地往返、太空出舱、交会对接等关键技术,为空间站铺就了一条梦想之路。

伟大事业都基于创新——中国航天的新高度

从2019 年12 月27 日,长征五号运载火箭复飞成功,到此次成功发射空间站核心舱,长征五号系列火箭在16 个月的时间里“五战五捷”,已成为新一代运载火箭中首个进入高密度发射的型号。

据航天科技集团一院长征五号系列火箭总指挥王珏介绍,作为长征五号系列火箭家族的一员,长征五号B 专门为载人航天空间站建设打造,它总长53.66 米,一次能送超过22 吨的载荷,是目前中国近地轨道运载能力最大的火箭。

从外观上看,长征五号B 运载火箭与长征五号运载火箭的最大区别在于整流罩,长征五号运载火箭的整流罩长度大约12.3 米,而长征五号B 火箭的整流罩长度达到了20.5 米,占了全箭长度的五分之二,竖起来有近6 层楼高。是我国目前最大的火箭整流罩。这样的设计,是为“天和”核心舱“量身定制”的——作为中国目前最大的航天器,“天和”核心舱长16.6 米,最大直径4.2米,起飞质量22.5吨。装进火箭整流罩里,像坐进了飞机头等舱一样舒服。

长五B 火箭,不仅运载能力出色,而且是我国首款“一级半”构型火箭。一般而言,发射低轨任务都需要两级半火箭接力工作,一级扔掉之后,二级再接力工作才能把它送到轨道上去。然而,长五B运载火箭通过采用全新构型设计,所有发动机的点火都在地面完成,无须进行级间分离、高空发动机启动等动作,降低了故障发生的概率,可靠性得到极大提升。

“作为一级半构型的火箭,长五B 火箭没有单独的调姿和末速修正系统,而是利用一级火箭直接将有效载荷送入预定轨道。在一级发动机关机时,约140 吨的推力在几秒钟之内消失,相当于一辆高速行驶的汽车突然“刹车”,还要稳稳停靠在指定位置”,长五B 火箭姿控系统副主任设计师张宇说,“为了满足长五B 火箭特有的大推力直接入轨精度控制要求,研制团队开展了入轨姿态控制、入轨精度控制、分离安全控制等方面的技术攻关,提高了火箭姿态控制精度,降低了制导误差对精度的影响,使火箭在分离时处于最佳‘姿态’和最准位置。”

有了中国空间站,就意味着中国人在太空有了一个“家”。这个“家”的基本构型有3 个舱段,一个核心舱,两个实验舱,核心舱居中,两个实验舱连接于两侧,整体呈T 字构型,供航天员工作活动的空间可达110 立方米。中国航天科技集团五院空间站系统副总设计师朱光辰形象地比喻:如果说神舟飞船是一辆轿车,那么天宫一号和天宫二号相当于是一室一厅的房子,而中国空间站则像是三室两厅还带储藏间,算是“豪宅”了。

核心舱,顾名思义,是空间站最核心、最重要的组件。天和核心舱分为大柱段、小柱段、资源舱、节点舱和后端通道,设置了3 个对接口和2 个停泊口,内部空间有50 立方米,可以满足3 名宇航员在轨长期驻留和开展科学实验。“天和”核心舱入轨后,后续还将有问天、梦天两个实验舱发射升空,与它实现对接,组建成为空间站,总体量将达到近百吨。

“此前我国航天员在轨飞行时间的最高纪录是33 天,航天员生存所必需的水和氧气,由航天器直接送入太空。如今,为了让航天员实现更久的在轨停留,空间站设计了完整的可再生生命保障系统。”航天科技集团五院空间站系统总体主任设计师张昊说。

此外,核心舱还负担了航天员初期驻留以及科研所需的全部物质条件,配置了工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区6 大区域。航天员除了工作之外,还可以智能控制各种生活设施,完成刷剧、聊天、健身等活动,太空生活也具有更高的品质。至于两个实验舱,其主要任务是开展舱内和舱外空间科学实验和技术试验,也是航天员的工作生活场所和应急避难场所。

十年前,“天宫一号”和“神舟八号”的交会对接,被媒体比喻为在太空中“穿针引线”。不远的将来,中国航天员将长期在空间站工作生活,载人飞船运送航天员天地往返,交会对接将成为常态,这也印证着中国航天事业的不断进步。

伟大事业都成于实干——航天人的接力从未停止

2020 年4 月,习近平在给参与“东方红一号”任务的老科学家的回信中说:“不管条件如何变化,自力更生、艰苦奋斗的志气不能丢。新时代的航天工作者要以老一代航天人为榜样,大力弘扬“两弹一星”精神,敢于战胜一切艰难险阻,勇于攀登航天科技高峰,让中国人探索太空的脚步迈得更稳更远,早日实现建设航天强国的伟大梦想。”

从1992 年党中央作出实施载人航天工程“三步走”发展战略,到2021 年天和核心舱发射成功,29 年是一代人的青春,也是漫漫征程中的一瞬。

偌大的北京航天飞行控制中心,负责轨道控制工作的副主管设计师曹鹏飞恰好与中国载人航天工程同岁。轨道室团队中,有老一辈工程师默默坚守的身影,也有如他一般年轻蓬勃的力量,对曹鹏飞而言,这些高山仰止的背影最能给他力量。“对于这份事业,他们完全投入了自己的一生。”谈到此处,他的目光里满是敬仰。

不论年纪,不论岗位,数十万中国航天人心中都有一个共同的目标,他们用青春与奉献汇聚成燃料,在各自岗位“喷射”力量,托举着中国载人航天事业跃入穹苍。

“天和”核心舱发射前,航天科工集团二院雷达电气总体设计师赵赛君再一次守候在雷达监控设备前,静静等待。

天和核心舱大柱段内部宽敞的居住空间

赵赛君的岗位,是庞大地面测控网络的重要一环。

为了“天和”顺利发射,赵赛君经历了许多未曾想象过的岁月,去了一些未曾想象过的地方。她和团队在偏僻的海岛上待了一个多月去安装相关设备,强烈的紫外线晒得人皮肤过敏,扰人的蚊虫“嗡嗡”地在耳边打转。生活物资供给困难,饮食基本限于方便面。海水时不时地涨潮,把她们居住的帐篷都淹没了一半。

来自电子科技集团的工程师梁兴磊也会想起,在茫茫戈壁穿梭的那段岁月。为了满足空间站任务的卫星通信需求,梁兴磊所在的卫星通信技术团队顶着风沙在工地作业,建成1 套固定卫星通信站,2 套车载卫星通信站。

冬日戈壁,凛冽的风裹挟着沙尘在耳边呼啸,打在裸露的皮肤上生疼。梁兴磊负责户外卫星天线结构的安装。穿着厚厚的衣服,梁兴磊还是会被寒风吹得透心凉。为了能按时完成工期,他习惯了匆匆扒拉两口泡面充作午饭,习惯了乘着夜色返回住处,习惯了戈壁风沙擦过脸颊。

对外场作业的航天人来说,这些磨炼早已习以为常。他们说,只有经受住最艰苦的考验,才能见证最壮美的星辰。

“天和”核心舱顺利入轨,升入太空。在此次任务应用的新技术中,生命保障系统格外吸引人眼球。这项全新的技术,将为空间站水资源的循环利用提供有力保障。

为了攻克这项技术、完成这一产品,航天科工集团二院某研究所项目团队克服了常人难以想象的困难。负责总体设计的张玉翔记忆最深的是,在航天员科研训练中心进行预模拟试验的那些日子。每班十几个小时,守在一间屋子里,眼睛死死盯着电脑屏幕上的数据。“那是我经历过最漫长的日子。”张玉翔说。值班结束后,他们还要继续忙碌,要把这段时间数据进行汇总分析。不知过了多少天,迈出实验室的一瞬间,张玉翔感到一种无比放松。

“天和”顺利升空后,所有为了项目熬过的夜、打过的故障报告、吃过的泡面、睡过的行军床,都会变成人生中有趣的谈资与值得铭记的岁月。

“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的载人航天精神,早已在不知不觉间融入中国航天人的血脉,在新一代的年轻航天人身上继续流淌。

推动航天事业造福全人类——人类在外空“共同的家”

2018 年,在致信祝贺亚太空间合作组织成立10 周年时,习近平总书记强调:“中国倡导世界各国一起推动构建人类命运共同体,坚持在平等互利、和平利用、包容发展的基础上,深入开展外空领域国际交流合作。中国一贯主张合理开发、利用空间资源,保护空间环境,推动航天事业造福全人类。”

2011 年美国国会出台“沃尔夫法案”,禁止美国国家航空航天局以及与之有合同关系的美国航天企业同中国航天机构进行任何接触和合作。中国被排斥在美国主导的国际空间站“俱乐部”之外。不仅如此,戴着“有色眼镜”看待中国发展的西方政客,将太空领域作为未来战争和军备竞赛的主战场,在太空技术领域对中国严防死堵。

尽管面对阻挠,中国航天并未止步不前,反而通过自主创新取得了探月、探火、北斗组网以及“长征”系列运载火箭成功发射等一系列令人瞩目的成就。

这一次,中国在空间站建设上迈出了重要一步,对世界来说同样意义重大。由于已在轨运行几十年的国际空间站有可能在2024—2028 年退役,届时中国空间站或将成为太空中唯一一个人类空间站。

与某些西方国家搞封闭“小圈子”不同,中国一贯坚持和平利用、平等互利、共同发展的原则,努力将中国空间站打造成面向国际社会、开放的科技合作交流平台。在2020 年12 月17 日国务院新闻办举行的“嫦娥五号”任务新闻发布会上,国家航天局副局长、探月工程副总指挥吴艳华就曾表示:“中国空间站将广泛开展国际合作,争取发挥更大价值,为人类民生福祉实现更多产出。”

2019 年6 月12 日,中国载人航天工程办公室和联合国外层空间事务办公室在维也纳联合宣布,来自17 个国家的9 个项目从42 项申请中脱颖而出,成为中国空间站科学实验首批入选项目。

联合国外空司司长迪·皮蓬对此举表示高度赞赏,称中国的这一举措有力促进了载人航天国际合作,使更多的国家能够有机会参与载人航天技术研究,是对联合国2030 可持续发展目标的有力支持。

值得一提的是,中国空间站合作充分照顾缺乏技术与资金的发展中国家的需求,为它们提供了进入太空、开展各类应用实验的机会,成为不折不扣的“发展中国家之家”。这将有效帮助世界跨越技术发展鸿沟,让所有国家平等参与到太空的和平开发利用中来。

1967 年,《外空条约》庄严宣告:外空探索和利用是全人类共同的事业,应为全人类谋福利。中国开放空间站合作,是对这一国际条约精神和构建人类命运共同体理念的生动践行。未来,全球将拥有一个开放、充满生机的国际太空合作新平台,它将真正成为全人类在外空“共同的家”。

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