中国载人航天工程办公室日前宣布,我国首次载人交会对接即将在本月中旬实施,将发射神舟九号载人飞船和正在太空轨道运行的天宫一号目标飞行器实施对接。
天宫一号与神舟九号首次载人交会对接,是为了给未来的中国空间站建设打下基础,此次有三位航天员随神九飞船进入太空,也将创下多项中国载人航天新纪录:中国航天员首次拜访在太空运行的小型空间实验室;中国女航天员将首次探访太空……
进入太空和探索宇宙,是全人类的共同事业,吸引着全世界的目光。在神舟九号发射前夕,本版特邀中国航天科工集团公司二院的研究员杨宇光博士,为读者讲述世界载人航天的精彩瞬间和女性在太空中写下的辉煌。
——编者
1961年4月21日,人类首次进入太空——苏联航天员尤里·加加林乘坐东方一号飞船成功完成绕地飞行,开始人类进入太空的序幕。迄今,人类载人航天的历史已走过51年。
其间,人类登上了月球,建造了巨大的载人空间站,航天员甚至可以将出现故障的卫星带回地球或在轨道上维修,可以说取得了辉煌的成就。我国的神舟飞船、天宫实验室,也在太空翱翔,未来还将建造永久性空间站。这其中的发展历程,既有成功的喜悦,也有失败的痛苦,值得我们去回顾每一个难忘的瞬间
1961年4月21日,苏联人把加加林送入太空;
当年5月,美国人也把自己的宇航员送上太空;
激烈的太空竞赛,以美国人成功登月结束了第一阶段
载人航天的发展历程,可以说与第二次世界大战,以及战后美苏之间的冷战密不可分。第二次世界大战中,在德国失去空中优势,以冯·布劳恩为首的日耳曼科学家团队开发了著名的V—2火箭,它可以携带一吨炸药,以超过音速5倍的速度攻击伦敦,给英国造成了巨大的破坏。但正是V—2火箭,奠定了现代液体燃料火箭技术的基本架构,为发展洲际弹道导弹和运载火箭创造了基本条件。战后,美国和苏联分别继承了德国火箭技术的研究成果和研究人员,发展自己的火箭技术。
与战后初期大力发展轰炸机技术的美国不同,苏联从一开始就重点发展弹道导弹技术,并从仿制V—2火箭开始,逐步研发多级火箭技术,成功研制了世界上第一种洲际弹道导弹。并在此基础上,于1957年10月4日发射成功人类第一颗人造地球卫星——斯普特尼克一号。苏联在第一颗卫星发射之后一个月,就把小狗送上太空,验证生物进行太空旅行的可行性,并取得了成功。之后,仅用了不到4年时间,就成功实现了东方一号飞船的载人飞行。之后,又利用同一系列运载火箭不断改进,先后研制了上升号飞船和联盟号飞船,取得了人类第一次太空行走、第一次三人飞行等骄人的成绩。
在美国看到苏联领先一步取得的辉煌成果时,火箭技术已经落后苏联一大截。1958年,美国发射的第一颗卫星探险家1号,重量只有14公斤。为了尽快实现载人航天飞行,美国用运载能力较小的红石火箭发射自己开发的水星号飞船,于1961年5月将艾伦·谢泼德送上太空,但无法绕地飞行,只能像弹道导弹一样上升之后马上落回来,返回时还要承受超过身体10倍重量的巨大加速度。而第二次飞行中,航天员格里索姆差点在溅落后的回收过程中淹死。直到1962年2月,通过改用推力更大的宇宙神火箭,美国才由航天员约翰·格伦乘坐水星6号飞船实现了首次绕地飞行。
虽然美国在载人航天发展的第一步处于落后地位,但前苏联发射第一颗卫星和第一艘载人飞船的荣誉极大地激发了美国的民族自尊心,在肯尼迪总统做出载人登月的决策后,美国倾举国之力,制订周密而大胆的发展计划,通过双子星飞船的飞行,掌握了登月所必须的舱外活动和交会对接技术。通过研制巨大的土星五号火箭,解决了登月的运载能力问题。并最终由阿姆斯特朗和奥尔德林乘坐阿波罗11号飞船,在1969年7月20日登上月球,取得了登月竞赛的胜利。
第一代空间站,只有一个对接口;
第二代空间站,具有两个对接口,可同时与载人和货运飞船对接;
第三代空间站,由5个科学试验舱与核心舱组成,重达100多吨,被称为“人造天宫”
20世纪70年代中期,随着美苏登月竞赛结束,两国的载人航天技术开始向不同方向发展。美国选择了可重复使用的航天飞机作为发展重点,而苏联利用登月竞赛中研发的联盟号飞船和交会对接技术,开始发展长期在轨飞行的载人空间站。
交会对接是空间站技术发展的前提。航天员必须通过载人飞船与空间站的交会对接,才能进入空间站生活和工作。美国和苏联在该技术上也采取了不同的途径。美国从一开始就选择了有人参与的手动对接技术。并在1966年3月,由阿姆斯特朗和斯科特乘坐的双子星8号飞船,与阿金纳火箭级实现了对接。但这一任务完成得并不完美,对接后飞船出现严重故障,只好立即分离并返回地面。
苏联的第一次对接也不顺利,宇宙186号和宇宙188号无人飞船在1967年9月30日实现了人类历史上第一次太空自动对接,但对接机构的驱动机构没有拉紧到底,使得两艘飞船的电连接器没有接上。1969年1月,苏联的联盟4号和联盟5号飞船实现其第一次有人对接。但这一阶段对接机构并没有供人员转移的内部通道,两名航天员通过舱外活动从一艘飞船转移到另一艘飞船。
1971年4月19日,人类历史上第一个空间站——苏联的礼炮一号发射入轨,4天后,联盟10号飞船入轨并尝试与之对接,遗憾的是,由于飞船在对接最后阶段出现强烈振动,损坏了对接机构。导致人类历史上第一次从飞船进入空间站的尝试付诸东流。同年6月6日,联盟11号飞船发射入轨,之后成功地与礼炮一号空间站对接,进入空间站开展了一系列科学试验。
此后,苏联还发射了礼炮二号到礼炮五号空间站。除礼炮二号因故障失败外,在礼炮三号、四号和五号空间站上开展了大量的科学试验。这些早期的礼炮空间站属于第一代空间站,其特点是:重量20吨左右,只有一个对接口,因此每次只能与载人飞船对接,无法进行货物补给,人员在太空驻留的时间有限。
美国的第一个空间站——天空实验室是用土星五号火箭的第三级改装而成的。在利用两级的土星五号火箭发射过程中,出现了严重的故障,一块太阳能帆板被破损的微流星防护屏撞坏。后来经过阿波罗飞船的在轨抢修才得以正常工作。虽然天空实验室重达80吨,其内部容积到了后来的“和平号”空间站建设后期才被超越,但只能算是第一代空间站。由于只有一个对接口,无法进行货运补给,不能支持长期载人飞行任务。属于美国利用阿波罗计划剩余资源的一次科学尝试。
1977年9月29日,苏联的礼炮六号空间站发射入轨,它与礼炮七号属于人类历史上的第二代空间站。拥有两个对接口,可在与载人飞船对接的同时,与进步号货运飞船对接。由于航天员每人每天都需要数公斤的氧气、水、食物和其它消耗品,因此货运飞船的出现使得长期在轨飞行成为可能。礼炮六号和七号空间站也不断打破航天员飞行时间纪录,其间,礼炮七号还与宇宙1686号形成组合体,完成了一系列的科学试验。
人类历史上的第三代空间站——苏联与俄罗斯的和平号空间站,其核心舱于1986年2月19日发射入轨,它采用了模块化的设计思想,除核心舱外的5个科学试验舱从1987年到1996年依次发射入轨,最终与核心舱组成了一个重达100多吨的轨道复合体。和平号空间站被誉为“人造天宫”,不但创造了连续在轨437天的长期载人飞行纪录,而且完成了无数次的科学试验,成为人类空间活动历史中的一座丰碑。2001年3月23日,完成历史使命的和平号空间站坠落在南太平洋。
第四代空间站,拥有几十个舱段和大型构件,重量超过400吨,桁架宽度达108.5米,建造过程中共进行了超过50次发射才组装完成,是国际合作的成果
20世纪90年代以来,随着冷战的结束,投入巨大的载人航天越来越以国际合作为主要发展趋势。
拥有丰富的长期载人航天经验和空间站建设、运营经验的俄罗斯,与科技实力强大的美国携起手来,推出了“和平号航天飞机”计划,由美国的航天飞机11次造访和平号,为后续合作奠定了坚实的基础。此后,两国又联合欧洲、日本、加拿大等诸多国家,联合建设了人类历史上第四代空间站——国际空间站。成为人类历史上最大的科学技术国际合作项目。
国际空间站是人类历史上的第四代空间站,采用桁架挂舱结构,拥有几十个加压舱段和大型构件,其重量超过400吨,桁架宽度达108.5米,建造过程中共进行了超过50次发射才组装完成。国际空间站具有良好的可扩展性,将来仍可根据需要发射试验舱段与之对接。它可以完成种类繁多、范围广泛的科学试验和工程技术试验,其中,有中国做出重要贡献的“阿尔法磁谱仪”,是国际空间站上最大的科学仪器,有望在暗物质和反物质探测中,获得重要的研究成果,为人类对宇宙的探索做出贡献。
可以说,国际空间站无愧为人类科技探索的“巅峰之作”。
我国未来的空间站,将由一个核心舱和两个试验舱组成,规模适中,但技术先进
我国作为发展中国家,在载人航天领域稳步前进,已经取得了辉煌的成就。在神舟九号飞行任务中,将在去年天宫一号与神舟八号交会对接成功的基础上,进一步掌握有人的自动和手动交会对接技术,在未来空间站建设征途上迈进一大步。我们采用的对接机构、交会对接雷达微波雷达,以及太阳能电池等技术,达到了世界先进水平。后续的天宫二号和货运飞船等飞行任务,将进一步完善相关的技术体系。我们未来的空间站,将是一个采用模块化设计、由一个核心舱和两个试验舱组成、超过60吨的大型轨道复合体。它的规模适中,符合国情,采用了很多比和平号乃至国际空间站更为先进的技术,将能够更高效地开展科学试验研究和国际空间技术合作。
可以预见,除了在近地轨道的国际空间站和我国未来的空间站外,在不久的将来,随着人类进入太空能力的增强和技术的发展,必然会出现可长期驻留月球的有人科学考察站。在更远的将来,人类实现载人登陆火星后,也有望在火星或太阳系中更远的天体建立科学考察站,将人类的活动范围从近地空间拓展到整个太阳系范围,使整个太阳系真正变成人类的家园。