中國載人航天中的“上海隊(duì)”

游本鳳

中國載人航天起步于上世紀(jì)90年代初。1992年9月21日，中央專委會(huì)討論通過了我國的載人航天工程計(jì)劃，并正式立項(xiàng)實(shí)施，因此，中國載人航天工程一開始就以“921”這一特殊的時(shí)間印記作為代號(hào)。當(dāng)然，最初幾年這一工程十分神秘，令外界猜測紛紜。直到1999年11月20日，神舟一號(hào)無人試驗(yàn)飛船發(fā)射成功，中國才對(duì)外公開了宣布了這一“驚天之舉”。

“921”工程制定了“三步走”計(jì)劃。第一步：在發(fā)射數(shù)艘無人飛船的基礎(chǔ)上，最終實(shí)現(xiàn)載人飛船的天地往返飛行;第二步：突破載人出艙技術(shù)和載人飛船與空間飛行器的交會(huì)對(duì)接技術(shù)，并發(fā)射一個(gè)8噸級(jí)的小型空間實(shí)驗(yàn)室，解決短期有人照料的空間站應(yīng)用問題;第三步：建造一個(gè)20噸級(jí)以上的較大規(guī)模的、長期有人照料的空間站。

中國航天依靠本土科研力量建成了自己的技術(shù)體系。

可以說，這些年來，中國的載人航天工程步子邁得非常穩(wěn)健，一步一個(gè)腳印，一次實(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)，整個(gè)過程幾乎沒有反復(fù)，所有重大的關(guān)鍵技術(shù)都得到了攻克。

這次發(fā)射的天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室，就是“第二步”中的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)。對(duì)于建設(shè)大型空間站來說，中國載人航天工程目前正在大力推進(jìn)。而海南島發(fā)射場的設(shè)立，可以說，就是為了建設(shè)空間站而專門建造的，新一代運(yùn)載火箭長征七號(hào)的首次發(fā)射成功，預(yù)示著明年發(fā)射貨運(yùn)飛船的運(yùn)載工具已經(jīng)具備。今年晚些時(shí)候?qū)?shí)現(xiàn)首飛的真正意義的大運(yùn)載長征五號(hào)的發(fā)射，未來將是我國建立大型空間站的主要運(yùn)載工具。

因此，中國載人航天的精彩大戲值得期待。

保八爭九，上海航天佳話

中國的載人航天工程能有今天的輝煌，每一次的成功都來之不易，成功的背后凝聚著許多航天人的神圣使命感和高度責(zé)任感。

“保八爭九”，是20多年前載人航天工程指揮部對(duì)神舟一號(hào)飛船發(fā)射時(shí)間節(jié)點(diǎn)提出的嚴(yán)格要求，即力保在1998年間發(fā)射，爭取在1999年間發(fā)射。也就是說，神舟一號(hào)的最后發(fā)射時(shí)間不能拖過1999年。因?yàn)?999年是建國50周年的大慶之年，要以神舟一號(hào)的成功向50歲的國慶獻(xiàn)上一份厚禮。

1997年，當(dāng)時(shí)主管載人航天工程的國防科工委副主任沈榮駿中將到上海航天局檢查飛船工作，他此行一項(xiàng)重要使命，就是要求上海航天局對(duì)“保八爭九”作出承諾。沈榮駿深深知道，“保八爭九”的目標(biāo)是否能實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵就在上海航天承擔(dān)的電源分系統(tǒng)、推進(jìn)分系統(tǒng)和圖像話音分系統(tǒng)。

后墻不能倒。載人航天這一非常吃重的任務(wù)壓在了上海航天人身上。上海航天雖然搞過火箭和衛(wèi)星等航天產(chǎn)品，但飛船畢竟是第一次，其中的新技術(shù)、新材料、新難題比比皆是，有些關(guān)鍵技術(shù)涉及到整個(gè)載人航天工程的成敗。

如飛船上的電源分系統(tǒng)，因貫穿于推進(jìn)艙、返回艙和軌道艙三個(gè)艙段中，是一個(gè)大的電源系統(tǒng)，并網(wǎng)技術(shù)難度相當(dāng)大。國內(nèi)過去搞的衛(wèi)星都是單體，電源系統(tǒng)也只是在一個(gè)單體內(nèi)循環(huán)。飛船三艙并網(wǎng)的大電源系統(tǒng)在國內(nèi)還是第一次;飛船上的推進(jìn)分系統(tǒng)有不少發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是雙阻元燃料，而控制雙阻元燃料流量的金屬膜片貯箱這一關(guān)鍵件又成了飛船上的一道“瓶頸”;還有數(shù)字壓縮圖像和話音技術(shù)，即天地往返通信分系統(tǒng)，也是關(guān)系到航天員在太空與地面通信及地面指揮監(jiān)控航天員的十分重要的系統(tǒng)。這些都是我國載人航天工程中最復(fù)雜、技術(shù)難度最大的產(chǎn)品。這些系統(tǒng)都必須設(shè)計(jì)和制造一次成功。

電源分系統(tǒng)的難度主要在于：太陽帆板面積很大，是當(dāng)時(shí)國內(nèi)太空飛行器中展開面積最大的。而太空中的陰影區(qū)最低溫度將近攝氏零下100度左右。如此低的溫度，太陽帆板是否能準(zhǔn)時(shí)打開鎖定？如果這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)有閃失的話，那么，整個(gè)飛船發(fā)射將前功盡棄。還有飛船上的推進(jìn)分系統(tǒng)，也是一個(gè)性命攸關(guān)的系統(tǒng)。飛船發(fā)射升空后，飛船是否能穩(wěn)定飛行，準(zhǔn)確變軌，以及飛船返回時(shí)是否能按照地面的指令實(shí)施制動(dòng)和返回，都由推進(jìn)分系統(tǒng)決定。

“辦法總比困難多”，這是上海航天局原副局長、神舟飛船領(lǐng)軍人施金苗的一句口頭禪。令箭在身，施金苗深感壓力巨大。那段日子里他三天兩頭深入到科研第一線，與專家一起商量方案，探討進(jìn)度，尋求捷徑。推進(jìn)分系統(tǒng)最困難的是，所有產(chǎn)品都必須是百分之百貨真價(jià)實(shí)的正樣產(chǎn)品，一點(diǎn)也不能有問題。雖然經(jīng)過了方案階段和初樣階段的試驗(yàn)，但很不充分，心里沒底。施金苗與廠所領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過充分研究，反復(fù)商討，認(rèn)為提前完成可行。

801所承擔(dān)著飛船上大大小小52臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)及管路系統(tǒng)、氣瓶、儲(chǔ)箱、特種燃料加注等推進(jìn)分系統(tǒng)任務(wù)，該所在老專家臧家亮的帶領(lǐng)下，日夜奮戰(zhàn)，經(jīng)過充分的試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期目的。805所電源分系統(tǒng)在主任設(shè)計(jì)師方國隆的主持下，終于攻克了太陽帆板在陰影低溫區(qū)展開鎖定的技術(shù)難關(guān)。這樣，兩家單位終于向施金苗作出了各自系統(tǒng)不誤事和不誤點(diǎn)的承諾。

1999年11月20日，神舟一號(hào)無人飛船發(fā)射成功。神舟一號(hào)當(dāng)時(shí)是在電性船基礎(chǔ)上改進(jìn)后發(fā)射的，這也不失為載人航天工程的一大創(chuàng)舉。“保八爭九” 的莊重承諾，成為載人航天工程中的一段佳話，并被記錄在載人航天工程光榮史冊上。

太空之“吻”，逐一攻克難題

當(dāng)今世界，掌握空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)的只有俄羅斯和美國兩個(gè)國家。而能夠獨(dú)立研制對(duì)接機(jī)構(gòu)的只有俄羅斯，美國航天飛機(jī)上用于與空間站交會(huì)對(duì)接的對(duì)接機(jī)構(gòu)，也都是向俄羅斯采購的?？梢哉f，俄羅斯壟斷了這一核心部件的資源。

早在我國上載人航天工程起步階段，載人航天工程決策層就已經(jīng)將交會(huì)對(duì)接提到了議事日程，并就這一關(guān)鍵技術(shù)到底是走引進(jìn)成熟技術(shù)、購買現(xiàn)成產(chǎn)品的道路，還是主要依靠自己的技術(shù)力量、走獨(dú)立自主研制的道路進(jìn)行充分調(diào)研。當(dāng)時(shí)通過摸底和尋價(jià)，得知俄羅斯方面的開價(jià)實(shí)在太高，而且還要搭售許多無關(guān)緊要的東西。

走第一條道路行不通。中國航天發(fā)展的歷史證明，唯有走自力更生、自主創(chuàng)新之路，才是正道。

載人航天工程決策層傳遞的這一信息及時(shí)被上海航天捕捉。于是，上海航天人依靠很少的啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)，以總體設(shè)計(jì)單位805所和產(chǎn)品總裝單位149廠的研制團(tuán)隊(duì)為主體，開始了歷時(shí)16年的艱難攻關(guān)歷程。

載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張崇峰博士是對(duì)接機(jī)構(gòu)研制的開創(chuàng)者之一，之前他是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的博士生導(dǎo)師。項(xiàng)目剛起步時(shí)研制團(tuán)隊(duì)只有區(qū)區(qū)7人，被稱為對(duì)接機(jī)構(gòu)“七君子”。

他們中間誰也沒有見到過對(duì)接機(jī)構(gòu)，一切都是模糊的概念和紙面文章。當(dāng)年張崇峰等航天專家在參觀和考察俄羅斯“能源”火箭公司對(duì)接機(jī)構(gòu)研制車間時(shí)，對(duì)方車間主任不停地暗示張崇峰：對(duì)接機(jī)構(gòu)研制難度很大，你們中國人肯定搞不出來，而且自己搞不劃算。對(duì)方的漫天要價(jià)，以及對(duì)核心技術(shù)的遮遮掩掩，閃爍其詞，更加堅(jiān)定了他們自主研制對(duì)接機(jī)構(gòu)的決心。

如今在張崇峰的研究室里，仍堆放著十大箱他們翻譯或收集的各國對(duì)接機(jī)構(gòu)資料，這些資料見證了起步時(shí)的艱辛。最終上海航天的方案在PK中擊敗了競爭對(duì)手，贏得了對(duì)接機(jī)構(gòu)研制項(xiàng)目權(quán)。

火箭轉(zhuǎn)場運(yùn)輸。

所謂空間交會(huì)對(duì)接，是指兩個(gè)航天器在空間微重力環(huán)境下進(jìn)行的軌道交會(huì)，而完成對(duì)接任務(wù)主要依靠執(zhí)行結(jié)構(gòu)，即對(duì)接機(jī)構(gòu)。

我國先前實(shí)施的對(duì)接機(jī)構(gòu)主要分為兩部分，被動(dòng)部分安裝在天宮一號(hào)上，主動(dòng)部分安裝在神舟八號(hào)飛船上，天宮一號(hào)作為目標(biāo)器，而神舟八號(hào)則以尾追方式與目標(biāo)器進(jìn)行交會(huì)對(duì)接。

交會(huì)控制和對(duì)接過程很繁瑣，包括緩沖、捕獲、校正、碰撞、連接、鎖緊等一系列復(fù)雜程序。緩沖的目的是為捕獲目標(biāo)做好充分準(zhǔn)備，同時(shí)消耗一部分兩個(gè)航天器接觸撞擊后產(chǎn)生的能量，保證其撞得上，但又不能撞壞，以形成柔性連接。捕獲成功是完成對(duì)接的前提，校正的目的是使兩個(gè)航天器的姿態(tài)符合對(duì)接要求。兩個(gè)航天器對(duì)接成功后，還要確保對(duì)接面的拉緊與密封，并保持剛性連接。對(duì)接成功后則在兩個(gè)航天器之間形成與真空環(huán)境完全隔離的通道，以確保航天員的生命安全。對(duì)接成功后還要實(shí)施電、氣等連接，以保證空間站和飛船內(nèi)各項(xiàng)設(shè)施的正常運(yùn)行。另外，對(duì)接后的兩個(gè)航天器還須根據(jù)飛行任務(wù)要求，一直保持良好的對(duì)接狀態(tài)，短則幾天，長則幾個(gè)月。待在軌任務(wù)結(jié)束后，再對(duì)兩個(gè)飛行器實(shí)施分離。

有人對(duì)此打了個(gè)十分形象的比方：兩個(gè)航天器的交會(huì)對(duì)接，就像我們在地面上一手拿針，一手拿線，一次就要將線頭穿進(jìn)針孔。

在對(duì)接機(jī)構(gòu)研制過程中，有好幾次技術(shù)攻關(guān)曾一度陷入困境。作為技術(shù)負(fù)責(zé)人，張崇峰和他的團(tuán)隊(duì)承受著巨大壓力。但張崇峰心里非常清楚，成功，有時(shí)候只緣于最后一小步的堅(jiān)持。2007年，對(duì)接機(jī)構(gòu)地面模擬試驗(yàn)時(shí)測得分離角速度太大，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。而分離角速度過大，嚴(yán)重的話將會(huì)導(dǎo)致對(duì)接時(shí)側(cè)翻。于是，研制團(tuán)隊(duì)對(duì)這一問題開始了“拉鋸式”攻關(guān)。在拉鋸的一年中，試驗(yàn)的結(jié)果一直令人失望。如果再找不到原因，將會(huì)影響進(jìn)度。而長時(shí)間的疲勞戰(zhàn)，令整個(gè)團(tuán)隊(duì)疲憊不堪。經(jīng)過170多次試驗(yàn)、分析和改進(jìn)，最終，在模擬太空環(huán)境最嚴(yán)苛的條件下，終于使分離角速度達(dá)到了“分秒不差”的理想狀態(tài)。

對(duì)接機(jī)構(gòu)的一個(gè)個(gè)“攔路虎”就是這樣被他們一一攻克的。如研制對(duì)接機(jī)構(gòu)首先要解決的問題是要在地面實(shí)驗(yàn)室里模擬一個(gè)較為龐大的微重力真空環(huán)境，以保證地面試驗(yàn)的充分。若地面試驗(yàn)不充分，太空對(duì)接無從談起。而進(jìn)行地面試驗(yàn)，必須有一套十分復(fù)雜的地面設(shè)備。從有關(guān)資料了解到，模擬微重力環(huán)境下的對(duì)接，俄羅斯采用的是“吊掛”方案，即用足夠長的繩子把兩個(gè)飛行器模型分別“吊掛”起來，然后拉開一段距離，利用鐘擺的原理使兩個(gè)飛行器對(duì)撞，以此模擬對(duì)接過程。我們的科技人員經(jīng)過研究分析，認(rèn)為這種試驗(yàn)方法比較“土”，穩(wěn)定性差，無法控制對(duì)接前的狀態(tài)，距離精準(zhǔn)性的技術(shù)要求差距也很大。

805所總工藝師王北江是技術(shù)創(chuàng)新的積極倡導(dǎo)者。他經(jīng)過潛心研究，提出了用噴氣懸浮平臺(tái)的方案建造對(duì)接緩沖試驗(yàn)臺(tái)。這是一個(gè)大膽的想法，不僅完全不同于俄羅斯的試驗(yàn)方法，而且是對(duì)他們試驗(yàn)方法的徹底顛覆，具有中國航天的創(chuàng)新特色。但在建臺(tái)過程中，卻碰到了一個(gè)意想不到的問題，即該方案需要兩塊巨大的石塊作為平臺(tái)。這不是兩塊普通的石頭，首先要求石頭必須是整塊的，中間不能有細(xì)微的裂縫;其次石頭本身對(duì)溫度的穩(wěn)定性要好;再次表面平整度要高，平面比鏡面還要光潔，整個(gè)平面的高低起伏不能超過千分之三毫米。為了尋找這兩塊特殊的大石頭，研制團(tuán)隊(duì)通過查閱大量資料，找有關(guān)方面打聽，最后得知，只有泰山上的花崗巖可滿足上述苛刻的要求。于是設(shè)計(jì)師親自奔赴泰山石礦區(qū)，在大山里仔細(xì)考察了一個(gè)多月，經(jīng)過認(rèn)真確認(rèn)和圈定范圍，在當(dāng)?shù)厥车膸椭?，最終成功開采了兩塊70多噸重的泰山石。然后經(jīng)過五個(gè)月的精雕細(xì)琢、精心打磨，終于制作成功兩塊精光呈亮的精細(xì)試驗(yàn)平臺(tái)。最后，再費(fèi)了九牛二虎之力，將這兩個(gè)龐然大物運(yùn)回上海。

如今，在對(duì)接緩沖試驗(yàn)平臺(tái)上，科技人員只須用手指輕輕一點(diǎn)，兩個(gè)8噸多重的“大家伙”就能自如地移動(dòng)，讓他們進(jìn)行各種環(huán)境條件下的對(duì)接試驗(yàn)。