空間探索：從載人飛天到外星探測(cè)

王煜

中國(guó)深空探測(cè)完成了一個(gè)個(gè)“小目標(biāo)”，而它們將合力助推民族飛天夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)。

近五年來，中國(guó)的航天事業(yè)有了種種突破：第一個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室建立，宇航員在軌停留時(shí)間創(chuàng)下新紀(jì)錄；運(yùn)載火箭成功升級(jí)換代，擎起邁向航天強(qiáng)國(guó)的中國(guó)力量；嫦娥五號(hào)蓄勢(shì)待發(fā)，火星探測(cè)正式立項(xiàng)……中國(guó)深空探測(cè)完成了一個(gè)個(gè)“小目標(biāo)”，而它們將合力助推民族飛天夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)。

創(chuàng)造紀(jì)錄的“天宮”

2016年9月15日，“天宮二號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。相對(duì)于“天宮一號(hào)”的“目標(biāo)飛行器”定位，天宮二號(hào)是我國(guó)第一個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室。

中國(guó)載人航天工程辦公室副主任武平介紹，發(fā)射天宮二號(hào)的主要目的是接受神舟十一號(hào)載人飛船的訪問，完成航天員中期駐留，考核面向長(zhǎng)期飛行的乘員生活、健康和工作保障等相關(guān)技術(shù)；接受天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船的訪問，考核驗(yàn)證推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)；開展航天醫(yī)學(xué)、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間應(yīng)用技術(shù)，以及在軌維修和空間站技術(shù)驗(yàn)證等試驗(yàn)。

武平說：天宮一號(hào)的主要目標(biāo)是驗(yàn)證交會(huì)對(duì)接技術(shù)，而天宮二號(hào)則將開展較大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間應(yīng)用試驗(yàn)以及航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，安排了一批體現(xiàn)科學(xué)前沿和戰(zhàn)略高技術(shù)發(fā)展方向的科學(xué)與應(yīng)用任務(wù)。

2016年10月17日搭載著航天員景海鵬、陳冬的神舟十一號(hào)載人飛船發(fā)射，隨后成功與天宮二號(hào)對(duì)接。天宮二號(hào)成為中國(guó)有史以來最忙碌的空間實(shí)驗(yàn)室，也成為中國(guó)駐留航天員時(shí)間最長(zhǎng)的飛行器。各類計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及微重力基礎(chǔ)物理、空間材料科學(xué)、空間生命科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，其中兩項(xiàng)有駐留30天的航天員直接參與操作，一項(xiàng)為國(guó)際合作。這些項(xiàng)目中，大多是當(dāng)前世界最前沿的探索領(lǐng)域。

比如，天宮二號(hào)搭載全球第一臺(tái)冷原子鐘進(jìn)入太空，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。利用太空微重力條件，這臺(tái)冷原子鐘的穩(wěn)定度將高達(dá)10的負(fù)16次方，可以將航天器自主守時(shí)精度提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，能大幅提高如北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。再比如另外2個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目：試驗(yàn)從太空分發(fā)量子密鑰、伽瑪暴偏振探測(cè)等，都具有國(guó)際領(lǐng)先水平和重要意義。

兩名航天員返回之后，天宮二號(hào)的另一項(xiàng)任務(wù)是驗(yàn)證與貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)的交會(huì)對(duì)接以及推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加等技術(shù)。

2017年4月22日，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室順利完成自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。隨后，天舟一號(hào)與天宮二號(hào)進(jìn)入組合體飛行階段，按計(jì)劃開展了推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加，以及空間應(yīng)用和航天技術(shù)等領(lǐng)域的多項(xiàng)實(shí)（試）驗(yàn)。之后，“天舟”與“天宮”分離，又開展了第二次交會(huì)對(duì)接。

天宮二號(hào)和神舟十一號(hào)載人飛行任務(wù)，首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)航天員中期在軌駐留，開展一批體現(xiàn)國(guó)際科學(xué)前沿和高新技術(shù)發(fā)展方向的空間科學(xué)與應(yīng)用任務(wù)，標(biāo)志著我國(guó)載人航天工程取得了新的重大進(jìn)展。

在此基礎(chǔ)上，2020年，中國(guó)的“天宮”空間站將初步建成，包括“天和”核心艙、“問天”和“夢(mèng)天”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，以及“巡天”共軌飛行望遠(yuǎn)鏡。這也是中國(guó)的載人航天“三步走”計(jì)劃的最終目的。

這些艙段，每個(gè)都是大約20多噸重。最終組合而成的空間站，雖然比不上國(guó)際空間站300多噸的大體量，但也能夠支持宇航員的長(zhǎng)期駐留。這不僅能為我國(guó)的空間科學(xué)提供更多、更翔實(shí)、更寶貴的資料，同時(shí)也能為今后更進(jìn)一步的載人航天任務(wù)，例如在太空中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期駐留甚至建設(shè)月球基地，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

大力士“胖五”

我國(guó)的上述空間站計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)，與新型大推力運(yùn)載火箭的研發(fā)計(jì)劃是相輔相成，息息相關(guān)的?；鸺\(yùn)力的不足，將使得我國(guó)的探測(cè)器無法到達(dá)月球之外的其余星體，空間站的建設(shè)也無從說起。

這個(gè)問題已經(jīng)開始解決。 2016年11月3日，我國(guó)最大推力新一代運(yùn)載火箭長(zhǎng)征五號(hào)首次發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

此次發(fā)射成功，標(biāo)志著我國(guó)運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代，運(yùn)載能力進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列，是中國(guó)由航天大國(guó)邁向航天強(qiáng)國(guó)的重要標(biāo)志。

據(jù)國(guó)家國(guó)防科工局、國(guó)家航天局介紹，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)了我國(guó)液體運(yùn)載火箭直徑由3.35米至5米的跨越，采用5米直徑芯級(jí)，捆綁4枚3.35米直徑助推器，全長(zhǎng)約57米，起飛重量約870噸；具備近地軌道25噸級(jí)、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸級(jí)的運(yùn)載能力，比現(xiàn)役火箭地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力提升了2.5倍以上。由于它相對(duì)于以前其他長(zhǎng)征火箭，顯得“膀大腰圓”又“力大無比”，所以得到了“胖五”的昵稱。

作為新一代運(yùn)載火箭的扛鼎之作，長(zhǎng)征五號(hào)使用了最新研制的兩款火箭發(fā)動(dòng)機(jī)——推力120噸的YF-100以及推力70噸（真空）的YF-77。芯一級(jí)直徑達(dá)到了5米，采用雙聯(lián)裝YF-77發(fā)動(dòng)機(jī)，助推級(jí)有四個(gè)，每個(gè)直徑3.35米，采取雙聯(lián)裝YF-100發(fā)動(dòng)機(jī)，因此整個(gè)火箭的一級(jí)相當(dāng)于有足足10臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，起飛推力超過了1000噸。在如此強(qiáng)大的推力的作用下，長(zhǎng)征五號(hào)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)載能力質(zhì)的飛躍。

值得注意的是，此次發(fā)射也是新一代氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)YF-77的第一次實(shí)戰(zhàn)。這個(gè)2001年立項(xiàng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，在走過了15年的風(fēng)雨之后，終于可以施展才能了。在研制的過程中，技術(shù)團(tuán)隊(duì)遇到了國(guó)內(nèi)外罕見的技術(shù)瓶頸，直接導(dǎo)致了一段時(shí)間的研發(fā)停頓。但最終，這個(gè)困難還是被克服了，并將其踩在了腳下。更重要的是，這個(gè)過程為后續(xù)更大推力的發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)，提供了相當(dāng)多頗具價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。

此次長(zhǎng)征五號(hào)通過了首發(fā)考驗(yàn)，也標(biāo)志著海南文昌衛(wèi)星發(fā)射中心已經(jīng)正式進(jìn)入常規(guī)發(fā)射序列，做好準(zhǔn)備迎接未來發(fā)射任務(wù)的準(zhǔn)備。

長(zhǎng)征五號(hào)是實(shí)現(xiàn)未來探月工程三期、載人空間站、首次火星探測(cè)任務(wù)等國(guó)家重大科技專項(xiàng)和重大工程的重要基礎(chǔ)和前提保障。按計(jì)劃，2017年嫦娥五號(hào)落月采樣返回、2018年發(fā)射空間站核心艙、2020年發(fā)射火星探測(cè)器等任務(wù)都將依靠長(zhǎng)征五號(hào)來實(shí)現(xiàn)。endprint

在發(fā)射上面這些特殊載荷的同時(shí)，長(zhǎng)征五號(hào)也可以肩負(fù)起發(fā)射普通衛(wèi)星的任務(wù)，特別是發(fā)射“東方紅五號(hào)”衛(wèi)星平臺(tái)。

作為即將上線的新一代運(yùn)行于地球同步軌道的超大型衛(wèi)星平臺(tái)，“東方紅五號(hào)”的發(fā)射質(zhì)量將達(dá)到8噸，能攜帶1.2噸到2.2噸的有效載荷，這就意味著它將能攜帶更多的發(fā)射器，其工作效率也將大大增長(zhǎng)。長(zhǎng)征五號(hào)可以將“東方紅五號(hào)”衛(wèi)星平臺(tái)直接送上地球同步軌道，大大延長(zhǎng)衛(wèi)星使用壽命。而且更重要的是，在將來，長(zhǎng)征五號(hào)可以實(shí)現(xiàn)“一箭雙星”的發(fā)射，這對(duì)于我國(guó)未來的商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展也有重要的促進(jìn)作用。

深入月球與走向火星

長(zhǎng)征五號(hào)的實(shí)驗(yàn)如果順利，就能保障接下來載人登月計(jì)劃“嫦娥工程”和火星探測(cè)計(jì)劃。

2004年，中國(guó)正式開展月球探測(cè)工程，并命名為“嫦娥工程”。嫦娥工程分為“無人月球探測(cè)”“載人登月”和“建立月球基地”三個(gè)階段。2007年10月24日，“嫦娥一號(hào)”成功發(fā)射升空，在圓滿完成各項(xiàng)使命后，于2009年按預(yù)定計(jì)劃受控撞月。2010年10月1日“嫦娥二號(hào)”順利發(fā)射，也已圓滿并超額完成各項(xiàng)既定任務(wù)。2012年9月19日，嫦娥三號(hào)衛(wèi)星和玉兔號(hào)月球車的月面勘測(cè)任務(wù)完成。嫦娥四號(hào)是嫦娥三號(hào)的備份星。

根據(jù)中國(guó)探月工程“繞”“落”“回”三步走戰(zhàn)略，無人月球探測(cè)的三期工程主要實(shí)現(xiàn)采樣返回，其主要任務(wù)由嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器承擔(dān)，計(jì)劃于2017年完成。嫦娥五號(hào)主要科學(xué)目標(biāo)包括對(duì)著陸區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析，以及月球樣品返回地球以后的分析與研究。

嫦娥五號(hào)的第一個(gè)科學(xué)目標(biāo)是開展著陸點(diǎn)區(qū)的形貌探測(cè)和地質(zhì)背景勘察， 獲取與月球樣品相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)分析數(shù)據(jù)，建立現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。

第二個(gè)科學(xué)目標(biāo)是對(duì)返回地面的月球樣品進(jìn)行系統(tǒng)、長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)室研究，分析月壤與月巖的物理特性與結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物與化學(xué)組成、微量元素與同位素組成、月球巖石形成與演化過程的同位素年齡測(cè)定、宇宙輻射與太陽風(fēng)離子與月球的相互作用、太空風(fēng)化過程與環(huán)境演化過程等，深化月球成因和演化歷史的研究。

為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)，嫦娥五號(hào)將搭載多種有效載荷，主要包括降落相機(jī)、光學(xué)相機(jī)、月球礦物光譜分析儀、月壤氣體分析儀、月球地?zé)豳Y源探測(cè)器、月壤結(jié)構(gòu)探測(cè)儀、采樣剖面測(cè)溫儀、巖芯鉆探機(jī)和機(jī)械取樣器等。

在此以后，中國(guó)將進(jìn)入載人登月階段。根據(jù)中國(guó)科學(xué)家的設(shè)計(jì)，我國(guó)計(jì)劃采用的方式是先用運(yùn)載火箭將飛船送上地球軌道，隨后飛船自行移動(dòng)至月球軌道，釋放出登陸艙，降落在月球表面，宇航員登陸月球。活動(dòng)完成后，宇航員返回登陸艙，飛離月球，與在月球軌道上等待的飛船重新對(duì)接，至此登月過程結(jié)束。

除了月球之外，中國(guó)航天人的目光落向了火星。2016年1月11日，中國(guó)的首次火星探測(cè)任務(wù)得到正式批復(fù)?；鹦翘綔y(cè)項(xiàng)目是繼載人航天工程、探月工程之后中國(guó)又一個(gè)重大空間探索項(xiàng)目，也是我國(guó)首次開展的地外行星空間環(huán)境探測(cè)活動(dòng)。

火星探測(cè)在公眾傳播上有了新思路。中國(guó)探月與航天工程中心于2016年10月宣布將邀請(qǐng)郎平、劉慈欣、譚盾、TFBOYS、姚明等11位社會(huì)文化藝術(shù)名人為中國(guó)火星探測(cè)工程宣傳推廣工作代言。這是中國(guó)重大科技工程首次啟用形象大使。

據(jù)了解，11位“火星大使”將義務(wù)宣傳中國(guó)火星探測(cè)工程，通過積極發(fā)揮形象大使的強(qiáng)大影響力，增進(jìn)廣大群眾對(duì)中國(guó)實(shí)施火星探測(cè)工程重大意義的深刻理解，鼓勵(lì)青少年對(duì)科學(xué)知識(shí)的強(qiáng)烈追求，為工程征集、設(shè)計(jì)更加富有時(shí)代性、民族性、群眾性的名稱和圖形標(biāo)識(shí)，更好地展示中國(guó)火星探測(cè)工程的國(guó)家形象。

中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)計(jì)劃于2020年在海南文昌發(fā)射場(chǎng)，由長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭將火星探測(cè)器直接送入地火轉(zhuǎn)移軌道。

從2017年到2022年，我們將見證中國(guó)航天經(jīng)過了十多年厚積而終于薄發(fā)的碩果。各種以新一代運(yùn)載火箭為載體的新裝備、新產(chǎn)品也將不斷涌現(xiàn)，幫助我們實(shí)現(xiàn)從“航天大國(guó)”到“航天強(qiáng)國(guó)”的轉(zhuǎn)變。

2016年4月24日，在我國(guó)迎來首個(gè)“中國(guó)航天日”之際，習(xí)近平總書記作出重要指示：“經(jīng)過幾代航天人的持續(xù)奮斗，我國(guó)航天事業(yè)創(chuàng)造了以‘兩彈一星、載人航天、月球探測(cè)為代表的輝煌成就，走出了一條自力更生、自主創(chuàng)新的發(fā)展道路，積淀了深厚博大的航天精神?！?/p>

我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，既離不開航天戰(zhàn)線工作人員矢志不渝的奮斗與拼搏，更離不開黨和政府一以貫之的政策引導(dǎo)與扶持?！笆濉币?guī)劃綱要中將“實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略”列入第二篇，并特別提及要加快突破航空航天領(lǐng)域核心技術(shù)。

如今航天成果已被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展各個(gè)領(lǐng)域，進(jìn)入尋常百姓家。發(fā)展航天技術(shù)，不僅是民族智慧、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)，也促進(jìn)了我國(guó)生產(chǎn)力的發(fā)展，提高了我國(guó)國(guó)際威望，提升了全國(guó)人民的民族自豪感和自信心。飛天夢(mèng)，也是強(qiáng)國(guó)夢(mèng)。endprint