載人航天60年：回顧與展望

李鑒

“地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠(yuǎn)生活其間，人類總是小心翼翼地向著大氣層邊緣探索，然后走向整個(gè)太陽系?！笔澜缬詈郊夹g(shù)先驅(qū)、俄國人康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基（1857—1935年）的這句名言，如同嘹亮的號角，響徹了100多年來的人類航天探索之路。

人類對自然環(huán)境空間的探索，經(jīng)歷了從陸地到海洋、從海洋到大氣層、從大氣層到宇宙空間的歷程。每一次拓展，都會帶來新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、催生革命性的新技術(shù)，極大地促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會文明的進(jìn)步?，F(xiàn)在我們所探索的外太空空間領(lǐng)域，就是人類歷史上探索的第四個(gè)領(lǐng)域，由此誕生的宇航科學(xué)，使人類對客觀世界的認(rèn)知達(dá)到前所未有的高度。

在當(dāng)前科學(xué)界最關(guān)心的宇宙起源、天體起源、生命起源這三個(gè)起源問題中，最本質(zhì)的是人與宇宙的關(guān)系問題。在浩瀚的宇宙中，地球是否是適于人類生存的唯一家園？人類在宇宙中是否孤獨(dú)？只有從太空探索中才能找到答案。人類進(jìn)入太空，可以進(jìn)一步認(rèn)識和探索宇宙奧秘，發(fā)現(xiàn)和利用太空資源，開展空間探測和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。與此同時(shí)，伴隨而生的以通信、導(dǎo)航、遙感為代表的空間應(yīng)用和相關(guān)產(chǎn)業(yè)，對世界政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、科學(xué)技術(shù)等方面都產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響。

美蘇爭霸逐太空—人類航天簡史

自從1957年10月4日世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功以來，全世界已研制出了100多種運(yùn)載火箭，建設(shè)了30多個(gè)航天發(fā)射場，形成了完善的地面測控網(wǎng)。世界各國和地區(qū)先后發(fā)射了7000多個(gè)航天器，幾十個(gè)衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)投入運(yùn)行。發(fā)展航天技術(shù)、制定航天計(jì)劃、開展航天活動、利用航天成果，已經(jīng)引起各個(gè)國家的高度關(guān)注。

1961年4月12日，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一艘載人飛船—東方1號，尤里·加加林首次進(jìn)入太空，繞地球飛行106分鐘，開創(chuàng)了載人航天的新紀(jì)元。美國奮起直追，不到1個(gè)月后，發(fā)射水星飛船進(jìn)入亞軌道，成為第二個(gè)擁有載人航天能力的國家。此后，兩國你追我趕，把載人航天活動推向了高潮。20世紀(jì)60年代末期的美國，幾乎每兩個(gè)月就進(jìn)行一次載人航天試驗(yàn)，如此密集的發(fā)射紀(jì)錄，直到今天也沒有被打破。尤其是阿波羅計(jì)劃實(shí)現(xiàn)了載人繞月和登月，至今仍然是人類航天史上的最高峰。

1969年7月，土星五號火箭帶著阿波羅11號飛船奔赴月球，阿姆斯特朗和奧爾德林先后踏足月球，這是人類第一次踏上地球之外的另一個(gè)星球。接下來的3年內(nèi)，美國又發(fā)射了阿波羅12號到17號共6艘登月飛船，除了阿波羅13號由于氧氣罐爆炸沒有登月外（3名宇航員安全返回地球），另外5艘飛船上的12名宇航員成功登月，并帶回了大約382千克月壤。

在踏足太空之后，人們隨之提出了建立空間站的設(shè)想?？臻g站就是人類在太空工作和生活的“家”，是人類在太空中的長期基地，可以鍛煉人對太空環(huán)境的適應(yīng)能力，為未來的載人星際航行和外星移民做準(zhǔn)備。1971年，蘇聯(lián)發(fā)射了第一個(gè)試驗(yàn)性空間站—禮炮1號，后來又相繼發(fā)射了禮炮2號到7號空間站，可以與飛船對接，也可以進(jìn)行大量的太空實(shí)驗(yàn)。1986年，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一個(gè)長期載人空間站—和平號空間站的核心艙。此后歷時(shí)10年，直到1996年，建成完整的和平號空間站。2003年，和平號空間站在繞地球近15年、飛行8萬多圈后，墜毀在太平洋。和平號空間站多年來共接待了來自10多個(gè)國家和國際組織的航天員100多人次，進(jìn)行了成千上萬項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，取得了豐碩成果。

美國在1973年發(fā)射了天空實(shí)驗(yàn)室號空間站，于1979年結(jié)束使命。此后，在美國的主導(dǎo)下，國際空間站從1993年開始建設(shè)，到2011年最終建成。它由16個(gè)國家共同建造、運(yùn)行和使用，包括服務(wù)艙、對接艙、試驗(yàn)艙、居住艙等多個(gè)艙，有多個(gè)接口，可以對接載人飛船、貨運(yùn)飛船等?，F(xiàn)在國際空間站已經(jīng)運(yùn)行了20多年，預(yù)計(jì)2024年前后國際空間站將退役。

近年來，中國的航天事業(yè)正在快速崛起，并計(jì)劃在2022年前后建成自己的空間站。在國際空間站退役后，中國的空間站將是世界上唯一在軌運(yùn)行的空間站。

穩(wěn)扎穩(wěn)打克難關(guān)—中國的載人航天

中國航天事業(yè)發(fā)展的各個(gè)階段，采取循序漸進(jìn)、逐步擴(kuò)展的策略。首先具備了進(jìn)入空間的能力，隨后發(fā)展了空間應(yīng)用能力。在國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力壯大后，開始發(fā)展載人航天和深空探測能力。

60多年來，中國先后發(fā)射升空了近500顆人造衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星系列化、平臺化發(fā)展，初步形成了廣播通信、氣象海洋、地球資源、導(dǎo)航定位、科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)五個(gè)系列，衛(wèi)星的技術(shù)水平、應(yīng)用能力以及長壽命、高可靠性逐步達(dá)到國際先進(jìn)水平。在廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋、國土、環(huán)保、氣象等領(lǐng)域的遙感衛(wèi)星方面，中國形成了“風(fēng)云”“資源”和“海洋”三個(gè)系列衛(wèi)星。2020年，東方紅五號衛(wèi)星公用平臺和北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成，讓我國的衛(wèi)星實(shí)力前進(jìn)了一大步。

載人航天工程是世界公認(rèn)的極具挑戰(zhàn)性的高科技領(lǐng)域之一，是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、規(guī)模龐大、對可靠性和安全性要求很高的系統(tǒng)工程。1992年，中國確定了載人航天“三步走”的發(fā)展策略：第一步，發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗(yàn)性載人飛船工程，開展空間應(yīng)用試驗(yàn)；第二步，突破航天員出艙活動技術(shù)、空間飛行器的交會對接技術(shù)，發(fā)射空間實(shí)驗(yàn)室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問題；第三步，建造空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應(yīng)用問題。

經(jīng)過20多年的發(fā)展，我國先后攻克了飛船總體技術(shù)，制導(dǎo)、導(dǎo)航控制技術(shù)，飛船推進(jìn)技術(shù)，返回和再入技術(shù)，高可靠性和高安全性運(yùn)載火箭技術(shù)等重大技術(shù)難題。2003年10月15日，航天員楊利偉乘神舟五號飛船圓滿完成了中國首次載人航天飛行，實(shí)現(xiàn)了中華民族綿延千年的飛天夢想。2005年，神舟六號飛船實(shí)現(xiàn)了兩人五天的太空飛行，標(biāo)志著中國跨入真正意義上有人參與的空間試驗(yàn)階段，實(shí)現(xiàn)了工程第一步任務(wù)目標(biāo)。此后，陸續(xù)實(shí)施的神舟七號、天宮一號與神舟八號、神舟九號任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了航天員空間出艙活動、交會對接等重大技術(shù)的突破。從單船飛行到組合體穩(wěn)定運(yùn)行，我們跨越了發(fā)達(dá)國家半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程，先后把11名航天員14次送入太空，成功率100%。

如今，我國是世界上第五個(gè)獨(dú)立研制和發(fā)射衛(wèi)星、第三個(gè)把人類送上太空的國家。在“長征”“神舟”“嫦娥”“天宮”等一系列刷屏的航天熱詞和科技奇跡背后，更加熠熠閃光的是我國廣大航天工作者不畏艱辛、無私奉獻(xiàn)，踐行出來的載人航天精神—“特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻(xiàn)”。載人航天精神是“兩彈一星”精神的發(fā)揚(yáng)光大，也已成為中華民族的文化驕傲。

當(dāng)前，中國載人航天工程已經(jīng)全面轉(zhuǎn)入空間站建造的任務(wù)準(zhǔn)備階段。2021年與2022年，我國將實(shí)施包括空間站核心艙、實(shí)驗(yàn)艙、載人飛船和貨運(yùn)飛船在內(nèi)的11次發(fā)射任務(wù)。突破和掌握近地空間站組合體的建造和運(yùn)營技術(shù)、近地空間長期載人飛行技術(shù)并開展較大規(guī)模的空間應(yīng)用，后續(xù)還將實(shí)施載人登月等工程。

飛入尋常百姓家—載人航天未來展望

將目光瞄向太陽系、銀河系和宇宙空間，開發(fā)和利用地外天體的資源，建立地外行星基地，最終實(shí)現(xiàn)人類移民深空，將是人類今后邁出的必然一步。當(dāng)前，各國近地軌道載人航天活動主要是以空間站的建造與運(yùn)營為目標(biāo)，采用載人天地往返運(yùn)輸、空間交會對接、航天員出艙活動、近地軌道長期載人飛行等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的空間科學(xué)應(yīng)用。同時(shí)也為后續(xù)載人深空探測開展相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證，持續(xù)降低空間站運(yùn)營維護(hù)成本，開展商業(yè)化運(yùn)營探索。

未來載人航天的發(fā)展，將瞄準(zhǔn)以月球、小行星、火星為目標(biāo)的深遠(yuǎn)空間。2021年伊始，美國國家航空航天局宣布將在11月完成超重型運(yùn)載火箭太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）的首次正式發(fā)射。它是迄今為止推力最大的火箭系統(tǒng)，將為2024年美國再次實(shí)施的載人登月任務(wù)服務(wù)，也會成為未來載人登陸其他行星的重要支撐。

載人航天的發(fā)展除了走向深空外，也會走向普通人的生活，更加注重給人類社會帶來福祉，也更加注重經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)入21世紀(jì)以來，航天探索進(jìn)入商業(yè)化階段。第一位太空游客是美國億萬富翁丹尼斯·蒂托，他于2001年登陸國際空間站，進(jìn)行了為期8天的探險(xiǎn)。迄今為止，共有7名平民進(jìn)行過太空旅行。盡管花費(fèi)驚人（據(jù)說蒂托的太空之旅花了2000萬美元），但隨著技術(shù)的躍進(jìn)和商業(yè)模式的成熟，可以預(yù)見，未來的太空旅行成本將大幅降低。

2002年成立的美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX），成功研制出可重復(fù)使用的獵鷹9號（Falcon 9）運(yùn)載火箭，不僅縮短了發(fā)射周期，更降低了任務(wù)成本。2020年5月31日，獵鷹9號火箭將搭載著兩名宇航員的載人飛船—龍飛船送入了太空。這次成功的嘗試也被很多人視為開啟了商業(yè)航天時(shí)代的元年。就在2021年2月初，SpaceX公司又宣布了首個(gè)民用太空任務(wù)計(jì)劃，將在今年第四季度把4名平民送上太空。該公司沒有透露具體花費(fèi)，據(jù)估計(jì)可能不超過幾百萬美元。這將是私人太空飛行和新興的太空旅游行業(yè)的一個(gè)重要里程碑。

2014年以來，中國也誕生了一大批商業(yè)航天企業(yè)，如星際榮耀、藍(lán)箭航天、零壹空間、星河動力等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)的商業(yè)航天企業(yè)已經(jīng)達(dá)到了百余家，主要從事兩個(gè)方面的業(yè)務(wù)，分別是火箭制造和衛(wèi)星制造（包括各種航天載荷制造），一些公司已經(jīng)擁有了火箭入軌的能力。2019年7月25日，星際榮耀公司研發(fā)的雙曲線一號（遙一）運(yùn)載火箭在中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，按飛行時(shí)序?qū)⒍囝w衛(wèi)星及有效載荷精確送入300千米的圓軌道，成為中國民營航天史上首枚成功入軌的火箭。九天微星公司研制的瓢蟲一號衛(wèi)星，以其獨(dú)特的“太空自拍”創(chuàng)意，曾在2019年的網(wǎng)絡(luò)春晚上大出風(fēng)頭。

美國亞馬遜公司總裁貝索斯創(chuàng)辦的藍(lán)色起源公司（Blue Origin）以及英國的太空旅游公司維珍銀河（Virgin Galactic）也都在不斷進(jìn)行太空旅行項(xiàng)目的技術(shù)測試。藍(lán)色起源剛剛完成了火箭助推器和乘客艙的第14次試飛，距離載人進(jìn)入太空只差“臨門一腳”了。維珍銀河甚至公布了飛行服裝、客艙內(nèi)部以及空中咖啡館的外觀。我們期待著未來的載人航天能“飛入尋常百姓家”，更加貼近普通人的日常生活。

2021，期待中國空間站

據(jù)中國航天科技集團(tuán)介紹，我國計(jì)劃在2021年安排40余項(xiàng)航天發(fā)射任務(wù)。其中，載人航天空間站工程是重中之重。

我國空間站包括核心艙（天和）、實(shí)驗(yàn)艙I（問天）和實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ（夢天），將于2022年前后完成在軌建造。空間站運(yùn)行在傾角42°～43°、高度340～450千米的近圓軌道，設(shè)計(jì)壽命為10年，并具有通過維護(hù)維修延長使用壽命的能力?？臻g站額定乘員為3人，可以適應(yīng)2人或無人值守飛行。建造期間，航天員乘組采用間斷方式訪問空間站；建造完成后，采用乘組輪換方式，實(shí)現(xiàn)航天員長期連續(xù)在軌生活和工作，輪換時(shí)最多可達(dá)6人?？臻g站配置艙外機(jī)械臂等設(shè)備，能夠協(xié)同航天員完成艙外建造、維護(hù)維修，以及艙外載荷操作任務(wù)。

在空間站這個(gè)平臺上，將實(shí)施幾百項(xiàng)甚至上千項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和深空技術(shù)驗(yàn)證，包括太空3D打印、太空激光通信等，還將探索人類在太空長期生存的特殊物理和生命規(guī)律。共軌飛行的光學(xué)艙也是空間站的一部分，將開展大規(guī)模多色測光與無縫光譜巡天，包括深度和極深度巡天觀測等科學(xué)活動，同時(shí)光學(xué)艙可以與空間站對接，進(jìn)行在軌維護(hù)，實(shí)現(xiàn)長期運(yùn)行。

我國的空間站也在向公眾征集科學(xué)項(xiàng)目，天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室上就曾順利實(shí)施過香港中學(xué)生提出的養(yǎng)蠶項(xiàng)目。感興趣的讀者可以登錄中國載人航天網(wǎng)站（http：//www.cmse. gov.cn），關(guān)注項(xiàng)目征集信息。