神舟飛船——中國飛天夢的翅膀

中國神舟系列載人飛船已發射11艘,將11位中國航天員送上太空。這是無數中國科研人員通力合作、辛勤付出取得的成果。那麼,神舟系列飛船進入太空完成了哪些任務?在中國航天事業中有甚麼意義呢?

上世紀九十年代,在世界著名的拜科努爾發射場,中國科學家戚發軔有幸目睹了一次俄羅斯聯盟號飛船的發射過程。有一個畫面讓他難以忘懷:當三名宇航員即將進入飛船時,飛船總設計師走上前來,當着他們的面,在發射任務書上鄭重簽下自己的名字,並滿懷深情地對他們說:「沒有把握我不會送你們上天。」

幾年後,酒泉高聳入雲的發射塔架上,身為中國神舟飛船總設計師的戚發軔,也迎來了中國首位航天員楊利偉。此前神舟一號至四號已經成功發射,此時的神舟五號已完成發射前的各項「體檢」,整裝待發。這位滿頭白髮的老人,終於可以充滿信心地將久藏於胸的那句話說出來:「年輕人,放心飛吧,你一定能平安歸來!」

至今,神舟系列飛船已發射11艘,將11位中國航天員送上太空,沒有發生一次嚴重事故。這是無數中國科研人員通力合作、辛勤付出取得的成果。那麼,神舟系列飛船進入太空完成了哪些任務?在中國航天事業中有甚麼意義呢?

main_site_illustration_shenzhoufeichuan-02-
main_site_illustration_shenzhoufeichuan-02-

 

飛船初試

早在二十世紀六十年代,錢學森就撰寫了《星際航行概論》,為中國提出星際航行的設想和理論。直到八十年代,中國「兩彈一星」工程獲得成功,國家擁有一定的科技基礎和經濟力量後,錢學森這個夢想才有機會實現。

當時,受技術革命浪潮影響,各國紛紛推出發展高技術的戰略計劃(如美國的「星球大戰計劃」)。為了縮小與國外的差距,中國批准實施了國家高技術研究發展計劃(「863計劃」),這也成為中國載人航天事業的起點。1992年1月,中國載人航天工程正式啟動。60歲的王永志和59歲的戚發軔分別被任命為中國載人航天工程總設計師和載人飛船總設計師,他們從「兩彈一星」工程的老一輩科學家手上,接過中國航天事業的重擔。

載人航天工程開始之初,就提出了「三步走」的發展戰略,以及「爭取1998年保證1999年執行首飛試驗」的發射目標。可是對於所有中國航天人來講,這一切幾乎都是從零開始。

book

「三步走」:簡單來說,第一步是能研發飛船載人上天;第二步是發射空間實驗室,為建立空間站作技術準備;第三步是空間站實用階段,能實現大規模、長期的空間應用。

中國載人飛船被命名為「神舟」飛船,由中國科學家自主研發。它的起點很高,採用三艙一段的結構設計,即由返回艙、軌道艙、推進艙和附加段組成,一步邁過美蘇40年的發展歷程。與國外設計不同的是,當神舟飛船返回後,軌道艙還將在太空中停留更久,進行科學實驗。

main_site_illustration_shenzhoufeichuan-01-
main_site_illustration_shenzhoufeichuan-01-

 

運載飛船的火箭系統也進行了改造。與之前運送人造衛星等不同的是,運載火箭除了需要運送8噸多的飛船進入軌道,還要具備應急故障檢測和逃逸救生功能,這是載人火箭最關鍵的地方,它們將在故障發生兩秒鐘內,挽救航天員的生命。經過改造的專門用於發射載人飛船的新火箭,命名為「長征二號F型」。

此外,整個載人航天工程的發射場系統、着陸場系統和測控通信系統也都在短短幾年內逐步完備。

1999年11月,神舟一號無人試驗飛船發射升空,飛行21小時後成功返回,中國載人航天在太空留下了第一道印記。這背後凝聚了全國110多個科研院所,3,000多個協作機構,數十萬工作人員近十年的努力。

2001年,神舟二號無人飛船發射成功。神舟二號是第一艘正樣無人飛船,與神舟一號相比,其在系統結構、技術性能方面都有新的提高。神舟二號的發射狀態也與載人飛船基本一致,凡是與航天員生命保障有關的設備,基本上都採用了真實件。

fotoe-20206620-
2000年11月,神舟二號運轉至酒泉衞星發射中心發射塔架(來源:fotoe)
fotoe-20206620-

 

此後的兩年內,神舟三號與神舟四號也相繼發射。它們均搭載模擬人,進一步驗證了載人航天的各項技術,完成了多項科學實驗。至此,一切「千呼萬喚」的準備工作都是為了等待最重要的那一天到來——載人飛行。

 

勇士出征

1998年1月,14位來自空軍部隊的年輕人進入北京航天城,向着國旗鄭重宣誓,正式成立了中國人民解放軍航天員大隊。他們從1500多位空軍飛行員中層層選拔而來,個個都具有豐富的飛行經驗和出色的心理、生理素質,最終成為中國首批航天員。

航天員要面對常人難以想象的挑戰和風險。在接下來的幾年內,他們進行了多個階段的訓練,包括基礎理論培訓(學習火箭和飛船的設計原理、飛行動力學、氣象學、天文學等)、專業技能訓練(熟悉飛船的結構、組成,飛船各系統的工作原理和模式等)以及飛行程序和任務訓練,還要學會發現和排除緊急故障。

其中許多科目可謂是挑戰人的心理及生理極限。例如離心機訓練,隨着負荷逐漸增加,人的面部肌肉會變形下垂,不由自主地流眼淚;胸背方向超重訓練,人的前胸後背會像壓了塊幾百斤重的巨石,忽然心跳加快,呼吸困難,五臟六腑彷彿被壓成一張薄薄的紙片,過程雖只有短短40秒,卻幾乎要耗盡全部體力和精力。訓練時,每人手裡都會握着報警器,感到不適便可以立即停止,但在幾年的訓練中,14名航天員從來沒人按響過。

20120615115c-
航天員在模擬器上進行上升段操作訓練(來源:中新社)
20120615115c-

 

經過五年的訓練,楊利偉、翟志剛、聶海勝三人被選為神舟五號載人飛船航天員梯隊。臨近發射時的各項身體指標,楊利偉始終排名第一。最終在發射前10個小時,楊利偉接到指令,由他進入神舟五號執行首次載人飛行任務。

2003年10月15日,神舟五號載人飛船在酒泉衞星發射中心發射升空。中國首次載人飛行吸引了全國乃至全世界的目光,楊利偉在飛船上展示了中國國旗及聯合國旗幟,並向全國及全世界人民問好,還展示了在真實的太空失重環境下吃飯、喝水等各種動作。

神舟五號繞地球飛行了14圈,歷時21小時23分鐘後,安全返回內蒙古主着陸場。這是中國載人航天工程的關鍵一步,使得中國成為繼前蘇聯(俄羅斯)和美國之後,第三個將人類送上太空的國家,楊利偉成為中國首位進入太空的航天員。

20031016088a-
神舟五號返回艙着陸後,楊利偉出艙向大家致意(來源:中新社)
20031016088a-

 

神舟五號任務成功後,神舟六號的各項工作隨即展開。這次任務圍繞兩人多天飛行,除了對火箭的動力系統、軌道艙內航天員的生活必需品做了改進外,還根據楊利偉的建議,為航天員座椅設計着陸緩衝功能,提高了飛船的安全性。2005年,神舟六號搭載費俊龍、聶海勝兩位航天員,在太空中遨遊了將近五天後成功返回。

 

空間應用

發射載人飛船的目標完成後,接下來的工作重點就是建立空間實驗室及解決航天員的駐留問題。而在這之前,還有一項特殊的目標需要達成,那就是太空行走。

太空行走又稱太空漫步或出艙活動,是航天員離開載人航天器,在軌道上安裝大型設備、進行科學實驗、施放衞星、檢查和維修航天器時的重要技術。要實現太空行走,航天員要穿着一套艙外航天服,這套航天服相當於一個微型航天器,給航天員提供適宜的氣壓、溫度、濕度、氧氣等各項環境條件。為此,中國科學家自行設計製造了第一代艙外航天服,命名為「飛天」。

2008年9月,神舟七號載人飛船搭載翟志剛、劉伯明、景海鵬三位航天員發射升空,於三天後安全返回。在飛行中,翟志剛穿着「飛天」航天服出艙作業,劉伯明在軌道艙內協助,實現了中國航天員的第一次太空行走,令中國成為第三個能成功進行太空行走的國家。

20180626069521a-
翟志剛出艙進行太空行走(來源:中新社)
20180626069521a-

 

建立空間實驗室的過程依舊是循序漸進地進行。2011年9月,天宮一號目標飛行器發射升空,它是中國首個自主研製的載人空間試驗平台。之所以稱為目標飛行器,是因為天宮一號更主要是用來試驗交會對接技術,掌握這項技術對後續建立空間實驗室甚至是空間站十分關鍵。兩個月後,神舟八號無人飛船兩次與天宮一號完成空間交會對接,意味着中國已初步掌握了空間交會對接及組合體運行等一系列技術。

book

空間交會對接:是指兩個航天器在空間軌道上會合並在結構上連成一個整體的技術。

2012年及2013年,神舟九號和神舟十號分別搭載景海鵬、劉旺、劉洋及聶海勝、張曉光、王亞平共六位航天員進入太空,其中劉洋成為中國首位進入太空的女航天員。這兩次飛行任務都進一步驗證了自動和手動交會對接技術,並實現了航天員在天宮一號上的短期駐留,當中最特別的便是王亞平進行了中國航天員首次太空授課

book

太空授課:王亞平於2013年6月20日在太空給地面的學生講課。此次太空授課主要面向中小學生,使其了解微重力條件下物體運動的特點、液體表面張力的作用等內容。

對接技術成熟之後,真正的空間實驗室——天宮二號於2016年9月發射。一個月後,它便迎來了地球上的第一批客人,搭乘神舟十一號的景海鵬和陳冬。兩位航天員在天宮二號上進行了32天的長期駐留,開展了一系列科學和技術試驗。2017年4月,天宮二號還與中國首個貨運飛船天舟一號實現對接,這對於驗證未來空間站的貨運補給功能有着重要的作用。

 

目前,天宮二號空間實驗室已經完成了它的任務,而中國空間站即將開啟在軌建設,預計在未來幾年建成。或許,我們還能看到更多的神舟系列飛船,搭載中國航天員進入太空,繼續探索那廣闊無垠的神秘空間。

 

 

參考資料:

中國載人航天 

中國中央電視台 《築夢路上-神舟飛天(第二十二集)》

《「神舟五號」8位總設計師回首飛天之路》 北京青年報 2003/10/17

《從飛行員中千裡挑一!中國首批航天員的飛天之路》 中國軍網 2018/10/17

上載日期:
2020年04月28日

延伸閱讀