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載人航天:只有頭部玩家才有資格玩
2020-12-08 09:51:09 來源: 瞭望
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  ➤“載人航天是當今世界技術最復雜、難度最大的航天工程。”中國空間技術研究院空間站係統總設計師楊宏説,這個領域,代表了一個國家在科技和經濟領域的實力

  ➤環顧世界,提出過載人航天計劃的國家不少,但幾十年來,真正能夠實現獨立將人類送入太空的國家只有三個。如果説,載人航天是塔尖上的事業,那自主創新就是支撐中國航天人勇敢攀登的天梯

  ➤據不完全統計,在我國近年來的1000多種新材料中,80%是在空間技術的牽引下研制完成的,有2000多項空間技術成果已移植到國民經濟各部門

  5月5日,為我國載人空間站工程研制的長徵五號B運載火箭在海南文昌首飛成功,正式拉開我國載人航天工程“第三步”任務的序幕 趙穎全攝

  10月1日,我國載人航天工程第三批預備航天員選拔工作正式結束。18名預備航天員,包括7名航天駕駛員、7名航天飛行工程師以及4名載荷專家,將參加中國載人航天工程第三步空間站運營階段的飛行任務。

  隨著各項工作緊鑼密鼓地展開,中國載人航天邁入“空間站時代”。

  1992年,中國載人航天工程正式啟動,並確立了“三步走”的發展戰略。第一步,發射載人飛船,建成初步配套的試驗性載人飛船工程,開展空間應用實驗;第二步,突破航天員出艙活動技術、空間飛行器交會對接技術,發射空間實驗室,解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題;第三步,建造空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。

  自此之後,一代代航天人自力更生、接續奮鬥,從無人飛行到載人飛行,從一人一天到多人多天,從艙內實驗到出艙活動,從單船飛行到組合體穩定運行,先後突破了一大批具有自主知識産權的核心技術,用不到三十年的時間跨越了發達國家半個世紀的發展歷程。

  國家實力的象徵

  2003年10月15日,中國第一艘載人飛船神舟五號搭載著航天員楊利偉順利升空。經過21小時23分鐘,在軌運行14圈之後,飛船安全著陸。中國也成為世界上第三個能獨立將人類送上太空的國家。

  這是一場跨越多年的漫長旅程。

  1957年,蘇聯第一顆人造衛星開創了人類徵服太空的時代。1961年4月12日,蘇聯宇航員尤裏·加加林乘坐東方一號飛船進行了人類首次太空飛行。同年5月5日,美國航天員謝潑德乘坐“自由7號”宇宙飛船,在太空停留了15分鐘,成為人類歷史上第二個太空人。

  面對“兩強”在太空領域取得的成就,毛澤東主席為之震驚,他問道:“我們怎麼能算是強國呢?我們甚至無法把一顆土豆送上太空。”

  20世紀70年代初,中國開始了載人航天領域的研究。在中國第一顆人造地球衛星東方紅一號上天之後,當時的國防部五院院長錢學森提出,中國要搞載人航天。國家當時將這個項目命名為“714工程”(即于1971年4月提出),並將飛船命名為“曙光一號”。然而,由于資金技術等多方面限制,項目最終擱置。

  此後20年,中國空間技術持續發展。特別是1975年,中國成功發射並回收了第一顆返回式衛星,使中國成為世界上繼美國和蘇聯之後第三個掌握了衛星回收技術的國家,為中國開展載人航天打下了堅實基礎。但即便如此,從中國載人航天工程正式立項,到中國第一位航天員順利升空,也跨越了整整11年時間。

  這是一項復雜而艱巨的浩大工程。

  從國外載人航天歷史上看,有人做過測算,按照所佔GDP百分比計算,載人航天是有史以來花費最大的工程,超過了金字塔、長城、大教堂以及各時代的奇跡工程。

  例如美國的航天飛機,每飛行一次費用高達5億美元,一次維護需要耗資3億~4億美元。即便以高效經濟著稱的中國載人航天工程,按照載人航天工程辦公室公布的數據,從工程啟動到2005年完成神舟六號飛船發射,即完成載人航天工程第一步時,工程總花費也達到了約200億元人民幣。

  這是一份充滿風險的偉大事業。“上天”是這個世界上最困難的挑戰之一。

  載人航天,融匯了諸多現代尖端科技,運載火箭、載人飛船、航天飛機的結構復雜,零部件多達數萬個,一個零部件不合格或發生故障,就可能造成事故。

  例如,2003年,由于燃料箱外的一個泡沫碎塊意外脫落,美國哥倫比亞號航天飛機在返航途中解體爆炸,7名宇航員全部遇難。截至目前,已先後有22名航天員在人類探索與徵服宇宙的道路上獻出了寶貴的生命。

  “載人航天是當今世界技術最復雜、難度最大的航天工程。”中國空間技術研究院空間站係統總設計師楊宏説,這個領域,代表了一個國家在科技和經濟領域的實力。

  載人航天也被視為國力競爭中最具代表性的戰略性工程之一。一個國家如果能將自己的航天員送入太空,不僅是國力的體現,而且也將在很大程度上提升民眾的自豪感,提高民族精神,增強凝聚力。

  環顧世界,提出過載人航天計劃的國家不少,但幾十年來,真正能夠實現獨立將人類送入太空的國家只有三個。載人航天俱樂部,只有真正的頭部玩家才有資格加入。

  鄧小平曾説:“如果六十年代以來中國沒有原子彈、氫彈,沒有發射衛星,中國就不能叫有重要影響的大國,就沒有現在這樣的國際地位。”那麼在21世紀,載人航天就是與之類似的實力代表。

  自主創新的典范

  2020年5月8日,我國新一代載人飛船試驗船返回艙成功著陸。

  新一代載人飛船試驗船身上有著諸多第一:第一次採用新型防熱材料,第一次採用國際上推力最大的新型單組元無毒推進係統,第一次採用群傘氣動減速和氣囊著陸緩衝技術……

  “新的防熱材料是獨立自主研制的,性能在國際上也是領先的。包括再入返回過程用到的‘控制’,包括發動機、回收著陸都是國際先進水平。”作為中國載人航天工程飛船係統總設計師,也是新一代載人飛船試驗船任務的項目負責人,張柏楠提到這次任務,語氣中透出滿滿的自豪感。

  中國航天人當然有資格自豪,因為這一切都是他們憑著自己的努力一點點實現的。

  縱觀我國航天事業的發展歷程,從“巴黎統籌委員會”到《瓦森納協定》,從《考克斯報告》到“沃爾夫條款”……技術封鎖、物資禁運始終相伴。

  國際空間站由16個國家和地區組織共同建造。在這份長長的名單裏,有發達國家也有發展中國家,卻沒有中國。一些國家處心積慮對我國實行嚴密封鎖禁運,企圖把中國排除在世界空間站俱樂部之外。

  種種現實讓中國的航天人清楚地明白一個道理:核心關鍵技術是換不來也買不到的,中國人發展載人航天事業必須要堅定走好獨立發展、自主創新之路。

  空間交會對接技術是中國載人航天和組裝大型空間站,乃至載人登月的關鍵技術。其與載人天地往返、出艙活動並稱載人航天領域的三大基本技術。曾有人比喻,空間交會對接就好像上面放了一根針,底下用一根線,距離幾百公裏,最後要拿那個線去穿過那個針眼。難度可想而知!

  “兩個航天器的機、電、熱,各個多專業係統要有機地融為一體,就相當于1加1還要等于1。分離的時候,兩個航天器還要各自成為獨立的飛行器。”楊宏説,交會對接技術是發展載人航天必須攻克的核心技術,只能自主創新,自我突破。

  天宮一號與神舟八號交會對接任務是楊宏從神舟飛船走向空間實驗室係統研制的一個轉折點。天宮一號作為我國自主研制的全新載人航天器和小型空間站的雛形,要實現長期在軌飛行、完成多次交會對接,是我國建造由中國人自己照料的空間站的基礎。

  沒有成熟的經驗可借鑒,沒有充分的數據可參考,無法充分驗證宇宙中的現實環境,挑戰不言而喻。根據天宮一號任務的特點與要求,楊宏帶領研制人員關注細節,創新、優化、完善了係統功能,不斷改進設計、提高天宮一號的性能,先後攻克了空空通信、高壓供電、多回路通風換熱等一係列難題,掌握了在軌航天器組合體控制和管理技術、大型密封艙壁板制造技術、精確姿態控制的控制力矩陀螺技術、可補加推進劑的金屬膜盒貯箱技術等一大批具有自主知識産權的核心技術。

  2011年9月29日,隨著酒泉衛星發射中心“點火”指令的發出,在一片烈焰的映照下,天宮一號飛奔寰宇。同年11月3日淩晨,天宮一號與神舟八號的“太空之吻”華麗上演:兩個七八噸重的航天器,從相距上萬公裏的不同軌道,以每秒7.8公裏的速度趕赴約會。之後,天宮一號又成功與神舟九號、神舟十號飛船對接,接納了兩個飛行乘組、六名航天員進駐,驗證了載人航天器組合體控制等多項空間站關鍵技術,開展了多項科學實驗,為空間站研制奠定了堅實基礎。

  按照計劃,2022年前後,我國自主建設的空間站將建成使用,而據外電報道國際空間站2024年將退役。有些國家轉而爭取與中國的合作機會。這一變化,再次生動詮釋了“只有掌握核心關鍵技術才有話語權”。

  事實證明,在國外的長期技術封鎖下,我國載人航天事業逆風起飛,在一代代航天人的刻苦努力下,逐漸發展壯大,走出了一條中國特色的航天強國之路。如果説,載人航天是塔尖上的事業,那自主創新就是支撐中國航天人勇敢攀登的天梯。

肖瀟圖/本刊

  牽引發展的利器

  在一般人眼裏,載人航天很高大上,但實際上,它距離我們並不遙遠,其所應用的許多技術早已走進尋常百姓家。

  比如航天員在太空骨丟失問題比較嚴重,相關研究可惠及老年人骨丟失治療;比如方便面調料中的幹菜葉本是航天食品中的脫水菜,現在卻成為人們日常生活中的普通食品;比如現代醫學界大量應用的重症監護病房,就是源自“阿波羅”登月計劃對航天員進行健康檢測而誕生的。

  載人航天雖然投資巨大,但回報同樣不菲。根據美國、歐洲多家研究機構採用不同模型和方法得出的評估結果,航天領域每投入1元錢,將會産生7元至12元的回報。這是由于載人航天是一項係統工程,集中體現了現代科技和工業多個領域的成就。投資載人航天,一定意義上就是同時對多個領域進行投資,其回報也體現在諸多方面。

  例如,航天育種是航天技術、生物技術與農業育種技術相結合的育種新途徑:利用航天器搭載生物材料在宇宙高能粒子輻射、微重力等空間環境因素的復合作用下,空間誘變産生基因組水平上的變異,返回地面後經過至少4代地面選育,篩選出攜帶新性狀的新材料、新種質,最終培育出遺傳穩定、品質優良的新品係、新品種。

  自神舟一號飛船開始,中國載人航天工程在歷次飛行試驗中,利用神舟飛船、空間實驗室及新一代載人飛船試驗船等飛行器的資源余量,組織開展了一係列作物種子和植物材料的空間搭載誘變實驗,經過多年的地面選育和科學研究,截至目前,共有超過200種航天育種新品種通過國家及省部級評審。據估算,航天育種創造直接經濟規模超過2000億元人民幣。

  從世界其他國家看,俄羅斯和平號空間站在運行的頭10年裏發現了10個稀有金屬礦和117個油脈,其價值遠遠超過空間站的全部研制和維護費用。

  更具意義的回報,則不是能夠用金錢衡量的。

  載人航天事業是人類歷史上最為復雜的係統工程之一,涉及眾多高新技術領域,包括近代力學、天文學、地球科學、航天醫學、空間科學等學科,以及係統工程、自動控制、計算機、推進技術、通信、遙感、新能源、新材料、微電子、光電子等。這些領域與學科,對推動一個國家科技進步有重大意義。

  開展載人航天工程,無疑可以在相當程度上帶動基礎科學研究和材料、電子、機械、化工等方面技術的發展。據不完全統計,在我國近年來的1000多種新材料中,80%是在空間技術的牽引下研制完成的,有2000多項空間技術成果已移植到國民經濟各部門。

  1970年,非洲的窮苦國家讚比亞的一名修女給NASA寫信,因為她無法理解,地球上還有很多孩子需要忍受饑餓的煎熬,為什麼美國還要耗費巨大嘗試把人送到太空上去呢?NASA科學家恩斯特·史都林格在回信中談到:“實施阿波羅登月計劃中掌握的科學知識,同樣也可以用于研發在地球上使用的技術,太空探索計劃每年都能孕育出大概1000項技術革新,所以説那些反對把錢花在太空探索上的人只能勸他們不要把眼光放在鼻尖前面這兩厘米的地方。因為沒有科技的進步,沒有太空的探索,又拿什麼來改善民生呢?”

  事實證明,雖然“阿波羅”計劃投資數百億美元,但也直接催生並壯大了美國的液體燃料火箭、微波雷達、無線電制導、合成材料、計算機、無線通訊等一大批高科技工業群體。後來,更是通過將該計劃取得的4000余件專利轉為民用,帶動了美國科技的發展與工業繁榮。

  “如今,中國也面臨著同樣的機遇。”楊宏表示,航天産業包羅眾多前沿技術,已經成為一國高技術産業的重要組成部分,不僅服務國防,也在國民經濟發展中得到廣泛應用,發揮著越來越顯著的經濟效益。

  2022年前後,中國空間站將正式完成在軌建造任務。屆時,中國將在空間站上部署航天醫學、空間生命和生物、材料、微重力燃燒和流體、物理、天文等領域的高水平實驗設備,科學家可在空間站開展大量空間科學前沿領域的研究工作。

  對于其價值,有業內專家指出,在人類歷史上,很多重要的科學研究都是在很多年以後才顯示出它巨大的價值,短時間內誰也無法做出準確的評估。但是如果現在有這個條件而不去做,將來就會在國與國之間的競爭中陷入被動狀態。

  從更長遠的歷史維度看,不管是古代人類從非洲向高緯度地區的擴散,還是哥倫布發現新大陸;不管是人類的足跡由陸地走向海洋,還是飛向天空,每次人類突破自己的生存疆域,都必然會帶來生活方式的改變、生活質量的提高和經濟的飛躍。作為將人類活動空間從陸地、海洋拓展到宇宙空間的載人航天工程,同樣不會例外。

  載人航天工程

  我國載人航天事業,是在改革開放偉大歷史進程中決策實施和不斷推進的,體現了高端生産力的發展歷程。我國已研制出具有完全自主知識産權的神舟係列飛船,先後實現載人往返、太空漫步、航空器與空間站對接,成為能自主進行載人航空的三個國家之一,躋身航天大國之列。載人航天工程為推動國家科技進步和創新發展、提升綜合國力、提高民族威望作出重要貢獻。隨著未來新一代載人飛船和國家級太空實驗室建成,中國人探索太空的腳步會邁得更遠、更大。(記者 尚前名)

【糾錯】 責任編輯: 吳咏玲
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