神舟天路

2017-11-07 11:28兰宁远
神剑 2017年5期
关键词:天宫神舟航天员

兰宁远

时光进入2017年,我国空间科学实验的重大战略工程——载人航天工程已启动整整25周年。从航天员首次飞向太空,到第一次太空漫步;从神舟、天宫实现“太空之吻”,到女航天员的首次出征;从航天员的太空授课到太空33天的全新征程,回望神舟飞天的壮丽航程,中国航天人在迈向建设航天强国的征途上,走出了一条“自主创新,重点跨越,支撑发展,引领未来”的飞天之路……

神舟从东方启航

自古以来,浩瀚宇宙,璀璨星河;嫦娥奔月,吴刚折桂;牛郎鹊桥会织女,敦煌伎乐舞天宫……数不尽的神话传说寄托着炎黄子孙对飞天的梦想和遐思。千百年来,虽然人类时时刻刻都在受着地球引力的束缚,但卻从来没有停止对飞天的探索。

当人类文明进入20世纪,世界上的一些大国将探索太空奥秘、寻找能够利用的空间资源的目光瞄准了距离地球300—500公里之遥的太空,这里具有高真空、高温差、微重力、超洁净等独特环境。在这个轨道高度上运行的载人航天器可以进行地球环境与资源探测、开展生命科学和空间医学实验、进行卫星释放等太空活动。

20世纪50年代,刚刚从战火中走出来的中国人从过去百年的屈辱史中深刻地体会到落后就要挨打的道理,也把目光瞄准了正在飞速发展的航天技术。面对新的国际局势和高技术发展的迅猛势头,1956年春,在周恩来总理的主持下,国务院成立了科学技术规划委员会,组织全国600多名科学技术人员历时半年,研究制定了《1956—1967年科学技术发展远景规划纲要》,明确提出,在航天技术方面要发展喷气和火箭技术。

1956年10月8日,中国第一个导弹研究机构——国防部第五研究院成立,刚刚归国不久的科学家钱学森被任命为首任院长。这一天,是中国火箭导弹事业的奠基日,也是这一天,中国的航天事业在一穷二白中迈出第一步。

1957年10月4 日,苏联第一颗人造地球卫星成功发射。毛泽东主席在第二年5月召开的党的八大二次会议上,发出了“我们也要搞人造卫星”的号召,重新唤起中华儿女的千年飞天梦想。中国航天人凭着“可上九天揽月”的雄心壮志,开始探索我国载人航天事业的发展路途。同年,在中国西北部的内蒙古巴丹吉林沙漠开始破土动工建设航天发射场。1966年5月,一项“以科学实验卫星作为开始和打基础,以测地卫星特别是返回式卫星为重点,在此基础上发展载人飞船”的规划设想开始实施。在当时没有运载工具的情况下,规划先从探空火箭开始。这年7月15日清晨,中国第一枚生物试验火箭搭载着一只名叫“小豹”的小狗发射升空并安然返回。7月28日,我国又成功发射了第二枚生物试验火箭,箭头生物舱完整无损地回收,随舱搭载的小狗“珊珊”与白鼠等小动物均平安返回地面。

1970年4月24日,随着“东方红一号”的发射成功,我国成为世界上第五个独立研制和发射人造地球卫星的国家,开始了探索外层空间的新纪元。钱学森向中央建议:发展载人航天事业。毛泽东在国防部五院和空军联合起草的“上马宇航工业”的报告上批示“同意”,随即着手载人飞船的研制工作。5月,中央军委下达选拔航天员的任务,从空军歼击机优秀飞行员中选拔出了20名预备航天员,集中生活、训练,计划在1973年底发射第一艘载人飞船,命名为“曙光一号”。虽然“曙光一号”计划点燃了航天人继“两弹一星”后的热情,然而,处在动荡时期的中国,无论是经济能力、工业基础,还是设计、制造工艺,特别是航天发射、测控水平,远不具备开展这一庞大系统工程的条件。“曙光一号”计划最终只停留在了一个两舱式全尺寸的飞船模型上,但航天科技工作者探索太空的脚步并没有因此停止,依然在一步一个脚印地稳步推进。1975年11月26日,我国第一颗返回式遥感卫星由“长征二号”火箭发射入轨,绕地球飞行3天47圈后成功回收,这是我国进行的首次卫星返回技术试验。

1979年,中国改革开放的总设计师邓小平赴美国访问时,特意参观了美国航天博物馆,他坐在美国的月球车上,清楚地看到了自己与世界的差距。他意识到,60年代,没有原子弹、导弹,在世界上说话就不算数;70年代,没有人造卫星说话也没有分量;80年代以后,航天成为世界各国高科技发展的主流之一,中国作为一个有着飞天传奇的文明古国、一个正在崛起的航天大国,没有理由缺席。

在这个科学的春天里,中国航天人瞄准国际水平再一次迈开了向宇宙进军的步伐。1980年5月1日,我国第一支远洋航天测量船队起锚远航;5月18日,我国研制的第一枚洲际运载火箭飞向太平洋;1984年4 月8日,长征三号火箭将我国第一颗试验通信卫星“东方红二号”送入赤道上空……

与此同时,席卷全球的高科技竞争拉开了帷幕。美国为促进科技和经济的全面振兴实施“星球大战计划”;欧洲各国为发展未来高技术进步联合实施“尤里卡计划”;苏联随即也提出了自己的高科技发展纲要。面对这场迅猛的科技革命浪潮,邓小平指出,中国必须在高技术领域有一席之地。

1986年3月,一封攸关我国高技术发展的来信呈到了邓小平面前,王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允四位科学家联名提出了《关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议》。他们说,真正的高技术是花钱买不来的,建议国家制定“高新技术发展规划”,集中现有的科研实力出成果,同时培养新一代高技术人才。两天后,邓小平在这封信上做出批示:“此事宜速作决断,不可拖延。”8个月后,中共中央、国务院批准了一项具有深远意义的重大决策——《国家高技术研究发展计划纲要》,也就是著名的“863计划”。航天技术列入七大领域之中,两大主题项目都与载人航天紧密相关:大型运载火箭及天地往返运输系统、载人空间站系统及其应用。

1987年,“863计划”正式启动实施,中国的航天事业开始进入加速期。载人航天工程作为“863计划”的重点发展项目,开始进行技术经济可行性论证。当时的国防科工委组织成立了由屠善澄、任新民等航天科学家组成“航天技术专家委员会”和两个下属主题项目专家组,负责研究载人航天技术的发展途径和总体方案。原国防科工委主任、中国载人航天工程首任总指挥丁衡高院士回忆说:“863计划”整体来说是一个探索性的项目,载人航天对我们来说也是探索性的,怎么起步是很重要的问题。所以就提出来了概念研究。概念研究搞了4年,从总体上到各个分系统都搞得比较细,使得可行性论证和立项论证仅仅用了半年的时间就完成了。后来,在概念研究的基础上,确定了整个载人航天工程的技术途径。endprint

专家们在深入航天领域的各大系统中考察时,欣喜地看到,我国独立自主研制的11 种不同型号的长征系列运载火箭已走向了世界;长征二号E 捆绑式大推力火箭将近地轨道的运载能力提升到了8吨。同时,还掌握了返回式卫星的制造和回收技术;建成了酒泉、西昌、太原三个航天器发射场;航天测控网也已初具规模。当时的中国已成为世界上第五个能独立发射卫星特别是地球静止轨道卫星、第三个能回收卫星、第四个掌握了一箭多星技术的国家,积累了数十次成功发射的经验。更重要的是綜合国力和技术水平较20年前有了长足的发展,已具备启动载人航天工程的基础。考察结束,专家委员会得出的结论是:时机成熟,条件具备,载人航天工程可以“立项”。

专家们结合国际研制载人航天器的情况,筛选出空天飞机、火箭航天飞机、小型航天飞机、可部分重复使用的小型航天飞机、多用途载人飞船等5个技术途径方案。当时,国际航天界应用较多的是载人飞船和航天飞机方案。专家们对这两种方案争论了数年,并逐渐倾向于采用航天飞机方案,拟报中央。报告呈送到钱学森的案头。时年78岁的钱学森曾亲历了中国探空火箭的研制并领导了“曙光一号”方案的制定,他通过对当时国情、国力进行综合集成分析,经过深思熟虑后,在给中央的报告上慎重地加上了一句话:“应将飞船方案也报中央”。钱学森的建议得到了专家们的重视。中国工程院院士王永志是中国载人航天工程的首任总设计师,他回忆说:载人航天工程需要巨大的投资,我们不盲目追随国外先进的国家,完全根据自己的独立思考和实际需要,结合我们的国情,有重点地发展、跨越式地赶超。最终,钱学森的建议得到中央的采纳,从而结束了载人航天的技术途径之争,推动了载人航天工程的决策实施。

1991年,联合论证组完成了《载人飞船工程实施方案》,并提出《关于我国载人飞船工程立项的建议》:航天飞机造价昂贵、技术复杂,中国还不具备生产的技术条件,中国的载人航天工程应从飞船起步,最终建成空间工程大系统。6月,时任国务院总理、中央专门委员会主任的李鹏主持中央专委会议,决定“从飞船起步,立即发展我国载人航天技术”。会后,当时的国防科工委和航空航天部迅速成立载人航天工程领导小组,由时任国防科工委主任的丁衡高出任主任。

1992年是“国际空间年”,也值得中国航天人永久铭记。这一年,中央专委第七次会议决定由原国防科工委组织开展载人航天工程研制,并做出了分“三步走”的发展规划:

第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用实验;第二步,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;第三步,建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

这次会议结束时,李鹏总理请参加会议的每一位同志都在会后形成的《会议纪要》上签名。李鹏说,此事要向中央政治局常委汇报,在座的每个人都要负责任,立军令状。

9月21日,江泽民总书记主持召开中央政治局常委会议,认真总结和分析了当前国际航天事业以及我国航天事业的现状,讨论通过了中央专委提交的《国防科工委关于开展我国载人飞船工程研制的请示》,批准了“三步走”的战略蓝图。江泽民说,我们今天就做决定,要像当年抓“两弹一星”那样去抓载人航天工程,要坚持不懈地、锲而不舍地把载人航天工程搞上去。这一天,我国历史上规模最大、系统组成最复杂、技术难度最高、协调面最广的国家重大工程——载人航天工程正式启动。

载人航天工程立项时由工程总体和七大系统组成,分别是:航天员系统、空间应用系统、载人飞船系统、长征二号F运载火箭系统、酒泉发射场系统、测控通信系统和着陆场系统,各系统分别建立了行政和技术两条指挥线和总指挥、总设计师联席会议制度。考虑到工程总体与各系统之间关系密切,且工程耗资较大、研制进度较紧的特点,经国务院和中央军委批准,专门成立了中国载人航天工程办公室,作为统一管理载人航天工程的专门机构,对工程实施专项管理。

1994年 10月28日,北京航天城在北京北郊唐家岭开工奠基。空间技术研制试验中心、航天员培训中心、指挥控制中心等多家航天机构在这里集中建设,各大系统的设计和研制工作也同时全面展开。中华民族的飞天梦想化作国家的发展战略,开始了实实在在的行动。

实现载人航天飞行,势必要面对飞天路上的重重挑战,运载火箭要确保把飞船安全送入轨道;载人飞船要保证稳定的在轨运行,提供满足人类生存的舱内环境,安全地将人送回地面。这些要求远比人造卫星难得多也复杂得多,而且,国外对中国实行严格的技术封锁。中国航天人面临着巨大的挑战。如何攻克这些难题?中央明确要求,我们起步虽晚,但起点要高,要从总体上体现中国特色和技术进步。

“保证航天员的安全”是载人航天工程始终坚持的首要原则,其核心问题是要确保航天员的安全。用最可靠的火箭,将航天员安全地送入太空,是运载火箭系统研制者的郑重诺言。接到研制载人火箭的任务后,运载火箭系统原总设计师、中国科学院院士刘竹生感到压力重重:一般的运载火箭,对安全性要求不是很高,可是用于载人运载的火箭,就必须在安全性和可靠性方面有极高的要求。为此,火箭系统在长征2E捆绑式火箭的基础上进行改进,提出了载人运输火箭安全性指标要求必须达到0.997,并将可靠性指标提高到了0.97。这一标准之高在中国航天史上是空前的,世界上也只有个别型号运载火箭能达到。根据这个目标,运载火箭系统原总指挥、中国工程院院士黄春平提出了一个创新的方案:火箭系统增加两个系统,一个是故障检测系统,一个是逃逸系统。这两个系统可以在火箭待发段和上升段出现故障时,自行检测、诊断,自动发出信号,逃逸救生系统能迅速实施自动逃逸或地面控制逃逸,确保航天员的生命安全。新的运载火箭研制成功后,被命名为“长征二号F”,这枚火箭的起飞重量为480吨,可将8.5吨的有效载荷送入近地轨道,是我国目前可靠性最高的运载火箭。endprint

载人飞船是整个工程的核心部分,也是难度最大、安全性和可靠性要求最高的系统。载人飞船系统原总指挥、總设计师、中国工程院院士戚发轫接到任务时说:飞船方案一开始就要把功能设计全,使它成为标准的定型天地往返运输工具。戚发轫把设计目标瞄准了世界上最为先进的第三代飞船——苏联的“联盟TM号”,采用具有中国特色的三舱一段方案,即由返回舱、轨道舱、推进舱和附加段构成,具有起点高、具备留轨利用能力等特点。在戚发轫等的带领下,研制人员在短短几年时间内,先后攻克飞船三舱的分离解锁、调姿制动、升力控制、防热、回收等五项关键技术,完成各种复杂的大型地面试验。飞船的主要分系统——结构与机构、制导、导航和控制、数据管理、推进、热控、无线电测控、电源、返回着陆、环境控制与生命保障、仪表照明、应急救生系统等技术也相继取得了一系列创新成果。1996年,飞船全系统的电气设备开始桌面联试,经过5个月的测试获得成功,证明了飞船电气系统方案的正确性,飞船进入初样研制阶段。

经过5年的艰苦创业,1997年到来的时候,运载火箭、发射场、着陆场、测控网,这几个系统都已经具备了执行发射无人飞船的能力。但是,上天的飞船还在研制阶段,没有生产出来。12月,时任载人航天工程副总指挥的沈荣骏来到承担飞船发动机研制任务的上海航天局考察。此行的目的是为了能如期完成“争八保九”的目标。“争八保九”指的是,第一艘飞船要争取1998年、确保1999年首飞。然而,飞船其他产品可以由初样产品改制,发动机产品却必须是正样状态,才能确保飞行任务成功。发动机产品主要是新研类型,可靠性试验子样还很少,正样研制任务重、时间紧,发动机产品研制成了整个工程的短线。上海航天局领导表示,“争八保九”是我们对中央的承诺,一定全力以赴,保证完成任务。

中国航天人做到了,1998年到来的时候,飞船和火箭如期竖立在发射台上——

1998年1月9日,工程总指挥、总师联席会议决定:在1999年利用长征二号F运载火箭首次飞行试验的机会,发射一艘试验飞船,重点考核火箭的可靠性和飞船的舱段分离、返回控制等关键技术。

1998年5月,载人航天工程第一次在刚刚落成的酒泉卫星发射中心载人航天发射场完成了合练,全面检验了火箭、飞船、发射场各系统之间的匹配性和协调性;7月,飞船参加整流罩横向解锁试验获得成功;10月,至关重要的模拟真实飞行程序的运载火箭—飞船的零高度逃逸救生飞行试验程序取得成功,逃逸救生技术获得突破。

当得知我国载人航天工程前期工作连获喜讯时,江泽民同志亲笔为正在制造的第一艘试验飞船题名“神舟”。

1999年,举国欢庆国庆50周年和澳门回归的喜庆日子里,在中国西北大漠深处,秘而不宣的中国载人航天工程正悄悄准备着首次奔向太空的腾飞。11月20日,成千上万的人们在戈壁黎明的寒风中兴奋地等待着,翘首以望一座全新的巍然屹立的发射塔架。6时30分,随着发射指挥员“点火”命令的下达,大地震颤,烈焰喷腾,长征二号F 火箭托举着中国人自主研制的神舟一号无人飞船冲上云天……

中国人来到太空了

20世纪90年代,一颗外国卫星在太空中发现,中国西北荒漠,一座全新的、体量巨大的钢铁结构正悄然竖立,与之相距1500米的,是一栋蓝白相间的单层建筑。国外航天界猜测中国正在进行一项重大的太空计划。

卫星上的那片建筑就是中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场。作为中国的航天第一港,我国第一枚导弹在这里发射,第一颗卫星在这里上天,第一枚洲际运载火箭从这里飞向太平洋,积累了丰富的实践经验和雄厚的技术基础,拥有完善的测量、控制、通信、气象、计量、铁路运输、发供电设施设备,可完成多种轨道卫星的测试发射任务,具有良好的载人航天发射试验基础。同时,中心处于戈壁平原地带,人烟稀少,地势平坦,视野开阔,气象条件优越,对跟踪测量的限制小,发射前后航天员应急救生条件极好,年可发射时间长达300多天,有利于发射场各项设施的建设。1994年7 月3日,载人航天发射场在大漠深处奠基。总装备部原副部长、发射场系统原总指挥李元正中将参与了发射场的早期论证和建设,他回忆说:我们的建设思路非常明确,载人航天发射场一定要赶上世界同类发射场的技术水平,一定要采用世界上最先进的技术体制和技术方案,来确保我们国家载人航天发射的安全可靠。

1998年建成的中国载人航天发射场采用的是当时具有国际先进水平的“三垂一远”发射模式。“三垂一远”指的是:垂直组装、垂直测试、垂直整体运输和远距离测试发射控制。“三垂一远”发射模式最大限度地减少了技术状态的变化,大幅度提高了载人发射的安全性和可靠性,具备短时间内连续发射的能力,同时满足未来空间站应急救援发射的需求。

随着中国神舟第一次的壮美升空,各大系统迎来了首次全方位的重大考验。

浩瀚苍穹,神舟飞船穿行其间,会受到空间各种干扰,为了保证飞船及轨道舱的正常工作,并确保飞船顺利返回,必须通过由飞行控制中心、地面测控站、海上测控站和中继卫星构成的天地一体化的测控管理体系来对飞船轨道进行实时跟踪和控制。如果把飞船比作风筝,测控系统的专家就是手握风筝的人,测控通信链路就是那根至关重要的线。而20世纪80年代建成的中国航天测控网,却只能完成测控卫星的任务,无法满足载人航天工程高精度、大容量的数据传送和大覆盖面的要求,必须采用新的技术手段,并扩大和完善全球布站。曾担任测控通信系统总指挥的董德义回忆说:天地通信是一大考验,各种数据、调度指令、语音和视频通话等信息,在千里之遥的天地间传输,是复杂的系统工程,任何节点发生错漏,都会导致无法挽回的后果。工程立项后,我国自主研发了集遥测遥控、测距测速和话音图像传输等功能于一体的S频段统一测控系统,新建了青岛测控站和两个国外测控站。形成了由北京、西安、东风三个中心和遍布国内外的测控站、船组成的载人航天测控网,不论是测控覆盖率还是测控精度都实现了大幅跃升。经过这些重要的技术补充,陆、海基测控网建设更加完善,可以覆盖整个中国和世界三大洋。endprint

神舟一号飞船在轨运行期间,地面测控系统和分布于公海的4艘远望号测量船对其进行了跟踪与测控,成功进行了一系列科學试验。11月20日18时,当神舟一号第14次飞临南大西洋海域上空时,正在这里待命的远望三号测量船准确地发出了返回指令。随后,飞船建立返回姿态,制动发动机点火,从太空开始返回。

工程立项之初,在中国 960 万平方公里的疆域中,要找到一块既能够满足着陆条件,又符合飞船轨道要求的区域并不简单。着陆场系统的技术人员对河南、内蒙古、辽宁等所有理论上适宜飞船着陆的地方,经过6次大规模的实地勘察,最终将主着陆场定在了地势宽阔、平坦的内蒙古自治区中部的四子王旗阿木古郎草原,副着陆场选在了内蒙古阿拉善盟额济纳旗的中南部地区,恰好处在飞船返回舱返回主着陆场的途中,如果主着陆场的气象条件不好,可选择在这里降落。

神舟一号飞船在太空中飞行21个小时后,于1999年11月21日凌晨3时41分顺利降落在预定主着陆场。我国自主研发的“救生回收地理信息电子显示系统”,首次实现了搜救现场方位态势的三维实时显示,极大地方便了指挥通信,提高了搜救效率,一个具有中国特色、配套齐全、适应载人航天高安全、高可靠性要求的载人航天着陆场系统已经建成。

神舟一号任务的圆满成功,标志着我国载人航天技术获得了重大突破。但神舟一号还不是一艘正样飞船,只是一艘处于初级技术状态的电性船。飞船所有分系统设计的正确性、合理性、协调性和可靠性,以及飞船与其他大系统之间的协调性和可靠性,都有待于在神舟二号上得到进一步验证。

神舟一号成功后,科研人员将飞船变轨列为重大技术攻关项目。他们将原定飞船第14圈返回时变轨的设计方案,在神舟二号任务中提前到第5圈,同时加上了回归轨道的设计,这样可以让飞船每天都有返回着陆场的机会。此外,飞船还增加了由航天员控制的手动应急程序,大大提高了返回的安全性。

2001年1月10日凌晨1时,神舟二号发射升空。这是我国第一艘正式用于太空试验、功能基本齐全的无人飞船,自主飞行7天,绕地球108圈,变轨程序在飞船运行到第5圈时启动,并获得了成功。神舟二号检验了各系统的工作性能,仪表照明、应急救生、乘员和有效载荷等分系统工作在这次任务中全面展开,并重点考核了环境控制与生命保障系统的功能,进一步检验了飞船系统与其他系统的协调性。神舟二号任务中最引人关注的应该说是“模拟人”了。身着白色航天服和透明头盔的形体假人,安然坐在座椅上,这套由人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人组成的拟人载荷系统,能模拟航天员在太空生活时的多种重要参数,如脉搏、心跳、体温、血压、饮食等与真人一样的生理信号并传回地面,随时接受地面指挥中心的监控,地面医监人员可以通过监测这些生理信息来判断航天员的健康状况,从而保证在真正载人飞行时能对航天员的生理信号进行正确的采集、处理和传输。

神舟二号飞行试验对载人航天工程各系统从发射到运行、返回、留轨的全过程进行了全面的考核和检验,获取了大量试验数据,于2001年1月16日19时22分返回地面。之后,神舟二号的轨道舱进行了留轨运行,在轨工作的半年时间里,成功进行了微重力环境下的空间生命科学、空间材料、空间天文、空间物理等四大科学领域的空间应用试验。

2001年9月30日,神舟三号飞船运抵发射场。这是一艘经过改进的正样飞船,技术状态与载人飞船基本一致。在发射前进行的技术测试刚进行到第三天,工作人员忽然发现飞船的穿舱插头有一个连接点出现不导通问题。尽管这只是所有同类插头2000多个接点中的一个,而且所有使用这个插头的信号都是双点双线连接,未必会导致任务失败,但考虑到神舟三号飞船要严格考核飞船的载人性能,专家们建议拆换飞船内所有同类插头,重新生产。但飞船一共使用了77个插座,共有1500多点,如果全部重新设计、重新投产,飞船的发射至少需要推迟3个月时间。当时来自各地的实验队已经进入发射场,撤场势必会造成巨大的经济损失和发射时间的延误,而按照原计划,江泽民同志是要亲临发射场坐镇指挥的。工程总体的压力很大,一时难以下决心,指挥部专门向中央做了汇报。中央军委原副主席、总装备部原部长、时任中国载人航天工程总指挥的曹刚川上将回忆说:正在这个时候,江主席闻讯打来电话,说你们一定要保证产品质量,什么时间能发射,就定在什么时间,不要按我计划去的时间。这使我们很受感动,对工程给予很大的支持。中央领导的指示及时地解除了大家的思想负担,指挥部最终决定推迟发射。

“归零”是中国航天人创造的一个名词。在载人航天工程的管理规定中,这个可以简单解释为“从头开始查找故障原因”的词语被进一步细化为5个步骤:定位准确、机理清楚、故障复现、措施有效、举一反三。

出现故障的穿舱插头拿回北京“归零”,结果发现插座设计存在根本性缺陷,是批次性问题。针对查出的问题,载人航天工程各大系统展开了一场翻箱倒柜式的“质量归零战”。中国空间技术研究院在这次“归零”中,还发现正在生产的用于首次载人航天飞行的神舟五号飞船返回舱壳体也存在错焊缺陷,研究院没有去修修补补,而是将这个返回舱壳体作为警示钟放在厂房里。这件事极大地教育了全体参试队伍。当时正担任中国空间技术研究院院长、载人飞船系统总指挥的袁家军回忆起当时的情景时说:通过这件事,我们把“严、慎、细、实”的作风贯穿到后来飞船系统的研制生产过程中,无论受到怎样的挫折,但为了航天员的安全,再大的压力也要承受。

三个月后,一批经过重新设计、生产的神舟三号飞船专用插座在北京通过专家组鉴定验收后,运抵发射场。

2002年3月25日,江泽民同志亲临发射场指导并观看神舟三号发射,他说:神舟三号发射成功,举国振奋,大长了中国人民和中华民族的志气。这次任务之前,江泽民还为长征二号F运载火箭亲笔题名“神箭”。

神舟三号任务期间,工程各系统在全状态下参加任务,逃逸与应急救生功能首次全面启用,火箭控制系统首次实现了控制系统冗余,同时,还增加了火箭上升段偏航机动、纳米比亚测控站、远望4号船上行遥控、飞船轨道舱偏航试验等内容。神舟三号在太空绕地球飞行107圈后开始返回,着陆场系统获取了飞船黑障前后返回舱测量数据,完成了遥测接收和遥控发送,返回舱于4月1日16时51分返回地面。endprint

8个月后,深冬的戈壁滩已是一片萧瑟景象,神舟四号飞船运抵发射场。12月21日,距离预计的发射时间只剩下8天,一股罕见的西伯利亚强劲寒流突然袭击了发射场,最低气温瞬间下降到零下30摄氏度。按照惯例,火箭发射时,最低气温不能低于零下20摄氏度。低温发射会导致火箭密封圈失效,引起燃料泄漏,诱发管路堵塞,造成电缆插头接触不良。尤其是火箭发动机的可靠性要求极高,倘若低温环境超越底线,后果不堪设想。而此时,火箭燃料已加注完毕,可以说是箭在弦上,不得不发了。为了给火箭保温,发射场成立了临时“火箭飞船抗寒抢险小组”,迅速展开一系列保温工作。工作人员先是弄来两台小型热风机,放在发射平台上,向火箭发动机舱内送热风。但火箭舱体为金属材料所制,受热快,散热也快,加之外面温度很低,热风送进去很快就凉了。接着,又启动了二十多台大功率空调,昼夜不停地给火箭强行送暖。再接着,给火箭、飞船套上“防寒服”,贴上泡沫塑料,再用几千瓦的电灯泡照烤。但是,火箭飞船袒露在戈壁滩寒冷的冬夜里,热量很快就散去了。情急之下,发射中心的官兵火速从营房中扛来二百床军用棉被,包裹在火箭和飞船的关键部位上……在这样的努力下,火箭和飞船没有受到低温的影响,始终保持着正常的待发状态。直到12月30日,发射场的气温开始回升,达到了发射规定的温度时,神舟四号飞船才成功发射升空。

神舟四号任务是载人飞行前的最后一次彩排,飞船的技术状态与载人飞船完全一致,设计师们根据前几次飞行试验中暴露出来的问题,对部分技术状态进行了改进,设计了8种救生模拟方式,完善了应急救生系统功能,增加了航天员手动控制系统,增强了整船偏航机动能力,以便在不同阶段出现意外,都能保证航天员安全返回。

神舟四号飞行中,先后进行了对地观测、材料科学、生命科学实验及空间天文和空间环境探测等一系列科学技术实验,于2003年1月5日19时16分,安全返回地面。

“发射一次,前进一步”,这四次无人飞行试验对工程总体和各系统从发射到运行、返回、留轨的全过程进行了全面的考核验证,特别是神舟三号、神舟四号在全载人状态下连续发射成功,都相继在第五圈完成变轨任务,使决策神舟五号飞行一天返回成为可能。时任总装备部副部长、载人航天工程副总指挥的胡世祥中将回忆说:首飞任务要想成功,必须有成功的子样,我们从神舟三号开始就确定了技术状态,神舟三号、神舟四号、神舟五号的技术状态要一致,如果前几次都是成功的,我们就可以下决心在神舟五号上人了。从神舟一号到神舟四号,四次无人飞船的连续发射成功,预示着我国载人航天工程无人飞行阶段的结束和载人飞行阶段的开始。

载人航天工程是中国航天史上规模最大的跨世纪工程,航天员是这项工程的最后实践者。工程立项后,创立于1968年的宇宙医学及工程研究所,更名为航天医学工程研究所,具体负责航天员的管理和训练。当时,美、苏两国的载人航天事业经过40多年的发展,已经掌握了一整套完善的航天员训练方案,拥有一批经验丰富的教练员。而对我国的航天员系统来说,培训航天员不像其他系统的工作那样具有一定的继承性,一切都要从零开始。20世纪90年代,通过临床医学选拔、生理功能检查、心理品质测试和面试、家庭查访、综合评定等工作,我国从空军1500多名现役歼击机飞行员中选拔出14名预备航天员。载人航天工程原副总设计师、航天员系统原总指挥、总设计师宿双宁回忆说:航天员训练的成功与否直接影响到载人航天工作的成败,当时大家都暗暗下定了决心,一定要战胜这个挑战。航天员的训练要建立一个完整的训练体系,首先是要组建一支特别能奉献,特别能攻关,有扎实基础理论知识和科学训练方法的教练员队伍。

1996年,航天员吴杰和李庆龙奉命赴俄罗斯加加林航天员训练中心接受培训,他们仅用了一年的时间就把通常需要四年的课程全部学完。回国后,他们和教员们一起研究摸索出了一套适合中国航天员特点的训练模式。

1998年1月5日,一个简短的仪式翻开了中国航天史上的重要一页——中国航天员大队正式成立,并正式由空军部队移交原国防科工委管理。从这天起,中华民族的飞天梦想、共和国几代航天人的希望,都落到了这14位空军骄子的肩上。

航天员从事的是神圣的事业,更要面临严峻的挑战。他们的职业是要离开人类适合生存的地球,去另一个不适宜人类活动的区域工作,要在密闭狭小的飞船中经历超重、失重、低压、旋转相互交替的过程,必须通过特殊的训练来主动适应。因此,走进航天员大队,远不能说明冲过重重关卡的幸运者就是一名完整意义上的航天员,这只是拉开了航天员职业生涯的序幕。此后的几年,他们向着自身的生理、心理和意志极限发起了挑战。

正规的学习开始,一座巨大的科学殿堂矗立在了航天员们面前。他们首先要闯过的是航天科学的基础理论,包括空气动力学、飞船设计原理及舱载系统等与航天技术有关课程,天文学等与航天环境有关的课程,解剖生理学、航天医学、心理学等医学课程,还有高等数学、流体物理、力学、电工电子学、英语、哲学等共8大类58个专业。

为了让航天员适應太空的特殊环境,提高他们对各种负荷的耐受性,教员们最大限度地模拟太空中的各种环境,在这个非常艰苦的过程中,既有利用旋梯、滚轮、蹦床、旋转秋千等器材提高前庭功能的训练,针对提高低压缺氧耐力的游泳、攀岩训练,也有为提高超重耐力专门进行的胸、腹部和四肢肌肉的训练,还有模拟飞行任务的直升机吊救训练、跳伞训练、飞行失重训练……这种被称为是“魔鬼训练”的强度之大、要求之高,远非战斗机飞行员可比,其精神和体力的巨大付出不是一般人可以承受的,需要一项项克服、一个个战胜。

就在航天员艰苦训练的同时,首次载人航天飞行任务的决策工作也在紧锣密鼓地进行。2002年10月17日,中央专委同意按照“1名航天员、飞行1天”的方案,在2003年实施我国首次载人航天飞行。胡锦涛同志做出批示:这是2003年度最重大的科研实践活动,一定要高度重视、精心组织。endprint

2003年春节过后,国际航天界噩耗频传。2月1日,美国“哥伦比亚”号航天飞机返回时突然解体,7名宇航员全部遇难;5月4日,俄罗斯“联盟 TMA—1”飞船返回时,落点偏离400多公里,险些酿成严重后果;8月22日,巴西VLS系列运载火箭在发射场爆炸,21人不幸丧生。在国内,一场突如其来的“非典”疫情不期而至,工程遇到了前所未有的严峻挑战。

获知“哥伦比亚”号航天飞机失事的那天,正是中国农历的大年初一,载人航天工程指挥部的领导们匆匆赶到了航天员们中间。而出乎他们意料的是,14名航天员平静地表示,加入这支队伍,职业的荣誉、百姓的目光,已使他们忘记一切。航天员的光荣,正在于把生命融入人类探索太空、征服宇宙的征程中。这样的回答坚定了总指挥部按照原计划当年发射神舟五号的决心。5月9日,载人航天工程指挥部通过各大新闻媒体正式宣布:神舟五号飞船将于10月如期发射。提前发布消息,足以证明中国对自己的首次载人航天飞行充满了必胜的信心。

这时,航天员已完成了5年多的学习训练,即将面临“毕业考试”,要对每个人进行全面综合的考评,再根据成绩进行首飞梯队的选拔。根据我国载人航天的计划,载人飞行任务的密度不大,是用不了14名航天员的,当初之所以选拔了14个人,主要是考虑到“淘汰率”的問题。美国和俄罗斯在航天员训练过程中的淘汰率一般为50%。借鉴国外的经验,工程指挥部决定,在最后的考核评定中,不合格者将被淘汰。7月3日,经过由工程指挥部领导以及航天医学工程研究所专家组成的选评委员会严格公正的考核评定,揭晓了考评结果:14名航天员全部通过考核,创造了“零淘汰率”的奇迹。这一令世人惊叹的结果,意味着我国已创建了具有中国特色的航天员训练体系。在接下来进行的“首飞梯队”选拔中,经过三轮筛选,航天员杨利伟的成绩始终名列第一,他和排名第二、第三的翟志刚、聂海胜入选了“首飞梯队”。

10月14日,神舟五号飞船发射的前一天,任务总指挥部决定,由杨利伟执行载人飞行任务。这一次具有划时代意义的出征,牵动着党和国家领导人以及13亿华夏儿女的心。当天下午,中共十六届三中全会一闭幕,胡锦涛同志就赶往酒泉卫星发射中心,为中华民族历史上的一次伟大出征壮行。在10月15日清晨举行的出征仪式上,胡锦涛深情地说:杨利伟同志就要作为我国第一个探索太空的勇士出征,肩负着祖国和人民的重托去实现中华民族的千年梦想。相信你一定会沉着冷静,坚毅果敢,圆满完成这一光荣而神圣的使命。我们等待着你胜利归来。

晨曦中的酒泉卫星发射中心圆梦园,挤满了赶来为航天员壮行的人群,军乐队奏响《歌唱祖国》的雄壮乐曲,身穿白色航天服的航天员杨利伟迈着从容而稳健的步伐,向载人航天工程总指挥李继耐上将报告出征。随着总指挥庄重有力的“出发”命令,杨利伟一个标准的军礼,定格在了共和国的航天史册上。

9时整,在举世关注的目光中,火箭腾空而起,驶向浩渺的太空,发射场和地面指挥大厅里,所有的人都屏住呼吸。9时9分47秒,甩掉最后一级火箭的神舟五号飞船进入了预定轨道。“飞船一切正常”,得到杨利伟来到太空后的第一声报告时,地面指挥大厅里掌声雷动。杨利伟在《飞行日志》上写道:“为了人类的和平与进步,中国人来到太空了!”飞船飞行到第7圈时,杨利伟展示了中国国旗和联合国旗帜。“和平利用太空,造福全人类”——这声“太空宣言”穿越茫茫宇宙,传递着一个民族飞天梦圆的心声。

在神舟五号飞行期间,测控通信系统按照飞控计划与太空中的杨利伟进行了天地通话,通过生理遥测参数和电视图像监视他的身体状态,对飞船进行了跟踪测量和监视控制,圆满完成了与航天员通信联络及图像接收处理、测控计划生成、遥测数据接收与处理、遥控与数据注入、轨道控制与确定、天地校时等任务。

10月16日4时19分,神舟五号飞船环绕地球飞行了整整14圈后,接到了北京航天飞行控制中心下达的返回命令开始返回。6时28分,神舟五号飞船返回舱在红白相间的巨大降落伞拖带下,安然降落,距理论着陆点仅4.8公里。经历21个小时的太空洗礼,杨利伟的双脚重新稳稳地踏在了祖国的大地上。阿木古郎草原迎来了中国第一位巡天归来的航天员,蒙古族群众用传统的礼节献上了洁白的哈达。人们紧紧地把杨利伟围在中间,无数双手把他高高地抬了起来,每个人的目光中都透着一种无法抑制的兴奋和喜悦。这时,杨利伟举手投足的每一个瞬间,都成为世界的焦点。“飞船运行正常”“自我感觉良好”“我为祖国感到骄傲”,杨利伟用这样的三句话概括了自己的太空之旅。这一刻,千年的梦想、十几年的研制,5年的训练,21小时的飞行,证明了一个事实,中国人飞向太空不再是梦。

首次载人航天飞行任务成功后,中国载人航天代表团前往香港、澳门访问。所到之处,欢迎的民众自发地排成长队,挥舞着五星红旗及特别行政区区旗,激起了极富精神意蕴的“航天热”。“中国的飞船飞得有多高,海外华人的头就能抬多高。”飞天梦想的实现,给海外华人带来的是国家强大带给他们的荣耀。联合国秘书长安南在《祝贺声明》中专门用汉语说出“航天员杨利伟”。美联社报道说:“继美国和苏联之后,中国成为世界历史上第三个有能力这样做的国家。”路透社报道说:神舟五号的成功,使其带领中国跨入由苏联和美国垄断40多年的太空俱乐部的任务宣告完成。

太空中的中国步伐

2004年5月19日,中国载人航天代表团在美国访问时,专程来到位于纽约的联合国总部。当身着蓝色航天服的中国航天员杨利伟将一面曾和他一起飞向太空的联合国旗帜递交给时任联合国秘书长的安南时,向世界诠释了中国人开展载人航天的意义——“和平利用太空,造福全人类”。

2005年的世界航天领域,发生了许多未曾预料的大事。新上任的美国航空航天局局长格里芬宣布了“新登月计划”。美国“发现”号航天飞机重返太空时,发射过程中出现绝热瓦和绝热泡沫脱落现象,引发了全球对太空探索、航天技术安全问题的极大关注与辩论,也从一个侧面提醒中国的研制队伍,“成功并不等于成熟、一次成功并不等于次次成功”,一定要把高质量和可靠性作为最重要的原则,贯穿工程始终。endprint

2005年2月3日,中共中央政治局常委会议做出了启动载人航天工程第二步第一阶段任务和实施神舟六号任务的战略决策,明确提出“精心组织、精心指挥、精心实施,确保成功、确保万无一失”的要求,神舟六号任务进入了加速推进的关键阶段。

神舟六号是一次承前启后的飞行,將实现多人多天的任务目标, 充分考核人在太空中较长时间生活和工作的能力。与神舟五号任务相比,神舟六号任务无论是飞行产品研制,还是组织实施,都呈现出很多新特点,新挑战。其中,最核心的问题仍然是如何确保飞行的可靠性和安全性。

杨利伟执行神舟五号任务归来后,曾对火箭系统长征二号F火箭的设计人员说,在火箭上升到30多千米的高度时,火箭和飞船突然急剧抖动,产生了大约20秒的振动,让他身体感觉非常痛苦。而在此之前,箭体的振动频率被认为是对航天员没有影响的。杨利伟和设计人员交流了感受,运载火箭系统总设计师荆木春立即带领火箭系统的科研人员开始查找问题,他们从火箭飞行数据分析中发现,一台重要的设备——伺服机构在飞行过程中发生停摆。虽然火箭本身的冗余度和容错能力使故障没有影响成败,但在举国欢庆首飞成功的日子里,他们还是开始了紧张艰苦的“归零”工作。技术人员发现,火箭从起飞后126秒开始,出现了逐渐增大的纵向单频振动,频率约为8赫兹。而人体对10赫兹以下的低频振动非常敏感,会让人的内脏产生共振。而且,这个新的振动叠加在大约6G,也就是大约6倍体重的负荷之上,一般人是根本无法承受的。他们严格按照研制程序和操作规程工作,认真地清理问题,复查数据,100多项试验内容,无数次的试验验证,终于发现“8赫兹振动”现象是助推器动力输送系统产生的问题。研制人员在用于发射神舟六号飞船的火箭上,采用使用变能量蓄压器来抑制振动的新技术方案,大大提高了火箭的舒适度,彻底解决了这个问题。同时,火箭第一次安装了图像实时测量系统,将从起飞到船箭分离等动作的画面实时传回,帮助地面更加准确地观测和判断火箭状态。

在神舟五号飞行中,杨利伟的工作仅限于返回舱内,未进入轨道舱使用生活设施,也没有进行空间科学实验操作。在神六飞行中,航天员要从返回舱进入轨道舱工作生活,这是对飞船生命保障系统的全程考核。返回舱和轨道舱之间有一扇舱门,它的开启和关闭直接关系着航天员的安全。这扇门连接的是两个独立的舱室,如果两个舱室气压不同,舱门要么无法打开,要么会被弹开,撞击到身上,对航天员造成伤害。同时,舱门的密封性至关重要,飞船返回前、两舱分离后,舱门必须严丝合缝地关闭,一旦漏气,返回舱就会在几秒钟之内变成真空世界,航天员的生命面临严重威胁。在国际载人航天事件中,曾发生过因为舱门关闭失败,导致舱内失压、航天员牺牲的惨剧。载人飞船系统为保证这道“生命之门”的安全,创造性地研制成功了舱门密闭快速自动检测装置,并进行了上万次的地面试验。

2005年10月12日,神舟六号飞船在酒泉发射场整装待发。清晨,挂满自信笑容的航天员费俊龙、聂海胜在漫天飞舞的雪花中向载人航天工程总指挥陈炳德上将报告出征。

上午9时整,神舟六号成功发射,点火后第583秒,飞船与火箭在高度约200公里处成功分离,进入预定轨道。航天员费俊龙打开返回舱与轨道舱之间的舱门,进入轨道舱开展空间科学实验。他惊喜地发现,舱内专门放置了食品加热装置和餐具等生活的必需品,墙上挂着一个睡袋,供他们轮流休息用。轨道舱中还特别配置了一个专门的清洁用品柜,航天员可以用里面的湿巾等物品进行清洁。神舟六号航天员聂海胜回忆说:因为轨道舱的增加,我们的活动空间就大了,吃喝拉撒睡都在轨道舱,私密性好,个人卫生打理上也方便一些,确确实实给我们带来了很多方便。舒适的太空生活进入了第三天,费俊龙就想让地面的人们知道他们的生活状态。他回忆说:当时我就像想什么样的形式展现我们的太空生活,让祖国和人民放心,让亲人和战友知道,我们生活得很愉快、很轻松呢?以前,我在资料片中看到,国外的航天员在空间站做过前滚翻。我想,外国航天员能做到的,我们中国航天员也能做到。我一连做了4个前滚翻,就是要让国际同行们看看,中国航天员同样出色。

5昼夜的太空之旅,费俊龙和聂海胜在太空中创造了一项又一项的记录:第一次进行多人多天太空飞行试验;第一次进入轨道舱;第一次实施对地观测、海洋污染监测、大气状况监测、植被状况监测以及生物科学和材料科学的研究;第一次在太空完成压力服穿脱试验、吃上热食和复水食品……

10月17日凌晨,神舟六号准确着陆预定区域。紧随着飞船返回舱的开启,人们看到的是费俊龙、聂海胜淡定的笑容和两个“V”字形的手势。令科技人员欣慰的是,这次115小时33分、绕地球77圈、320万公里的飞行,所有备份设备都没有启动,数百个应急预案都静静躺在抽屉里,每一个细节和步骤都与设计数值高度吻合,以完美的零缺陷圆满收官。

至此,我国已经掌握了飞船较长时间在轨载人飞行的技术,全面实现了载人航天工程第一步战略目标。紧接着第二步的目标是:突破和掌握太空出舱和空间飞行器的交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题。其中,“出舱活动”这一历史性的重任落在了神舟七号肩上。

出舱是载人航天需要突破的三大技术之一。掌握了出舱技术,就可以为下一步建造空间站、在轨维护航天器、开展外太空试验,以及未来载人登月等航天活动,奠定重要的技术基础。仅仅过去三年、完成两次载人航天飞行之后,就实施航天员太空出舱活动,技术难度之大在世界航天史上前所未有。横亘在科研人员眼前的现实是:底子薄、任务重、时间紧、风险大,特别是用于保障航天员完成出舱活动任务的飞船气闸舱和舱外航天服这两项关键技术将经受实践的考验。

舱外航天服是进行出舱活动的关键。在太空真空、微重力、高辐射、高低温交变、微流星体的撞击等恶劣环境中,不仅要为出舱航天员提供适合生存的环境,还要保证航天员能开展操作维修等太空作业。这就对舱外航天服的功能提出了极高的要求。因此,舱外航天服确切地说,是一个拥有衣服外观的小型的载人航天器,涉及几十个学科专业、上百种新技术,是衡量一个国家航天科技发展水平的重要标志。endprint

按照最初的计划,中国从俄罗斯引进舱外航天服,在2007年发射神舟七号,实施出舱活动。但随着工程的进展,决策者在反复思考,如果用俄罗斯舱外航天服出舱,虽然能够完成出舱活动,但我国其实并没有完全突破和掌握出舱技术。将来中国自己的舱外航天服研制出来后,还需要发射飞船进行试验。可如果现在自行研制,又面临任务进度与技术难关的尖锐矛盾,究竟是引进还是研制?载人航天工程总设计师、中国工程院院士周建平综合大家的意见后说:载人航天要想长期可持续发展,这是必须突破的一项技术。每一次飞行试验都要付出很大的研发代价,如果掌握的技术是不完整的,我们对国家,对老百姓都不好交代。工程总体经过严密论证,认为应该真正实现突破和掌握出舱技术的任务目标。最终决定,中国航天员要穿中国的舱外航天服出舱,将原定于2007年进行的神舟七号任务调整到2008年进行。

舱外服研制周期通常是8到10年,而此时,距神舟七号发射只剩下不到4年时间。舱外服的研制成了整个工程的难中之难、重中之重、急中之急。一场史无前例的打造航天员“生命盾牌”的科研攻坚战役打响了。大到整体结构和外形,小到元器件、原材料的性能指标,都需要从头设计,所需的设施、设备都是边研制、边建设。年轻的研制队伍迎难而上,选择了一条瞄准世界前沿技术、既有继承又有所创新的攻关之路。其中,舱外服关节技术是公认的世界性难题,既要保证气密性和强度,又要保证关节活动自如。这一对看似矛盾的两个要求,在研制人员的努力下迎刃而解,他们创造的独特的“滚、旋、套、叠”结构的服装活动关节成为中国舱外航天服的创新亮点之一。47个月,100多项大型系统试验,100多家单位的团结协作,为舱外服成功地打上了“中国制造”的烙印。喜讯传到中南海,胡锦涛同志欣然挥笔题名“飞天”。

2008年,神舟七号任务被国家确定为与北京奥运会、纪念改革开放30周年并列的三件大事之一。紧张备战神舟七号任务的载人航天发射场,成为奥运火炬传递的重要一站,预示着中国航天人将要在太空的大舞台上为世界带来更多的惊喜。

神舟七号任务最耀眼的亮点就是走出太空舱,虽然舱内、舱外只有一步之遥,但对于独立自主开展载人航天的中国人来说,却是开天辟地头一回。按照国际航天界惯例,对于有两个可供航天员驻留的压力舱的飞船,在执行出舱任务时,需要设置一个气闸舱,作为过渡舱支持出舱活动。气闸舱上有两个门,一个通向宇宙空间,另一个通向返回舱。神舟七号飞船和以往一样,也是推进舱、返回舱、轨道舱的三舱结构,并没有单独的气闸舱。如果重新研制飞船,时间来不及,而要从轨道舱中隔出一个气闸舱来,有效空间又不够。载人飞船系统总设计师张柏楠经过深思熟虑提出了一个“一艙两用”设计方案:利用飞船现有构型,保持三舱结构不变,让轨道舱既保留生活舱功能,又充当出舱活动需要的气闸舱。在轨道舱兼作气闸舱的研制中,他带领技术人员先后进行了出舱活动操作空间设计、扶手等限位助力保险装置设计、增大出舱活动通道设计、泄压复压功能设计、出舱活动通信功能设计、出舱活动操作显示界面设计、出舱活动照明摄像功能设计等多项技术创新,实现了气闸舱和生活舱一体化的设计。

2008年8月8日,第29届奥运会开幕的日子,全世界的目光都聚焦在古老的北京城。这一天,北京市全城放假,所有的市民都在电视机前静静地期待着圣火燃起的时刻。就在同一天,距离奥运会主会场“鸟巢”18公里之遥的北京航天城内,却是一片忙碌景象。备战神舟七号任务的航天员们没有因为奥运会的到来有丝毫的改变,仍在紧张有序地训练,以自己特有的方式迎接奥运的到来。

在神舟七号任务所要突破和攻克的三项关键技术中,有一项是专门针对“出舱航天员的训练”的。航天员进行出舱活动时,在太空处于失重状态,必须加强失重训练,首当其冲的是要研制出全新的地面训练设备。由航天员系统研发的模拟失重的中性浮力水槽、舱外航天服试验舱、出舱活动程序训练模拟器,这三项训练设施代表着世界先进水平,可以囊括航天员出舱训练所需的各项功能。训练设施建成后,受工程研制进度的制约,留给航天员的适应和训练时间仅有半年左右。但每一项训练的艰辛都对航天员来说,是向极限挑战的过程。神舟七号航天员翟志刚回忆说:航天员最不容易的是日复一日这种超越常规的训练,锲而不舍,不谈放弃,永远积极地在努力,任何时候都要把自己最亮丽、最光鲜的精神面貌时时刻刻体现在训练场上。尤其是在承受着选拔的压力,对我们来说是巨大的考验,经过一次次这样的考验之后,身心都能够得到锻炼,这支队伍也逐渐迈向成熟。

2008年9月25日傍晚,曾经三次入选任务梯队的翟志刚和刘伯明、景海鹏成为执行这次任务的航天员,他们向载人航天工程总指挥常万全上将报告出征。20时10分,长征二号F运载火箭准时点火,神舟七号飞船发射升空。

与“神五”“神六”的太空之旅相比较,神舟七号的巡天之路似乎“障碍重重”。进入太空飞行的前三天,由于受到失重环境的影响,航天员最容易发生航天运动病和减压病。而按照任务计划,神舟七号航天员乘组却需要在第二天完成出舱活动。9月27日,翟志刚和刘伯明开始在太空组装舱外航天服,这是一项艰难而又细致的工作。由于天地操作差别,地面上很容易做到的事情,在太空中却变得异常困难。原计划16个小时的组装工作却用了近20个小时。连续的工作已使他们十分疲惫,但却不能停下来休息。16时33分,北京航天飞控中心发出指令:“打开轨道舱门,按程序启动出舱。”翟志刚开始开轨道舱的舱门。这个动作,他曾做过无数次的地面模拟试验,从来没有出过问题。但在太空开启舱门时,气闸舱已泄压到1千帕,完全符合打开舱门条件。然而,当翟志刚胸有成竹地用力拉了三下,门却丝毫没有反应。飞船在测控区的时间是有限的,如果不能尽快打开舱门,地面就无法观测到出舱的过程。此时,飞船即将飞出测控区。地面工作人员和观看电视直播的亿万观众的呼吸似乎凝固,时间在一分一秒流逝。任务遇到障碍,翟志刚不免着急,操作也有些吃力,这时,刘伯明压住他的右手大声说:“稳住,深吸一口气,压下来顶住!”翟志刚迅速冷静下来,用辅助工具撬了两次,刚刚打开一点缝隙,残留的气体又把舱门紧紧吸上了。但就是这一点缝隙,让翟志刚看到了胜利的希望,也坚定了他的信心。他咬紧牙关,坚持,坚持,再坚持,翟志刚把全身的力气都集中在手上,在刘伯明的帮助下,终于打开了通向浩瀚太空的舱门。此时,距离北京航天飞控中心下达出舱命令,已经过去了7分多钟。正当翟志刚准备出舱时,“意外”再次出现。飞船突然传来报警提示,并不断重复:“轨道舱火灾!轨道舱火灾!”尽管后来确认这是一场虚惊的误报,但在当时,还是令许多人捏了一把汗,如果一旦出现火情,后果会十分严重,甚至航天员将有去无回。此时生死已经不在翟志刚考虑的范畴,只有完成任务才是最重要的,他毫不犹豫地纵身跃出舱门。endprint

此时,全中国的目光都锁定在距地面高度343公里的神舟七号——通过摄像机,人们可以清晰地看到翟志刚迈入太空的这历史性一步。安装在轨道舱上方的摄像机实时传回了飞船外的美丽画面,推进舱上展开的太阳帆板如同飞船两只轻盈的翅膀,背后的太空漆黑如墨,映衬在太空中的地球现出一片蔚蓝,此时的飞船正翱翔于大西洋的上空。

按照原计划,翟志刚出舱后的第一项任务是取回暴露在舱外的固体润滑材料。在太空中展示国旗,是神舟七号飞船发射前20天才定下来的事情,最初的计划中并没有这个动作,在地面也没有进行过相应的训练。那么,航天员出舱之后,什么时候展示国旗最合适?指挥部决定把权力交给任务乘组。随着轨道舱火灾的“警报”不断传来,在舱内的刘伯明果断地调整了任务步骤,他将航天科技工作者们用“十字绣”一针一线亲手绣成的五星红旗递给翟志刚,对翟志刚说:“先展示国旗吧。即使我们回不去,也要让五星红旗在太空留下永远的瞬间!”在黑色天幕和蓝色地球的映衬下,翟志刚挥动国旗向全国人民、向全世界人民问好。鲜艳的五星红旗和雪白的飞天舱外航天服与茫茫宇宙中构成了一幅无与伦比的美丽图画。

紧接着,翟志刚要完成出舱肩负的另一项重要任务——取回暴露在舱外40多个小时的固体润滑材料试验样品。这是我国第一次由航天员直接操作的舱外科学实验,是一项很有意义的基础性材料试验项目。小小的试验装置,包括15种材料80个样品,这一试验的关键和难点在于,航天员需要在失重环境下,对试验样品要能锁得住、解得开、拿得回。翟志刚按照“拨、拉、压、提”四字口诀,一气呵成,单手完成了解锁和回收工作,操作十分顺利。所有的试验任务完成之后,太空变成了翟志刚的个人舞台。转身、飘移、再转身、再飘移,整个身子都飘离轨道舱,潇洒,自由。翟志刚第一次开始了他的,也是中华民族在太空的浪漫舞步。直到接到地面“可以返回轨道舱”的命令后,翟志刚才结束了他的舱外之旅。这次太空行走共进行了19分35秒,他在舱外飞过了9165公里。这19分钟,是翟志刚个人的一小步,但却是中国人和平利用太空的一大步。茫茫太空中第一次留下了中国人的足迹。

9月27日19时24分,神舟七号飞船飞行到第31圈时,准备启动此行的又一项重要任务——释放伴飞小卫星。这是我国首次开展此类试验。与神舟七号伴随飞行的这颗只有40公斤的小卫星是我国自主研制的微力型卫星,它安装在飞船轨道舱前端,通过弹簧装置给予初始速度后,伴随在神舟七号附近做周期性相对运动,可用于观测飞船、拓展主星功能。19时24分45秒,景海鹏按下伴星释放按钮,6秒后,伴星拍下了第一张飞船彩色照片,这是中国人第一次在太空中看到神舟飞船的全貌,从此,太空中多了一双既能看天又能看地的眼睛。

9月28日17时37分,夕阳西照,彩霞满天。神舟七号飞船返回舱安全着陆,实现了“准确入轨、正常飞行、出舱活动圆满、安全健康返回”的目标。翟志刚取回来的固体润滑材料也一起回到地面,它让神舟七号飞行任务“有人参与”的空间试验变得更加具体,是我国载人航天工程开展空间科学试验中有人参与和舱外试验的里程碑标志。在这次任务中,我国自主建成的第一代全天候、全天时、区域性卫星导航定位系统——“北斗”试验卫星导航系统以及“天链一号”中继卫星全面启用,加上新研制入列的远望5号、远望6号航天测量船远征大洋,我国的航天测控覆盖率大为提高。

中国式“太空之吻”

2001年3月23日,盛极一时的“和平号”空间站在南太平洋上空坠毁,从而结束了俄罗斯在空间站领域的霸主地位,取而代之的国际空间站成为唯一在轨长期运行的载人航天器。这个建成于1998年,重458吨、长108米的庞然大物,经过美国、俄罗斯、欧洲、日本等多个国家的合作建设,一度成为引领世界先进航天技术的标识。2006年,美国国家航空航天局在正式发布的“重返月球计划”中说,他们将在2014年左右放弃国际空间站而于2020年前后“重返月球”。面对国际环境的变化,中国的载人航天工程自信地继续走自己的路,稳步推进三步走战略。

2008年之后,我国已经成功掌握了载人天地往返和出舱活动这两项载人航天关键技术,接下来的重大难关就是突破空间交会对接技术。中国载人航天工程总设计师、中国工程院院士周建平谈到中国的交会对接技术方案设计时说:交会对接是载人航天非常重要的基本技术。从载人飞船的任务来讲,最重要的能力是为在轨道上运行的空间站或者空间实验室提供运输服务功能,这是长期保证人能够在轨道上有效工作的最恰当也最经济的一种方式。

交会对接是一项国际公认的高难度航天前沿技术。在中国之前,世界上掌握这项技术的只有美国和俄罗斯。美、俄两国在交会对接任务中曾多次出现过严重事故。据统计,1960年至1998年,俄罗斯载人航天飞行任务的33次重大故障中,交会对接故障就占到了24.3%。为了验证交会对接技术,美、俄在进行载人航天器交会对接之前,分别进行了3次飞船与飞船之間的对接,也就是说,发射了6艘飞船。空间实验室系统总设计师杨宏采用的是一种更为经济、高效的技术方案——发射一个目标飞行器,分别与3艘飞船进行对接。这种方式减少了两次发射,大大降低了成本,还可以提前验证建设空间站的若干重要技术。

2009年,一个神秘礼物出现在这年中央电视台春节联欢晚会的舞台上,它就是我国自主研制的目标飞行器——天宫一号的模型。由此,我国载人航天工程的第八个系统——空间实验室系统正式亮相。

天宫一号是在飞船轨道舱基础上研制的全新的空间实验室雏形。高10.4米、重8.5吨,分为实验舱和资源舱,舱体的最大直径达3.35米。与之前的载人航天器相比,天宫一号为航天员提供的可活动空间大大拓展,达15立方米,能够同时满足3名航天员工作和生活的需要。实验舱前端装有被动式对接结构,可与追踪飞行器进行对接。根据任务计划,天宫一号要在轨飞行两年以上。而只有6个月寿命的轨道舱技术已经远远满足不了任务要求。如何保障天宫一号内500多台设备在两年多时间里正常运行,成为研制人员要攻克的新难题。为此,他们在地面进行了大量试验,有的设备试验次数甚至达到了万次以上。针对可能出现的故障,他们还制定了几百种预案,从系统到分系统再到单机,各层面都做了备份,为天宫一号长期运行加上了“双保险”。endprint

2011年6月29日,天宫一号运抵酒泉卫星发射中心。7月23日,用于发射天宫一号的长征二号FT运载火箭也到达了发射场。运载火箭系统总指挥刘宇满怀信心地说:火箭各个系统都针对最后实现的目标做了相应的改进工作,新的整流罩从直径和长度上来讲,都是目前国内最大的,还有,我们采用了迭代制导的技术,使火箭入轨的精度达到了国内最高的水平,可靠性的指标、安全性的指标,又有了很大的提高。

可就在距预定发射日期只剩下12天时,任务总指挥部突然下达了“暂停发射”的命令。原来,此前一直保持着100%成功率的长征二号丙火箭在8月18日发射实践十一号04星时发生了故障,卫星未能进入预定轨道。长二丙火箭与即将发射天宫一号的长二F火箭同属“长征”系列,发动机也由同一厂家生产。导致长二丙失利的原因会不会也隐藏在长二F上呢?天宫一号任务总指挥部连夜召开会议,决定在问题没有彻底查清之前,暂停天宫一号发射任务。这给工程人员心头蒙上了一层阴影。接下来的几天,整个发射场都弥漫在一种紧张的气氛之中。技术人员和专家们夜以继日地进行数据分析、仿真和试验,直到查明故障原因,采取改进措施,彻底排除隐患之后,任务总指挥部才再次对外公布:天宫一号将于9月27日至30日择机发射。

9月29日21时16分,经过漫长等待的天宫一号终于踏上征程,并成功进入预定轨道。与此同时,神舟八号飞船已经进入发射场开始测试。按计划,它将在1个月后与天宫一号在太空中交会对接。

让两个飞行器的所有机构在太空高速飞行中精准对接,如同千里之外的“穿针引线”,这也意味着空间交会对接机构将是我国目前最为复杂的空间机构,它包括多个控制器、电机、传感器和上千个齿轮轴承、数以万计的零件和紧固件。在它内部,还有数百条导线纵横密布,任何一个部件出现失误,都可能造成空间交会对接的失败。关于交会对接的核心技术一直以来被国外封锁,我国的方案论证是从一张白纸开始的。

1994年,研制人员瞄准国际先进水平,采用“导向板内翻式的异体同构周边式构型”开始启动对接机构预研工作,五年后,第一台原理样机问世,并成功开发了空间对接机构缓冲试验台、空间对接机构综合试验台、空间对接机构整机特性测试台、空间对接机构热真空试验台4个大型试验设备,创造了“外国有的我们有、外国没有的我们也有”的试验条件,使国外同行刮目相看。2006年,方案样机总装完成后,又进行了上千次对接和数百次分离试验,才保证了空间对接的万无一失。

神舟八号飞船既要突破交会对接技术,又要实现载人运输飞船的定型,因此,全船600多台套设备一半以上发生了技术状态的改进变化,实现了更新换代。载人飞船系统总指挥何宇说:针对任务特点,我们开发了一套在交会对接过程中使用的测量系统,保证在各个距离段上都有测量设备来进行支持,可以做到相互备份,可靠性很高,精度也很高。

经过这一次改进后,神舟号飞船不再做大的改动,将真正成为空间实验室和空间站至地球的天地往返运输工具。

从飞船和目标飞行器准确入轨,到实施交会对接、航天员进驻天宫,再到安全撤离返回,要进行高精度的频繁轨道控制和真正意义上的双目标协同飞控,对测控通信系统提出了更高的要求。原测控通信系统总设计师钱卫平说:交会对接的过程实际上是由远及近逐渐逼近的一个过程。飞行控制和轨道控制的精度,决定着交会对接是否能够成功。他们在不断提升测控精度外,还加快完善天基测控系统,拓展陆基测控站点到五大洲,增加海基测控远望船队新成员。神舟八号任务前,各个测控节点将点对点的传输方式变更为扁平化信息传输网络,全部实现了升级换代。2008年和2011年,随着两颗中继卫星——天链一号01星和02星的发射和组网运行,测控通信覆盖率发生了质的飞跃。

2011年11月1日5时,神舟八号踏上了与天宫一号的赴约之路。11月3日凌晨,经过两天的太空追逐和5次变轨,神舟八号到达了天宫一号的运行轨道。此前,天宫一号已经从350公里的近圆轨道降低到约343公里的轨道面上。两个航天器相距只有数十公里时,测控网无法对它们的相对位置提供精确支持,需要航天器之间互相配合,逐步接近。当神舟八号和天宫一号相距100公里左右时,各自不同的交会测量设备开始启动,对它们之间的相对距离、速度和角度进行准确测量,并渐渐地由远及近。1时36分,茫茫太空中上演了这样的浪漫一幕:神舟八号“轻吻”天宫一号,接近、捕获、缓冲、校正、拉紧、密封、刚性连接、信息能源并网,对接一气呵成。

实现对接后,天宫一号与神舟八号组合体的控制、管理与分离同样充满风险。从交会到对接上,使命只完成了一半;对得上,还要控得住、分得开。特别是分离是否成功,直接关系到航天员能否顺利从空间实验室或空间站撤离。11月14日晚,天宫一号与神舟八号成功实施了分离。随后,为验证测量设备对强光的抗干扰能力,两个航天器在光照区又进行了第二次对接。11月16日18时30分,神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器再次成功分离,返回舱于11月17日19时返回地面。

天宫一号与神舟八号的交会对接是无人状态下的自动交會对接,而一项完整、成熟的空间交会对接技术,不仅要求能自动交会对接,还要能手动交会对接。可以说,手控交会对接是对航天员操作技能的极大考验。掌握了此项技术,才意味着完全掌握了交会对接技术,具备了建造空间站的基本能力。

2012年,天宫一号与神舟九号载人交会对接任务正式启动,首要任务就是实施有人参与和自动相结合的交会对接。6月16日18时37分,景海鹏、刘旺、刘洋三位航天员迈着坚定的步伐向太空出征。他们将进驻中国人在太空中的第一个“家”。

6月17日凌晨起,北京航天飞行控制中心对神舟九号实施了多次变轨控制,完成抬高近地点、修正轨道面偏差、抬高远地点、轨道圆化和组合修正,控制飞船到达距离天宫一号后下方约52公里处,经过远距离导引段变轨,转入自主控制状态,经寻的段自主脉冲控制,神舟九号于6月18日2 时41分抵达距天宫一号正后方约5公里处的停泊点,以自主导引控制方式逐渐向天宫一号靠近,飞抵达距天宫一号30米停泊点后,以每秒约0.2米的相对速度向天宫一号缓缓靠拢。14 时14分,神舟九号与天宫一号对接环轻轻接触,经过捕获、缓冲与校正、拉回、锁紧等技术动作,成功实现精确自动交会对接,建立刚性连接,形成组合体。17时06分,景海鹏先后开启组合体的实验舱舱门、返回舱舱门、轨道舱前舱门,与刘旺进入了天宫一号,将各种设备设置成有人状态后,刘洋也进入天宫一号。中国航天员首次访问在轨飞行器获得成功,神舟九号和天宫一号两个航天器成为真正意义上的一个整体。endprint

外界对神舟九号任务给予了极大关注,不仅因为要在任务中实施首次手控交会对接,更吸引大家注目的是,中国的第一位女航天员飞上了太空。

2009年5月至12月,经中央军委批准,我国实施了第二批航天员的选拔工作,从空军部队符合条件的现役飞行员中,择优挑选出5名男航天员和2名女航天员。这是实施载人航天工程以来,首次选拔女性航天员。

刘洋,作为我国第一位飞天的女航天员,是第二批航天员中首位参加飞行的。在神九任务中,她主要负责航天医学实验和空间技术试验管理。刘洋说:男航天员在体力、耐力,包括果敢、决断上面,会比女性占有一定的优势。但是女航天员性格更细腻、更认真,对狭小空间的耐受力会更强。这对于未来长期的太空飞行是非常有利的,更适合在太空中开展一些比较精细的空间科学实验,积累女性在生理、心理及航天医学方面的飞行实验数据。

“神九”乘组采用“新老搭配、男女配合”的方式,除刘洋外,执行任务的还有两名男航天员:景海鹏和刘旺。

景海鹏曾执行过神舟七号任务,此次是“二度飞天”,并由他担任指令长。在驶向发射塔的车上,景海鹏望着窗外挥手送别的人群,悄悄拭去了眼角的泪水。那是对中国航天人十几年艰苦创业、不畏艰难、勇攀高峰的航天精神的衷心致敬。回想起当年的场景,景海鹏说:那一刻我感受到了全军将士的信任,感受到全国人民给予我们的厚望,这种信任、这种厚望,给了我们能够圆满完成任务的动力和信心。

坐在景海鹏旁边的刘旺,是首批14名航天员中最年轻的成员,脸上始终挂着从容与自信。从1998年进入中国航天员大队到迎来自己的太空“第一飞”,他整整等待了14年。这次手控交会对接,就由刘旺“掌舵”。在太空中,他要准确判断两个航天器的相对位置,手动控制飞船的姿态、速度和方向,将与天宫之间的角度严格控制在近乎苛刻的范围之内。为了“一枪中的”,实现精准对接,刘旺在地面进行了1500多次模拟训练,熟练掌握了手控交会对接的操作技能。在出征前,有记者他有几成把握时,他的回答是“百分之百”:“我坚信,我们国家的载人航天技术是一流的,工程科研人员是一流的,我们中国航天员也是一流的。因此,我有充分的信心完成这一次手控交会对接任务”。

6月24日,是神舟九号来到太空的第8天。飞船撤离至距目标飞行器约400米处,然后自主控制接近目标飞行器,在140米处停泊。12时38分,坐在返回舱中间座椅上的刘旺轻轻握住位于身体两侧的平移控制手柄和操作姿态手柄,包裹在白色手套里的指头上下左右灵活拨动,从容而自信地瞄准目标飞行器十字靶标,实施偏航、滚动、俯仰等3种姿态控制,组合体对他的各项操作都做出了准确响应,逐步接近天宫一号。12时48分,对接机构成功接触,7分钟后,对接机构锁紧,神舟九号与天宫一号再次实现刚性连接,形成组合体,中国首次手控空间交会对接试验取得成功。至此,我国继掌握天地往返、出舱活动技术之后,载人航天三大基础性技术的最后一项——空间交会对接技术获得突破,掌握了这项技术,建设空间站的梦想便不再遥远。

在太空飞行了13天后,神舟九号即将踏上了回家的路,飛船从天宫一号撤离时,同样以航天员手控方式的进行。返回舱于6月29日10时03分成功降落。天宫一号再次转入长期运营管理状态,等待神舟十号飞船的到访。

迈向空间站时代

太空探索是人类共同的事业,为了开发太空资源,必须建立能长期运行的生活和工作基地,因此,进入空间站成为世界各国航天人努力的方向。20世纪90年代,美国、俄罗斯、欧洲航天局、日本、加拿大和巴西6个国家的太空机构联合推进了一项宏大的合作计划——国际空间站。共有16个国家或地区组织参与其中,唯独对正在蓬勃发展航天事业的中国实施技术封锁、势力遏制,拒绝给中国留出一席之位。

20年后,随着空间交会对接技术的突破,独立自主的中国航天人已成功扣响“空间站时代”的大门。

空间站是载人航天技术的标志性产物,也是中国载人航天工程“三步走”战略的最终目标。建设什么样的空间站、如何应用空间站……一系列问题受到党中央的高度关注。2010年9月25日,中共中央政治局常委会议审议并通过空间站建设立项报告,会议批准的《载人空间站工程实施方案》中明确要求,在2020年前后建成具有中国特色、能够充分发挥效益的空间站。随着空间站工程的立项,载人航天工程又增加了六个系统:货运飞船、载人空间站、光学舱、长征五号B运载火箭、长征七号运载火箭和海南发射场系统,扩展至十四个大系统。

2013年,中国的载人航天飞行进入了第十个年头,神舟十号将在这一年发射。细心的人们发现,中国飞天的航天员也将达到十位。在这“十全十美”辉煌的背后,中国的航天人更欣慰地看到,中国的载人航天已从探索、突破、掌握载人航天技术开始向空间科学实验和应用试验转变,进入了他们期待已久的应用发展的崭新阶段。

神舟十号的主要任务是为在轨运行的天宫一号提供人员和物资运输服务,是面向长期飞行的一次验证性应用飞行。

6月11日14时28分,习近平总书记来到酒泉卫星发射中心航天员公寓问天阁,为即将执行神舟十号任务的聂海胜、张晓光、王亚平三位航天员送行。17时38分,神舟十号飞船承载着民族的飞天梦想再度起航。

2013年6月13日13时18分,天宫一号目标飞行器与神舟十号飞船成功实现自动交会对接。3名航天员进入飞船轨道舱后,北京航天飞行控制中心向航天员下达了进入天宫一号的指令。二度飞天的航天员聂海胜开启天宫一号舱门后,3名航天员依次进入天宫一号。在未来十几天的太空生活中,他们不仅要验证组合体对航天员生活、工作和健康的保障能力,做一些建造空间站的实验,而且,还要完成一项特殊的任务。

6月20日,在北京人大附中的一间报告厅里和距地球340公里外的天宫一号中,300多名中小学生和执行神舟十号任务的航天员们组成了一个特殊的天地课堂。这是我国首次在载人航天飞行中开展的教育类应用任务——太空授课。航天员王亚平担任了主讲老师,在聂海胜和张晓光的辅助下,分别进行了质量测量、单摆运动、陀螺运动、水膜和水球等基础物理实验,展示了失重环境下物体运动、液体表面张力等奇特的物理现象。全国8万余所中小学的6000万余名师生同步收看了现场实况转播。知识与梦想在天地间传递,让所有的人都感受到一份中国力量。“面对浩瀚宇宙,其实我们都是学生。”王亚平独特的自信和亲和力让冰冷的太空充满了温情,为中国开展载人航天的目的做了最好的注脚——飞天梦永不失重,科学梦张力无限。endprint

王亚平在返回地面以后,收到了很多很多孩子们的信,他们在信中说,我一定会好好地学习,将来也要成为一名航天员,去探索美丽的太空。每次看到这些,她就由衷地感到幸福和欣慰,“这次太空授课不仅仅激发了孩子们对太空的向往、对科学探索的热情,也让他们更多地走近航天,了解航天,热爱航天,激发了他们的求知欲和爱国心”。

看似简单的太空授课,考验着3名航天员之间的默契与协同,更需要天地通信链路的支持,这次持续40分钟的天地互动是在我国三颗中继卫星的支持下实现的,它们的亮相标志着中继卫星系统全球组网运行,实现了低轨道80%的覆盖率,我国第一次有了比较完整的“陆基、海基、天基”一体的测控通信系统,为载人航天工程向深空挺进提供了有力的保障。

6月24日早,就在聂海胜成功执行手动交会对接任务后的第二天,习近平总书记来到了北京航天飞行控制中心,同航天员进行天地通话。习近平说:航天梦是强国梦的重要组成部分。随着中国航天事业的快速发展,中国人探索太空的脚步会迈得更大、更远。

航天员张晓光执行任务归来后最难忘的就是这次天地通话,他回忆说:“在太空中,让我内心非常激动难忘的事,就是天地通话,当主席说道,‘我想问问晓光、亚平,你们第一次上太空感觉怎么样?就像唠家常一样,那时感觉到我们不是在遥远的太空孤独地飞行,而是有一个强大的团队在地面支持着我们,全国人民的心都和我们连在一起。让我们感觉到祖国人民赋予我们的情怀。通话结束以后,我跑到睡眠区,流泪了。”

由于未来空间站的核心舱、实验舱以及飞船都将分别发射,因此必须通过“绕飞”技术,在不同方向上使载人飞船、货运飞船与核心舱进行对接。神舟十号在轨期间,进行了一次绕飞验证和演练。6月25日,神舟十号按照预定程序进行变轨控制,从天宫一号上方繞飞至其后方转为正飞姿态,天宫一号则转为倒飞姿态,地面控制神舟十号接近天宫一号,顺利完成近距离交会对接。

6月26日清晨,神舟十号飞船圆满完成了各项预定任务,在内蒙古主着陆场成功返回。牧民们用鲜花和哈达迎回了三位遨游太空的追梦人。至此,我国载人航天工程第二步第一阶段任务完美收官。

2016年,恰逢中国航天事业创建60周年。4月24日,中国第一个航天日宣告诞生。这个具有特别意义的年份,也是我国载人航天工程发展进程中极为重要的一年。生态、环保、开放的新一代航天港海南文昌航天发射场建成使用,优化了我国航天发射场的总体布局;新一代高可靠、高安全、无毒、无污染的中型液体运载火箭长征七号火箭发射升空,将满足发射货运飞船和未来载人运载火箭更新换代的需求;新一代航天远洋测量船远望七号正式入列,大大提升了测控精度和效率……当然,这一年中最令人瞩目的当属神舟十一号飞船与天空二号的交会对接任务。这是改进型载人飞船和改进型运载火箭组成的载人天地往返运输系统的第二次应用性飞行。

作为载人航天工程“三步走”计划第二步第二阶段的开山之作,天宫二号是我国首个正式的空间实验室平台和面向中期驻留的大型航天器。未来建立空间站,在轨维修、太空加注、舱外观测等等,都需要在天宫二号中逐步完善。天宫二号由实验舱和资源舱组成,设计寿命为两年。相比于五年前发射的天宫一号,天宫二号有了质的飞跃。最主要的是配备了智能化的“大脑”——控制计算机系统和自主研发的操作系统,可自主地进行航天器飞行轨道、姿态调整、运行状态的智能化诊断。

2016年9月15日22时,月朗风清的中秋之夜,在天宫一号在轨运行即将达到三周年之际,天宫二号飞向太空。十天后,成功完成两次轨道控制,调整至距地面393公里的轨道上,静静地等待着神舟十一号的到来。

神舟十一号飞船在继承神舟十号技术状态的基础上,调整了轨道控制策略和飞行程序,将交会对接轨道和返回轨道高度由343公里提高到393公里;优化了货物装载布局方案,提高了随行运输能力;新配备的宽波束中继通信终端设备,可以扩大测控覆盖范围,提升飞船姿态快速变化时的天地通信保障能力;同时,为满足未来空间站交会测量设备长寿命使用要求,还对飞船的交会测量设备进行了升级换代。

10月17日清晨,执行神舟十一号任务的景海鹏、陈冬两名航天员,迎着朝阳向载人航天工程总指挥张又侠上将报告出征。已执行过神舟七号、九号两次飞行任务的景海鹏已是三度飞天,并担任这次任务的指令长,他的搭档是38岁的航天员陈冬,是我国第二批航天员中第一位飞向太空的男航天员。

7时30分,承载着神舟十一号飞船的长征二号F火箭冲天而起,把一团橘红色的烈焰留在了湛蓝的大漠长空。7时49分,飞船准确进入预定轨道。12点56分,飞船成功实施第一次远距离导引控制,抬高了近地点高度,经过多次变轨,于19日1时11分转入自主控制状态,向天宫二号逐步靠近。3时24分,神舟十一号与天宫二号两个飞行器对接成功,形成组合体。早晨6时32分,两名航天员打开返回舱舱门,进入轨道舱;紧接着,开启天宫二号实验舱舱门,以飘浮姿态进入天宫二号实验舱。景海鹏惊喜地发现,比起自己四年前入住的天宫一号,天宫二号内部发生了很大改观,为营造更人性化的居住条件,天宫二号舱内色彩、光线、降噪等都做了人性化的环境布置,不仅铺设了地板、安装了可手动调节亮度的米黄色灯、为每位航天员增加了床头灯,还设置了一个多功能小平台,可以写字、吃饭、做科学实验。此外,实验舱内还配备了蓝牙耳机和蓝牙音箱,便于航天员与地面进行通讯联络,一切都很温馨,真的像是太空中的一个家了。

10月23日7时31分,为进一步验证小卫星的在轨释放、驻留和伴飞技术,天宫二号成功地释放了一颗伴随卫星。这颗伴随卫星属于新一代先进微小卫星,具备高效轨道控制、灵活姿态指向、智能任务序列处理和天地测控通信高速数传的能力。比八年前的神舟七号伴随卫星体积更小、能力更强。10月24日,景海鹏50岁生日那天,伴随卫星装载的红外相机将天宫神舟组合体首张图像传回地面。10月25日,另一台2500万像素的可见光相机也传回了所拍摄到的图像。endprint

11月9日下午,景海鹏、陈冬正在开展机械臂人机协同在轨维修技术试验时,习近平总书记来到中国载人航天指挥中心,同他们进行天地通话。“海鹏同志、陈冬同志,你们辛苦了。”习近平亲切的声音穿越茫茫太空,在天宫二号中响起,为两位航天员送去了冬日里暖心的关怀。至此,我国天地通信的传输速度已能满足各种发送需求,航天员与地面无障碍通信已成为现实。

景海鹏和陈冬在太空一共生活了33天,是迄今为止,我国载人飞行时间最长的一次任务。33天时间里,他们既要担任“驾驶员”“科学家”,又要充当“医生”“工程师”等多个角色,创造了太空跑步训练、太空种植、太空养蚕、失重心血管功能研究等载人航天史上的多个“第一”。

11月17日,组合体已在太空飞行了整整30天,即将返航。景海鹏和陈冬把太空试验的丰硕成果全都搬进返回舱,依依不舍地关上天宫二号舱门,回到飞船轨道舱。12点41分,神舟十一号同天宫二号成功分离,踏上归途。

11月18日13时59分,冬日的内蒙古阿木古郎草原这片在蒙古语中意为“平安”的地方,将巡天归来的航天员迎接回家。飞船着陆后,景海鹏自主打开返回舱舱门出舱。这在我国载人飞船的历次返回中,还是第一次。我国第六次载人航天飞行任务在美丽的草原画上了一个完美惊世的句号。

天宫二号与神舟十一号载人飞行任务实现了“稳定运行、健康驻留、安全返回、成果丰硕”的任务目标,标志着我国载人航天工程空间实验室阶段任务取得具有决定性意义的重要成果,为后续空间站建造运营奠定了更加坚实的基础。

就在神舟十一号在太空中飞行的时候,2016年11月3日20时43分,用于发射空间站主要舱段的长征五号运载火箭在海南文昌航天发射场冲天而起,将直径5.2米的整流罩包裹着的太空摆渡车——远征二号上面级成功送入预定轨道,我国重型运载火箭关键技术取得突破,跨入世界大吨位火箭发射行列,中国航天事业迈进了崭新的大火箭时代。

对中国载人航天工程来说,空间应用始终是发展的主题和追求的目标,中国航天人在为“仰望星空”付出诸多努力的同时,没有忘记“脚踏实地”地顾及民生。经历工程发展中的多个里程碑之后,飞船发射的常态化让民众已不再仅仅关注火箭腾空的一瞬间,而是把目光更多投向科技成果为国民经济和民生带来的实惠。作为载人航天工程主要系统之一,空间应用系统主要负责空间科学与应用任务的管理和实施。空间应用系统总指挥高铭说:我们有两个目的,一是认知外太空,探索外太空;二是和平利用太空。从神舟一号到神舟十一号,他们先后研制出上百种船载科学仪器和设备,开拓了空间材料科学、生命科学、天文观测、地球环境监测、空间环境探测与预报、流体物理等科学领域。空间应用系统总设计师赵光恒说:我国近年来开发使用的多种新材料中,大部分是在航天技术的牵引下研制完成的。近2000项空间技术成果已移植到国民经济各个部门,取得近千项国家级发明专利和科技进步,带动了卫星通信、导航定位、气象预报、减灾防灾、远程教育等相关领域事业的发展。特别是,天宫二号上安排的空间科学实验和地球科学观测与应用共有十几大项目,是历次载人航天任务中最多的一次,主要项目的研究水平已经处于国际前沿,技术发展位列国际先进行列。

2016年11月18日深夜,空间应用系统的工作人员将神舟十一号搭载的综合材料实验样品、高等植物培养实验返回单元连夜送回北京的实验室。两项样品分别由设计团队进行检验。首先打开的是综合材料实验样品,这些样品共有12个,包括金属单晶、纳米复合材料等目前最为热门的材料样品,进行解剖分析研究后,实验成果将有望改善人类的生产生活。和材料样品相比,高等植物培养的返回样品显得非常娇贵,不仅配备了自己单独的温度计,还被包裹在了一个黑色的小匣子里,里面盛放的是拟南芥种子。科学家们尝试在天空二号飞行过程中,完成第二代种子的培养。实验的结果,令科学家们很满意,经历了48天的空间培育生长,这些种子已抽薹开花和结荚,完成了从种子到种子的全部发育过程。目前,返回拟南芥样品一部分已做固定处理,拟南芥果荚将在实验室继续培养。除此之外,还有6 个样品被留在天宫二号中继续在轨进行装置热特性测量实验,以期揭示在地面重力环境下难以获知的材料物理和化学过程的规律,获得优质材料的空间制备技术,指导地面材料加工工艺的改进与发展。

神舟十一号飞船返回后,天宫二号继续在395公里的轨道上独立飞行,等待天舟货运飞船的到来。

2017年4月20日19时41分,搭载天舟一号货运飞船的长征七号遥二运载火箭在海南文昌航天发射场发射升空。4月22日,天舟一號货运飞船与天宫二号空间实验室顺利完成首次自动交会对接。一天后,天舟一号与天宫二号组合体开始进行推进剂补加试验,这是两个航天器进行的第一次推进剂补加,也是我国首次推进剂补加试验,试验持续了大约五天时间,于4月27日完成。至此,天舟一号飞行任务取得圆满成功。作为我国载人航天工程空间实验室飞行任务的收官之战,这次任务不仅突破和检验了空间站货物运输、推进剂在轨补加等关键技术,还标志着中国载人航天工程第二步战略目标的胜利完成。从这一天起,中国航天事业正式迈入了“空间站时代”。

放眼未来,站在迈向民族伟大复兴的新起点,中国航天已经踏上了“加快建设航天强国”的新征程。太空探索永无止境,对中国航天事业而言,每一个新高度都是一个新起点,每一次叩问都是下一次探索的开始。在先后掌握了载人飞船、大推力火箭、空间交会对接、航天器长时间自主运行、航天员中期驻留等技术后,我国将按照“建设国家级太空实验室”的总体目标,从2017年开始,逐步开展大型、长期有人照料的近地载人空间站的建设工作。中国空间站总体构型是三个舱段:一个核心舱、两个实验舱,每个舱都是20吨级,整体呈T字构型。空间站预计在不久后建成和运营。载人航天工程总设计师、中国工程院院士周建平说:我们的目的不仅仅是为中国的科学家,也为全球的科学家提供一个良好的从事空间科学和空间应用研究的平台,推动我们国家空间科学的发展,促进人类科技文明的共同进步。到那时,我国将成为世界上又一个掌握近地空间长期载人飞行技术、具备长期开展近地空间有人参与科学技术试验和综合开发利用太空资源能力的国家。可以预想,到2024年国际空间站退役时,中国将有可能成为全球唯一拥有空间站的国家。

从航天员第一次飞向太空,到第一次太空漫步,从神舟、天宫实现“太空之吻”,到女航天员的太空授课,回望神舟飞天的壮丽航程,中国航天人走出了一条“自主创新,重点跨越,支撑发展,引领未来”的飞天之路;培养造就了一支站在世界科技前沿、勇于开拓创新的高素质人才队伍;探索形成了大型工程建设现代化管理模式;培育铸就了“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的载人航天精神,向全世界展示了强大的中国精神和中国力量,为中国梦插上了腾飞的翅膀。随着探索太空的脚步越来越大、越来越远,中国的航天事业必将进一步发挥服务国计民生的科技引领作用,不断把超越梦想的飞跃标记在太空之上!endprint

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