中國空間技術研究院研究員 朱毅麟
我國載人航太工程分三步走:第一步以飛船起步,發射幾艘無人飛船和一艘有人飛船,實現載人航太的歷史性突破。第二步,除進行對地觀測和空間試驗外,重點完成出艙活動、交會對接試驗和發射長期自主飛行、短期有人照料的空間實驗室,解決我國一定規模的空間應用問題。第三步是建造更大的長期有人照料的空間站。目前我們正在努力實現載人飛船上天這一歷史性的突破。
“神舟”號飛船有三個艙
載人飛船是一種乘載人員較少(3人以下),在太空做短期(十幾天以內)運作,然後返回地面的一次性使用的航太器。我國先後進行了“神舟”一號、二號和三號無人飛船的發射、運作和返回,均取得圓滿成功,目前正積極準備第四艘飛船的發射。
“神舟”號飛船由軌道艙、返回艙和推進艙組成。軌道艙是飛船進入軌道後航太員工作、生活的場所。艙內除備有食物、飲水等生活裝置外,還有進行空間實驗用的儀器設備。軌道艙外兩側裝有太陽電池翼,為軌道艙供電。
返回艙前部呈球形,有艙門與軌道艙相通。返回艙是飛船的指揮控制中心,內設航太員的座椅。座椅前方是儀錶板,航太員通過儀錶監視、控制船上系統及其設備的工作。
推進艙又稱設備艙,呈截錐形或圓柱形,主要裝載飛船姿態控制與軌道控制用的推進系統、電源、環境控制和通信等設備,艙外裝有太陽電池翼,為飛船供電。
按照國外的做法,航太員返回後,飛船的軌道艙就廢棄在軌道上了。我國的“神舟”號飛船卻能“留軌利用”。軌道艙有太陽電池翼繼續供電,像衛星一樣自主地工作,大大延長了飛船執行空間應用和科學實驗任務的工作壽命。
載人飛船處處考慮人的安全
我國已熟練掌握了衛星返回技術,從而為“神舟”號載人飛船的安全返回提供了可靠的保證。但飛船與衛星最大的不同在於有人。保證航太員的生命安全和提供盡可能方便的生活、工作條件是飛船的頭等大事。
首先,航太員居留的返回艙和軌道艙必須可靠密封,使艙內維持規定的大氣壓力。當然,絕對密封是不可能的,需要有氣源不斷補充。但意外的泄漏將會造成災難性事故。蘇聯“聯盟11號”飛船返回前,返回艙在與軌道艙分離時,由於一個閥門漏氣,艙內突然失壓,3名航太員窒息身亡。
有無環境控制與生命保障系統是載人航太器與無人航太器的分水嶺。環境控制系統負責維持艙內規定的大氣壓力,調節大氣中氧、氮比例;排除二氧化碳和其他有害氣體;保持艙內對人體最合適的溫度和濕度;在失重狀態下,用風機強迫空氣流動。生命保障系統要為航太員提供飲水、洗滌水、食物、睡袋、大小便收集器等最基本的生活設施。
載人飛船必須安全返回。返回要克服調整姿態、制動減速、再入防熱和軟著陸4道難關。以著陸關為例,返回艙下降到大氣層後,必須打開降落傘,使返回艙以很慢的速度著陸,否則就會船毀人亡。
應急救生措施也是飛船必要的一環。
航太飛行中,在火箭點火、起飛和上升階段,最容易出現險情。飛船的頂端必須裝上由若干支小型火箭構成的逃逸救生塔。從發射到火箭載著飛船飛離地面110公里高度為止,一旦火箭出現重大險情,危及飛船和航太員的安全,逃逸救生塔的火箭就立即點燃,拉著軌道艙和返回艙迅速脫離火箭,飛行至安全區域,然後拋掉逃逸塔和軌道艙,返回艙自行返回著陸。如果在軌道運作期間飛船出現重大故障,就需要提前執行返回程式,選擇在主著陸場或應急著陸場著陸,甚至有可能緊急迫降在公海或境外。返回艙內備有應急生活用品,如食物、飲水、GPS接收機和通信設備等,航太員將以此等待救援人員的到來。
航太員正在集訓
載人航太是一項國家規模的工程,由6個系統組成。載人飛船隻是其中的一個系統,而飛船的發射、運作和返回,離不開運載火箭、航太員選拔與訓練、航太發射場、航太測控網和返回著陸場5個系統的支援與保障。我國“長征2號F”運載火箭能把飛船送入200—450千米的軌道,飛行可靠性達0.97,航太員的安全性達0.997。酒泉發射場是我國三大航太發射中心之一,擁有先進完善的發射設施。我國的載人航太測控網能保證“神舟”號飛船在上升段的測控通信覆蓋率達到100%,及在軌運作和返回階段的重點弧段的測控通信。我國在內蒙古建造了飛船返回用的主著陸場。現在,航太員的選拔與訓練是要著重突破的一關。
航太員既是載人飛船的乘客,又是駕駛員。航太員的選拔和訓練是一個醫學與工程相結合的新課題,涉及生命科學、醫學和環境工程等領域,需要配備一系列用於進行生理、心理測試和航太環境模擬試驗的裝置。我國較早建立了航太醫學工程試驗基地,目前已從殲擊機飛行員中選拔出一批預備航太員,正在進行集訓。
《環球時報》2002年7月29日