載人航天的三大里程碑
遨游太空是人類自古以來就夢寐以求的美好愿望。載人航天是指人駕駛和乘坐載人航天器在太空中進(jìn)行各種探測、研究、試驗(yàn)、生產(chǎn)等開發(fā)活動的往返飛行。其目的在于突破地球大氣層的屏障和克服地球引力，把人類的活動范圍從陸地、海洋和大氣層擴(kuò)展到外層空間，更廣泛和更深入地認(rèn)識整個(gè)宇宙，并充分利用太空和載人航天器的特殊環(huán)境進(jìn)行各種研究與試驗(yàn)，開發(fā)太空極其豐富的資源。載人航天由載人航天系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)由載人航天器、運(yùn)載器、航天發(fā)射場、回收設(shè)施和航天測控與通信網(wǎng)絡(luò)組成。與無人的衛(wèi)星和探測器相比，載人航天器的技術(shù)難度更大、設(shè)備更復(fù)雜，可靠性要求也更高。確保航天員順利進(jìn)入太空并安全返回地面是載人航天的關(guān)鍵。
載人航天的發(fā)展，大致經(jīng)歷了設(shè)法把人送上地球軌道并安全返回、發(fā)展載人航天的基本技術(shù)以及發(fā)展試驗(yàn)性與永久性載人空間站三個(gè)階段。
在解決把人送上地球軌道并安全返回之前，美國與前蘇聯(lián)均于上世紀(jì)50年代末至60年代初發(fā)射了載有狗、猴、猩猩和其他生物的衛(wèi)星和不載人飛船，用以驗(yàn)證載人航天系統(tǒng)的安全性和可靠性，緊接著就發(fā)展了可以裝載1名航天員的載人飛船。
1957年10月4日，前蘇聯(lián)率先發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星，從而為人類進(jìn)入太空展現(xiàn)了希望。隨后，前蘇聯(lián)于1958年8月便開始實(shí)施命名為“東方”號的載人飛船發(fā)展計(jì)劃。為了爭取時(shí)間，前蘇聯(lián)采取了邊設(shè)計(jì)、邊制造的方法，終于在1961年4月12日搶先把可以裝載1名航天員的“東方”1號飛船送上太空，航天員加加林以1小時(shí)48分鐘的時(shí)間繞地球飛行了1圈，成為世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)載人航天的國家，從此開始了世界載人航天的新時(shí)代。
舉世聞名的“阿波羅”登月計(jì)劃是迄今為止人類規(guī)模最大的一項(xiàng)載人航天活動。從1961年5月開始實(shí)施，到1972年12月結(jié)束，前后歷時(shí)11年，耗資達(dá)255億美元。在計(jì)劃執(zhí)行的高峰期，參加工程的有兩萬多家企業(yè)、200多所大學(xué)和80多個(gè)科研機(jī)構(gòu)，總?cè)藬?shù)超過30萬人。這項(xiàng)載人航天計(jì)劃的目的是驗(yàn)證新型飛船的性能、交會與對接能力，并實(shí)現(xiàn)載人登月飛行和對月球進(jìn)行實(shí)地考察，同時(shí)也是為載人行星飛行和探測進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備。為發(fā)射“阿波羅”號飛船，美國還專門研制了大型“土星”5號運(yùn)載火箭，并發(fā)射了多種探測器收集月球資料，為登月作準(zhǔn)備。
1969年7月16日，“土星”5號運(yùn)載火箭將“阿波羅”11號飛船送上太空。美國的阿姆斯特朗作為“阿波羅”11號飛船的指令長與埃德溫·奧爾德林和邁克爾·科林斯共同完成了第一次載人登月飛行。7月21日，阿姆斯特朗打開飛船登月艙的艙門，順著梯子第一個(gè)踏上了人類為之夢想了千百年的月球。19分鐘以后，登月艙駕駛員奧爾德林也踏上了月球。
美國前后花費(fèi)了18年的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了人類第一次登月飛行，這一事件當(dāng)時(shí)轟動了全球。“阿波羅”號飛船總共進(jìn)行了17次發(fā)射，其中7次為載人登月飛行�！鞍⒉_”13號飛船因故障中途返回地面，實(shí)際上有6次進(jìn)行了載人登月飛行，先后有12名航天員的足跡留在了月球上。
美國與前蘇聯(lián)經(jīng)過第二階段的載人航天飛行，掌握了兩艘飛船在太空進(jìn)行交會與對接的能力，考察了航天員出艙活動及設(shè)備的能力，并進(jìn)行了一些科學(xué)試驗(yàn)與研究工作，為后來發(fā)展載人空間站創(chuàng)造了條件。
人類的航天活動不滿足于在太空的短暫飛行，而是尋求能夠在太空長期生活與工作的基地，充分利用太空獨(dú)特的環(huán)境從事多種科學(xué)技術(shù)研究、試驗(yàn)與生產(chǎn)等活動。因此，空間站的發(fā)展受到世界航天大國的高度重視。
空間站又稱為軌道站或航天站，是一種可供多名航天員巡訪、居住和工作的大型載人航天器，是人在太空開展航天活動的重要基礎(chǔ)設(shè)施，如同一艘太空中的“航天母艦”�？臻g站在長期運(yùn)行期間，航天員的替換和物資設(shè)備的補(bǔ)充可以由載人飛船、貨運(yùn)飛船或航天飛機(jī)運(yùn)送。
1971年4月19日，前蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一個(gè)試驗(yàn)性載人空間站———“禮炮”1號空間站。這標(biāo)志著人類的航天活動已經(jīng)從規(guī)模小、飛行時(shí)間短的載人飛船進(jìn)入到規(guī)模較大、飛行時(shí)間較長的空間應(yīng)用探索與試驗(yàn)階段。
美國的“阿波羅”登月計(jì)劃結(jié)束后，也將載人空間站計(jì)劃列入了重要的發(fā)展目標(biāo)。20世紀(jì)80年代初，航天飛機(jī)研制成功并投入使用，為美國建造大型的永久性載人空間站提供了技術(shù)保障。1987年美國邀請歐洲航天局、日本和加拿大參加研制永久性載人空間站計(jì)劃。1993年，俄羅斯的加入不僅擴(kuò)大了空間站的規(guī)模，而且使該項(xiàng)目成為幾乎包括所有航天大國在內(nèi)的國際性計(jì)劃，因此后來就直接稱為國際空間站計(jì)劃。國際空間站是一個(gè)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、規(guī)模極其龐大和功能非常廣泛的大型空間設(shè)施，將由各參加國提供不同的艙段掛靠在桁架上組成。該計(jì)劃總投資約500億美元。1998年11月俄羅斯首先用“質(zhì)子”號運(yùn)載火箭將國際空間站的第一個(gè)部件———多功能艙發(fā)射入軌，此后將用航天飛機(jī)和大型運(yùn)載火箭把其他部件運(yùn)送入軌，并在軌道上組裝。國際空間站的建造標(biāo)志著載人航天活動又進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。
加加林首次飛天的地方--拜科努爾航天發(fā)射場
拜科努爾航天發(fā)射場地處北緯46度、東經(jīng)63度的中亞半沙漠地區(qū)。拜科努爾航天發(fā)射場，就規(guī)模及其在開發(fā)宇宙空間中所發(fā)揮的巨大作用而言，在世界航天發(fā)射場中占據(jù)極其特殊的地位。這里曾經(jīng)成功發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星、第一艘載人宇宙飛船。前蘇聯(lián)航天員加加林就是從這里走進(jìn)太空，開始人類的首次太空之旅。
時(shí)光荏苒，歷史記錄了拜科努爾半個(gè)世紀(jì)無與倫比的輝煌。前蘇聯(lián)解體后，拜科努爾歸屬俄羅斯。由于拜科努爾位于哈薩克斯坦境內(nèi)，因此兩國于1994年簽署協(xié)議，俄向哈租賃該地20年。
拜科努爾航天發(fā)射場位于哈薩克斯坦西南部克孜勒奧爾達(dá)州，西距咸海45公里，北離拜科努爾鎮(zhèn)288公里，正南24公里是丘拉坦城。這里海拔90米，一年內(nèi)的氣溫變化從-40℃到50℃，晝夜溫差較大，經(jīng)常刮風(fēng)，但降雨量很少。前蘇聯(lián)選擇拜科努爾建發(fā)射場主要是因?yàn)樗h(yuǎn)離人口稠密區(qū)和工業(yè)發(fā)達(dá)的城市。
拜科努爾航天發(fā)射場總面積6717平方公里，南北75公里，東西90公里，居民有6萬人。它建于1955年，1957年10月4日從這里發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克-1”號，開辟了人類航天的新紀(jì)元。1961年4月12日，世界上第一艘載人宇宙飛船“東方”號從這里起航，把航天員尤里·加加林送入地球軌道，使他成為人類第一名飛進(jìn)太空的使者。
在20世紀(jì)60年代后期，這里曾被定為未能實(shí)現(xiàn)的蘇聯(lián)載人登月飛船的發(fā)射場。運(yùn)送登月飛船的N-1火箭的巨大燃料箱，至今還躺在城北70公里處，被當(dāng)作室內(nèi)停車場使用。1971年4月，前蘇聯(lián)在這里第一次把“禮炮”1號航天站送進(jìn)地球軌道，6月又從這里發(fā)射“聯(lián)盟”11號載人飛船。飛船和航天站首次實(shí)現(xiàn)對接，使“禮炮1”號成為第一個(gè)載人航天站。1975年7月15日從這里發(fā)射的“聯(lián)盟”19號載人飛船，成功地與美國發(fā)射的“阿波羅”飛船實(shí)現(xiàn)對接，這也使拜科努爾航天發(fā)射場與肯尼迪航天中心通過太空軌道連接起來了。
繼“禮炮”1號之后，有6座“禮炮”號航天站從這里發(fā)射成功。1986年2月2 0日，蘇聯(lián)第三代航天站“和平”號又從這里進(jìn)入軌道，它有6個(gè)對接口，可以對接多個(gè)航天器。為接送去航天站工作的航天員，從這里發(fā)射了眾多的“聯(lián)盟”號、“聯(lián)盟”T號和“聯(lián)盟”TM號載人飛船。此外，從這里還發(fā)射了數(shù)十艘“進(jìn)步”號貨運(yùn)飛船，為航天站運(yùn)送補(bǔ)給品。
1988年11月，蘇聯(lián)第一架不載人的“暴風(fēng)雪”號航天飛機(jī)也是從這里發(fā)射升空，繞地球兩圈后，又準(zhǔn)確地在發(fā)射臺附近的著陸場著陸。
目前，拜科努爾航天發(fā)射場的主要任務(wù)是進(jìn)行航天運(yùn)載技術(shù)的試驗(yàn)，發(fā)射載人宇宙飛船、太空軌道站、星際站及其他航天飛行器。該場有9個(gè)發(fā)射綜合體，1 5個(gè)啟動裝置，11個(gè)裝配航天器、運(yùn)載火箭和助推裝置的車間和試驗(yàn)庫，3個(gè)加油站。此外還有現(xiàn)代信息計(jì)算測量中心、醫(yī)療保健中心、熱電廠、燃?xì)鉁u輪發(fā)電站、氧氣—氮?dú)鈴S、飛機(jī)場，470公里的鐵路線以及包括公路、供暖、供熱、供電在內(nèi)總長1281公里的供應(yīng)線。從1957年至2000年4月，“拜科努爾”航天發(fā)射場共發(fā)射運(yùn)載火箭1140次，航天器1157次。
阿波羅”登月從這里開始——肯尼迪航天中心
肯尼迪航天中心即美國俗稱的東部靶場,成立于1962年7月，是美國宇航局(NASA)進(jìn)行航天器測試發(fā)射最重要的場所，特別是載人航天器方面，在美國居獨(dú)一無二的地位。美國當(dāng)年為選擇航天發(fā)射場曾成立了一個(gè)專門委員會，提出好幾個(gè)供選擇的地址，幾經(jīng)遴選最后才選中肯尼迪角。
肯尼迪航天中心位于北緯28度46分、西經(jīng)80度的佛羅里達(dá)半島，緯度較低，處在大西洋與巴納納河之間。這里地質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密，大部分地區(qū)近乎平坦的沙土地，最高海拔3.7米。該地區(qū)生長著棕櫚樹、芒果樹、仙人掌等各種植物，屬熱帶海洋性氣候，年平均溫度最低17℃，最高27℃。冬天陽光照射時(shí)間在60%以上，雨季時(shí)間不長，從整個(gè)氣候來講，這里較適合于空間發(fā)射。1947年美國將這里辟為導(dǎo)彈試驗(yàn)場，負(fù)責(zé)美國陸海空軍各種導(dǎo)彈的試驗(yàn)發(fā)射任務(wù)，后又改為航天中心，擔(dān)負(fù)美國宇航局的各種航天發(fā)射任務(wù)。
肯尼迪航天中心規(guī)模宏大，包括梅里特島區(qū)共占地560平方公里，具有各種空間研究、實(shí)驗(yàn)設(shè)施，火箭和航天器裝配、測試、發(fā)射設(shè)施、航天員訓(xùn)練的技術(shù)設(shè)施，足以保障各種空間發(fā)射活動的順利開展，生活、商業(yè)和娛樂設(shè)施也很齊全。
肯尼迪航天中心共有23個(gè)發(fā)射臺，規(guī)模最大的即是著名的39號發(fā)射臺，它包括A、B兩處發(fā)射臺，平臺長40米，寬35米，重2700噸。名垂青史的“阿波羅”登月飛船就是從這里發(fā)射，踏上造訪月宮的太空之旅的，故此這里又叫“月球港”。后來這里又承擔(dān)了航天飛機(jī)的發(fā)射任務(wù)。此外，這里還有可貯藏330萬升液氫的白色球形罐，350萬升液氧貯存罐，400大氣壓的氮?dú)赓A存罐�？夏岬虾教熘行哪喜坑幸粋�(gè)深水港，即卡納維拉爾港，可供跟蹤測量船和各種海軍艦只使用。它們可直接駛向大西洋各個(gè)測量站。巴納納河貫穿肯尼迪航天中心南北，可提供各處物資的內(nèi)河運(yùn)輸。陸上有公路和鐵路運(yùn)輸網(wǎng)。最發(fā)達(dá)的是空中運(yùn)輸，共設(shè)有四個(gè)機(jī)場，即帕特里克軍用機(jī)場，泰越斯維爾機(jī)場，麥科奧蘭多航空站，墨爾本機(jī)場。同時(shí)還有一條滑行跑道，長4000米，可供各種巨型飛機(jī)起降和航天飛機(jī)降落用。除此之外，中心還有若干直升機(jī)場。
肯尼迪航天中心除發(fā)射各種應(yīng)用衛(wèi)星外，還承擔(dān)有載人飛船的發(fā)射任務(wù)。19 61年5月到1963年5月的6艘“水星”號載人飛船，1965年3月到1966年11月的10艘“雙子星座”號載人飛船都是從這里發(fā)射的。特別是1969年7月16日，舉世矚目的“阿波羅”11號載人登月飛船也是從這里出發(fā)，踏上了奔月的拓荒之旅。此后，“阿波羅”載人登月飛船又6次從這里升空奔向月球。1973年5月到1975年7月又從這里進(jìn)行了“天空實(shí)驗(yàn)室”的4次發(fā)射。1975年7月與蘇聯(lián)“聯(lián)盟”號載人飛船對接的“阿波羅”載人飛船也是從這里發(fā)射的。1981年4月12日，美國第一架航天飛機(jī)“哥倫比亞”號從這里騰空而起，此后，共有5架航天飛機(jī)在這里進(jìn)行了數(shù)十次發(fā)射活動，把人類的載人航天活動推向了一個(gè)新的高峰。
充滿風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)的事業(yè)
40多年來，世界載人航天的發(fā)展取得了輝煌的業(yè)績，不僅促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，而且為人類未來進(jìn)一步探索與征服宇宙奠定了基礎(chǔ)。然而，人類通往太空的道路并不平坦，充滿了風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)，運(yùn)載火箭、載人飛船、航天飛機(jī)的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，零部件多達(dá)數(shù)萬個(gè)，一個(gè)零部件不合格或發(fā)生故障，就可能造成事故。在載人航天的歷史中，航天員們曾用他們的鮮血和生命譜寫了一曲曲悲壯感人的樂章。40多年來，已先后有22名航天員在人類探索與征服宇宙的道路上獻(xiàn)出了寶貴的生命。
然而，失敗并沒有使人們氣餒，鮮血的付出也沒有動搖人類征服太空的決心。人們在吸取了一次次故障和一樁樁血的教訓(xùn)后，不斷改進(jìn)與“升級”航天器的結(jié)構(gòu)，使它們更科學(xué)、更安全、更可靠，確保航天員的安全和航天任務(wù)的順利完成。
浩瀚的宇宙像一個(gè)巨大的寶庫在吸引著人類的注意力。那里蘊(yùn)藏著豐富的資源：高真空、微重力等環(huán)境可使人們辦成在地球上辦不到或難以辦到的事情，例如可以利用這些特殊環(huán)境制造各種藥品和工業(yè)產(chǎn)品；取之不盡的太陽能，可以幫助人類擺脫地球上能源的危機(jī)；月球、火星等有望成為人類的新家園。于是，從20世紀(jì)末開始，大規(guī)模開發(fā)太空資源、開創(chuàng)空間產(chǎn)業(yè)、實(shí)現(xiàn)太空居住等造福人類之舉，已逐漸成為航天活動的主旋律。
人類實(shí)現(xiàn)“主旋律”的關(guān)鍵是必須解決可以方便地來往于天地之間的良好運(yùn)輸工具，建立可供發(fā)展空間生產(chǎn)的大型實(shí)驗(yàn)室或工廠以及建造人類進(jìn)入月球和火星等的“中間基地”。為了在未來的太空中占有一席之地，世界上許多國家不僅制定了雄偉的“重返月球”和“登上火星”的計(jì)劃，而且一些國家也在這些方面開展了許多研究、試驗(yàn)與探測。
1991年，美國與俄羅斯就共同制定了一個(gè)在2012年遠(yuǎn)征火星的計(jì)劃。1997年美國向火星發(fā)射了“火星探路者”探測器，對火星進(jìn)行考察，此后又相繼發(fā)射了兩個(gè)“火星漫游者”探測器繼續(xù)對火星實(shí)施進(jìn)一步的考察，今后還將發(fā)射若干個(gè)探測器對火星的氣候、地質(zhì)條件進(jìn)行考察，以便為載人探測作準(zhǔn)備。
美國、俄羅斯、日本等國家和歐洲航天局也相繼提出了載人登月或月球探測計(jì)劃。1994年5月31日至6月3日，美國、俄羅斯、日本、歐洲的科學(xué)家在瑞士召開會議。會議一致同意第一階段對月球的研究是先發(fā)射一些月球衛(wèi)星、月球探測器，然后將一些機(jī)器人長期停留在月球上進(jìn)行考察。預(yù)計(jì)在2015年—2020年實(shí)現(xiàn)人類再次登上月球，并在那里建立月球基地。迄今為止，美國和俄羅斯已發(fā)射了多個(gè)月球探測器，日本已準(zhǔn)備發(fā)射“月球—A”探測器，并正在設(shè)計(jì)“月亮女神”探測器。歐洲航天局計(jì)劃近期發(fā)射月球探測器。印度也計(jì)劃在2008年發(fā)射月球探測器。
可以預(yù)見，載人航天事業(yè)一定會越來越興旺，一定會給人類文明、社會的進(jìn)步和世界經(jīng)濟(jì)的繁榮作出更大的貢獻(xiàn)。
(原載：解放軍報(bào)2003年10月15日第11版作者：凌玉仁陸榮軍柴永忠）
