我们的童年是伴着嫦娥奔月的梦幻走过的,每个人脑海里都有一幅自己的月宫图。而敦煌壁画中飘逸灵动的飞天,又不知牵惹了多少人浮想联翩……遨游太空是人类自古以来就梦寐以求的美好愿望。经过祖祖辈辈千百年的奋发努力,特别是现代科学技术的飞速发展,载人航天的梦想终于在20世纪变成了现实,并成为人类航天事业中最辉煌的一个里程碑。
载人航天是指人驾驶和乘坐载人航天器在太空中进行各种探测、研究、试验、生产和军事活动的往返飞行。其目的在于突破地球大气层的屏障和克服地球引力,把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到外层空间,更广泛和更深入地认识整个宇宙,并充分利用太空和载人航天器的特殊环境进行各种研究与试验,开发太空极其丰富的资源。载人航天由载人航天系统实现。该系统由载人航天器、运载器、航天发射场、回收设施和航天测控与通信网络组成。载人航天器与无人的卫星和探测器相比,由于有人的驾驶与从事各种活动,它的技术难度更大,设备更复杂,可靠性要求也最高。确保航天员顺利进入太空并安全返回地面是载人航天的关键。由于航天员是载人航天的主角,因此必须经过极其严格的选拔和专门的训练。1961年4月12日,前苏联航天员加加林进入太空轨道并返回地面,掀开了世界载人航天史的第一页。截止到2000年2月,全世界共进行了221次载人航天飞行,其中美国128次,前苏联/俄罗斯93次,共有813人次上天,开展了前所未有的空间实验活动。
多学科集成的载人航天工程为当今航天技术领域的前沿,也是一个国家综合国力的体现,其对国民经济发展、社会进步、人民生活质量的提高和国防建设都具有十分重大的意义。发展载人航天,主要有以下三个方面的意义。
(一)开发利用空间资源
人类为了社会进步和生活,总是不断地扩大活动领域,探索新的理论和方法,开发和利用更多的资源,这是包括空间科学和技术在内的高新技术发展的动力。外层空间(简称空间,又称太空)是人类扩大其活动范围的最新疆域,它广阔无垠,拥有丰富的空间资源。空间资源可分为两类:一类是天然资源,如高真空、太阳能、月球、微小行星等;另一类是航天器在轨道上运行而自然产生的资源,如航天器对于地球表面的高位置和高速度,航天器的微重力环境等。空间资源也可以分为信息类、能源类和物质类三类,这三类资源的开发都会给人类带来巨大的利益。
40多年来航天技术为开发利用空间资源所作的努力,只是在开发航天器高位置和高速度资源以获取、传输和转发信息方面取得了明显成就,获得了巨大的利益,例如通信卫星、遥感卫星的广泛应用。开发这类信息资源,在现有技术条件下可以全部自动化,不需要人在轨参与,不受载人航天的制约。
进一步开发空间能源和物质资源,如利用航天器微重力环境制备高级材料和高级药品,在空间获取能源和建立电站等,由于获取、加工、运输和存储的主要是物质或太阳能,因此采用的方法和过程,所需的装备和设施要比用于信息类的大得多、复杂得多。现在和可预见的将来,还很难做到全部或大部分自动化。这就需要人在空间现场参与工作,以解决那些靠机器不能完全解决、难以解决或代价过于昂贵的各种问题。如开发月球资源,就需要人进驻月球长时间地参与工作。
需要人在空间现场直接参与工作,必须为人创造一个可以在空间长期生活和工作的条件,这就需要发展载人航天。
据报道,前苏联、美国均在空间站或航天飞机上建立了专门的生产车间,进行了长期的空间生产试验,成功地生产出了半导体、光学玻璃、各种合金、陶瓷和超纯蛋白等产品,获得了明显的社会和经济效益。
(二)载人航天是天基航天的基础
过去和现在,航天技术及其产业的基本发展模式是在地上做好一切工作,将航天器设计、制造和总装到最终状态之后发射到运行轨道并工作到寿命终止。这种一切靠地上的发展模式也可称为“地基航天”模式。地基航天的航天器,在轨道上任何一个关系到其功能和寿命的环节、元器件和设备出了问题,航天器不是带病降低等级勉强维持,就是失效报废。不出问题的航天器,当燃料用完或能源不够时,尽管其他一切均好,但也因无法补给而寿终正寝。航天技术属高技术,具有一般高技术的特征,但它还有航天器不可维修、不可替换、不可加注、不可改变及调整功能和不可组装等“五不可”的特点,因此,它是一种投入更多和风险更大的高技术。减少投入和降低风险始终是地基航天头等重要的课题。从根本上讲,改善航天技术发展模式,变“五不可”航天器为“五可”航天器,将会大幅度降低成本和风险,促进航天技术的大发展。
随着载人航天技术的发展,现在载人空间站已基本上可以实现“五可”。但对站外航天器实施“五可”,还需要在空间站的基础上发展载人空间基地,空间基地配备有拖船、配件和燃料仓库,可以把失效的或燃料耗尽的航天器拖到基地由航天员进行小修、大修和加注恢复到原性能后再送回其原运行轨道。空间基地有组装场地可把按紧打包送来的分散零件、部件、组件展开,组装成航天器整体,再由拖船拖到运行轨道。空间基地可作为高轨道、月球和行星际任务的中转站。
要实现“五可”,有相当一部分工作需在天上完成,按这种模式发展航天,可称为“天基航天”模式。天基航天可从根本上降低航天器的成本和风险,为在空间建造大型航天器,如空间电站、空间旅馆、月球基地等创造条件,这无疑将促进人类生存空间的扩大和空间资源的开发。
(三)军事桥头堡阵地
前苏联和美国都曾在载人航天器上进行过侦察、监视、研制空间兵器、协助指挥与控制地面军事力量等方面的试验。由于航天员可以有目的地选择侦察和跟踪目标,可以灵活地根据不同需要选用不同的侦察仪器和手段,可以筛选、滤掉不必要的数据,这就大大提高了军事侦察情报的实际质量。
前苏联“礼炮”号空间站就能对从北纬51.6度到南纬51.6度之间所有国家和地区进行地毯式照相侦察,并进行对比分析,考察别国的军事动态,这种侦察包括了我国全部的领空和领海,而且每隔两天就可以重复一次。前苏联利用该空间站进行了反弹道导弹观测试验、指挥控制陆军释放烟雾训练,进行天基激光瞄准跟踪试验等大量军事活动。而美国的航天飞机则是潜在的最有效的卫星、导弹防卫和进攻两栖武器,航天员可以利用航天飞机在轨道上自由地检修、回收自己的卫星及其他航天器,也可以拦截、搜查、破坏、偷窃敌方的卫星,这种制天权对敌方的威胁远远甚于制空权。