我國載人航天成就與空間站建設論文

　　空間站是一種可供多名航天員巡訪、長期工作和居住的大型載人航天器�？臻g站既是人類開發(fā)和利用空間資源的獨特平臺，也是載人航天技術發(fā)展的重要里程碑。人類建造和運營空間站已有40 多年歷史。1971 年4 月19 日前蘇聯(lián)成功發(fā)射世界第一座空間站“禮炮”1 號，至今人類已把10 座空間站送上太空，其中包括正在軌道運行的國際空間站。這些空間站的發(fā)展大體可分為三代: 第一代是試驗性空間站，也稱空間實驗室，包括前蘇聯(lián)的“禮炮”1 ～ 5 號和美國的“天空實驗室”; 第二代是簡易空間站，包括“禮炮”6 號和7號，在結構與功能上有較大改進，提高了安全性與可靠性，具備了空間站的基本特征，設置兩個對接口，能同時對接兩艘飛船，可以實現(xiàn)乘組輪替和貨運飛船補給物資，工作壽命增至4 ～ 9 年; 第三代是永久性空間站，包括“和平”號空間站和國際空間站，艙段和對接口更多，規(guī)模龐大，壽命更長，能夠支持大規(guī)�？臻g科學實驗與應用研究。經(jīng)過早期“禮炮”號和“天空實驗室”的嘗試和試驗，“禮炮”7 號長期載人飛行中突破了建造和運營大型復雜空間站的幾乎所有基本技術，并在“和平”號空間站和國際空間站上走向成熟。

　　建設空間站是我國載人航天工程的一項重要任務。我國載人航天工程自1992 年啟動以來，已成功完成了5 次無人飛船飛行和4 次載人飛行，掌握了載人天地往返技術，突破了航天員出艙活動技術和空間交會對接技術，為建造空間站奠定了基礎。2010 年9 月，中央批準啟動載人空間站工程，計劃分空間實驗室和空間站兩個階段實施:第一階段是在突破航天器空間交會對接技術的基礎上，發(fā)射“天宮”2 號( TG-2) 空間實驗室，驗證和考核空間站建設所需的部份關鍵技術; 第二階段是建設空間站，發(fā)射空間站核心艙、實驗艙I 和實驗艙II，發(fā)射載人飛船和貨運飛船，在軌對接組裝成空間站組合體。我國空間站建設，不僅將為科學家開展空間科學技術試驗與應用研究提供平臺，為世界各國之間的交流與合作提供了橋梁，而且有望承擔延續(xù)人類探索空間、研究地球和自身的任務。

　　1 我國載人航天發(fā)展歷程

　　早在20 世紀六、七十年代，中國就制訂了發(fā)展載人飛船的計劃，準備在1973 年底將第一艘“曙光”號飛船發(fā)射升空。然而，由于當時國家經(jīng)濟基礎薄弱、科技水平較低等原因，“曙光”號飛船工程中途下馬了。但其研制成果為后來載人航天工程立項論證奠定了技術基礎。

　　1986 年，載人航天技術被列入國家863 計劃。許多科研院所開展了載人航天發(fā)展技術方案比較研究和技術經(jīng)濟可行性論證，對我國載人航天發(fā)展的條件、目標和技術路線有了較清晰和一致的看法，認為宜從載人飛船起步，再逐步向空間站和載人登月方向發(fā)展。

　　1992 年9 月21 日，中央決定實施我國載人航天工程，提出工程分三步走。即第一步發(fā)展載人飛船，突破并掌握載人天地往返技術; 第二步建立具有一定應用規(guī)模的短期有人照料、長期在軌自主飛行的空間實驗室; 第三步建立長期有人照料的空間站，開展較大規(guī)模的空間科學技術試驗和應用。

　　載人航天“三步走”發(fā)展計劃的提出，開辟了中國載人航天發(fā)展的新紀元，有力地促進和帶動國家經(jīng)濟和科技的發(fā)展。

　　2 載人飛船任務的實施

　　我國載人航天工程從1992 年啟動實施，至2008 年9 月，先后完成了工程方案設計、初樣研制和正樣研制和飛行試驗階段的工作，并成功實施了4 次無人飛船飛行試驗和3 次載人飛船飛行任務。

　　2. 1 四次無人飛船飛行試驗

　　“神舟”1 號至“神舟”4 號無人飛船飛行試驗的成功，為實施載人航天飛行打下了堅實的基礎。

　　1) “神舟”1 號飛船無人飛行試驗“神舟”1 號飛船由軌道艙、返回艙和推進艙及一個附加段構成，重約8 t，長約9. 2 m，最大直徑約2. 8 m。

　　1999 年11 月20 日至21 日，“神舟”1 號無人飛船按預定程序在軌飛行了21 h 時后順利返回主著陸場，考核了運載火箭性能和可靠性，驗證了飛船關鍵技術和系統(tǒng)設計的正確性，以及包括發(fā)射、測控通信、著陸回收等在內(nèi)的整個工程系統(tǒng)工作的協(xié)調(diào)性。

　　2) “神舟”2 號飛船無人飛行試驗

　　2001 年1 月10 日至16 日，“神舟”2 號無人飛船按預定計劃在太空飛行了7 d�！吧裰邸�2 號飛船技術狀態(tài)與載人飛船基本一致。我國首次在飛船上進行了微重力環(huán)境下空間生命科學、空間材料科學、空間天文和物理等領域的實驗，取得了寶貴的實驗數(shù)據(jù)和結果。

　　3) “神舟”3 號飛船無人飛行試驗

　　2002 年3 月25 日至4 月1 日，“神舟”3 號飛船按預定程序在軌飛行了6 d 18 h 返回地面�！吧裰邸�3 號飛船技術狀態(tài)與載人狀態(tài)完全一致。配置了逃逸和應急救生裝置、形體假人、人體代謝模擬裝置和擬人生理信號設備，考核了飛船環(huán)控生保系統(tǒng)和醫(yī)學監(jiān)測設備，并完成了多項空間科學試驗，獲取了大量飛行試驗數(shù)據(jù)。

　　4) “神舟”4 號飛船無人飛行試驗

　　2002 年12 月30 日至2003 年1 月5 日，“神舟”4 號飛船預定計劃在太空飛行了6 d 18 h 后順利返回地面�！吧裰邸�4 號飛船的配置、功能及技術狀態(tài)與載人飛船基本相同。載人航天應用系統(tǒng)、航天員系統(tǒng)、飛船環(huán)境控制與生命保障分系統(tǒng)全面參加了試驗，取得了大量寶貴的飛行試驗數(shù)據(jù)和科學資料，為最終實現(xiàn)載人飛行奠定了堅實基礎。

　　2. 2 三次載人飛船飛行任務

　　2. 2. 1 “神舟”5 號載人飛行任務

　　2003 年10 月15 日至16 日，航天員楊利偉乘坐“神舟”5 號載人飛船按照預定計劃在太空飛行了21 h 23 min，順利完成各項預定操作任務后，安全返回主著陸場。

　　“神舟”5 號飛船實現(xiàn)了一人一天飛行，考核392 航天醫(yī)學與醫(yī)學工程 第25 卷了飛船載人環(huán)境，獲取了航天員空間生活的有關數(shù)據(jù)，全面考核了工程各系統(tǒng)工作性能、可靠性、安全性和系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性。

　　“神舟”5 號的成功，實現(xiàn)了我國載人航天發(fā)展的首次突破，使我國成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家。

　　2. 2. 2 “神舟”6 號載人飛行任務

　　2005 年10 月12 日至17 日，航天員費俊龍、聶海勝乘坐“神舟”6 號載人飛船，在太空飛行了115 h 33 min，完成了多項科學實驗，并安全返回地面。全面考核了飛船環(huán)控生保系統(tǒng)、航天員醫(yī)監(jiān)醫(yī)保系統(tǒng)，積累了人在太空較長時間飛行的經(jīng)驗，為后續(xù)任務實施奠定了基礎。

　　“神舟”6 號軌道艙留軌運行了707 d，開展了大量的科學實驗，為長壽命空間飛行器的研制積累了經(jīng)驗。

　　“神舟”6 號的成功，實現(xiàn)了多人乘組和多日軌道飛行的目標，標志著我國載人航天發(fā)展的第一步任務勝利完成。

　　2. 2. 3 “神舟”7 號載人飛行任務

　　2008 年9 月25 日，我國航天員翟志剛、劉伯明、景海鵬乘坐“神舟”7 號載人飛船成功進入太空。9 月27 日16 時41 分，翟志剛身穿我國自行研制的“飛天”艙外服，在劉伯明和景海鵬的協(xié)助下出艙，完成了艙外通話、國旗展示、有效載荷回收、艙外行走后回到軌道艙內(nèi)，順利完成了出艙活動試驗。9 月28 日，3名航天員安全返回地面。“神舟”7 號載人航天飛行實現(xiàn)了航天員出艙活動和小衛(wèi)星伴飛，成功完成了多項科學試驗，開啟了我國載人航天工程的新篇章。

　　2. 3 載人飛船任務的主要成就

　　載人航天工程從1992 年9 月啟動，至2008年9 月完成“神舟”7 號載人航天飛行任務，工程實施了16 年，共完成了7 次飛行試驗，實現(xiàn)了從“一人一天”到“多人多天”飛行，再到航天員出艙活動的跨越，取得了舉世矚目的成就。

　　2. 3. 1 掌握了載人天地往返基本技術

　　“神舟”5 號、6 號和7 號載人航天飛行任務的成功實施，表明我國突破并掌握了載人天地往返基本技術，主要包括: 1) 掌握了載人飛船技術，如飛船環(huán)控生保技術、熱控技術、制導導航控制技術、返回著陸技術、軌道艙留軌利用技術、安全可靠性技術等; 2) 掌握了高可靠性載人運載火箭技術，CZ - 2F 運載火箭可靠性指標0. 97、航天員安全性指標0. 997，達到了國際先進水平; 3) 攻克了載人航天逃逸與應急救生技術，包括逃逸固體發(fā)動機技術、運載火箭故障檢測與處理技術、航天員自主應急返回技術、飛船升力控制返回技術; 4)掌握了航天員選拔訓練技術和醫(yī)監(jiān)醫(yī)保技術; 5)掌握了載人航天發(fā)射場的垂直總裝、垂直測試、整體垂直運輸和遠距離測試發(fā)射技術; 6) 掌握了載人航天飛行控制技術等，為我國載人航天后續(xù)任務實施奠定了基礎。

　　2. 3. 2 突破了航天員空間出艙活動技術

　　在“神舟”7 號載人航天飛行任務實施中，突破并掌握了艙外航天服研制、氣閘艙研制、出艙活動地面試驗與驗證、出艙活動程序、航天員訓練等出艙活動關鍵技術，使我國成為世界上第三個獨立掌握出艙活動技術的國家，為空間站建設打下技術基礎。

　　2. 3. 3 建成了一個配套的載人航天工程研制試驗體系

　　經(jīng)過近20 年的研發(fā)、建設和實踐，形成了一個有中國特色的載人航天工程體系。概括起來，主要體現(xiàn)在以下幾個方面: 1) 建立了載人航天器設計、生產(chǎn)、試驗平臺; 2) 具備研發(fā)高可靠載人運載火箭的能力; 3) 擁有較為完備的航天員選拔訓練與健康保障設備設施; 4) 建成了配套的載人航天發(fā)射場和著陸場; 5) 逐步形成陸�；�與天基相結合的航天測控網(wǎng)，增強和拓寬了其整體功能;6) 一個有中國特色的、運轉高效的載人航天工程專項組織管理模式已基本形成; 7) 建立了符合國際標準的質量管理體系，可有效保證工程研制質量; 8) 形成了一批具有自主知識產(chǎn)權的載人航天工程標準; 9) 培養(yǎng)造就了一支以中青年科技骨干為主的載人航天人才隊伍。

　　2. 3. 4 取得了多項研究結果

　　利用飛船及其軌道艙留軌開展了空間生命科學、空間材料、空間天文和空間物理等領域的空間科學與應用研究，積累大量實驗數(shù)據(jù)。

　　我國載人航天工程實施過程中取得的科技成果，不僅為交會對接任務實施和載人空間站工程啟動創(chuàng)造了條件，而且推動了航天技術發(fā)展。

　　3 交會對接任務的實施

　　突破交會對接技術是我國載人航天工程的下一個目標。根據(jù)工程總體安排，在交會對接任務中，計劃將于2011 年前后首先發(fā)射一個“天宮”1號( TG-1) 目標飛行器，之后再分別發(fā)射3 艘“神舟”號飛船作為追蹤飛行器與其交會對接。

　　TG-1 目標飛行器重約8 t，由實驗艙和資源艙組成，長度約10. 5 m，艙體最大直徑約3. 4 m，設計在軌壽命2 年。實驗艙是密封艙，可供3 名航天員在軌工作、生活和居住大約15 d，實驗艙前端安裝有對接機構，可實現(xiàn)與追蹤飛行器對接。資源艙非密封艙。在“神舟”號飛船軌道艙前端安裝異體同構周邊式( 導向器內(nèi)翻) 的交會對接機構，作為追蹤飛行器�？捎娠w船自動控制或航天員手動控制完成交會對接。對接完成后能夠在兩個航天器之間建立密封的對接通道，供人員和貨物通行。對接后目標飛行器和飛船組合體實現(xiàn)電源、信息并網(wǎng)，并由目標飛行器負責組合體的控制與管理。

　　4 中國空間站建設規(guī)劃

　　4. 1 建設空間站的目的

　　我國建設空間站主要有4 個目的，一是驗證近地軌道空間站的建造、管理和運營技術; 二是驗證人在空間長期生活、工作的能力和健康保障技術; 三是開展較大規(guī)模的空間科學應用研究; 四是適當進行一定規(guī)模的空間站應用國際合作�？臻g站建成后，將全面實現(xiàn)我國載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，進一步推動我國載人航天技術向更高水平發(fā)展。

　　4. 2 空間實驗室

　　根據(jù)載人空間站工程計劃，我國將于2014 年前后發(fā)射“天宮”2 號( TG-2) 空間實驗室、“神舟”11 號載人飛船和一艘貨運飛船。TG-2 空間實驗室將在TG-1 目標飛行器的基礎上改進而成，重約8 噸，可容納3 名航天員在軌駐留20 d 以上，設計在軌壽命2 年。TG-2 空間實驗室的主要任務是進一步考核交會對接技術、航天員在軌駐留能力，驗證航天器在軌推進劑補加技術，為建造空間站積累經(jīng)驗，并開展適當規(guī)模的空間科學實驗與應用研究。

　　5 空間站應用與國際合作展望

　　5. 1 空間站應用

　　充分發(fā)揮空間站的能力和有人照料的特點，面向國際空間科學前沿，安排微重力科學、空間生命科學、航天醫(yī)學、空間天文、空間物理、空間應用新技術試驗等領域的科學與應用研究，爭取獲得一批具有原創(chuàng)性的研究成果，推動空間科學重點領域的跨越發(fā)展。

　　5. 1. 1 微重力科學

　　重點開展微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學和基礎物理的前沿研究。在獲得對自然現(xiàn)象新認識的同時，積極開拓多方面的應用。

　　5. 1. 2 空間生命科學

　　主要開展航天醫(yī)學、蛋白質科學、重力生物學、輻射生物學研究，探索空間及地面的重要生命過程及其本質，為人類在空間長期活動和生存提供依據(jù)和支持; 利用空間環(huán)境資源開發(fā)生物技術等。

　　5. 2 國際合作展望

　　和平利用太空資源，推動人類的進步發(fā)展，是我們發(fā)展載人航天的根本目的。在空間科學實驗研究中開展國際合作，符合我國在航天領域的基本政策和原則，體現(xiàn)了載人航天的發(fā)展趨勢。實際上，我國載人航天領域的國際合作已呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢，在神七任務中，與俄羅斯進行了艙外航天服技術方面的合作; 在交會對接任務中已安排了中德合作的空間細胞實驗項目; 在空間實驗室任務中，擬安排中法合作的失重心血管實驗研究項目; 在俄羅斯組織的、多國參與的國際大型試驗項目“火星-500”中，中國航天員科研訓練中心科技人員王躍被選為志愿者，而且有三個研究項目入選參試。

　　空間站任務中，應進一步擴大國際合作，可考慮拿出一部分應用資源來開展國際合作，采用開放性的空間科學研究項目管理策略，在全球范圍內(nèi)征集實驗項目設計方案，從中選擇優(yōu)秀項目到空間站上進行實驗研究; 可考慮拿出一部分實驗資源專門向發(fā)展中國家定向征集實驗項目，從而推動空間科學研究在更高的起點上快速發(fā)展，不斷促進空間科學研究領域的國際交流與合作。

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