《国际太空》特稿摘自《国际太空》杂志10月号

　　(中国空间技术研究院)

　　航天技术是开发和利用外层空间的技术，载人航天则是人亲自进入外空，进行开发和利用空间的活动。载人航天能有力地推动一个国家的经济建设、社会进步、科技发展和国家安全。中国发展载人航天的目的完全是为了和平利用外层空间，为人类造福，为本国的国民经济、科技教育、社会福利和国家安全服务。

　　1载人航天任务的提出

　　　中国是世界上第5个能独立发射人造卫星的国家，很早就拥有大推力的运载火箭。自改革开放以来，中国的经济力量显著增强，为进一步发展航天技术奠定了良好的基础。1986年国家制订了《高技术研究发展计划(863计划)纲要》，把航天技术列为中国高技术研究发展的重点之一。中国专家在论证了中国航天技术未来的发展后认为，截至20世纪80年代末，中国已经研制和发射了20多颗应用卫星，特别是积累了连续发射并成功回收10多颗返回式卫星的经验，这些都为开展载人航天创造了有利条件。所以提出了载人航天是中国继应用卫星之后合乎逻辑的下一步发展目标，把研制和发射载人飞船作为发展载人航天的第一步的建议。

　　　此项建议经过了国家的审查、批准，并获得了工程立项。中国于1992年开始实施载人航天工程，研制载人飞船和高可靠运载火箭，开发航天医学和空间生命科学的工程研究，选拔预备航天员及研制空间科学试验装置。

　　　中国载人航天工程由7大系统组成，它们是航天员系统、有效载荷系统、载人航天器系统、运载火箭系统、航天发射场、航天测控系统和返回着陆场。

　　　载人航天工程的核心是载人航天器。对于已拥有较强航天运载能力的中国来讲，在发展载人航天过程中,面临的技术难度最高和所需投资最大的任务是研制载人航天器。载人航天对安全性、可靠性要求极高。中国专家结合我国国情、国力对现有的载人飞船、航天飞机和空间站3种载人航天器进行比较后认为，中国应从技术上相对较简单的载人飞船起步。同时考虑到我国在运载火箭和应用卫星方面已拥有相当坚实的技术基础和丰富的研制经验，以及有可能借鉴国外的经验，我国可以一步到位，研制第3代飞船-- 3舱式载人飞船。

　　2载人飞船的用途

　　　发展载人飞船除了具有重大的政治、社会、科技和经济等意义外，它的实际用途是：

　　　(1)为突破关键技术，掌握载人航天基础技术和航天医学工程基础知识进行演示验证；

　　　(2)进行两个航天器(其中至少有一个载人航天器)太空交会对接和航天员出舱活动等试验；

　　　(3)作为空间站的运输器，为其运送航天员和物资；

　　　(4)作为空间站的应急救生船；

　　　(5)开展空间应用和科学技术试验；

　　　(6)为载人月球航行和载人行星航行创造条件。

　　　其中主要的或最终的用途是作为空间站的运输器。若进一步发展，还能将载人飞船中的航天员座椅、环境控制与生命保障、返回着陆和应急救生等系统拆除，改装成不返回的、专门运货的无人飞船，这样可以大大提高飞船的运载能力。

　　　由中国空间技术研究院为主研制的神舟号飞船是由轨道舱、返回舱和推进舱组成的3舱式飞船。

　　　轨道舱是飞船进入轨道后航天员工作、生活的场所。舱内除备有食物、睡袋和大小便收集器等生活装置外，还有空间应用和科学实验用的仪器设备。该舱的前端外部装有交会对接机构，与返回舱连接的后底装有一扇舱门与返回舱相通。舱外两侧装有太阳电池翼，为轨道舱供电。

　　　返回舱是飞船的指挥控制中心，内设座椅，供航天员起飞、上升和返回阶段乘坐。座椅前方是仪表板，显示飞船上各系统及其设备的状况。航天员通过这些仪表监视并在必要时控制船上系统及其设备。

　　　推进舱主要装载姿态与轨道控制用的发动机和推进剂、电源、环境控制和通信等系统的部分设备。其外两侧也装有太阳电池翼，为飞船提供电能。

　　　按照国外传统的做法，航天员返回后，飞船的轨道舱就废弃在轨道上了。中国的神舟号飞船却具有"留轨利用"的功能。这就是当航天员和返回舱返回地面后，留在轨道上的轨道舱由太阳电池翼继续供电，舱内的仪器设备能在无人值守下，像卫星一样自主地工作，从而大大延长飞船执行空间应用和科学实验任务的工作寿命，充分发挥飞船的"余热"，提高飞船的综合效益。此举体现了我国载人飞船在设计上的技术创新和中国特色。

　　　神舟号飞船是在充分继承中国卫星研制技术的基础上，加以创新、增补而建造的。

　　3载人飞船的4大特点

　　　载人飞船与人造卫星都属于在太空自动化运行的航天器，二者有许多共同之处。它们都必须备有电源、姿态与轨道控制、推进、热控制、数据管理和无线电测控等系统，载人飞船的这些系统与卫星上的对应系统大同小异。中国已具有数十颗人造卫星的研制经验和技术基础，神舟号飞船上的这些系统都充分继承了卫星的技术。

　　　飞船与卫星最大的不同在于载人。保证航天员的安全和提供尽可能方便的生活、工作条件是飞船头等重要的任务。飞船的设计最严格地遵守"以人为本"的准则。为此，飞船需在卫星的基础上增加新的功能和系统。

　　　首先，航天员居留的返回舱和轨道舱必须可靠地密封，使舱内维持在规定的大气压力(例如1个标准大气压)状态。

　　　有无环境控制与生活保障系统是载人航天器与无人航天器的"分水岭"。环境控制系统负责维持舱内规定的大气压力，调节大气成分中氧和氮的比例；排除人体呼出的二氧化碳和其他有害气体；保持舱内对人体最合适的温度和湿度等。

　　　生命保障系统要为航天员提供饮水、洗涤水、食物、睡袋和大小便收集器等最基本的生活条件。由于飞船内地方狭小，像卧室、厨房、餐桌、便所、淋浴和运动器械等"豪华"设施就只能舍弃了。

　　　载人飞船的第3个特点是必须安全返回。飞船安全返回是一项高难度的技术。中国是世界上第3个拥有返回式卫星的国家，已成功发射了17颗，返回16颗，熟练掌握了卫星返回技术，从而为神舟号载人飞船的安全返回着陆奠定了坚实的基础。

　　　时刻准备好应急救生措施是飞船的第4个特点。从航天员进入飞船的那一刻起，经过在发射台上准备，运载火箭点火、起飞、上升，飞船入轨、在轨运行、任务结束后脱离轨道、再入大气层、打开降落伞、软着陆，直到航天员被地面人员发现、接走为止，整个过程都配备了应急救生系统或预设了应急救生方案，以保证航天员的安全。

　　4神舟号飞船的现状与展望

　　　迄今为止，中国已成功发射并回收了4艘无人试验飞船，这4次无人飞船的飞行试验，为载人飞船上天奠定了坚实的技术基础，积累了相关的经验。

　　　1999年11月20～21日，中国第1艘神舟号无人试验飞船的成功发射并回收，标志着中国在载人航天领域迈出了历史性的第一步。

　　　2001年1月10日，第2艘无人飞船--神舟-2在太空运行了7昼夜，环绕地球飞行108圈，圆满完成了预定的空间科学和技术试验任务后，于1月16日成功返回，准确着陆。

　　　2002年3月25日～4月1日，神舟-3无人飞船在太空运行7昼夜，环绕地球飞行108圈，圆满完成各项预定的空间科学和技术试验任务后成功返回，安全着陆。

　　　2002年12月30日～2003年1月5日，神舟-4再次经历了类似第2、第3艘无人飞船的空间飞行试验。它是载人飞行前的最后一次飞行试验，也是飞船在无人状态下最全面的一次考核。在这次飞行中，载人航天工程的7大系统全部进行了试验。

　　　神舟-4在继承前3艘无人飞船成熟技术的基础上，增加了人工控制和在轨自主应急返回等多项功能，提高了飞船各系统工作的可靠性和安全性。为了对飞船提供的航天员生活工作环境进行更加逼真的考核，在神舟-4上配置了2个"模拟人"，它们能够定量模拟人在太空中的重要生理参数，如脉搏、血压、呼吸和饮食等，通过地面监控对船内各系统进行全面考核。这种以"模拟人"取代动物，在飞船内检验飞船的载人功能，是神舟号飞船研制的又一项中国特色。

　　　此外，为了检验飞船的舒适度，科技人员模仿航天员穿上航天服，反复演练如何进、出飞船，如何在密闭、狭小的环境下生活，如何操作各类仪器，如何处理各种紧急情况，等等。

　　　在神舟号飞船的4次无人飞行试验中，飞船各分系统及有效载荷仪器设备均性能稳定，工作正常，取得了大量宝贵的飞行试验数据，发射、测控和返回着陆等各系统均圆满完成了预定试验任务，积累了执行任务的经验，为即将实施的载人飞行提供了重要保证。

　　　目前，神舟-5载人飞船各项准备工作进展顺利，飞船及其运载火箭都完成了总装总测的阶段，现已奔赴酒泉航天发射场。

　　　实现载人飞行，最重要的是确保航天员安全。中国科技人员有信心保证航天员的安全，因为神舟号飞船设计的重要原则之一，就是飞船的每一个系统都要做到"一次故障，正常飞行；二次故障，安全返回"。这就是说，当一个系统第1次出现故障时，要做到飞船能正常运行，出现第2次故障时，能保证航天员安全返回。

　　　载人航天不仅是一项大规模的工程，而且是一项长期性的工程。中国载人航天工程实施采取"三步走"战略。第一步是在发射4艘无人飞船的基础上，发射载人飞船，将航天员安全地送入轨道，安全返回地面，实现载人航天的历史性突破；第二步，除继续进行对地观测和空间试验外，重点完成出舱活动、交会对接试验和发射长期自主飞行、短期有人照料的空间实验室，尽早建成我国完整配套的空间站工程大系统，解决我国一定规范的空间应用问题。第三步是建造更大的长期有人照料的空间站。

　　　中国第一艘载人的飞船--神舟-5即将升空，中国人乘坐自制的飞船遨游太空的伟大梦想实现在望！中国载人航天的突破必将为人类和平利用外层空间作出新贡献。转自《国际太空》2003年10月号

　　《国际太空》特稿

　　蓄势待发的神舟号载人飞船

　　《国际太空》杂志记者庞之浩

　　□□北京时间2002年12月30日00:40，中国自行研制的神舟-4无人飞船在甘肃酒泉卫星发射中心发射升空并成功进入预定轨道。神舟-4飞船的成功发射，标志着中国载人航天事业取得了新进展。现在，首次载人的神舟-5飞船已蓄势待发，它将铸造中国航天新辉煌。

　　1. 4艘飞船步步高

　　　至今，中国已成功发射了4艘神舟号试验飞船，它们均是以中国空间技术研究院为主研制的。

　　　神舟-1发射时首次采用了"三垂"新模式，即在厂房完成了对飞船、火箭联合体进行的垂直总装和测试，然后将其整体垂直运至发射场，最后进行了垂直测试与发射。中国在原有航天测控网的基础上新建了符合国际标准体制的陆海基航天测控网，并在这次发射试验中首次投入使用。飞船在轨运行期间，地面测控系统和部署于公海的4艘远望号测量船对其进行了跟踪与测控，并成功进行了一系列科学试验。

　　　与神舟-1试验飞船相比，神舟-2飞船的系统结构有了新的扩展，技术性能也有了新的提高，其技术状态与载人飞船基本一致。在神舟-2飞船上首次进行了空间天文和空间物理及微重力环境下的空间生命科学、空间材料等领域的实验，其中包括：半导体光电子材料、氧化物晶体和合金等多种材料的晶体生长实验；蛋白质和其他生物大分子的晶体生长实验；植物、动物、水生生物、微生物及离体细胞和细胞组织的空间环境效应实验等。飞船在轨运行期间，各种试验仪器设备性能稳定，工作正常，取得了大量宝贵的飞行试验数据。

　　　神舟-3的飞船技术状态与载人状态完全一致。这次发射试验进一步完善了运载火箭、飞船和测控发射系统，并且提高了载人航天的安全性和可靠性。该飞船首次安装了1个配有人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备的模拟人，它能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数--脉搏、心跳、呼吸和饮食等，并随时受到地面指挥中心的监控。

　　　与第2次飞行试验相比，神舟-3飞船还增加了逃逸与应急救生功能。在飞船的待发和上升段，一旦出现危及航天员生命的情况，就可以发出指令把装载航天员的舱体与火箭分离开来，让航天员得以逃生。逃逸功能的实现，可以通过地面发出指令控制，也能由飞船自行实施。

　　2.新飞船更上一层楼

　　　神舟-4是目前中国发射的最完善的飞船。其飞行试验是在无人状态下考核最全面的一次飞行试验，它包括飞船和火箭系统、测控系统、航天员系统、陆海应急救生系统、主着陆和备用着陆场等。

　　　这艘飞船在充分继承前3艘无人飞船成熟技术的基础上，增加了人工控制和在轨自主应急返回等多项功能，以便进一步考核飞船系统的工作性能、可靠性和安全性，获取航天员在船上的生活环境和与航天员安全相关的数据。

　　　事实上，此前成功发射的神舟-2、3飞船已具备了载人条件。在这两次飞行试验中，与载人有关的功能和性能都经受了真正的发射、太空环境和回收的考验，并证明是达标的。而神舟-4又作了一些改进和提高，特别是提高了安全性。为了确保航天员的安全，共设计了8种救生模式，以确保飞船发射后的不同阶段若出现意外都能保证航天员安全返回地面。

　　　此外，神舟-4还对所有材料进行了化验检查，在满足医学指标的基础上，进一步从工效学的角度对飞船内部设施进行了优化，使其符合人的生活、工作习惯。例如，调整了仪表的颜色、大小，并考虑到各种仪器、开关在失重状态下的操作特点，增加了关键事件的语音提示和重要操作事件的时间提示。

　　　神舟-4是目前惟一经过"装修"的飞船。科研人员按照载人要求，对飞船内的电缆、管路等进行了保护，并在选择颜色时煞费苦心。另外，神舟-4的所有舷窗玻璃都换成了一种新材料，以保证完成航程返回再入大气层后舷窗透光性能良好，使航天员着陆后能可靠地判断着陆地形，决定是否脱掉主伞。

　　　航天员系统和飞船环境控制与生命保障分系统也参加了试验，以进一步验证飞船内载人环境参数和环境控制与生命保障分系统飞行状态。神舟-4上天之前，训练中心的预备航天员进入飞船进行了实际体验。为了检验飞船的舒适度，科技人员模仿航天员穿起航天服，反复演练如何进出，如何在密闭、狭小的环境下生活，如何操作各类仪器以及处理各种紧急情况等等。

　　　另外，神舟-4飞船里安置了两个穿航天服的模拟人。搭载模拟人旨在对飞船内环境控制与生命保障系统进行全面考核，以便对获得的大量数据进行分析，进一步验证船内载人的安全性和可靠性，为中国即将真正实施载人飞行奠定基础。以模拟人这种无生命载荷取代动物，在飞船内模拟、检验飞船载人状态，这是中国科学家在世界上的首创。

　　　神舟-4飞船载有52件科研设备，在太空自主飞行和留轨飞行期间进行了微波遥感对地探测、空间环境综合监测、微重力流体物理实验和生物技术研究实验4项科学研究。在这52件科研设备中，除了大气成分探测器等19件科研设备已经参加过此前的飞行试验外，其他的空间细胞电融合仪等33件科研设备都是首次上天。例如，用于对地面和海洋的物理状况进行数据采集和分析的数字遥感测定仪。

　　　此外，在神舟-4飞船上进行了已筹备了10年的两项细胞融合实验。一对动物细胞是B淋巴细胞和骨髓瘤细胞；另一对是植物细胞--黄花烟草原生质体和革新-1烟草原生质体。据专家介绍，在微重力条件下，细胞在融合液中的重力沉降现象将消失，这更有利于细胞间的配对与融合。此项研究还为空间制药探索了新方法。

　　神舟-4飞船与前3艘飞船的不同之处还包括：为了应对由于气象等原因飞船不能返回到内蒙古中部主着陆场的情况发生，提高返回的成功率，神舟-4飞船具有返回酒泉副着陆场的能力。如果飞船应急返回的话，利用船上的世界地图，可选择着陆区，当时各着陆区的返回启动时间和程序都已具备。按照正式载人飞行的要求，这次试验飞行也设立了若干陆上和海上应急救生区，部署了海上应急救生船和几十架飞机，救护人员均到位并进行了有关演练。

　　3神舟-4成功返回

　　　北京时间2003年1月5日19:16，神舟-4飞船在完成预定空间科学和技术试验任务后，在内蒙古中部地区准确着陆。至此，中国载人航天工程第4次飞行试验获得圆满成功。

　　　神舟-4飞船按预定计划在太空飞行了6天零18小时，环绕地球108圈。飞船在轨运行期间，北京航天指挥控制中心统一调度分布在三大洋上的4艘远望号航天测量船及各有关地面测控站，按照预定的测控方案，对飞船进行了持续跟踪、测量与控制，向飞船发出了一系列遥控指令和控制数据，从而确保飞船在太空成功地实施了太阳能帆板展开、轨道机动、姿态确定等数百个动作，并进行了两次轨道维持。

　　　飞船在轨飞行期间，各种试验仪器设备性能稳定，工作正常，取得了大量宝贵的飞行试验数据和科学资料，圆满完成了预定试验任务。

　　　神舟-4飞船的返回舱运回北京后由科研人员对飞船及试验项目进行了技术分析和科学研究。飞船轨道舱继续在轨运行并进行有关的空间科学和应用试验。

　　　截至2003年4月15日，该轨道舱已在太空正常运行了100天，环绕地球飞行1700余圈，顺利开展了空间环境监测、对地遥感观测和红外探测等一系列空间科学实验，获取了一大批有价值的科学数据。其中首次进入太空的多模态微波遥感器，已利用辐射模态探测了降水、水汽含量、积雪、土壤水分和海面温度；利用高度模态探测了海面高度、有效波高与大洋环流；利用散射模态探测了海面风速与风向等有关信息。目前，科技人员正在对这些数据进行分析处理。北京航天指挥控制中心在对神舟-4飞船轨道舱的长期管理中，先后进行了两次轨道维持和多次飞行模式转换，累计注入数据300余个，发出遥控指令1000余条，圆满完成了在不同飞行控制模式下预定的各项载荷试验，掌握了飞船轨道舱长期管理的一系列关键技术。

　　　在这次飞行中，载人航天应用系统、航天员系统、飞船环境控制与生命保障分系统全面参加了试验，先后在太空进行了对地观测、材料科学、生命科学试验及空间天文和空间环境探测等研究项目。另外，预备航天员在发射前也进入飞船进行了实际体验。飞船在轨飞行期间，船上各种仪器设备性能稳定，工作正常，取得了大量宝贵的飞行试验数据和科学资料。

　　4确保载人安全飞行

　　　目前，中国已经基本建成了高安全、高可靠的载人航天研制试验体系，神舟-5飞船各项准备工作进展顺利，飞船已完成了总装、总测试，其搭载的科研设备也都通过验收，已整装出发到达发射基地。中国的载人航天梦想即将实现。

　　　实现载人飞行，确保航天员安全是关键。针对航天员的安全问题，神舟-5总设计师戚发轫院士说，中国有信心保证航天员的安全。他说："我们在设计飞船时有一个原则，就是飞船的每一个系统都要做到'一次故障，正常飞行；二次故障，安全返回'。换句话说，当一个系统第一次出现故障时，要做到飞船能正常运行，出现第二次故障时，能保证航天员安全返回。"

　　　神舟-5飞船认真汲取前4艘飞船的研制经验，在诸多关键技术方面又进了一步，使其安全性、可靠性更高。比如，轨道舱和返回舱连接处需要多个螺栓来加固，但当2个舱在太空分离时，螺栓需要立即"松绑"，也就是"连要连得可靠，断要断得干脆"，这就是舱段之间的连锁技术。通过前几次上天测试，这项技术将在神舟-5上得到升华。此外，飞船如何进行空中姿态调整，穿过稠密大气层时如何减轻烧蚀，如何利用空气作用安全着陆等技术环节，这些在总结以往经验的基础上都得到了完善。

　　5中国载人航天"三步走"战略

　　　中国载人航天将实施"三步走"的发展战略。中国在成功发射4艘无人试验飞船的基础上，即将实现载人飞船的历史性突破，然而这只是第一步。第二步是除继续用载人飞船进行对地观测和空间试验外，重点要完成出舱活动、空间交会对接试验和发射长期自主飞行、有人照料的空间实验室，尽早建成中国完整配套的空间工程大系统，解决中国一定规模的空间应用问题。第三步是建造更大的长期有人照料的空间站。换句话说，中国载人航天工程"三步走"战略就是实现载人航天、解决空间交会对接技术并向太空发射短期有人照料的空间实验室和建造长期有人照料的空间站。

　　　因此，未来几年中国将突破以飞船交会对接、空间实验室、卫星组网和月球探测等为代表的航天关键技术。关键技术的突破，不仅为实现载人航天，还将为中国今后进行深空探测以及和平利用外层空间做准备。-转自《国际太空》2003年9月号