中国的云海之舟--神舟飞船研制过程回顾

http://www.sina.com.cn 2003年10月15日12:43 中国航天报

　　□本报记者石磊冯春萍

　　神奇的天河之舟

　　1993年，当时的载人航天工程办公室向参加研制的单位发出了为中国飞船征集名字的通知，许多人都参加了起名活动。“华夏”“九州”“神州”“神舟”“腾龙”等很多带有

中国特色的名称被推荐了出来。载人航天工程办公室考虑再三后认为，用“神舟”二字最为贴切。因为“神舟”是神奇的天河之舟，又是中华“神州”的谐音，象征着飞船研制得到了全中国人民的支持，是祖国四面八方、各行各业大协作的产物；同时，“神舟”又有神气、神采飞扬之意，预示着整个中华民族都将为飞船的诞生而无比骄傲与自豪。

　　1994年初，“神舟”这个名字最终从众多的方案中脱颖而出。1998年10月，时任中共中央总书记的江泽民，视察坐落在北京西北郊新建成的飞船总装厂时，亲笔为飞船题写了“神舟”二字，“神舟”之名从此越叫越响。

　　承担飞船研制的中国空间技术研究院和上海航天技术研究院早在1992年就开始投入攻坚战。经过论证，确定了轨道舱、返回舱、推进舱、两对太阳翼、普通圆伞回收的三舱方案。当年年底，一个清晰的工作目标一夜间传遍了研制队伍的所有人员：力争1998年，确保1999年发射我国第一艘试验飞船。

　　神舟飞船由“三舱一段”组成，三个舱是：推进舱、返回舱和轨道舱；一段是指附加段。推进舱在飞船的最下部，返回舱在中间，轨道舱在上部，附加段在飞船的最顶端。就像各国制造的飞机都有翅膀一样，从外形上看，神舟号近似于俄罗斯的联盟TM飞船。

　　推进舱是飞船在空间运行及返回地面时的动力装置；返回舱是飞船起飞、飞行和返回过程中航天员乘坐的舱段，也是整个飞船的控制中心；轨道舱是航天员在太空中工作和生活的场所，装有各种实验仪器和设备。附加段也叫过渡段，是为将来与另一艘飞船或空间站交会对接做准备用的。在载人飞行及对交会接前，它也可以安装各种仪器用于空间探测。

　　飞船返回舱返回后，轨道舱相当于一颗对地观察卫星或太空实验室继续留在轨道上工作半年左右，推进舱则被抛弃成为太空垃圾，最后会焚毁于大气层中。

　　返回舱会在太空潇洒漫步后返回地面，与人类有着不见不散之缘，因此受到人们的格外青睐。返回舱像一口中国古代的大钟，呈大钝头倒锥体，在飞船的中部，为密闭结构，其上部有舱门与轨道舱相通，供航天员进出轨道舱使用。不过，这个舱门的最大直径只有65厘米，只有身体灵巧、受过专门训练的人才能进出自由。作为航天员的座舱，舱内最多可设置供三个航天员斜躺的座椅，座椅下方设有仪表盘和控制手柄、光学瞄准镜等。

　　整个飞船有9米多高，最大内直径约2.5米，但能够提供航天员自由活动的空间加起来也不过6平方米左右。虽然听上去这似乎太不够大手笔，但作为航天员的太空卧室，她已经够“奢侈”了。飞船专家说，飞船若增大“块头”，那是要以更高的技术含量与更多的资金支持才能实现的，特别是要承担更多的可靠性风险，其昂贵程度与付出的代价超出常人想象。

　　飞船端坐在火箭顶端后，航天员从发射塔架的第九层进入飞船的舱门，舱门只有0.5米见方，塔架离舱门还有0.7米的间隙，需要铺设一块木板供航天员爬进去，航天员进入飞船后，实际到达的是“二楼”，也就是轨道舱，他还需要踏着类似火车卧铺上用的折叠脚踏板，手拉着舱壁上的吊带，迈下三大步约两米，到达“一层”自己的座椅边。

　　神舟飞船载人航天工程的核心

　　中国自1970年4月成功发射第一颗人造卫星———东方红一号，使自己成为世界上第五个有能力发射卫星的国家之后，至今已先后发射了53颗不同类型的应用卫星，其中返回式卫星的成功发射，使中国成为世界上第三个掌握返回式卫星技术的国家。尽管已经掌握了许多先进的技术，但是，毕竟载人飞船与返回式卫星有较大的不同。

　　载人航天器与不载人航天器的最大区别是，以绝对保证航天员的生命安全为第一要求。因此，载人飞船在功能上比不载人的返回式卫星要复杂得多。第一，飞船必须要有环境控制和生命保障系统，为航天员提供适宜的温度、湿度和氧气浓度；第二，必须要具备应急救生系统，保证航天员在任何时候都有生命安全；第三，必须要配置仪表和照明系统，保证航天员在飞行的各阶段都能监视飞船的飞行状况，并在必要时通过手动操作控制飞船的状态；第四，必须要有高性能的测控通信系统，保证航天员及时与地面进行语音通话及舱内图像向地面的传输；第五，返回舱返回时的再入过载和着陆时的冲击力不能过大，必须保证航天员的绝对安全。这五个“必须”，对打造飞船和火箭的“工匠”们来说，无疑是一场的严峻的考验。

　　飞船上共有13个分系统，它们是：结构与机构、制导导航与控制、数据管理、测控通信、热控制、推进、电源、有效载荷、环境控制与生命保障、乘员、仪表照明、应急救生、回收着陆等。在13个分系统中像环境控制、生命保障、乘员、应急救生等系统，在卫星上是没有的。

　　头一次制造飞船，需要解决的技术难点问题实在太多。密封结构是第一道必解之题。如果是一个大闷罐，密封问题还比较容易，可是，飞船返回舱小小的空间里必须要有进出的门吧，必须要有观察窗吧，必须要有打开降落伞的舱门吧，总会有焊接的接口吧，在一个最大直径、最大高度都只有2.5米的返回舱上，要开这么多的“窟窿”，需要密封的接口多达160处，还要保证“窟窿们”和各个接口一个都不漏气，这可难坏了研制者。

　　就来说说舷窗吧。飞船上一左一右有两个舷窗，航天员脚下位置上还有一个被称做光学瞄准镜的窗口，看上去它们不过就是直径不到30公分的圆窗而已，好像飞机的舱窗一般。但其技术要求之高，远远超出常人的想象，被特别列入了飞船需重点突破的18个难关之一。飞船上的舷窗是供航天员观测用的，透过这扇不大的窗口，航天员可以了解飞船的运行状况，并根据情况决定是否需要加以调整飞船姿态；也可以使航天员感受与地球家园截然不同的宇宙空间，享受奇异的太空风光。假若没有这个窗口，返回舱就形同“闷罐”一个。别说航天员，何方神圣也无法忍受。为了达到密封、防热、透明等多重要求，设计人员采用了两层特殊玻璃来加以保证，玻璃和窗框之间填塞了对人体无害的防漏胶。返回舱从太空返回地面时，舷窗必须能够抗住高温的“侵袭”，一旦舷窗玻璃变形、漏气，后果不堪设想。

　　看上去不过一个寻常的“窗户”，但做起来就极其不寻常了。国内甚至连测试飞船舷窗性能是否符合标准的设备都没有。舷窗的试验，需要在几千度的高温气流中进行，其设备被称作高温等离子烧烛风洞，目前世界上只有美国与俄罗斯才有。1995年夏季，当神舟飞船舷窗研制人员做实验时，一位外国飞船设计人员评价说：“你们能有这样的技术实在了不起！

　　返回舱是航天员的座舱和飞船的指挥控制中心，在焊接过程中遇到了前所未有的困难：返回舱体积大、外形不规则，局部焊接易变形，发动机安装面及对接密封面精度要求极高，就连国内顶尖的技师都没干过这种活，无论是零件生产还是工装模具加工都遇到了许“拦路虎”。总设计师把院士、专家和哈尔滨工业大学的能工巧匠都请来做“高参”，明确了所有关键技术的完成节点，并每周都坚持在返回舱焊接。

　　现场开调度会随时解决问题，总指挥制定的返回舱工作详细流程，打印在纸上竟长达5米！在第一个返回舱研制出来后，工程技术人员立即进行了水压试验，模拟返回舱在太空中承受的来自舱内的压力。可是返回舱不胜高压，出现了漏水现象。技术人员又继续攻关，先后突破了曲面薄壁舱体变形控制技术、焊接变形控制技术等瓶颈，9个月后，终于拿出了合格的返回舱壳体。

　　电源系统相当于飞船的发电机，如果储蓄的电能不足，意味着飞船上天后在非太阳照射区将不能正常工作。在一次测试中，飞船电源系统一个蓄电池模块容量急剧下降，为了迅速查清机理，航天专家与复旦大学、上海交大的专家共同会诊，推断是电极片极耳脱落，尽管产品已经装进飞船，但是“连夜开盖更换”根本没商量。同一批次的船上其他电池是否也存在这个问题？如果不彻底清除隐患，带病产品上天后同样会“怠工”。但是，就像火柴划过一次就不能用了一样，有些产品要用的不能打开，打开的就不能用了。设计师们为了找到一种工业CT设备透视产品，连夜拿着黄页电话簿打遍整个上海，才找到大众汽车制造厂有一台工业CT机。第二天清晨他们赶到该厂，完成了电池CT拍片，保证了所有电池的质量。就在处理此事的20多天时间里，这个系统的负责人体重整整掉了10斤。

　　飞船上许许多多的关键技术，哪怕是一点不起眼的小东西，也都让科技人员呕心沥血、历尽艰辛，有些系统的研制，如舱段分离技术、制导与控制技术、返回技术等等，更是像一块块沉沉的大秤砣，重重地压在研制者的心上，不看见航天员平安地走出返回舱，他们谁的心情都不会踏实。