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第11章 航天科技的发展(3)

1977年9月29日发射上天的“礼炮6号”空间站,在太空飞行近5年,共接待18艘“联盟号”和“联盟T号”载人飞船,有16批33名宇航员到站上工作,累计载人飞行176天。其中1980年宇航员波波夫和柳明创造了在空间站飞行185天的纪录。1982年4月19日“礼炮7号”空间站进入轨道飞行,接待了“联盟T号”飞船的11批28名宇航,其中包括第一位进行太空行走的女宇航员萨维茨卡娅。特别是1984年3名宇航员基齐姆、索洛维约夫和阿季科夫在空间站创造了237天的飞行纪录。“礼炮7号”空间站载人飞行累计达800多天,直到1986年8月才停止载人飞行。

2.前苏联“和平号”空间站

“和平号”空间站是一个阶梯形圆柱体,全长13.13米,最大直径4.2米,重21吨,预计寿命10年。它由工作舱、过渡舱和非密封舱三个部分组成,共有6个对接口。“和平号”作为一个基本舱,可与载人飞船、货运飞船、四个工艺专用舱组成一个大型轨道联合体,从而扩大了它的科学实验范围。四个专业舱都有生命保障系统和动力装置,可独立完成在太空的机动飞行,其中一个是工艺生产实验舱,一个是天体物理实验舱,一个是生物学科研究舱,一个是医药试制舱。这几个实验舱可根据任务需要更换设备,成为另一种新的实验舱。

自“和平号”空间站上天以来,至1993年底,已经接待了一艘“联盟T号”和17艘“联盟TM号”载人飞船,并先后与“进步号”、“进步M号”货运飞船和“量子号”、“晶体号”专用工艺舱对接组成轨道联合体。宇航员们进行了天体物理、生物医学、材料工艺试验和地球资源勘测等科学考察活动。最大的轨道联合体总长达35米,总重70吨,俨然像一座太空列车,绕地球轨道不停地飞驰。1987年12月29日,宇航员罗曼年科返回地面时,已经在“和平号”上生活了326个昼夜。1988年12月21日从“和平号”上归来的两名宇航员季托夫和马纳罗夫,创造了在太空飞行整整一年的新纪录。

2000年底俄罗斯宇航局因“和平号”部件老化且缺乏维修经费,决定将其坠毁。“和平号”最终于2001年3月23日坠入地球大气层,碎片落入南太平海域中,“和平号”的研究任务今后由“国际太空站”所取代。

3.美国“天空实验室”

美国在1973年5月14日发射成功一座叫“天空实验室”的空间站,它在435千米高的近圆空间轨道上运行,先后接待3批9名宇航员到站上工作。这3批宇航员在站上分别居留28天、59天和84天。“天空实验室”全长36米,最大直径6.7米,总重77.5吨,由轨道舱、过渡舱和对接舱组成,可提供360立方米的工作场所。1973年5月25日、7月28日和11月16日,先后由“阿波罗号”飞船把宇航员送上空间站工作。在载人飞行期间,宇航员用58种科学仪器进行了270多项生物医学、空间物理、天文观测、资源勘探和工艺技术等试验,拍摄了大量的太阳活动照片和地球表面照片,研究了人在空间活动的各种现象。1974年2月第三批宇航员离开太空返回地面后,“天空实验室”便被封闭停用,直到1979年7月12日在南印度洋上空坠入大气层烧毁。它在太空运行了2249天,航程达14亿多千米。

4.国际空间站

“国际空间站”的设想是1983年由时任美国总统里根首先提出的,即在国际合作的基础上建造迄今为止最大的载人空间站。经过近十余年的探索和多次重新设计,直到苏联解体俄罗斯加盟“国际空间站”才于1993年完成设计开始实施。该空间站以美国和俄罗斯为首,包括加拿大、日本、巴西和欧空局11个国家共16个国家参与研制。“国际空间站”设计寿命为10~15年,总质量约423吨、长108米、宽(含翼展)88米,运行轨道高度为397千米,载人舱内大气压与地表面相同,可载6人。“国际空间站”结构复杂,规模大,由航天员居住舱、实验舱、服务舱,对接过渡舱、桁架、太阳能电池等部分组成,建成后总质量将达438吨,长108米。

中国航天科技的发展和成就

中国“北斗”导航系统

“北斗”卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,与美国的GPS、俄罗斯的“格洛纳斯”、欧盟的“伽利略”系统兼容共用的全球卫星导航系统,并称全球四大卫星导航系统。

“北斗”卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。“北斗”卫星导航系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航系统。

“北斗”导航终端与其他导航系统相比,优势在于短信服务和导航结合,增加了通讯功能。“北斗”导航系统能够全天候快速定位,具有极少的通信盲区,精度与GPS相当。“北斗”导航向全世界提供的服务都是免费的,在提供无源定位导航和授时等服务时,用户数量没有限制,且与GPS兼容,特别适合集团用户大范围监控与管理,以及无依托地区数据采集用户数据传输应用。

“北斗”卫星导航试验系统方案于1983年提出。我国结合当时的具体国情,科学、合理地提出并制订自主研制实施“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”规划:第一步是试验阶段,即用少量卫星利用地球同步静止轨道来完成试验任务,为“北斗”卫星导航系统建设积累技术经验、培养人才,研制一些地面应用基础设施设备等;第二步是到2012年,发射10多颗卫星,建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统;第三步是到2020年,建成由5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。

“北斗一号”是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。它的研制成功标志着我国打破了美、俄在此领域的垄断地位,解决了中国自主卫星导航系统的有无问题。它是一个成功的、实用的、投资很少的初步起步系统。以“北斗”导航试验系统为基础,我国开始逐步实施“北斗”卫星导航系统的建设,首先满足中国及其周边地区的导航定位需求,并进行系统的组网和测试,逐步扩展为全球卫星导航定位系统。

同“北斗一号”相比“北斗二号”在诸多方面有了许多改进,可以有效避免遭受电磁干扰和攻击,实现无源定位,精确度大大提高。“北斗一号”精确度在10米之内,而“北斗二号”可以精确到“厘米”之内。

随着“北斗二号“的发射成功,中国自主研制的北斗卫星导航系统从2009年起进入了组网高峰期,预计在2020年左右形成覆盖全球的卫星导航定位系统。

“北斗”卫星导航系统技术复杂、规模庞大,其建设应用将实现我国航天从单星研制向组批生产、从保单星成功向组网成功、从以卫星为核心向以系统为核心、从面向行业用户向大众用户的历史性转型,开启我国航天事业的新征程,并将对维护我国国家安全、推动经济社会科技文化全面发展提供重要保障。

中国载人航天计划

中国载人航天历史可以追溯到20世纪70年代初。在中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”上天之后,钱学森就提出中国要搞载人航天。国家当时将这个项目命名为“714工程”,并将飞船命名为“曙光一号”。然而,中国在开展了一段时间的工作之后,认为无论是在研制队伍、经验方面,还是在综合国力、工业基础方面搞载人航天都存在一定的困难,这个项目就暂时搁到了一边。

进入80年代后,中国的空间技术取得了长足的发展,具备了返回式卫星、气象卫星、资源卫星、通信卫星等各种应用卫星的研制和发射能力。特别是1975年,中国成功地发射并回收了第一颗返回式卫星,使中国成为世界上继美国和前苏联之后第三个掌握了卫星回收技术的国家,这为中国开展载人航天技术的研究打下了坚实的基础。

1992年1月,中国政府批准载人航天工程正式上马,并命名为“921工程”。在“921工程”的七大系统中,核心是载人飞船,载人飞船由中国空间技术研究院为主来进行研制。“921工程”正式上马时中央就提出了“争8保9”的奋斗目标,即1998年要在技术上有一个大的突破,1999年要争取飞船上天。

1999年11月20日,中国第一艘无人试验飞船“神舟一号”飞船在酒泉起飞,21小时后在内蒙古中部回收场成功着陆,圆满完成“处女之行”。这次飞行成功为中国载人飞船上天打下非常坚实的基础。

2001年1月10日,中国在酒泉卫星发射中心成功发射了“神舟二号”飞船。

2002年3月25日,中国在酒泉卫星发射中心成功发射了“神舟三号”飞船。

2002年12月30日,中国在酒泉卫星发射中心成功发射“神舟四号”无人飞船。

2003年10月15日9时整,我国自行研制的“神舟五号”载人飞船在中国酒泉卫星发射中心发射升空。9时9分50秒,“神舟五号”准确进入预定轨道,这是中国首次进行载人航天飞行。乘坐“神舟五号”载人飞船执行任务的航天员是38岁的杨利伟,他是我国自己培养的第一代航天员。在太空中围绕地球飞行14圈,经过21小时23分,60万千米的安全飞行后,“神舟五号”于16日6时23分在内蒙古主着陆场成功着陆返回。

2005年10月12至17日,“神舟六号”载人飞船发射成功,这是我国成功进行了第二次载人航天飞行,这也是我国第一次将两名航天员费俊龙、聂海胜同时送上太空。

2008年9月25日,我国第三艘载人飞船“神舟七号”成功发射,三名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏顺利升空。27日,翟志刚进行了19分35秒的出舱活动,中国随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。2008年9月28日傍晚时分,“神舟七号”飞船在顺利完成空间出舱活动和一系列空间科学试验任务后,成功降落在内蒙古中部阿木古朗草原上。

2012年6月16日,我国第四艘载人飞船“神舟九号”成功发射,三名航天员景海鹏、刘旺、刘洋顺利升空。2012年6月18日约11时左右“神舟九号”转入自主控制飞行,14时左右与“天宫一号”实施自动交会对接,这是中国实施的首次载人空间交会对接。“神舟九号”2012年6月29日10点安全返回。

2013年6月11日17时38分,“神舟十号”发射成功,这是我国第五艘载人飞船。飞船由推进舱、返回舱、轨道舱和附加段组成。升空后再和目标飞行器天宫一号对接,并对其进行短暂的有人照管试验。对接完成之后的任务将是打造太空实验室。任务将是对“神九”载人交会对接技术的“拾遗补缺”。飞行乘组由男航天员聂海胜、张晓光和女航天员王亚平组成,聂海胜担任指令长。这次将在轨飞行15天,并首次开展我国航天员太空授课活动。

载人航天事业是人类历史上最为复杂的系统工程之一,它的发展取决于整个科技水平的发展。同时,它也影响着整个现代科学技术领域的发展,同时对于现代科学技术的各个领域提出了新的发展要求,从而可促进和推动整个科学技术的发展。一个国家载人航天技术的发展,可以反映出这个国家的整体科学技术和高科技产业水平,如系统工程、自动控制技术、计算机系统、推进能力、环控生保技术、通信、遥感以及测试技术等诸多方面。它也能体现这个国家近代力学、天文学、地球科学和空间科学的发展水平。

中国“嫦娥奔月”计划

中国航天科技工作者早在1994年就进行了探月活动必要性和可行性研究,1996年完成了探月卫星的技术方案研究,1998年完成了卫星关键技术研究,以后又开展了深化论证工作。经过10年的酝酿,最终确定中国整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段。

第一步为“绕”,即发射我国第一颗月球探测卫星,突破至地外天体的飞行技术,实现月球探测卫星绕月飞行,通过遥感探测,获取月球表面三维影像,探测月球表面有用元素含量和物质类型,探测月壤特性,并在月球探测卫星奔月飞行过程中探测地月空间环境。第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”已于2007年10月24日发射;“嫦娥二号”也于2010年10月1日在西昌卫星发射中心发射升空,获得了圆满成功。

第二步为“落”,时间定为2013年下半年。即发射月球软着陆器,突破地外天体的着陆技术,并携带月球巡视勘察器,进行月球软着陆和自动巡视勘测,探测着陆区的地形地貌、地质构造、岩石的化学与矿物成分和月表的环境,进行月岩的现场探测和采样分析,进行日-地-月空间环境监测与月基天文观测。具体方案是用安全降落在月面上的巡视车、自动机器人探测着陆区岩石与矿物成分,测定着陆点的热流和周围环境,进行高分辨率摄影和月岩的现场探测或采样分析,为以后建立月球基地的选址提供月面的化学与物理参数。

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