作為世界載人航天的重要組成部分,中國的載人航天事業從1992年起步,從無人飛行到載人航天,從飛天夢圓到艙外活動,從單船飛行到組合體穩定運行,實現了跨越式發展。
26年來,中國已成為世界上第三個獨立掌握載人航天基礎技術的國家,建立了比較完整的載人航天體系。天地往返、出艙活動、交會對接、航天員駐留……在這一系列激動人心的太空活動的背后,始終不變的是中科院空間科學人的默默付出與執著堅守。
作為載人航天工程應用系統的牽頭負責單位,中國科學院組織研制了300多臺套有效載荷,成功開展了40余項空間科學與應用研究試(實)驗,在對地觀測及地球環境監測、空間生命科學與生物技術、空間材料科學、微重力流體物理、空間天文探測、空間環境探測、應用新技術等領域取得了一批具有重要價值的科學與應用成果。
兩度上馬
早在20世紀60年代,我國就提出了載人航天工程。
1966年,中科院和七機部第八研究院分別提出了載人航天的設想。在當時的國防科委支持下,第二年開始共同論證,全國80多個單位的400多名專家、學者參加了論證工作。
1971年4月,我國第一次載人航天工程正式立項,代號為“714”工程,飛船取名為“曙光一號”。然而,由于當時國家經濟基礎薄弱、科技水平較低,加上“文革”的影響,1975年中央決定“714”工程下馬,“曙光一號”最終塵封在一張張的構思草圖中。
直到21年后,載人航天工程才再度上馬。
1983年,美國率先推出的“星球大戰”計劃掀起了“冷戰時代”最后一絲喧囂。緊隨其后,蘇聯、歐洲各國、日本等國相繼跟進,在新一輪太空競賽的推動下,世界各國都在暗中加快科技發展的步伐,而此時的中國卻只是“載人航天俱樂部”的旁觀者。
1986年3月3日,一份“關于追蹤世界高技術發展的建議”的聯名信被送到鄧小平的辦公桌上。
這封信是由時任中科院技術科學部主任王大珩、核工業部科學技術委員會副主任王淦昌、航天部空間技術研究院科學技術委員會副主任楊嘉墀、國防科學技術工業委員會科學技術委員會專職委員陳芳允等4位著名老科學家提出的。
在信中,四位科學家以急迫的心情,建議中央盡快制定規劃,跟蹤世界戰略性高技術發展,縮小與國際上的差距。兩天后,鄧小平批復“此事宜速作決斷,不可拖延”,這就是后來著名的“863計劃”。
在這項計劃中,航天技術被列為第二大項。已經停滯了十年的中國載人航天工程,終于等來了新的時代機遇。
很快,一個全國60多家科研單位、2000多人參與的大論證開始了。經過反復篩選,五套“天地往返運輸系統技術方案”擺在專家組面前。在這五套方案中,其中四套是航天飛機,只有一套是載人飛船。
20世紀80年代末期,正值航天飛機的黃金時代。它獨特的起飛、在軌與返回方式給很多中國航天專家們留下了深刻印象。因此,在論證中,從高起點出發,直接研制航天飛機的意見很快占據上風。
不過,對于唯一的載人飛船方案,許多專家也認為,如果從飛船起步將會在更短時間內,盡快將航天員送上太空。
“機派”與“船派”成為擺在中國人面前兩條完全不同的路。前往太空的道路尚未啟程,中國人便遭遇了難以抉擇的十字路口。
經過歷時6年多的深入論證,專家組從概念研究、工程方案設計和可行性研究、工程技術及經濟可行性論證等方面綜合考慮,最后確定由載人飛船起步,這樣技術上難度較小、經費較低,同時還有較為成熟的經驗,更適合中國的國情和國力。
1992年1月,中央專委決定啟動我國載人航天工程。1992年9月21日,中共中央會議決定,我國載人航天工程正式上馬,工程代號“921”。
“921”工程
1992年,國際空間年(ISY)。在這一年,中國開始了圓夢九天的壯麗起飛。
作為我國空間科學實驗的重大戰略工程之一,中國載人航天工程最終確定了“三步走”的發展戰略。第一步,發射載人飛船,建成初步配套的試驗性載人飛船工程,開展空間應用實驗。第二步,在第一艘載人飛船發射成功后,突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術,并利用載人飛船技術改裝、發射一個空間實驗室,解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題。第三步,建造載人空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。
這項我國投資最大的航天工程是由7大系統組成的,即航天員系統、飛船應用系統、載人飛船系統、運載火箭系統、發射場系統、測控通信系統、著陸場系統。其中載人航天工程應用系統(簡稱“921-2”)由中科院牽頭,中科院空間科學與應用總體部(簡稱空間總體部)負責,來自中科院院內外57個單位的上千名專家學者參與工作。
發展載人航天重在空間應用。空間應用系統的主要任務是利用載人飛船的空間實驗支持能力開展各項科學實驗和應用研究,具有很強的實用性,與人們的生活、環境息息相關,是中國在空間科學與應用領域涉及學科領域最寬、規模最大、內容最豐富的研究活動。
從上世紀80年代后期開始,中科院就在空間科學與應用方面開展了一些探索性的工作。中國載人航天工程的正式啟動,無疑為空間科學與應用帶來了難得的發展機遇。
除了空間科學實驗,開展地球環境監測也是載人航天工程應用任務的一個重要方面。隨著工程的不斷開展,應用系統相繼研發了中分辨率成像光譜儀、多模態微波遙感器、太陽常數監測器、太陽紫外監視器、地球輻射收支儀等多套先進空間遙感器,且均為國內首次研制,相應成果推動了我國相關應用技術的跨越發展,在相關應用領域的技術發展中起到了牽引和開拓作用。
由于應用系統就是要把空間科學研究和航天工程兩種不同的文化融合在一起,既要保證取得預期的科學成果,又要滿足工程研制要求。因此數年來,從項目的遴選和論證、方案制定、系統集成,再到在軌飛行試驗全過程的設計、研制和組織實施工作,空間總體部一直擔當著應用系統的“指揮棒”。
1995年,空間總體部并入空間中心,簡稱空間中心(總體部),按照具有獨立法人地位的所級建制運行。直至2003年12月,中科院決定,空間總體部從空間中心脫離,劃歸光電研究院(籌)。
8年間,空間中心(總體部)作為“921-2”總體依托單位,代表中科院歸口負責“921-2”的工程總體、公共設施的建設,并承擔對載人航天工程任務參與部門的組織協調,負責組織“921-2”15個分系統參研單位共同承擔完成了135種188臺有效載荷研制任務。在“神舟”一號、二號、三號、四號、五號飛船飛行試驗中均取得圓滿成功。這是當時我國規模最大、涉及領域最全面的空間科學與應用研究任務。
除了總體工作,空間中心(總體部)還承擔了“921-2”諸多分系統主要工作。包括有效載荷公用設備分系統;有效載荷地面應用中心分系統;多模態微波遙感分系統;空間環境監測與預報分系統;空間物理主動實驗研究;研制空間流電泳儀,與兄弟單位聯合研制多工位空間晶體生長爐、微重力空間通用流體實驗裝置等;“921-2”安全性、可靠性工作。
傳承自“紅色預報員”的光榮使命,空間中心承擔的空間環境預報保障分系統為載人航天工程實施全程提供了值得信賴的空間環境預報保障服務。“神舟一號”調整發射時間就是我國航天史上首次因空間環境原因改變發射計劃的例子,標志著我國成為世界上少數幾個將空間環境預報應用到航天工程的國家之一。
“飛天”印記
1999年11月,“神舟一號”無人試驗飛船、“長征2F”運載火箭先后抵達酒泉發射場。它們的背后是全國110多家科研院所、3000多個協作單位,數十萬科研人員近十年的全部心血。
11月20日凌晨,“神舟一號”進入太空,飛行21小時后返回地球,成功降落在內蒙古中部地區的著陸場。此次飛行試驗成功驗證了飛船關鍵技術和系統設計的正確性, 考核了飛船系統的艙段分離技術、調姿制動技術、升力控制技術、防熱技術和回收著陸技術等五大關鍵技術的可靠性,是中國航天史上又一次“零”的突破。
在隨后的幾年中,神舟二號、三號、四號無人實驗飛船全部獲得成功。“神舟二號”是第一艘正樣無人飛船,技術狀態與實際使用的載人飛船基本一致;“神舟三號”是在模擬載人狀態下的第一次飛行試驗,正式啟用了航天員逃逸救生系統,一切都按照載人的標準來實施,是一次承上啟下的關鍵性試驗;神舟四號是完全按照載人狀態設計的無人飛船。中國人進入太空的征程已近在咫尺。
2003年10月15日9時,中國第一艘載人飛船“神舟五號”成功發射,中國首位航天員楊利偉成為浩瀚太空的第一位中國訪客。當“神舟五號”飛船運行到第七圈,在距地面343公里的太空時,楊利偉從飛船上發出問候。10月16日6時,在軌運行了近一天的“神舟五號”飛船回到祖國的懷抱,楊利偉自主出艙,至此,中國成為世界上繼俄羅斯和美國之后第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家。
星空浩瀚無比,探索永無止境。
在這砥礪奮進的艱難歲月中,面對中國航天史上規模最大、系統組成最復雜、技術難度最高、協調面最廣的跨世紀工程,中科院空間科學人在用心血和汗水鑄就載人航天精神的同時,逐步摸索出一條具有中國特色的、以應用帶動科研、以科研促進發展,集基礎科學研究與工程技術于一個計劃中的發展道路。
同時,在地球環境監測、空間天文、空間生命、空間材料、空間環境監測與預報、微重力流體物理等空間科學領域取得一大批具有重大價值的空間科學與應用成果。眾多技術與成果在相關業務衛星中得到了推廣應用,極大地提升了我國空間科學發展水平。
“太空雷達”
2016年9月15日22:04分,由中科院微波遙感技術重點實驗室研制的天宮二號三維成像微波高度計隨天宮二號空間實驗室發射升空,這個“太空雷達”的探測圖像可以精準呈現陸地的起伏、水位的高低和海洋的深淺,是國際上第一次實現寬刈幅海面高度測量、并能進行三維成像的微波高度計。
相比于傳統海洋高度計的觀測刈幅僅為3公里左右,這型高度計的觀測刈幅提高了十倍,極大提高了觀測效率。而且,以前的星載高度計的觀測入射角都在20度以上,這次天宮二號的實驗則突破了這一局限。
海面高度的異常升高,幅度往往僅為分米級,只有微波高度計能夠敏銳地捕捉到這種變化,其測量精度目前基本已達到了厘米級。這些新型的探測圖像將可廣泛應用于氣象預報、大氣探測、氣候變化、農業生產、海洋災害預防、航海安全保障等多種領域,可以說是實現了國際海洋衛星遙感技術的重大突破。
從“神舟”到“天宮”,在載人航天的歷次巡天任務中,都有空間中心科研團隊的創新鉆研、辛勤付出,站在太空探索的新起點上,這支歷經千錘百煉的鋼鐵之師、智慧之師將繼續在更高的領域、更廣闊的空間,助力中國載人航天事業創造新的輝煌!