航天三大技術(shù)難題

載人航天是集國(guó)家政治、軍事、科技實(shí)力為一體的高難度系統(tǒng)工程。要真正把人送入太空乃至使人長(zhǎng)時(shí)期在太空生活，必須要突破三大技術(shù)難題。第一個(gè)難題是，研制出推力足夠大，可靠性極端好的運(yùn)載工具。前蘇聯(lián)發(fā)射東方號(hào)、上升號(hào)、聯(lián)盟號(hào)等載人飛船的運(yùn)載火箭都是運(yùn)載能力5噸以上，而且在發(fā)射中極少發(fā)生事故的優(yōu)秀運(yùn)載工具。為了確保發(fā)射時(shí)萬無一失，運(yùn)載火箭及飛船的關(guān)鍵部件必須是雙備份或三備份，火箭、飛船在上天前，必須經(jīng)過一系列極嚴(yán)格的地面測(cè)試和模擬飛行，直到?jīng)]有一絲隱患才能放行上天。據(jù)記載，蘇/俄近百次發(fā)射載人飛船，運(yùn)載火箭出現(xiàn)問題宇航員使用逃逸塔救生設(shè)備的僅1次。美國(guó)航天飛機(jī)的近百次飛行，也只有挑戰(zhàn)者號(hào)爆炸一次災(zāi)難性事故。難怪有專家說，由于對(duì)可靠性的重視，實(shí)際上，與航海、航空及陸上各種交通運(yùn)輸工具比較，航天器的活動(dòng)有著最好的安全記錄。第二個(gè)難題是，獲得空間環(huán)境對(duì)人體影響的足夠信息，了解人體所能承受的極限條件并找到防護(hù)措施?？臻g環(huán)境與陸地環(huán)境有著天壤之別。太空中高度真空，沒有氧氣沒有水，如果沒有任何保護(hù)，人體暴露在這樣的環(huán)境里，不消一分鐘，就會(huì)由于身體內(nèi)外的巨大壓差而爆炸，體液會(huì)迅速沸騰汽化。太空中溫差極大，由于沒有空氣對(duì)流，航天器朝陽(yáng)面溫度可達(dá)ioo°c以上，而背陰面則會(huì)在一100C以下，在遠(yuǎn)離地球的深空中，溫度則達(dá)到人體根本無法耐受的一273C。太空中還充滿了有害的宇宙輻射。另外太空失重環(huán)境，特別是飛船上升、返回階段的加速度和減速度會(huì)使人體發(fā)生平衡功能紊亂、體內(nèi)組織位移、肌肉萎縮、骨質(zhì)脫鈣等病變。要在這種環(huán)境里保證人的生存，就必須研制出密封的防輻射飛船，飛船中要配備能供人正常生活的空氣、水、溫度等基本生命保障條件。同時(shí)還要為宇航員裝備上宇航服，一旦宇航員要走出飛船座艙到太空中工作，所有的生命保障系統(tǒng)便全由宇航服提供。在近四十年的載人航天實(shí)踐中，蘇/俄研制出了東方號(hào)、上升號(hào)、聯(lián)盟號(hào)三代載人飛船，美國(guó)也成功使用了水星號(hào)、雙子星座號(hào)和阿波羅號(hào)三代載人飛船以及航天飛機(jī)。第三個(gè)難題是，可靠的救生技術(shù)及安全返回技術(shù)。載人航天與不載人航天最大的區(qū)別就在于救生技術(shù)的應(yīng)用和安全返回的絕對(duì)可靠。載人航天的救生裝置有彈射座椅、逃逸塔、分離座艙和載人機(jī)動(dòng)裝置等。它們?cè)陲w行的不同高度發(fā)揮各自的作用。一般來說，飛行高度在10公里左右時(shí)，宇航員可以采用彈射座椅的方式彈出發(fā)生危險(xiǎn)的航天器，跳傘救生。也可以啟動(dòng)逃逸塔，讓逃逸塔拉著飛船甩掉出毛病的火箭另行降落救生。如果火箭高空發(fā)生問題，宇航員跳傘不行了，逃逸塔已按飛行程序拋掉了，則只有采取分離飛船座艙的辦法，讓飛船座艙自己返回救生。飛船入軌后，一旦自身遭到損壞或宇航員生病，需營(yíng)救時(shí)，那么只有暫時(shí)采用船上救生裝置等待地面發(fā)射飛船救生的辦法。飛船的安全返回也不容易，它需要啟動(dòng)反推火箭減速、調(diào)姿、進(jìn)入返回軌道等技術(shù)，還要闖過三道“鬼門關(guān)”：一是過載關(guān)，飛船高速進(jìn)入稠密大氣層時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊過載，就像飛機(jī)撞山一般；二是火焰關(guān)，飛船返回與空氣的劇烈摩擦?xí)a(chǎn)生幾千度的高溫，沒有防護(hù)，鋼筋鐵骨也會(huì)化為灰燼；三是撞擊關(guān)，飛船降落盡管有降落傘，但它的降落速度仍達(dá)每秒14米，不采取措施，就是壯漢也會(huì)被摔死。此外，落點(diǎn)的精度也是大問題，前蘇聯(lián)的一艘飛船返回時(shí)出現(xiàn)落點(diǎn)偏差，結(jié)果營(yíng)救人員找不到宇航員，而宇航員卻被困在冰天雪地的森林里差點(diǎn)凍死。1961年4月12日，身著90公斤重的太空服，原蘇聯(lián)首位宇航員尤里?阿列克謝耶維奇?加加林YuryAlekseyevichGagarin乘坐重達(dá)4.75噸的"東方”號(hào)宇宙飛船進(jìn)入太空，成為世界上第一個(gè)進(jìn)入宇宙空間和從宇宙中看到地球全貌的人。加加林1934年3月9日出生于原蘇聯(lián)斯摩棱斯克州格扎茨克區(qū)的一個(gè)農(nóng)民家庭。1951年，他以優(yōu)異成績(jī)畢業(yè)于柳別爾齊職業(yè)中學(xué)，成為受訓(xùn)冶金工人并繼續(xù)在薩拉托夫工業(yè)技術(shù)學(xué)校學(xué)習(xí)，業(yè)余時(shí)間學(xué)習(xí)飛行。1955年以優(yōu)異成績(jī)從工業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)后，開始在奧倫堡航空軍事學(xué)校學(xué)習(xí)飛行，1957年參加原蘇聯(lián)軍隊(duì)，并成為原蘇聯(lián)北方艦隊(duì)航空軍團(tuán)的一名殲擊機(jī)飛行員。1959年10月，原蘇聯(lián)首位宇航員的選拔工作在全國(guó)展開。加加林從3400多名35歲以下的空軍飛行員中脫穎而出，成為20名入選者中的一員，并于1960年3月開始在原蘇聯(lián)宇航員訓(xùn)練中心接受培訓(xùn)。在訓(xùn)練中，加加林憑借其堅(jiān)定的信念、優(yōu)秀的體質(zhì)、樂觀主義精神和過人的機(jī)智成為原蘇聯(lián)第一名宇航員?！皷|方”號(hào)宇宙飛船于1961年4月12日莫斯科時(shí)間上午9時(shí)零7分發(fā)射，在最大高度為301公里的軌道上繞地球一周，歷時(shí)1小時(shí)48分鐘，于上午10時(shí)55分降落在原蘇聯(lián)境內(nèi)。這次飛行之后，世界各國(guó)報(bào)紙立即對(duì)此進(jìn)行了報(bào)道，使加加林的名字在全球家喻戶曉。加加林也因此榮獲列寧勛章并被授予“蘇聯(lián)英雄”和“蘇聯(lián)宇航員”稱號(hào)。在這次歷史性的飛行之后，加加林曾多次出國(guó)，訪問過27個(gè)國(guó)家，22個(gè)城市授予他榮譽(yù)市民稱號(hào)。首次太空飛行之后，加加林積極參加訓(xùn)練其他宇航員的工作，1961年5月成為宇航員隊(duì)長(zhǎng)，1963年12月榮升為宇航員訓(xùn)練中心副主任。在訓(xùn)練其他宇航員的同時(shí)，他自己并沒有放棄訓(xùn)練，夢(mèng)想著能夠再次進(jìn)入太空。1967年4月，他完成了“聯(lián)盟”號(hào)飛船首次飛行的培訓(xùn)準(zhǔn)備工作，成為宇航員科馬羅夫的替補(bǔ)。他在進(jìn)行宇航訓(xùn)練之余，并未放棄駕駛殲擊機(jī)，還專門進(jìn)入茹科夫斯基航空軍事學(xué)院繼續(xù)學(xué)習(xí)飛行，并于1968年畢業(yè)。1968年3月27日，他和飛行教練員謝廖金在一次例行訓(xùn)練飛行中，因一架雙座噴氣式飛機(jī)墜毀而罹難。加加林死后，其骨灰被安葬在克里姆林宮墻壁龕里，他的故鄉(xiāng)格扎茨克被命名為加加林城，他訓(xùn)練所在的宇航員訓(xùn)練中心也以他的名字命名。為紀(jì)念加加林首次進(jìn)入太空的壯舉，俄羅斯把每年的4月12日定為宇航節(jié)，在這一天舉行隆重的紀(jì)念活動(dòng)，緬懷這位英雄人物。阿波羅載人登月工程是美國(guó)國(guó)家航空和航天局于20世紀(jì)60年代至70年代初組織實(shí)施的載人登月工程，或稱“阿波羅”計(jì)劃。它是世界航天史上具有劃時(shí)代意義的一項(xiàng)成就。工程開始于1961年5月，至1972年12月第6次登月成功結(jié)束，歷時(shí)約11年，耗資255億美元。在工程高峰時(shí)期，參加工程的有2萬家企業(yè)、200多所大學(xué)和80多個(gè)科研機(jī)構(gòu)，總?cè)藬?shù)超過30萬人。阿波羅計(jì)劃采用月球軌道交會(huì)法，用強(qiáng)大的土星V號(hào)運(yùn)載火箭把50噸重的航天器送入月球軌道。航天器本身裝有較小的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)它接近月球時(shí)，能使航天器減速進(jìn)入繞月軌道。而且，航天器的一部分——裝有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的登月艙能脫離航天器，載著航天員登上月球，并返回繞月軌道與阿波羅航天器結(jié)合。第一次載人阿波羅飛行，由于發(fā)生了悲慘的事故而推遲，因?yàn)樵谝淮伟l(fā)射演習(xí)時(shí)，航天器突然著火，3名航天員死亡。在幾次不載人的地球軌道飛行之后，于1968年10月11日阿波羅7號(hào)載著3名航天員繞地球飛行了163圈。阿波羅8號(hào)邁出了載人月球探測(cè)的第一步，它從繞地球軌道進(jìn)入繞月球軌道，在完成繞月飛行后安全返回地球。阿波羅9號(hào)在繞地球軌道上進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的飛行，對(duì)登月艙進(jìn)行檢驗(yàn)。阿波羅10號(hào)則飛入繞月球軌道，然后登月艙下降到離月面15公里以內(nèi)，以檢驗(yàn)其性能。1969年7月阿波羅11號(hào)在月球著陸，使逐步推進(jìn)的阿波羅登月計(jì)劃達(dá)到高潮，N?阿姆斯特朗成為人類第一次踏上月球的航天員。1970年4月發(fā)射的阿波羅13號(hào)，因氧氣瓶爆炸發(fā)生事故，但仍然安全地回到了地球。其余的阿波羅飛行對(duì)月面進(jìn)行了廣泛的考察，搜集了大量的月球巖石標(biāo)本，并把許多儀器安裝在月球上進(jìn)行科學(xué)研究，如太陽(yáng)風(fēng)實(shí)驗(yàn)和月震測(cè)量等。阿波羅計(jì)劃的最后一次飛行——阿波羅17號(hào)是在1972年12月進(jìn)行的。2003年10月15日，一個(gè)令所有中華兒女驕傲的日子。上午9時(shí)整，我國(guó)自行研制的“神舟”五號(hào)載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，載著中國(guó)航天第一人楊利偉進(jìn)入預(yù)定軌道，就在那一刻，浩瀚太空迎來了第一位中國(guó)人！中國(guó)航天第一人楊利偉從此，太空俱樂部將寫下中國(guó)人的名字，中國(guó)繼前蘇聯(lián)、美國(guó)之后，成為太空俱樂部的第三位成員，楊利偉也成為舉國(guó)景仰的民族英雄。那么，太空俱樂部中進(jìn)入太空并進(jìn)行地球軌道飛行的前兩位“第一”都是誰呢？他們和楊利偉一樣，都是自己祖國(guó)的民族英雄，他們是前蘇聯(lián)的尤里?加加林和美國(guó)的約翰?格倫。?年齡楊利偉1965年6月出生，今年38歲；格倫出生于1921年7月18日，當(dāng)年“飛天”已年逾不惑（41歲），1998年他以77歲高齡結(jié)束參議員生涯之際，又重溫舊夢(mèng)再一次登上了“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)，成為進(jìn)入太空年齡最大的人；加加林出生于1934年3月，1961年完成人類第一次太空創(chuàng)舉時(shí)年僅27歲，只可惜他34歲就在一次飛行訓(xùn)練中以身殉職了。第一個(gè)太空人加加林?身高體重楊利偉身高1.68米，體重約65公斤；加加林身高不到1.75米，體重約70公斤；?教育程度楊利偉大學(xué)文化，畢業(yè)于空軍第八飛行學(xué)院。格倫大學(xué)文化，畢業(yè)于馬斯金海姆學(xué)院。在三位“第一飛人”中，格倫的“副業(yè)”最多，1964年退役后，他進(jìn)入皇冠可樂公司并步入政界，先后于1974年、1980年和1986年當(dāng)選家鄉(xiāng)俄亥俄州的參議員。如今八旬的他還在俄亥俄州立大學(xué)以及位于他家鄉(xiāng)俄亥俄州新康科德城的母校馬斯金姆格學(xué)院授課。加加林，技工學(xué)校畢業(yè)，成為太空第一人后，又進(jìn)入茹克夫斯基航空工程學(xué)院學(xué)習(xí)，并出色地答辯了畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)院還推薦他到高等軍事學(xué)院研究生院當(dāng)函授生。?太空第一語楊利偉：“感覺良好。”格倫：“地球引力為零，我感覺良好?！备駛?7歲再次進(jìn)入太空時(shí)也是用這句話來表達(dá)自己的喜悅心情，只字未差。加加林：“我飛啦！”?壯舉時(shí)刻楊利偉：2003年10月15日上午9時(shí)整，預(yù)計(jì)將于16日晨6時(shí)左右返回地面。格倫：1962年2月20日凌晨，在太空旅行4小時(shí)55分鐘。加加林：1961年4月12日上午9時(shí)07分，在太空待了108分鐘后安全返回地面。?飛人座駕楊利偉：“神舟”五號(hào)格倫：“水星6號(hào)”加加林：“東方1號(hào)”?飛人聲音楊利偉：“總指揮同志，我奉命執(zhí)行中國(guó)首次載人航天飛行任務(wù)，準(zhǔn)備完畢，待命出征，請(qǐng)指示。中國(guó)人民解放軍航天員大隊(duì)航天員楊利偉?！备駛?“我認(rèn)為怎么活，比活多久更重要。”格倫：每次執(zhí)行危險(xiǎn)飛行任務(wù)時(shí)，格倫都會(huì)在與妻子告別時(shí)遞給她一包口香糖，并充滿柔情地說：“嚼嚼口香糖吧?！奔蛹恿郑骸爱?dāng)我乘坐太空船在地球軌道上運(yùn)行時(shí)，我為地球的美麗而驚奇。地球上的人們，讓我們保護(hù)并增加她的美麗，而不是去破壞她！”加加林：1961年，他執(zhí)行任務(wù)之前，親人們都一無所知。有一段經(jīng)典的對(duì)話：加加林：“媽媽，我要出差去。”母親問：“兒子，遠(yuǎn)嗎？”“是啊，遠(yuǎn)，媽媽?！薄澳怯卸噙h(yuǎn)？”“這個(gè)嘛，遠(yuǎn)極啦?！?經(jīng)典鏡頭：楊利偉：進(jìn)入“神舟”五號(hào)前的堅(jiān)毅目光格倫：精神矍鑠的最年長(zhǎng)太空人加加林：迷人微笑?英雄的親人楊利偉：1990年與張玉梅結(jié)婚，育有一子。格倫：1943年與安妮結(jié)婚，育有一女一子。加加林：1957年迎娶瓦蓮京娜，育有2個(gè)女孩。加加林遇難時(shí)，妻子33歲，兩個(gè)孩子大的9歲，小的7歲。?英雄性格楊利偉、格倫和加加林之所以能代表各自的祖國(guó)人民飛向太空，除了擁有優(yōu)秀的身體素質(zhì)外，更重要的原因是他們皆具備航天員的優(yōu)秀性格特征：堅(jiān)定的愛國(guó)精神、對(duì)飛行成功的堅(jiān)定信念、樂觀主義精神、天生的勇敢、善于分析的頭腦、隨機(jī)應(yīng)變的能力、沉著鎮(zhèn)靜的態(tài)度、純樸謙遜的作風(fēng)等等，而這些性格光芒，就是英雄本色。載人航天大大擴(kuò)展了人類的活動(dòng)范圍，是進(jìn)一步大規(guī)模開發(fā)、利用空間資源的重要手段，對(duì)國(guó)家的政治、經(jīng)濟(jì)和科技等方面的發(fā)展都有重要的戰(zhàn)略意義。原蘇聯(lián)宇航員加加林1961年首次進(jìn)入太空，美國(guó)“阿波羅”飛船1969年成功登月，這兩個(gè)轟動(dòng)世界的壯舉發(fā)掘和吸引了數(shù)以十萬計(jì)的精英人才，促進(jìn)了天文學(xué)、高能物理、材料學(xué)、自動(dòng)控制、信息、制造工藝學(xué)等科學(xué)技術(shù)門類的發(fā)展，催生了航天器結(jié)構(gòu)力學(xué)、航天動(dòng)力學(xué)、空間電子學(xué)、航天醫(yī)學(xué)等新學(xué)科，形成了大批高科技工業(yè)群體，豐富了人類對(duì)近地空間和月球的認(rèn)識(shí)，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。航天飛機(jī)、空間站的出現(xiàn)，使人類得以利用微重力、超低溫、強(qiáng)太陽(yáng)輻射、真空等太空中的獨(dú)特條件開展多項(xiàng)研究。在空間站內(nèi)，宇航員已制作出了雜質(zhì)少、表面缺陷小、質(zhì)地精良的半導(dǎo)體、金屬材料、玻璃、陶瓷和光學(xué)元件；在生物材料加工方面，已可以在空間生產(chǎn)抗血栓制劑——尿激酶、純度比地面高100倍的抗流感制劑和抗病毒干擾素、可治療糖尿病的胰腺。一細(xì)胞和用于治療燒傷的表皮生長(zhǎng)素等30多種質(zhì)量、療效較高的藥物，航天員還可設(shè)法使蛋白質(zhì)分子按預(yù)定的立體結(jié)構(gòu)排列起來，形成純度比地面高10倍、性能超群的蛋白質(zhì)品體，促進(jìn)新藥開發(fā)、疾病研究和防治；載人航天器搭載的農(nóng)作物種子在宇宙射線的作用下，其遺傳基因會(huì)發(fā)生變化，有可能誕生高產(chǎn)、營(yíng)養(yǎng)成分增加或抗病毒的作物新品種。由于載人航天器相對(duì)于地球位置高遠(yuǎn)，因此航天員可以全面探測(cè)與地面生活密切相關(guān)的地球磁場(chǎng)、大氣臭氧層和電離層，尋找石油、礦藏和地下水源，觀察農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)、森林火災(zāi)和積雪覆蓋面的變化，嘗試預(yù)報(bào)地震等難以預(yù)料的自然災(zāi)害。載人航天技術(shù)的發(fā)展還催生了一系列民用產(chǎn)品，比如載人航天中采用的機(jī)器人能夠在地面協(xié)助醫(yī)生做手術(shù)，利用雙向遙測(cè)技術(shù)能制造出可被監(jiān)測(cè)、調(diào)控的心臟起搏器，航天飛機(jī)上使用的水處理系