回眸“神七”

現任美國航天總署(NASA)總部資深技術顧問兼太空任務科學家

圖1：北京時間2008年9月27日16時44分，翟志剛出艙時向華夏兒女和全世界人民揮手致意。

神七” 成功地完成了出艙任務，安全返航。 用一個詞來形容“神七”帶給華夏兒女的感受，那就是：自豪！

自豪過后，讓我們靜下心來，回眸翟志剛、劉伯明和景海鵬三位航天員執行的“神七”任務。

發射

“神七”在北京時間2008年9月25日晚九時許發射，比以前公布的時間早了兩個多星期。今年秋分是9月22日，太陽跨過赤道南行，北半球日照時間逐日減少。為出艙活動和返回落地都在日照時段進行，“神七”的發射時間就提早了。提早是合理的，但有關單位確認的發射時間公布得太晚，使有些雜志社措手不及，為“神七”撰寫的文章，在中國大陸、港、臺和美歐等地發表時，已是任務完成后的10月初，失去了對華夏兒女進行科普教育的黃金時段。起個大早，趕了晚集！

“神七”的發射，有如教科書般地完美。點火后120秒，逃逸塔脫離。接著是四個液體助推火箭功成身退，一、二級火箭分離，整流罩分離，最后在近發射600秒后，箭船分離?！吧衿摺痹诨鸺槿灰宦暫笸蝗晦D入死寂之際，輕巧地先滑入一個小橢圓形軌道，再在制高點加速，最終進入一個343千米高、傾角為42.4度的圓形軌道。

發射成功，首功歸于長征2F載人火箭。長征2F火箭歷經“神一”到“神六”的磨練，已修成金剛不壞之身。這次再顯神威，挾36項“升等”優勢，將“神七”軟臥列車安全送到任務軌道。

火箭若在發射后120秒內出事，航天員唯一的求生之路就得靠逃逸火箭。中國自力更生研發出的逃逸火箭，是汗水和智慧的結晶，是中國航天科技的又一亮點。

“神七”后，長征2F火箭功成身退，以后載人航天任務，將由新一代火箭承擔。

太空行走

“神七”和 “神五”、“神六”不同，主要任務是出艙活動，太空行走。

為了出艙，“神七”把軌道艙改成氣閘艙，又研發出一套中國自制的“飛天”艙外航天服（以下簡稱出艙服）。整個不到一個小時的出艙活動時間，最重要的任務是檢驗中國獨立研發出來的氣閘艙和“飛天” 出艙服的設計和功能。

從理論上講，“神七”可以在軌道上任何一點出艙。只因這是咱華夏兒女第一次到太空，出艙地點當然得安排在神州大地的上空，并且還非得安排在亮堂堂的大白天，好讓大伙通過電視直播瞧個清楚。其實9月25日21時10分的發射時間，已經把翟志剛在第29圈中出艙的時間鎖定了。

“神七”進入第28圈時，是北京27日15時許，繞著地球飛行42個多小時了，三位航天員的生理狀況已調整到初步適應太空失重環境，并已輪番用餐、睡眠了數次。更重要的是，翟志剛和劉伯明也將“飛天”和“海鷹”兩套出艙服開包、組裝，仔細檢驗完畢。據報導，開包、組裝和檢驗幾個動作，共用了近15個小時。

其實，翟志剛和劉伯明在第26圈尚未飛完時就已進入氣閘艙，關死通往返回艙的內氣閘門，穿上出艙服，開始約40分鐘的吸氧排氮程序，同時將氣閘艙壓力先由一大氣壓101千帕降到70千帕，并逐漸將航天服由一大氣壓減壓至純氧40千帕任務壓力。北京時間16時16分，氣閘艙開始泄壓。泄壓到2千帕時，就已滿足打開通往太空的外氣閘門的條件了。

北京飛控中心16時33分發出出艙指令，翟志剛開始開啟外氣閘門的動作。在失重狀態下，所有體力活動都像夢幻般緩慢，身強力壯的東北漢子翟志剛也不例外。雖見他從容不迫地操作開艙門把手，但也能聽到他卯足了勁兒的沉重喘氣聲。氣閘艙不大，兩個航天員身著臃腫的出艙服，劉伯明幫不上手，只能在旁精神加油。10分鐘后艙門終于艱難地打開了，地球美麗的藍色弧形盡收眼底，中國古老的大地就在底下。正是神舟劃過神州，天地共慶壯舉。

有關開艙門之事，在“神七”任務后，我曾向從 “國際空間站”出艙數次的航天員請教了解到﹐外氣閘門不好開，有時前后要折騰45分鐘才能完事。而中國第一次開艙門只花了10鐘，雖然非常費勁，但基本是“no big deal!”（小事一樁!）。劉伯明事后總結，認為在太空開艙門和在深水糟中性浮力下演練時相當不同，好像有額外的壓力從中作梗。他提到的“光壓”，耐人尋味。

在出艙過程中，聽到景海鵬從返回艙傳來“推進艙有著火點” 的緊急呼聲，但好像又說是氣閘艙。氣閘艙當時已泄壓至無氧狀態，既使有熱點，也無法燃燒，大家松了一口氣。事后檢查，是儀表本身出了問題。

翟志剛的頭盔16時44分冒出艙門，穿著右臂佩有 “飛天”兩個大紅字的出艙服，先仔細把安全繩掛鉤一上一下固定在艙外扶手上，然后朝右轉頭，向攝影機揮手。此時，全世界的華夏兒女早已沉浸在歡聲雷動，億掌齊鳴，淚水盈眶的激動之中。

“飛天” 出艙服連著近8米長的“電臍帶”，兩條安全繩好像比翟志剛的身高還短（圖1）。他嚴格遵守出艙航天員 “先掛鉤、后摘鉤”（make before break）的口訣，前后移動三、四次位置。劉伯明的頭盔也露出艙外，先遞給翟志剛一面五星紅旗，后來又從翟手中接回好幾盤在太空高真空高原子氧（atomic oxygen）高輻射環境暴露了近44小時的實驗樣品，其中包括10余種固體潤滑劑材料及太陽電池基底保護薄膜材料等。液體潤滑劑在太空高真空環境中，很快就揮發掉。各類在太空用的轉動軸承，只能用固體潤滑劑。太陽電池板在太空中受原子氧腐蝕情況嚴重，需蓋層能抗原子氧的保護薄膜。兩種關鍵材料都得研發，以便往后用于空間站。

翟志剛從艙外取回80余個實驗樣品，遞給劉伯明，收到艙內。這類實驗屬暴露性質。太空擁有地面難以大規模復制的高真空高輻射高原子氧環境。暴露需要長一點時間，實驗才能達到預期效果。我本以為“神七”上天后，會馬不停蹄地盡快出艙，論點是：最重要的事先做，別的再說。從任務時程的規劃來看，我的想法操之過急，與事實相距遠矣。發射后43.5小時后再出艙，不但滿足了日照和地點要求，也滿足了實驗樣品暴露時間上的要求，一箭多雕。

這次翟志剛穿著中國獨立自主研制的全新“飛天”出艙服（圖2）出艙，給中國人長了志氣。這套出艙服只用47個月就研制了出來，與一般太空硬件的研制周期7年或84個月相比，的確縮短了許多，并且是首次在太空使用，就承擔重任，再次展現了中國航天人的拼搏意志和信心。

從外表看來，這套出艙服的背包體積長大，把全部維生設備，包括空調，都裝了進去。臍帶的功能主要是通電和通訊，外加輔助安全繩作用。另一個特點，就是它只有6層，比現俄羅斯服役中的10層出艙服、美國的14層出艙服簡化很多。美國正在研發中的登月出艙服更高達17層。當然，不是說層數少的出艙服功能就差。層數多的出艙服主要是在重要層面上來個雙保險，如氧氣囊層，防微隕石層，壓力限制層和耐摩擦層等。中國這套出艙服可能因為是一次性使用的簡易款式，用完一小時后即丟棄，不像美、俄的出艙服要多次使用?？偠灾?，這套出艙服圓滿達成了任務，以它的基本設計，再加升，應可達到無臍帶式出艙境界。

16時59分，翟志剛結束太空行走，返回氣閘艙。這次出艙，持續時間為25分23秒，與俄、美1965年第一次出艙時間不相上下。身負重任的他，在整個過程中，嚴格遵守安全第一要求，不但雙鉤緊扣，左手也緊握扶手。不像1965年里奧諾夫和懷特出艙時，都曾像騎自行車雙手大撒把一樣，和母船短暫分離，在太空漂浮﹐耍了幾分鐘，自由瀟灑，夠帥夠酷﹗

劉伯明身著“海鷹”出艙服，和翟志剛一樣，同時暴露在太空環境中，并與翟一起參與和完成出艙任務。依國際慣例，中國“神七”應算一次出艙活動，兩人次出艙。

上天前，媒體還公布了“神七”另外兩個任務。第一是釋放一顆伴飛小衛星，第二是和在地球同步軌道上的“天鏈一號”天地對話。

伴飛小衛星

伴飛小衛星是一顆微小衛星（microsat），重約40公斤，載科學儀器約10公斤，包括照相、通訊監控﹑自主導航定位﹑衛星星系管理系統等?？偠灾?，麻雀雖然小，五臟俱全，可說是一顆功能強大的完整衛星。

我本以為這顆伴飛小衛星（以下簡稱伴星）由翟志剛出艙時親手釋放。錯了﹗它是在出艙活動結束85分鐘后釋放的（27日19時24分）（圖3）。成功釋放6秒鐘后就取得了第一張“神七”飛船的靜態圖像（圖4），因為距離僅數米，伴星的矩形日影清晰地印在軌道艙的頂部。而后，伴星逐漸離“神七”遠去（圖5），最終落后上百公里，在絕對安全距離外，靜候軌道艙分離，推進艙帶著返回艙調整姿態，轉180度，點火減速，把返回艙以及為中華民族立了大功的三位航天員，送回熱切等待他們凱旋的神州母親懷抱。

推進艙和返回艙離開后，軌道艙和伴星被留在軌道上，孤獨地在太空飛行。地面發出指令，向伴星上注（uploading）兩飛行體完整的軌道參數，通過計算機運算，伴星開始變軌追逐軌道艙，最終將再與軌道艙交會（rendezvous），小別重逢，歡欣雀躍，伴星快樂地繞著軌道艙鞍前馬后，在90天任務期內，視頻和靜態圖像，源源不絕地下傳回來，為準備“神八”、“神九”和“神十”以后的對接（docking）收集寶貴的數據和經驗。

未來的伴星還可能有許多其它重要用途。比如，它可以圍繞一個載人飛船或主要航天器飛行，偵測分析這些設備的健康狀況，甚或充當機器人，維修組裝太空儀器，航天員只要在艙內按鈕就成，省去一些危險辛苦的艙外活動。

如此使用伴飛小衛星，是中國首創。以后，我們還將會聽到它更多“小兵立大功” 的事跡。這是中國航天科技智慧結晶的又一驕傲。

天地對話

“神七”前的載人航天通訊，依靠的是各地的地面通訊站和數艘“遠望號”遠洋通訊船。因地表弧度，這些通訊設施只能在神舟飛船進入地平線內的天空時，才能發揮作用。神舟速度甚快，從西方地平線升起至東方地平線殞落，只有幾分鐘的時間。中國所有的地面和海上的通訊站，全部加起來，只能覆蓋神舟12%軌跡，其它88%軌跡是中國載人航天通訊的“盲點”。

美國載人航天通訊，也飽受20余年“盲點”之苦，從1983年起，勵精圖治，花大本錢，每2、3年就打一顆“追蹤和數據中繼衛星”（Tracking and Data Relay Satellite，TDRS）（圖6）至地球同步軌道（從地面看這類衛星，它掛在天上，呈靜止狀），第10顆在2002年年底到位。這10顆衛星中，除了第二枚與1986年1月28日“挑戰者號”（Challenger）航天飛機同機俱毀外，其它9枚目前皆在服役中。如1983年4月4日第一枚TDRS-1上天后，美航天總署（NASA）新聞發布會上所說，“一枚TDRS的通訊能力，就遠遠超過航天總署所有地面通訊站的總和。”“遠遠超過”是客氣的說法，其實是超過了5、6倍之多。

為了支援載人航天任務，中國也在2008年4月25日開始“掃盲”，發射了第一枚在地球同步軌道上運作的數據中繼衛星“天鏈一號”。 和美國的TDRS一樣，同步軌道上的通訊衛星覆蓋面廣，將近地球的一半，大幅度提升了中國載人航天通訊上的不足。

我本以為在這次“神七”任務中，“天鏈一號”將扮演通訊主力角色。但我操之過急，又估計錯了。當然，有關單位僅公布了“天地對話實驗”幾個字，而沒有向公眾公開更詳細的訊息，所以我只能冒地臆測了。

我想實際情況可能是“神七”選擇幾個被“天鏈一號”覆蓋的地面通訊站盲點，進行實驗性質的“天地對話”。也就是航天員和神舟將訊息上傳或上注給“天鏈一號”，由它以近實時（real time）的速度，駁接給北京飛控中心。天地對話成功，地面通訊站的盲點就逐一掃清。

“天鏈一號”還可有另一重大功能，其實這次“神七”應該測試一下。返回艙離軌返航中，得穿過與大氣摩擦極高熱高溫的“黑障區” （black out）。在1600多攝氏度下，飛船表面被大氣氣體離子化后的分子籠罩，形成電子短路，外來的電磁波無法穿透，造成約5分鐘與地面通訊中斷的黑障時段。飛船被熊熊大火團團包住，地面又不知航天員和飛船安危，真是過了一秒又一秒，心中好似滾油煎??！而事實上是有解決之道的：在穿過黑障區時，因流體力學作用，背著飛行方向的飛船頂端的溫度甚低，同時，它的方向又能看得到高掛在地球同步軌道上的“天鏈一號”，通訊管道其實是通暢的。若能在此時安排“神七”航天員再來一次在黑障區的天地對話，匯報“神七感覺良好！”，那可是一封烽火抵萬金的家書呀！

“天鏈一號”的命名方式，也顯示中國有繼續往上打更多“天鏈號”衛星的決心，一直到“天鏈號星系”建構完畢，“掃盲”成功為止。

返回

“神七”進入第45圈后返回，于28日17時37分安全著陸，任務總時間為68小時27分鐘。從與軌道艙分離，推進艙調整姿態，帶著返回艙180度的滾翻，點火、減速，離軌，推進艙返回艙分離，返回艙進入大氣，通過黑障區，開傘（圖7），最后幾公尺軟著陸火箭點火，著陸（圖8），又是一個幾近教科書般的完美回收。

據媒體報道﹐航天員落地后曾紛紛搶水喝。不知他們在太空返航前﹐是否把太空失去的水份補足了？

和“神五”與“神六”不同，“神七”的返回艙怎么躺倒了？是被內蒙大草原的朔風吹翻的嗎？

結語

“神七”為中國跨越了一個載人航天重要的里程碑：出艙活動。下一步就要進行太空交會和對接，建立起中國載人航天完整的能力。中國計劃于2010-2011年間發射一個小型太空實驗站“天宮一號”，然后在兩年內相繼發射神舟八號、九號、十號宇宙飛船，八、九兩號可能是無人的，與“天宮一號”對接，完成太空站初步組裝任務。