中國載人航天中的“上海隊”

游本鳳

中國載人航天起步于上世紀90年代初。1992年9月21日，中央專委會討論通過了我國的載人航天工程計劃，并正式立項實施，因此，中國載人航天工程一開始就以“921”這一特殊的時間印記作為代號。當然，最初幾年這一工程十分神秘，令外界猜測紛紜。直到1999年11月20日，神舟一號無人試驗飛船發(fā)射成功，中國才對外公開了宣布了這一“驚天之舉”。

“921”工程制定了“三步走”計劃。第一步：在發(fā)射數(shù)艘無人飛船的基礎上，最終實現(xiàn)載人飛船的天地往返飛行;第二步：突破載人出艙技術和載人飛船與空間飛行器的交會對接技術，并發(fā)射一個8噸級的小型空間實驗室，解決短期有人照料的空間站應用問題;第三步：建造一個20噸級以上的較大規(guī)模的、長期有人照料的空間站。

中國航天依靠本土科研力量建成了自己的技術體系。

可以說，這些年來，中國的載人航天工程步子邁得非常穩(wěn)健，一步一個腳印，一次實現(xiàn)一個目標，整個過程幾乎沒有反復，所有重大的關鍵技術都得到了攻克。

這次發(fā)射的天宮二號空間實驗室，就是“第二步”中的最后一個重要環(huán)節(jié)。對于建設大型空間站來說，中國載人航天工程目前正在大力推進。而海南島發(fā)射場的設立，可以說，就是為了建設空間站而專門建造的，新一代運載火箭長征七號的首次發(fā)射成功，預示著明年發(fā)射貨運飛船的運載工具已經(jīng)具備。今年晚些時候將實現(xiàn)首飛的真正意義的大運載長征五號的發(fā)射，未來將是我國建立大型空間站的主要運載工具。

因此，中國載人航天的精彩大戲值得期待。

保八爭九，上海航天佳話

中國的載人航天工程能有今天的輝煌，每一次的成功都來之不易，成功的背后凝聚著許多航天人的神圣使命感和高度責任感。

“保八爭九”，是20多年前載人航天工程指揮部對神舟一號飛船發(fā)射時間節(jié)點提出的嚴格要求，即力保在1998年間發(fā)射，爭取在1999年間發(fā)射。也就是說，神舟一號的最后發(fā)射時間不能拖過1999年。因為1999年是建國50周年的大慶之年，要以神舟一號的成功向50歲的國慶獻上一份厚禮。

1997年，當時主管載人航天工程的國防科工委副主任沈榮駿中將到上海航天局檢查飛船工作，他此行一項重要使命，就是要求上海航天局對“保八爭九”作出承諾。沈榮駿深深知道，“保八爭九”的目標是否能實現(xiàn)，關鍵就在上海航天承擔的電源分系統(tǒng)、推進分系統(tǒng)和圖像話音分系統(tǒng)。

后墻不能倒。載人航天這一非常吃重的任務壓在了上海航天人身上。上海航天雖然搞過火箭和衛(wèi)星等航天產(chǎn)品，但飛船畢竟是第一次，其中的新技術、新材料、新難題比比皆是，有些關鍵技術涉及到整個載人航天工程的成敗。

如飛船上的電源分系統(tǒng)，因貫穿于推進艙、返回艙和軌道艙三個艙段中，是一個大的電源系統(tǒng)，并網(wǎng)技術難度相當大。國內過去搞的衛(wèi)星都是單體，電源系統(tǒng)也只是在一個單體內循環(huán)。飛船三艙并網(wǎng)的大電源系統(tǒng)在國內還是第一次;飛船上的推進分系統(tǒng)有不少發(fā)動機采用的是雙阻元燃料，而控制雙阻元燃料流量的金屬膜片貯箱這一關鍵件又成了飛船上的一道“瓶頸”;還有數(shù)字壓縮圖像和話音技術，即天地往返通信分系統(tǒng)，也是關系到航天員在太空與地面通信及地面指揮監(jiān)控航天員的十分重要的系統(tǒng)。這些都是我國載人航天工程中最復雜、技術難度最大的產(chǎn)品。這些系統(tǒng)都必須設計和制造一次成功。

電源分系統(tǒng)的難度主要在于：太陽帆板面積很大，是當時國內太空飛行器中展開面積最大的。而太空中的陰影區(qū)最低溫度將近攝氏零下100度左右。如此低的溫度，太陽帆板是否能準時打開鎖定？如果這一關鍵環(huán)節(jié)有閃失的話，那么，整個飛船發(fā)射將前功盡棄。還有飛船上的推進分系統(tǒng)，也是一個性命攸關的系統(tǒng)。飛船發(fā)射升空后，飛船是否能穩(wěn)定飛行，準確變軌，以及飛船返回時是否能按照地面的指令實施制動和返回，都由推進分系統(tǒng)決定。

“辦法總比困難多”，這是上海航天局原副局長、神舟飛船領軍人施金苗的一句口頭禪。令箭在身，施金苗深感壓力巨大。那段日子里他三天兩頭深入到科研第一線，與專家一起商量方案，探討進度，尋求捷徑。推進分系統(tǒng)最困難的是，所有產(chǎn)品都必須是百分之百貨真價實的正樣產(chǎn)品，一點也不能有問題。雖然經(jīng)過了方案階段和初樣階段的試驗，但很不充分，心里沒底。施金苗與廠所領導經(jīng)過充分研究，反復商討，認為提前完成可行。

801所承擔著飛船上大大小小52臺發(fā)動機及管路系統(tǒng)、氣瓶、儲箱、特種燃料加注等推進分系統(tǒng)任務，該所在老專家臧家亮的帶領下，日夜奮戰(zhàn)，經(jīng)過充分的試驗，達到了預期目的。805所電源分系統(tǒng)在主任設計師方國隆的主持下，終于攻克了太陽帆板在陰影低溫區(qū)展開鎖定的技術難關。這樣，兩家單位終于向施金苗作出了各自系統(tǒng)不誤事和不誤點的承諾。

1999年11月20日，神舟一號無人飛船發(fā)射成功。神舟一號當時是在電性船基礎上改進后發(fā)射的，這也不失為載人航天工程的一大創(chuàng)舉。“保八爭九” 的莊重承諾，成為載人航天工程中的一段佳話，并被記錄在載人航天工程光榮史冊上。

太空之“吻”，逐一攻克難題

當今世界，掌握空間交會對接技術的只有俄羅斯和美國兩個國家。而能夠獨立研制對接機構的只有俄羅斯，美國航天飛機上用于與空間站交會對接的對接機構，也都是向俄羅斯采購的。可以說，俄羅斯壟斷了這一核心部件的資源。

早在我國上載人航天工程起步階段，載人航天工程決策層就已經(jīng)將交會對接提到了議事日程，并就這一關鍵技術到底是走引進成熟技術、購買現(xiàn)成產(chǎn)品的道路，還是主要依靠自己的技術力量、走獨立自主研制的道路進行充分調研。當時通過摸底和尋價，得知俄羅斯方面的開價實在太高，而且還要搭售許多無關緊要的東西。

走第一條道路行不通。中國航天發(fā)展的歷史證明，唯有走自力更生、自主創(chuàng)新之路，才是正道。

載人航天工程決策層傳遞的這一信息及時被上海航天捕捉。于是，上海航天人依靠很少的啟動經(jīng)費，以總體設計單位805所和產(chǎn)品總裝單位149廠的研制團隊為主體，開始了歷時16年的艱難攻關歷程。

載人航天工程空間實驗室系統(tǒng)副總設計師張崇峰博士是對接機構研制的開創(chuàng)者之一，之前他是哈爾濱工業(yè)大學的博士生導師。項目剛起步時研制團隊只有區(qū)區(qū)7人，被稱為對接機構“七君子”。

他們中間誰也沒有見到過對接機構，一切都是模糊的概念和紙面文章。當年張崇峰等航天專家在參觀和考察俄羅斯“能源”火箭公司對接機構研制車間時，對方車間主任不停地暗示張崇峰：對接機構研制難度很大，你們中國人肯定搞不出來，而且自己搞不劃算。對方的漫天要價，以及對核心技術的遮遮掩掩，閃爍其詞，更加堅定了他們自主研制對接機構的決心。

如今在張崇峰的研究室里，仍堆放著十大箱他們翻譯或收集的各國對接機構資料，這些資料見證了起步時的艱辛。最終上海航天的方案在PK中擊敗了競爭對手，贏得了對接機構研制項目權。

火箭轉場運輸。

所謂空間交會對接，是指兩個航天器在空間微重力環(huán)境下進行的軌道交會，而完成對接任務主要依靠執(zhí)行結構，即對接機構。

我國先前實施的對接機構主要分為兩部分，被動部分安裝在天宮一號上，主動部分安裝在神舟八號飛船上，天宮一號作為目標器，而神舟八號則以尾追方式與目標器進行交會對接。

交會控制和對接過程很繁瑣，包括緩沖、捕獲、校正、碰撞、連接、鎖緊等一系列復雜程序。緩沖的目的是為捕獲目標做好充分準備，同時消耗一部分兩個航天器接觸撞擊后產(chǎn)生的能量，保證其撞得上，但又不能撞壞，以形成柔性連接。捕獲成功是完成對接的前提，校正的目的是使兩個航天器的姿態(tài)符合對接要求。兩個航天器對接成功后，還要確保對接面的拉緊與密封，并保持剛性連接。對接成功后則在兩個航天器之間形成與真空環(huán)境完全隔離的通道，以確保航天員的生命安全。對接成功后還要實施電、氣等連接，以保證空間站和飛船內各項設施的正常運行。另外，對接后的兩個航天器還須根據(jù)飛行任務要求，一直保持良好的對接狀態(tài)，短則幾天，長則幾個月。待在軌任務結束后，再對兩個飛行器實施分離。

有人對此打了個十分形象的比方：兩個航天器的交會對接，就像我們在地面上一手拿針，一手拿線，一次就要將線頭穿進針孔。

在對接機構研制過程中，有好幾次技術攻關曾一度陷入困境。作為技術負責人，張崇峰和他的團隊承受著巨大壓力。但張崇峰心里非常清楚，成功，有時候只緣于最后一小步的堅持。2007年，對接機構地面模擬試驗時測得分離角速度太大，達不到設計要求。而分離角速度過大，嚴重的話將會導致對接時側翻。于是，研制團隊對這一問題開始了“拉鋸式”攻關。在拉鋸的一年中，試驗的結果一直令人失望。如果再找不到原因，將會影響進度。而長時間的疲勞戰(zhàn)，令整個團隊疲憊不堪。經(jīng)過170多次試驗、分析和改進，最終，在模擬太空環(huán)境最嚴苛的條件下，終于使分離角速度達到了“分秒不差”的理想狀態(tài)。

對接機構的一個個“攔路虎”就是這樣被他們一一攻克的。如研制對接機構首先要解決的問題是要在地面實驗室里模擬一個較為龐大的微重力真空環(huán)境，以保證地面試驗的充分。若地面試驗不充分，太空對接無從談起。而進行地面試驗，必須有一套十分復雜的地面設備。從有關資料了解到，模擬微重力環(huán)境下的對接，俄羅斯采用的是“吊掛”方案，即用足夠長的繩子把兩個飛行器模型分別“吊掛”起來，然后拉開一段距離，利用鐘擺的原理使兩個飛行器對撞，以此模擬對接過程。我們的科技人員經(jīng)過研究分析，認為這種試驗方法比較“土”，穩(wěn)定性差，無法控制對接前的狀態(tài)，距離精準性的技術要求差距也很大。

805所總工藝師王北江是技術創(chuàng)新的積極倡導者。他經(jīng)過潛心研究，提出了用噴氣懸浮平臺的方案建造對接緩沖試驗臺。這是一個大膽的想法，不僅完全不同于俄羅斯的試驗方法，而且是對他們試驗方法的徹底顛覆，具有中國航天的創(chuàng)新特色。但在建臺過程中，卻碰到了一個意想不到的問題，即該方案需要兩塊巨大的石塊作為平臺。這不是兩塊普通的石頭，首先要求石頭必須是整塊的，中間不能有細微的裂縫;其次石頭本身對溫度的穩(wěn)定性要好;再次表面平整度要高，平面比鏡面還要光潔，整個平面的高低起伏不能超過千分之三毫米。為了尋找這兩塊特殊的大石頭，研制團隊通過查閱大量資料，找有關方面打聽，最后得知，只有泰山上的花崗巖可滿足上述苛刻的要求。于是設計師親自奔赴泰山石礦區(qū)，在大山里仔細考察了一個多月，經(jīng)過認真確認和圈定范圍，在當?shù)厥车膸椭拢罱K成功開采了兩塊70多噸重的泰山石。然后經(jīng)過五個月的精雕細琢、精心打磨，終于制作成功兩塊精光呈亮的精細試驗平臺。最后，再費了九牛二虎之力，將這兩個龐然大物運回上海。

如今，在對接緩沖試驗平臺上，科技人員只須用手指輕輕一點，兩個8噸多重的“大家伙”就能自如地移動，讓他們進行各種環(huán)境條件下的對接試驗。