空間探索：從載人飛天到外星探測

王煜

中國深空探測完成了一個個“小目標”，而它們將合力助推民族飛天夢的實現。

近五年來，中國的航天事業有了種種突破：第一個空間實驗室建立，宇航員在軌停留時間創下新紀錄；運載火箭成功升級換代，擎起邁向航天強國的中國力量；嫦娥五號蓄勢待發，火星探測正式立項……中國深空探測完成了一個個“小目標”，而它們將合力助推民族飛天夢的實現。

創造紀錄的“天宮”

2016年9月15日，“天宮二號”在酒泉衛星發射中心發射成功。相對于“天宮一號”的“目標飛行器”定位，天宮二號是我國第一個真正意義上的空間實驗室。

中國載人航天工程辦公室副主任武平介紹，發射天宮二號的主要目的是接受神舟十一號載人飛船的訪問，完成航天員中期駐留，考核面向長期飛行的乘員生活、健康和工作保障等相關技術；接受天舟一號貨運飛船的訪問，考核驗證推進劑在軌補加技術；開展航天醫學、空間科學實驗和空間應用技術，以及在軌維修和空間站技術驗證等試驗。

武平說：天宮一號的主要目標是驗證交會對接技術，而天宮二號則將開展較大規模的空間科學實驗和空間應用試驗以及航天醫學實驗，安排了一批體現科學前沿和戰略高技術發展方向的科學與應用任務。

2016年10月17日搭載著航天員景海鵬、陳冬的神舟十一號載人飛船發射，隨后成功與天宮二號對接。天宮二號成為中國有史以來最忙碌的空間實驗室，也成為中國駐留航天員時間最長的飛行器。各類計劃的實驗項目涉及微重力基礎物理、空間材料科學、空間生命科學等多個領域，其中兩項有駐留30天的航天員直接參與操作，一項為國際合作。這些項目中，大多是當前世界最前沿的探索領域。

比如，天宮二號搭載全球第一臺冷原子鐘進入太空，并進行相關實驗。利用太空微重力條件，這臺冷原子鐘的穩定度將高達10的負16次方，可以將航天器自主守時精度提高兩個數量級，能大幅提高如北斗衛星定位系統的導航精度。再比如另外2個重點項目：試驗從太空分發量子密鑰、伽瑪暴偏振探測等，都具有國際領先水平和重要意義。

兩名航天員返回之后，天宮二號的另一項任務是驗證與貨運飛船天舟一號的交會對接以及推進劑在軌補加等技術。

2017年4月22日，天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室順利完成自動交會對接。隨后，天舟一號與天宮二號進入組合體飛行階段，按計劃開展了推進劑在軌補加，以及空間應用和航天技術等領域的多項實（試）驗。之后，“天舟”與“天宮”分離，又開展了第二次交會對接。

天宮二號和神舟十一號載人飛行任務，首次實現了我國航天員中期在軌駐留，開展一批體現國際科學前沿和高新技術發展方向的空間科學與應用任務，標志著我國載人航天工程取得了新的重大進展。

在此基礎上，2020年，中國的“天宮”空間站將初步建成，包括“天和”核心艙、“問天”和“夢天”兩個實驗艙，以及“巡天”共軌飛行望遠鏡。這也是中國的載人航天“三步走”計劃的最終目的。

這些艙段，每個都是大約20多噸重。最終組合而成的空間站，雖然比不上國際空間站300多噸的大體量，但也能夠支持宇航員的長期駐留。這不僅能為我國的空間科學提供更多、更翔實、更寶貴的資料，同時也能為今后更進一步的載人航天任務，例如在太空中實現長期駐留甚至建設月球基地，打下堅實的基礎。

大力士“胖五”

我國的上述空間站計劃的實現，與新型大推力運載火箭的研發計劃是相輔相成，息息相關的。火箭運力的不足，將使得我國的探測器無法到達月球之外的其余星體，空間站的建設也無從說起。

這個問題已經開始解決。 2016年11月3日，我國最大推力新一代運載火箭長征五號首次發射任務取得圓滿成功。

此次發射成功，標志著我國運載火箭實現升級換代，運載能力進入國際先進行列，是中國由航天大國邁向航天強國的重要標志。

據國家國防科工局、國家航天局介紹，長征五號運載火箭實現了我國液體運載火箭直徑由3.35米至5米的跨越，采用5米直徑芯級，捆綁4枚3.35米直徑助推器，全長約57米，起飛重量約870噸；具備近地軌道25噸級、地球同步轉移軌道14噸級的運載能力，比現役火箭地球同步轉移軌道運載能力提升了2.5倍以上。由于它相對于以前其他長征火箭，顯得“膀大腰圓”又“力大無比”，所以得到了“胖五”的昵稱。

作為新一代運載火箭的扛鼎之作，長征五號使用了最新研制的兩款火箭發動機——推力120噸的YF-100以及推力70噸（真空）的YF-77。芯一級直徑達到了5米，采用雙聯裝YF-77發動機，助推級有四個，每個直徑3.35米，采取雙聯裝YF-100發動機，因此整個火箭的一級相當于有足足10臺發動機，起飛推力超過了1000噸。在如此強大的推力的作用下，長征五號實現了運載能力質的飛躍。

值得注意的是，此次發射也是新一代氫氧發動機YF-77的第一次實戰。這個2001年立項的發動機，在走過了15年的風雨之后，終于可以施展才能了。在研制的過程中，技術團隊遇到了國內外罕見的技術瓶頸，直接導致了一段時間的研發停頓。但最終，這個困難還是被克服了，并將其踩在了腳下。更重要的是，這個過程為后續更大推力的發動機的研發，提供了相當多頗具價值的經驗。

此次長征五號通過了首發考驗，也標志著海南文昌衛星發射中心已經正式進入常規發射序列，做好準備迎接未來發射任務的準備。

長征五號是實現未來探月工程三期、載人空間站、首次火星探測任務等國家重大科技專項和重大工程的重要基礎和前提保障。按計劃，2017年嫦娥五號落月采樣返回、2018年發射空間站核心艙、2020年發射火星探測器等任務都將依靠長征五號來實現。endprint

在發射上面這些特殊載荷的同時，長征五號也可以肩負起發射普通衛星的任務，特別是發射“東方紅五號”衛星平臺。

作為即將上線的新一代運行于地球同步軌道的超大型衛星平臺，“東方紅五號”的發射質量將達到8噸，能攜帶1.2噸到2.2噸的有效載荷，這就意味著它將能攜帶更多的發射器，其工作效率也將大大增長。長征五號可以將“東方紅五號”衛星平臺直接送上地球同步軌道，大大延長衛星使用壽命。而且更重要的是，在將來，長征五號可以實現“一箭雙星”的發射，這對于我國未來的商業衛星發展也有重要的促進作用。

深入月球與走向火星

長征五號的實驗如果順利，就能保障接下來載人登月計劃“嫦娥工程”和火星探測計劃。

2004年，中國正式開展月球探測工程，并命名為“嫦娥工程”。嫦娥工程分為“無人月球探測”“載人登月”和“建立月球基地”三個階段。2007年10月24日，“嫦娥一號”成功發射升空，在圓滿完成各項使命后，于2009年按預定計劃受控撞月。2010年10月1日“嫦娥二號”順利發射，也已圓滿并超額完成各項既定任務。2012年9月19日，嫦娥三號衛星和玉兔號月球車的月面勘測任務完成。嫦娥四號是嫦娥三號的備份星。

根據中國探月工程“繞”“落”“回”三步走戰略，無人月球探測的三期工程主要實現采樣返回，其主要任務由嫦娥五號月球探測器承擔，計劃于2017年完成。嫦娥五號主要科學目標包括對著陸區的現場調查和分析，以及月球樣品返回地球以后的分析與研究。

嫦娥五號的第一個科學目標是開展著陸點區的形貌探測和地質背景勘察， 獲取與月球樣品相關的現場分析數據，建立現場探測數據與實驗室分析數據之間的聯系。

第二個科學目標是對返回地面的月球樣品進行系統、長期的實驗室研究，分析月壤與月巖的物理特性與結構構造、礦物與化學組成、微量元素與同位素組成、月球巖石形成與演化過程的同位素年齡測定、宇宙輻射與太陽風離子與月球的相互作用、太空風化過程與環境演化過程等，深化月球成因和演化歷史的研究。

為了實現科學目標，嫦娥五號將搭載多種有效載荷，主要包括降落相機、光學相機、月球礦物光譜分析儀、月壤氣體分析儀、月球地熱資源探測器、月壤結構探測儀、采樣剖面測溫儀、巖芯鉆探機和機械取樣器等。

在此以后，中國將進入載人登月階段。根據中國科學家的設計，我國計劃采用的方式是先用運載火箭將飛船送上地球軌道，隨后飛船自行移動至月球軌道，釋放出登陸艙，降落在月球表面，宇航員登陸月球。活動完成后，宇航員返回登陸艙，飛離月球，與在月球軌道上等待的飛船重新對接，至此登月過程結束。

除了月球之外，中國航天人的目光落向了火星。2016年1月11日，中國的首次火星探測任務得到正式批復。火星探測項目是繼載人航天工程、探月工程之后中國又一個重大空間探索項目，也是我國首次開展的地外行星空間環境探測活動。

火星探測在公眾傳播上有了新思路。中國探月與航天工程中心于2016年10月宣布將邀請郎平、劉慈欣、譚盾、TFBOYS、姚明等11位社會文化藝術名人為中國火星探測工程宣傳推廣工作代言。這是中國重大科技工程首次啟用形象大使。

據了解，11位“火星大使”將義務宣傳中國火星探測工程，通過積極發揮形象大使的強大影響力，增進廣大群眾對中國實施火星探測工程重大意義的深刻理解，鼓勵青少年對科學知識的強烈追求，為工程征集、設計更加富有時代性、民族性、群眾性的名稱和圖形標識，更好地展示中國火星探測工程的國家形象。

中國首次火星探測任務計劃于2020年在海南文昌發射場，由長征五號運載火箭將火星探測器直接送入地火轉移軌道。

從2017年到2022年，我們將見證中國航天經過了十多年厚積而終于薄發的碩果。各種以新一代運載火箭為載體的新裝備、新產品也將不斷涌現，幫助我們實現從“航天大國”到“航天強國”的轉變。

2016年4月24日，在我國迎來首個“中國航天日”之際，習近平總書記作出重要指示：“經過幾代航天人的持續奮斗，我國航天事業創造了以‘兩彈一星、載人航天、月球探測為代表的輝煌成就，走出了一條自力更生、自主創新的發展道路，積淀了深厚博大的航天精神。”

我國航天事業的發展，既離不開航天戰線工作人員矢志不渝的奮斗與拼搏，更離不開黨和政府一以貫之的政策引導與扶持。“十三五”規劃綱要中將“實施創新驅動發展戰略”列入第二篇，并特別提及要加快突破航空航天領域核心技術。

如今航天成果已被廣泛應用于經濟建設和社會發展各個領域，進入尋常百姓家。發展航天技術，不僅是民族智慧、經濟實力、綜合國力的重要體現，也促進了我國生產力的發展，提高了我國國際威望，提升了全國人民的民族自豪感和自信心。飛天夢，也是強國夢。endprint