世界載人航天器發展史

杜駿豪

人類的載人航天事業是在美國、蘇聯兩個超級大國“冷戰”的白熱化階段產生并發展起來的，最早出現的載人飛船包括蘇聯的“東方號”和美國的“水星號”。二者存在的目的非常類似，都是要為自己的國家搶奪“第一個載人進入太空”的稱號，所以它們的技術水平都不高，內部空間非常狹小，只能容納一人。

東方號

水星號

在火箭發射成功率不高的時代，“進入太空”是一件需要莫大勇氣的事情。1961年4月12日，“東方1號”在拜科努爾航天發射場升空，蘇聯航天員尤里·加加林成為第一名進入太空的人類，在總時長1小時48分鐘的任務中，他成功進入低地球軌道（距離地球約300千米），繞地球飛行了一整圈。加加林因此名垂青史，拉開了載人航天時代的大幕。

世界第一次載人航天任務，尤里·加加林在“東方1號”艙內

僅過了不到一個月，美國在錯失“第一個載人進入太空”的稱號后，發射了名為“自由7號”的“水星號”載人飛船，將艾倫·謝潑德匆匆送入亞軌道（距離地球最遠只有187千米）。他的飛行全程僅有15分鐘，完全不能與蘇聯的軌道級任務相提并論，赫魯曉夫因此譏諷這次飛行為“跳蚤的一躍”。話雖如此，但謝潑德依舊被認定為美國進入太空的第一人。

美國第一次載人航天任務，艾倫·謝潑德升空瞬間

第二代載人飛船包括美國的“雙子座號”和蘇聯的“上升號”。細心的讀者可以發現，這一代飛船與上一代非常相似，實際上美蘇兩國為了在短時間內實現一次任務運輸多名航天員、在軌飛行多天以及太空行走的目標，新研制的第二代飛船都是對第一代飛船的簡單改良與擴大。“上升號”進行了2次載人飛行，而“雙子座號”總共進行了12次飛行，其中包括2次無人飛行和10次載人飛行。

上升號

雙子座號

第二代載人飛船體積依舊很小，但是可載成員上升至2到3人。為了裝下更多的人和科學儀器，“雙子座號”甚至迫不得已使用了類似戰斗機的彈射座椅，確保航天員在發射時的安全。

1965年，正在執行人類首次空間交會任務的“雙子座6號”與“雙子座7號”

第三代載人飛船包括“聯盟號”“神舟號”，以及為了載人登月研制的“阿波羅號”。其中，“阿波羅號”系列載人飛船已經退役。

“聯盟號”是迄今為止發射次數最多的飛船。自1966年第一艘“聯盟號”載人飛船發射，到2021年10月5日“聯盟MS-19”載人飛船發射，它已經衍生出39種不同構型，進行了147次載人發射任務。技術成熟、發射成功率高、使用成本低是俄羅斯始終沒有放棄“聯盟號”的主要原因。

聯盟號

阿波羅號

神舟號

與國際空間站對接的“聯盟TMA-19號”

“神舟號”與“聯盟號”外觀十分相似，二者都是三艙構型，即返回艙、軌道艙與推進艙;都能乘載3人，且只能一次性使用。“神舟號”雖然在外觀設計上參考了“聯盟號”，但是其設計理念、設計標準、技術水平卻比“聯盟號”高得多。中國的“神舟號”發射產出投入比非常高，相比美蘇前兩代飛船多次發射才能實現的新技術，“神舟號”飛船只需一次發射即可實現技術迭代，諸如“神五”初探宇宙、“神六”多人多天航行、“神七”太空行走、“神八”無人交會對接、“神九”手動交會對接等。“神舟號”支撐起中國人遨游太空的夢想，也為中國空間站的建設提供了有力的保障。

“神舟十一號-天宮二號組合體”可見光圖像

“聯盟號”（左）與“神舟號”（右）艙內空間對比圖。可見“神舟號”的艙內空間更加寬敞、舒適，而“聯盟號”的艙內空間顯得非常狹窄

美國的“阿波羅號”與中俄的三代飛船差異較大，因為該飛船為載人登月設計，需要將人類送入月球軌道。

“阿波羅號”由指令艙、服務艙和登月艙三部分組成。從1969年到1972年，共計有12人乘坐“阿波羅號”成功登上月球，成為一代傳奇。

“阿波羅15號”指令與服務艙段

航天飛機又名太空梭，1977年2月，美國國家航空航天局（以下簡稱“NASA”）研制出第一架名為“企業號”的航天飛機，由波音747飛機背負進行了機載試驗。“企業號”僅承擔了各項地面試驗試飛，從未被發射入軌。此后美國又制造了“哥倫比亞號”“挑戰者號”“發現號”“亞特蘭蒂斯號”與“奮進號”五架航天飛機。每架航天飛機均可乘坐7人，并且擁有一個巨大的貨艙來裝載衛星或國際空間站組件。

美國太空運輸系統（航天飛機）（上）以及蘇聯夭折的“暴風雪號”航天飛機（下），二者均已退役

航天飛機也是美蘇太空爭霸的產物。設計航天飛機的初衷是為了重復使用以降低成本，然而事與愿違，單架航天飛機造價約30億美元，最初NASA認為每架航天飛機都可以重復使用100次以上，平均每次任務的成本將低于3000萬美元。事實上，5架航天飛機共計只進行了135次飛行，平均每次飛行的成本超過1億美元，這還沒有算上維護和檢修的費用。

1981年“哥倫比亞”號首飛任務

“挑戰者號”發射階段爆炸解體

1986年1月28日，“挑戰者號”發射升空73秒后爆炸解體;2003年2月1日，“哥倫比亞號”返回著陸時在得克薩斯州北部上空解體墜毀，兩次任務共造成14位航天員不幸遇難。人類探索太空的旅途注定充滿挫折，讓我們向每一位為航天事業獻出生命的勇士致敬！

由于過高的運營成本和過低的安全系數，美國于2011年終止了該項目，退役的航天飛機現在被展示于美國的各大博物館中，訴說著它們曾經輝煌的歷史。

“哥倫比亞”號返回著陸時解體

冷戰期間，蘇聯當局認為美國研制的航天飛機是未來搭載核武器的工具，為了與之對抗，1976年他們也雄心勃勃地開展了“暴風雪號”航天飛機計劃。蘇聯航天飛機的設計指標甚至比美國高了不少，這也造成了該項目燒錢不斷的惡果。該項目是蘇聯太空探索史上耗資最大的項目，在一定程度上加速了蘇聯解體。

“暴風雪號”航天飛機共制造了五架正樣，僅有一架完工，在其生命周期中僅進行了一次軌道飛行任務。1988年11月15日，無人駕駛的“暴風雪號”由強大的“能源號”運載火箭成功發射，3小時25分鐘后，它順利地降落在拜科努爾航天發射場。在這次堪稱完美的首飛后，由于缺乏資金，該項目被終止。2002年5月12日，因為連日大雨造成廠房倒塌，蘇聯唯一一架遨游過太空的航天飛機被摧毀在風雨之中，令人唏噓。

為了降低運載成本，新一代載人飛船的主要設計指標就是可以重復使用。全球正在研發的新一代載人飛船多達十余種，人類航天史上首次出現如此盛況。

亞軌道級飛船多為面向公眾的太空飛行體驗而研發。2021年7月11日，維珍銀河創始人、英國富翁理查德·布蘭森與另外3名乘客乘坐維珍銀河的載人飛船飛往太空，他們到達89.2千米的高度后體驗了約4分鐘的失重，最終安全著陸，全球首次亞軌道商業太空旅行圓滿成功。9天后的7月20日，亞馬遜創始人杰夫·貝索斯與其兄弟乘坐藍色起源公司的“新謝潑德號”亞軌道飛行器前往100千米高空，同行者還有最年長和最年輕的太空乘客：82歲女飛行員沃利·芬克和18歲荷蘭學生奧利弗·戴門。他們體驗了約3分鐘的失重，11分鐘后安全降落。目前這兩大商業航天器均已開始售票。

世界各型新一代載人飛船示意圖

俄羅斯“奧勒爾號”載人飛船代號“PPTS”，有趣的是，它的研發進度正如其名，進展非常緩慢，還停留在PPT演示階段。波音公司的“星際客機”載人飛船進展稍快，2019年12月20日，波音公司信心滿滿地進行了第一次無人軌道飛行測試，然而它的飛行軟件代碼錯漏百出，入軌后發動機異常，燒掉了過多燃料，無法與國際空間站對接，無奈地結束了任務;第二次飛行測試在發射前被工程師檢測到閥門異常，被迫推遲。“獵戶座號”載人飛船為美國重返月球的“阿爾忒彌斯”登月計劃而生，但是其研發進度卻因登月火箭生產進度遲緩、新冠疫情影響而拖延。表現最為搶眼的是太空探索公司的“龍號”飛船，2020年5月30日在美國佛羅里達州肯尼迪宇航中心首飛，成功將兩名航天員送入國際空間站。

與國際空間站對接的“龍號”飛船

我國的新一代載人飛船公開技術資料不多。從公開的數據看，它采用兩艙結構布局，全長約9米，發射質量21.6噸（最高可達23噸），返回艙直徑4.2米，設計搭載6～7名航天員，可重復使用10次以上。飛船根據推進艙大小可以衍生出兩種不同構型：一種推進艙較短，可服務于近地軌道空間站的建設;而另一種推進艙較長，可服務于載人月球探測和載人深空探測等多種任務。

自1961年第一位航天員加加林上天，世界載人航天的歷史至今只有60年，其中不乏慘痛的失敗，也有振奮人心的成就。歷史的車輪滾滾向前，身處“宇宙大航海”時代開端的我們，又將會見證怎樣波瀾壯闊的征途呢？