發(fā)展載人航天，建設航天強國

張柏楠

(北京空間飛行器總體設計部，北京 100094)

2021年4月29日，天和核心艙由長征五號B運載火箭發(fā)射成功，標志著中國成為世界上第3個可以自主研發(fā)并且發(fā)射空間站的國家。2022年6月5日，神舟十四號載人飛船將航天員陳冬、劉洋和蔡旭哲安全送到空間站天和核心艙，開始了為期6個月的在軌任務。2022年7月24日，天宮空間站的第一個實驗艙——問天實驗艙由長征五號B運載火箭成功發(fā)射入軌，并于次日與空間站天和核心艙成功對接，邁出了空間站建造階段關鍵的一步。2022年10月31日，夢天實驗艙由長征五號B運載火箭成功發(fā)射入軌，并與11月3日成功轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)了天宮空間站三艙長期運行的T字構型，為全面建成空間站奠定了堅實的基礎。

1 中國載人航天的成就

中國載人航天工程，得到了黨和全國人民的大力支持，經(jīng)歷了30年的建設與發(fā)展。30年來，中國載人航天工程按照黨中央制定的“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，確立了獨立自主的發(fā)展思想，探索適合中國國情的載人航天正確發(fā)展道路，突破了國外航天領域的技術封鎖，實現(xiàn)了技術趕超。30年來，突破了載人航天領域的關鍵技術，研制和成功發(fā)射運行以神舟載人飛船為代表的4種類型的載人航天器，實現(xiàn)了向黨和人民承諾的戰(zhàn)略目標。30年來，獨立自主，自力更生，建設了具有中國特色的載人航天器研制體系，大大提升了航天器研制能力，全面推進了國產(chǎn)化能力和水平，帶動了相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增強了綜合國力、國際影響力和民族自豪感。30年來，中國載人航天堅持科研體系建設與系統(tǒng)工程實踐相結合，系統(tǒng)總結了錢學森系統(tǒng)工程的思想方法[1-2]，形成了一套針對國家重大專項工程特有的工程項目管理理論和開發(fā)流程[3]，鍛煉出了一支高水平的項目管理人才隊伍。30年來，在“兩彈一星”精神激勵下，以高度的文化自覺、崇高的價值追求和執(zhí)著的理想信念，以驚人的毅力和勇氣戰(zhàn)勝了各種困難，孕育鑄造了“特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關、特別能奉獻”的載人航天精神。隨著載人航天工程的深入實踐，以“熱愛祖國、為國爭光的堅定信念，勇于登攀、敢于超越的進取意識，科學求實、嚴肅認真的工作作風，同舟共濟、團結協(xié)作的大局觀念，淡泊名利、默默奉獻的崇高品質(zhì)”為時代特征的載人航天精神的內(nèi)涵不斷被豐富，已成為中國精神譜系的重要組成部分，是中華民族精神的又一寶貴財富。

2 中國載人航天的歷程

1)規(guī)劃戰(zhàn)略，構建載人航天工程體系

中國載人航天事業(yè)是伴隨著改革浪潮開始起步。20世紀80年代在美國航天飛機和蘇聯(lián)“禮炮”軌道站的帶動下，載人航天繼續(xù)成為航天活動的重點和實力的標志，歐洲和日本都制定了雄心勃勃的航天飛機發(fā)展計劃。我國也順應科技發(fā)展的需要，將載人航天領域列入《中國高技術研究發(fā)展計劃綱要》(即“863”計劃)，開始中國空間站的論證工作。1992年，經(jīng)過各方充分論證，黨中央科學決策，中國載人航天工程以載人飛船起步，以空間站為目標，分“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。

第一步是發(fā)射一艘載人飛船，建成初步配套的載人航天工程體系；

第二步在飛船工程的基礎上發(fā)射短期有人照料的空間實驗室，開展有一定規(guī)模的空間應用；

第三步建造空間站，開展較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應用。

在我國載人航天工程立項時，我國的技術基礎十分薄弱，載人航天技術幾乎全部空白，與美國、俄羅斯等航天強國差距巨大。

表1為中國載人航天工程立項初期，俄羅斯、美國、歐洲、日本和中國載人航天關鍵技術掌握情況對比。

表1 中國載人航天工程立項初期載人航天關鍵技術對比Table 1 Comparison of key technologies mastered by early stage of CMS Program

2)突破關鍵，奠定技術基礎

按照載人航天發(fā)展戰(zhàn)略，開始了載人航天工程第一步——載人飛船工程。研制神舟一號到神舟四號飛船，在1999年至2002年間，通過4次無人飛行試驗，突破載人航天基本技術，為載人飛行奠定了技術基礎。

2003年10月15日，航天員楊利偉乘坐神舟五號載人飛船，由長征二號乙載人運載火箭成功發(fā)射，在軌飛行21小時23分，安全返回，突破載人天地往返技術，標志著我國成為繼蘇、美之后第3個具備獨立掌握載人航天技術的國家。

隨后，在2005年10月12日，航天員費俊龍和聶海勝乘坐神舟六號載人飛船成功發(fā)射，在軌飛行5天后安全返回地面，實現(xiàn)了多人多天載人航天飛行的重大跨越，標志著中國載人航天工程第一步任務圓滿成功。

通過載人飛船工程，我國獨立自主建立了包括航天員系統(tǒng)、應用系統(tǒng)、載人飛船系統(tǒng)、運載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、測控通信系統(tǒng)和著陸場系統(tǒng)在內(nèi)，較為完整的載人航天工程體系，基本填補了載人天地往返運輸技術的空白。

表2為中國載人航天工程第一步任務實現(xiàn)后，各國載人航天關鍵技術掌握情況對比。

表2 中國載人航天工程第一步任務實現(xiàn)后載人航天關鍵技術對比Table 2 Comparison of key technologies mastered by the first phase of CMS Program

3)自主創(chuàng)新，全面突破技術

載人飛船工程后，根據(jù)我國實際情況，分兩個階段開展了載人航天工程“第二步”任務。

第一階段任務，研制神舟七號載人飛船，突破出艙活動技術。研制天宮一號目標飛行器，以及神舟八號、神舟九號、神舟十號飛船，突破交會對接技術。

2008年9月25日，航天員翟志剛、劉伯明和景海鵬乘坐神舟七號載人飛船成功發(fā)射，9月27日航天員翟志剛穿著我國飛天艙外航天服，在劉伯明的協(xié)助下實現(xiàn)了我國第一次艙外活動，使我國成為世界上第3個獨立掌握空間出艙活動技術的國家。

2011年9月29日，天宮一號目標飛行器發(fā)射入軌。2011年11月1日至11月16日，神舟八號無人飛船與天宮一號目標飛行器圓滿完成了我國首次空間交會對接任務，標志著我國已突破和掌握了自動交會對接技術。2012年6月16日至29日，航天員景海鵬、劉旺和劉洋乘坐神舟九號載人飛船與天宮一號目標飛行器完成了我國首次載人交會對接任務，成功實現(xiàn)了航天員首次手控交會對接、航天員首次進駐中國載人軌道站、我國女航天員首次進入太空，為我國載人空間站建設積累了重要經(jīng)驗。2013年6月11日至26日，航天員聶海勝、張曉光和王亞平乘坐神舟十號載人飛船與天宮一號目標飛行器交會對接和組合體飛行，完成了我國載人飛船的首次應用性飛行，期間開展了我國首次太空授課，極大提高了載人航天工程的社會效益。

第二階段任務，研制天宮二號空間實驗室、神舟十一號載人飛船和天舟一號貨運飛船，突破和掌握了航天員中期駐留、貨運飛船補加等空間站關鍵技術，全面突破了空間站建設所需的關鍵技術。2016年9月15日，天宮二號空間實驗室發(fā)射入軌。2016年10月17日至11月18日，航天員景海鵬和陳冬乘坐神舟十一號載人飛船與天宮二號空間實驗室發(fā)射對接并完成了為期30天的中期駐留任務。2017年4月20日，天舟一號貨運飛船發(fā)射，與天宮二號空間實驗室交會對接。天舟一號是我國第一艘貨運飛船，在軌運行5個月，先后進行3次交會對接和3次推進劑補加，突破了推進劑補加技術。

第二步任務完成后，我國較全面的掌握了空間站建設所需的關鍵技術，與美俄等航天強國的差距進一步縮小。

表3為中國載人航天工程第二步任務完成后，各國載人航天關鍵技術掌握情況對比。

表3 中國載人航天工程第二步任務完成后載人航天關鍵技術對比Table 3 Comparison of key technologies mastered by the second phase of CMS Program

4)追趕前沿，開始載人航天新征程

中國載人航天工程的第三步是建設空間站。“建造空間站，是中國航天事業(yè)的重要里程碑，將為人類和平利用太空做出開拓性貢獻”。天宮空間站以建成國家級太空實驗室為目標，采用多艙對接組合式方案，規(guī)模適度，具有較強擴展能力，將為我國和全球的科學家提供先進的空間科學技術研究和實驗平臺，有望在物理學、天文學、材料、生物等科學領域，以及信息、航天等技術領域獲取具有重大科學價值的研究成果和重大戰(zhàn)略意義的應用成果。我國載人空間站的任務是建造以天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙為基本構型，長期在軌可靠運行的載人空間站，開展多領域空間科學實驗與技術試驗。空間站建造分為關鍵技術驗證階段和建造階段兩個階段。

2021年4月29日，中國空間站第一個艙段——天和核心艙由長征五號B運載火箭成功發(fā)射，中國載人航天開始了空間站的新征程。2021年5月29日，中國空間站第一個貨運飛船——天舟二號貨運飛船由長征七號運載火箭成功發(fā)射，為空間站運去了貨物和燃料。2021年6月17日，中國空間站第一個乘組，聶海勝、劉伯明、湯洪波乘坐神舟十二號載人飛船到達天和核心艙，圓滿完成了為期3個月的空間站第一次載人飛行任務。隨后，2021年9月20日天舟三號貨運飛船與空間站對接，2021年10月16日神舟十三號載人飛船到達空間站，翟志剛、王亞平、葉光富組成的神舟十三號乘組圓滿完成了為期6個月的長期駐留任務，先后兩次執(zhí)行出艙任務，完成了機械臂輔助轉(zhuǎn)位和手控遙操作對接兩項試驗。經(jīng)過5次飛行任務，全面驗證了空間站建造的關鍵技術，進一步檢驗了由神舟載人飛船和長征二號乙載人運載火箭組成的載人天地往返運輸系統(tǒng)、天舟貨運飛船和長征七號運載火箭組成的貨物天地往返運輸系統(tǒng)的安全性、可靠性和適用性，全面驗證了工程各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，圓滿地完成了空間站關鍵技術驗證階段的任務。

2022年5月10日，天舟四號貨運飛船發(fā)射并與空間站成功對接，拉開了空間站建造階段的序幕。6月5日神舟十四號載人飛船發(fā)射，承擔空間站建造任務的神舟十四號乘組，航天員陳冬、劉洋和蔡旭哲安全抵達空間站，開始執(zhí)行空間站建造階段的在軌操作任務。7月24日問天實驗艙發(fā)射并于次日與天和核心艙成功對接，標志著我國空間站建造邁出了堅實的一步。2022年10月31日，夢天實驗艙成功入軌，并與11月3日完成轉(zhuǎn)位，初步形成空間站三艙運行構型。

2022年11月12日發(fā)射的天舟五號貨運飛船和11月29日發(fā)射的神舟十五號載人飛船，完成了空間站“三步走”的全部發(fā)射任務。后續(xù)還將按計劃在空間站開展科學實驗和技術試驗，發(fā)射巡天空間望遠鏡，以天宮空間站為母港，與空間站共軌飛行，進一步拓展空間站的應用。

在空間站任務的同時，瞄準國際載人航天技術前沿，積極探索，研制并發(fā)射了新一代載人飛船試驗船，初步驗證了高速再入返回、高性能防熱、重復使用、群傘回收、無毒推進等關鍵技術，為載人航天后續(xù)發(fā)展奠定了基礎。

到目前為止，除了載人登月探索和重復使用技術還存在差距之外，我們已經(jīng)自主掌握載人航天核心關鍵技術，建成了較為完善的載人航天工程體系。

表4為中國載人航天工程第三步任務完成后，各國載人航天關鍵技術掌握情況對比。

表4 中國載人航天工程第三步任務完成后載人航天關鍵技術對比Table 4 Comparison of key technologies mastered by the third phase of CMS Program

3 中國載人工程研制的體會[4]

從1992年工程立項以來，中國載人航天工程已經(jīng)走過了30年，取得了輝煌的成就。中國載人航天工程能夠取得今天的成就，有多方面的體會。

1)堅持黨的領導，是不斷取得成功的保證

載人航天工程立項時，黨中央立足中國實際，沒有被國際上航天飛機的熱潮影響，確定以飛船起步的“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，實踐證明是科學和正確的。美國航天飛機因為存在安全問題和成本居高不下不得不提前退役，經(jīng)歷了近10年沒有自己的載人天地往返運輸系統(tǒng)的窘境。

黨的十八大以來，習近平總書記高度重視載人航天工程。每當載人航天工程執(zhí)行重要飛行任務，都殷殷囑托，多次接見參研、參試代表，做出重要指示和批示。2021年4月29日，總書記明確指出：“天和核心艙發(fā)射成功，標志著我國空間站建造進入全面實施階段，為后續(xù)任務開展奠定了堅實基礎。希望你們大力弘揚‘兩彈一星’精神和載人航天精神，自立自強、創(chuàng)新超越，奪取空間站建造任務全面勝利，為全面建設社會主義現(xiàn)代化國家做出新的更大的貢獻！”

2)中國特色社會主義制度優(yōu)勢和新型舉國體制，是不斷取得成功的根本制度優(yōu)勢和重要體制優(yōu)勢

中國載人航天在新的歷史條件和國際環(huán)境下，充分發(fā)揮社會主義制度優(yōu)勢和集中力量辦大事的新型舉國體制，繼承和發(fā)揚航天傳統(tǒng)基因，獨立自主、自力更生突破了載人航天一個又一個難關，建成了具有中國特色、配套完善的載人航天工程體系，使中國航天一步步的走向世界載人航天的前列，為建設航天強國做出了應有的貢獻。

3)全國人民的支持，是不斷取得成功的動力

載人航天工程始終得到全國人民的支持和關注，這是我們?nèi)〉贸晒Φ膭恿ΑＣ康綀?zhí)行關鍵任務時，都廣受全國人民的關注和成功的期盼。每當載人航天取得進展，都得到全國人民的鼓勵。有很多優(yōu)秀青年投身到載人航天事業(yè)，這不斷激勵和推動我們?nèi)〉贸晒5]。

中國載人航天也始終把人的安全放在首位。保證航天員的安全性是我們的首要任務。從一點一滴做起，不放過一絲疑點，千方百計保證航天員安全。

4)勇攀科技高峰，是載人航天的精神動力

中國載人航天瞄準載人航天技術前沿，勇于創(chuàng)新，小步快跑，不斷縮小與世界先進水平的差距，技術上也具有中國特色。工程立項時，面對大量的技術空白，載人航天研制隊伍沒用退縮，迎難而上，以獨立自主突破技術為目標，一步一個腳印。在完成任務的同時，自主突破和掌握了載人航天的核心關鍵技術。在繼續(xù)發(fā)揚航天精神的同時，也培育了“特別能吃苦，特別能戰(zhàn)斗，特別能攻關，特別能奉獻”的載人航天精神[6]。

5)堅守人類共同命運，是載人航天的初心和使命

探索太空尋找人類新的家園的載人航天的使命和初心。以載人空間探索為目標，不斷提升自己的能力。在建設空間站的同時，載人航天隊伍利用各種可能的機會，開發(fā)和試驗未來載人登月的技術。利用長征七號和長征五號B運載火箭首飛的機會，研制和試驗了多用途飛船返回艙和新一代載人飛船試驗船，驗證未來載人登月的關鍵技術。

4 中國載人航天未來展望

1)中國載人航天的使命任務

“星空浩瀚無比，探索永無止境，只有不斷創(chuàng)新，中華民族才能更好走向未來”。人類進入太空是為了通過不斷的探索，擴大生存空間和資源，為人類生存和社會進步服務。載人航天是人類命運共同體的重要組成。載人航天對實現(xiàn)中華民族復興和未來發(fā)展的夢想具有不可替代的意義和作用。

載人航天的目標和使命是：探索太空、開發(fā)資源、拓展文明、實現(xiàn)夢想。

2)提高效率，服務經(jīng)濟社會

降低產(chǎn)品研制和運營成本，大幅提升服務能力和效益，是載人航天健康發(fā)展的關鍵。保證航天員安全性的基礎上，通過重復使用降低載人天地往返運輸費用是主要途徑。目前國外正在開展載人飛船重復使用的探索和應用，國內(nèi)也主動開始飛行試驗。未來還需要持續(xù)攻關和完善，保證載人航天運輸安全、便捷、高效、廉價。

載人空間長期飛行技術是制約載人航天應用和探索的主要難點，包括長期飛行對人體的影響和醫(yī)學保障，以及長期飛行如何降低乘組生命保障和生活物資消耗是兩個主要的問題。目前，航天員連續(xù)在軌飛行時間最長只有438天，而一名航天員一年需要消耗超過1 t的物資。需要利用空間站提供的真實環(huán)境，不斷研究改進，以滿足以載人登火星長達幾年的空間連續(xù)飛行的需求。

3)探索浩瀚宇宙，實現(xiàn)人類夢想

載人探索宇宙，開發(fā)太空資源，拓展人類文明是人類未來共同的出路，是載人航天最神圣、最艱巨的使命。以載人登月為代表的載人空間探索應當成為我國載人航天下一個奮斗目標，是建設航天強國的重要標志。中國航天人有責任、有能力實現(xiàn)這個目標，為全面建設社會主義現(xiàn)代化強國做出應有的貢獻。

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