一飛沖天

載人航天工程是中國航天史上技術(shù)難度最大，系統(tǒng)組成最復(fù)雜，安全性和可靠性要求最高的重點(diǎn)工程。這是一項(xiàng)包括航天員、空間應(yīng)用、載人飛船、運(yùn)載火箭、發(fā)射場、測控通訊、著陸場七大系統(tǒng)的特殊工程（圖1）。

（1）載人航天工程是一項(xiàng)復(fù)雜性、安全性、可靠性技術(shù)難度最大的特殊工程

前蘇聯(lián)在1961年4月12日上午實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的理想。這一天的清晨，宇航員加加林登上了“東方一號(hào)”飛船的座艙，由運(yùn)載火箭送入太空，成為世界上第一位進(jìn)入太空的宇航員。

1969年7月16日，美國用“土星5號(hào)”3級(jí)火箭把“阿波羅11號(hào)”的宇航員送往月球，21日實(shí)現(xiàn)了登月夢(mèng)想（圖2）。

（2）美國“阿波羅11號(hào)”宇航員首次實(shí)現(xiàn)了人類登月夢(mèng)想

在蘇美載人航天30多年后，中國也要實(shí)施載人航天工程。這是中國在這個(gè)領(lǐng)域里的歷史性的跨躍和挑戰(zhàn)。

魯宇 （中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院 副院長）:載人航天的火箭，跟一般的運(yùn)載火箭最大的區(qū)別是它要求高可靠、高安全，這是本質(zhì)性的要求。所以它的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)思想就跟一般的火箭有很大的差別。

用火箭運(yùn)人是中國火箭科技人員從來沒有做過的事情，這對(duì)他們是個(gè)新的嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

王永志，著名火箭專家，中國載人航天工程首任總設(shè)計(jì)師，長期從事導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭和載人航天工程的總體設(shè)計(jì)和研制工作。

王永志:當(dāng)時(shí)在搞長征二號(hào)捆綁火箭的時(shí)候，主要目標(biāo)是發(fā)射衛(wèi)星。后來中央決策上載人航天，載人航天唯一可以選用的火箭就是這個(gè)長二捆，但是載人航天對(duì)運(yùn)載火箭的要求，比發(fā)射衛(wèi)星可就高多了。

1992年國家啟動(dòng)載人航天工程，中國火箭技術(shù)研究院的專家們?cè)陂L征2號(hào)捆綁式火箭的基礎(chǔ)上，開始了能將載人飛船送入太空的新一代火箭研究。

?新型的長征2號(hào)F火箭盡管已經(jīng)有了幾十次發(fā)射衛(wèi)星的成功經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)于載人航天的研究專家來說深感責(zé)任重大。

王永志:下了大工夫了，從發(fā)動(dòng)機(jī)、控制系統(tǒng)，箭體結(jié)構(gòu)，還有安全系數(shù)適當(dāng)加大，寧可損失一點(diǎn)兒運(yùn)載能力，也要確保它可靠，我們采取了多方措施。

劉竹生是我國運(yùn)載火箭捆綁分離技術(shù)的開拓者，他攻克的助推捆綁分離技術(shù)，填補(bǔ)了我國運(yùn)載火箭捆綁技術(shù)的空白，使我國進(jìn)入了世界捆綁運(yùn)載火箭的先進(jìn)行列。此時(shí)他和所有的火箭設(shè)計(jì)專家一樣也面臨著前所未有的壓力。

劉竹生（長征2號(hào)F火箭總設(shè)計(jì)師）:長2F是一個(gè)載人的運(yùn)載火箭，它的可靠性已經(jīng)提得很高了，是0.97。這個(gè)0.97是什么意思呢？簡單地說，就是你打100發(fā)火箭，可能有3發(fā)飛行可能要出問題或者不正常，就是這個(gè)概念。

?科學(xué)家在長征2F運(yùn)載火箭上首次采用了全新的三垂技術(shù)，就是對(duì)火箭進(jìn)行垂直組裝、垂直測試、垂直運(yùn)輸，這樣更有利于火箭發(fā)射前的多方位檢驗(yàn)，這個(gè)方式的采用給火箭的發(fā)射帶來了很大的便利（圖3）。

（3）科技人員對(duì)長征2F運(yùn)載火箭采用了全新的三垂技術(shù)

1999年11月20日，新研制的長征二號(hào)F運(yùn)載火箭首戰(zhàn)告捷，中國第一艘飛船在“神箭”的托舉下騰空而起，隨后2001年1月、2002年3月、2002年12月成功地將神舟系列飛船送入太空。

長2F火箭繼承了長二捆的外形，調(diào)整了燃料的加注量，使推進(jìn)劑的使用更加合理，而長二F最大的特點(diǎn)是多了兩個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)是故障檢測系統(tǒng)、一個(gè)是逃逸系統(tǒng)。這兩個(gè)系統(tǒng)到底能不能起到作用呢？

主持人:有人做過統(tǒng)計(jì)，航天員上天什么時(shí)候最危險(xiǎn)呢？就是火箭從發(fā)射點(diǎn)火，到它剛剛升空的這個(gè)階段是最危險(xiǎn)的，大概一半的事故都是在這個(gè)時(shí)候發(fā)生的。最近幾十年，全世界有十幾名航天員和70多個(gè)地面工作人員因此獻(xiàn)身于人類的航天事業(yè)。而神舟號(hào)系列飛船升空，我們?yōu)樗鄶y帶了兩個(gè)系統(tǒng)。一個(gè)是故障檢測系統(tǒng)，一個(gè)就是逃逸系統(tǒng)。故障檢測系統(tǒng)能夠保證我們的火箭飛船自己檢查自己的系統(tǒng)是不是正常，是不是出了問題，就是說，運(yùn)載火箭待發(fā)或者上升的階段發(fā)生故障，火箭自身能夠自行診斷自行檢測。而逃逸系統(tǒng)呢，在萬一不幸發(fā)生問題的時(shí)候，它能迅速帶領(lǐng)航天員安全地逃生。那么逃逸系統(tǒng)在整個(gè)工作中又是如何發(fā)揮作用的呢？

火箭離開發(fā)射臺(tái)，要經(jīng)過大約580多秒進(jìn)入到200多公里的軌道高度，然后船、箭分離。上升段在飛行過程中是一個(gè)基礎(chǔ)，也是出現(xiàn)故障可能性最大的時(shí)段，在這一時(shí)段，火箭發(fā)生事故的頻率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他時(shí)刻。所以對(duì)火箭的要求就是飛行可靠、正常入軌。

王永志:我在蘇聯(lián)學(xué)習(xí)的時(shí)候，他們一個(gè)火箭爆炸，把炮兵主帥都炸死了，上校以上的、副總設(shè)計(jì)師以上的，一次就犧牲了50多人。第三級(jí)點(diǎn)著了，一下燒爆了，整個(gè)發(fā)射塔全爆了。

在國際宇航界，犧牲的航天員中有一半以上都是火箭飛行最初階段發(fā)生的。這一情況使得中國的火箭設(shè)計(jì)者們格外地用心。

王永志:搞航天出現(xiàn)挫折，出現(xiàn)失敗，這是難免的，但在中國，應(yīng)該說失敗的次數(shù)最少，受的挫折也是最小的。原因就在于我們中國人，雖然基礎(chǔ)底子比較薄弱，但是我們每個(gè)人的工作態(tài)度，那個(gè)認(rèn)真程度、負(fù)責(zé)的程度遠(yuǎn)高于別人，所以我們成功率相當(dāng)高，失敗很少。

長2F運(yùn)載火箭主要由4個(gè)液體助推器和芯級(jí)、整流罩以及逃逸塔組成，是目前中國所有運(yùn)載火箭中起飛質(zhì)量最大、長度最長、系統(tǒng)最復(fù)雜的火箭。火箭采用了55項(xiàng)新技術(shù)，其中10項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平（圖4）。

（4）各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)都已達(dá)到國際先進(jìn)水平的長2F運(yùn)載火箭

火箭從立在發(fā)射臺(tái)上，點(diǎn)火，到起飛上升，會(huì)受到氣流、速度以及振動(dòng)等不利因素的影響，是一個(gè)很危險(xiǎn)的階段，而對(duì)于載人航天來說，保證航天員的生命安全是最為重要的。

王永志:因?yàn)檫@種情況前蘇聯(lián)就出現(xiàn)過，在發(fā)射塔上火箭就爆炸了，在這種情況下，他們救出了航天員，發(fā)現(xiàn)推進(jìn)劑已經(jīng)控制不住了，就逃了。航天員落地回頭一看，發(fā)射塔已經(jīng)熊熊大火。

作為載人工具的運(yùn)載火箭，專家們?yōu)樗黾拥墓收显\斷系統(tǒng)和逃逸救生系統(tǒng)非常重要。

倪嘉敏 （中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院 空氣動(dòng)力學(xué)專家）:要救出來，首先就得有判斷，就是什么情況下可能出現(xiàn)故障，判斷不準(zhǔn)，就白白把火箭炸了。故障診斷系統(tǒng)判斷這個(gè)時(shí)候可能要出現(xiàn)故障了，就啟用我們逃逸飛行器，把帶有航天員的返回艙，從火箭里面拉出來，然后返回到地面。

在長2F火箭的最上部形狀像避雷針的逃逸塔，是由一系列固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)組成的小型火箭。逃逸塔和裝有軌道艙、返回艙的整流罩巧妙地連接在一起。當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)的時(shí)候，它可以迅速讓帶有航天員的整流罩飛離險(xiǎn)境，然后拋掉逃逸塔和軌道艙，利用降落傘使返回艙落到安全地帶（圖5）。

（5）圖組:（5-1）長2F火箭最上部的逃逸系統(tǒng)就是一個(gè)小型火箭

（5-2）如有危險(xiǎn)逃逸系統(tǒng)將飛離危境

（5-3）返回艙利用降落傘降落

如何保證逃逸飛行器的飛行平穩(wěn)性和機(jī)動(dòng)性呢？因?yàn)樘右蒿w行器離開火箭，其發(fā)動(dòng)機(jī)只能工作幾秒鐘的時(shí)間，如果它不能穩(wěn)定飛行，首先會(huì)對(duì)航天員造成傷害，隨后火箭發(fā)生爆炸產(chǎn)生的沖擊波及碎片，對(duì)逃逸飛行器也將是一個(gè)毀滅性的打擊。

為了幫助逃逸塔在空中逃逸過程中方向的把握和穩(wěn)定，科學(xué)家設(shè)計(jì)出四個(gè)翅膀形狀的柵格翼（圖6）。

（6）工程技術(shù)人員正在安裝柵格翼

經(jīng)過不同模擬速度的測試，柵格翼的各項(xiàng)技術(shù)性能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，取得了非常滿意的結(jié)果。

主持人:這個(gè)逃逸系統(tǒng)看起來就像一根長長的避雷針一樣，它所起到的作用有點(diǎn)像汽車中所使用的安全氣囊。車?yán)镫m有安全氣囊但是誰也不愿意被真的應(yīng)用到。對(duì)于火箭也是如此，一旦你使用了，即使人員器材保住了，但意味著此次發(fā)射是失敗的。所以這個(gè)東西，人們既要保證安全，可誰也不愿意使用它。對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，現(xiàn)在面臨的一個(gè)重要的任務(wù)那就是檢驗(yàn)一下它到底能不能使用，因?yàn)閷?duì)于火箭而言，它的逃逸設(shè)備絕對(duì)不允許失誤。一旦失誤了，后果是不可想象的。

雖然逃逸系統(tǒng)的每個(gè)分系統(tǒng)都經(jīng)過成百上千次試驗(yàn)，并都取得了非常滿意的效果，那么這些分系統(tǒng)整體連在一起，在不同高度中能不能同時(shí)使用，工作時(shí)會(huì)不會(huì)協(xié)調(diào)呢？

專家們認(rèn)為，要檢驗(yàn)逃逸飛行器在各個(gè)高度是否都能發(fā)揮良好的作用。決策者們決定，對(duì)逃逸系統(tǒng)進(jìn)行綜合考驗(yàn)。

王永志:火箭上加了一個(gè)逃逸系統(tǒng)，這個(gè)逃逸系統(tǒng)好用不好用，得進(jìn)行實(shí)際的檢驗(yàn)，如果在高空檢驗(yàn)，你得發(fā)射一枚火箭，帶著飛船，這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)蔷痛鷥r(jià)太大了。所以咱們就試一個(gè)零高度，或者叫零零試驗(yàn)（圖7）。

（7）逃逸系統(tǒng)綜合性試驗(yàn)在準(zhǔn)備中

于是在戈壁灘，進(jìn)行了一次至關(guān)重要的試驗(yàn)，就是運(yùn)載火箭與飛船的零高度試驗(yàn)。跟一次火箭發(fā)射差不多。綜合測試的的結(jié)果驗(yàn)證了逃逸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全成功。

載人航天的七大系統(tǒng)都已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，2003年11月15日“神舟五號(hào)”飛船帶著中華民族的夢(mèng)想一飛沖天（圖8）。

（8）神舟五號(hào)一飛沖天，中國航天員首次進(jìn)入太空

大量新技術(shù)的應(yīng)用提高了長2F整體性能，也使得中國成為世界上第三個(gè)掌握載人運(yùn)載火箭的國家。繼“神舟五號(hào)”發(fā)射成功以后，2005年10月，2008年9月 中國再次使用“長征二號(hào)F”運(yùn)載火箭，把“神舟六號(hào)”，“神舟七號(hào)”送入太空（圖9）。

（9）長征2F火箭把載人飛船“神舟五號(hào)”送入太空

在中國航天事業(yè)的歷程中，有無數(shù)為航天員的安全為航天事業(yè)的發(fā)展在默默奉獻(xiàn)的人，讓我們永遠(yuǎn)銘記他們。

王永志:中國的運(yùn)載火箭，到2007年已經(jīng)發(fā)射了100次。到目前為止，僅地球衛(wèi)星，各種軌道的，低軌道、高軌道都能打（發(fā)射），中國的衛(wèi)星如此，外國的衛(wèi)星我們也發(fā)射過，不僅能發(fā)射地球軌道衛(wèi)星，月球衛(wèi)星也發(fā)射過了，將來如果有需要，給太陽系內(nèi)的行星發(fā)射個(gè)衛(wèi)星，也是可能的。另外呢，咱們也不止發(fā)射衛(wèi)星，中國運(yùn)載火箭不是把中國人也送到太空去了嗎？載人航天還在繼續(xù)發(fā)展，盡管是難度越來越大，但也越加使人感到興奮。

?主持人:神箭發(fā)射成功不僅振奮人心，更重要的是它標(biāo)志著我們國家的綜合實(shí)力已經(jīng)達(dá)到了前所未有的程度。相信今后我們的火箭事業(yè)還會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展！