舟山7號(hào)型船艙出艙活動(dòng)

舟山7號(hào)型船艙出艙活動(dòng)

20世紀(jì)，載人航天工藝主要集中在載人宇宙飛船、航空母艦、空間站和其他載人航空航天的應(yīng)用上，以開(kāi)展低軌空間研究活動(dòng)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),以美、俄為代表的航天強(qiáng)國(guó)紛紛調(diào)整各自的載人航天戰(zhàn)略,相繼研發(fā)了一系列的新型載人運(yùn)載火箭和載人航天器,同時(shí)載人航天與深空探測(cè)的結(jié)合更加緊密,建立月球基地和載人火星探測(cè)成為共同關(guān)注的焦點(diǎn)。2008年9月27日,中國(guó)宇航員乘坐“神舟七號(hào)”飛船成功進(jìn)行了空間出艙活動(dòng),這標(biāo)志著中國(guó)載人航天戰(zhàn)略第二步的順利實(shí)施。在此中國(guó)載人航天事業(yè)難得的機(jī)遇和發(fā)展期,認(rèn)真剖析國(guó)外載人航天技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向,將有助于探索一條既適合中國(guó)國(guó)情又能少走彎路的載人航天發(fā)展道路。國(guó)外客觀(guān)熱情分析進(jìn)入21世紀(jì)后,世界各國(guó)掀起了新一輪的“載人航天和月球探測(cè)”熱潮,美國(guó)、俄羅斯、歐洲、日本、印度等國(guó)都紛紛提出了各自的載人航天發(fā)展戰(zhàn)略。(1)美國(guó)重層為推進(jìn)“東南角”的重大項(xiàng)目2004年1月14日,美國(guó)總統(tǒng)布什宣布新太空設(shè)想,提出在2010年完成“國(guó)際空間站”組裝后航天飛機(jī)將退役,同時(shí)宣布發(fā)展一系列新型載人航天器和運(yùn)載器;2008年9月19日,美國(guó)國(guó)家航天局(NASA)正式宣布重返月球計(jì)劃:在未來(lái)12年內(nèi),將投資1040億美元用于“星座計(jì)劃”(ConstellationProject),重點(diǎn)研發(fā)新一代載人航天器——獵戶(hù)座“乘員探索飛行器(CrewExplorationVehicle,CEV)和基于航天飛機(jī)衍生的新型運(yùn)載火箭(ARES)?！靶亲到y(tǒng)”將采用分階段、螺旋式的發(fā)展戰(zhàn)略:第一階段,在2014年前將使CEV具有飛往低地球軌道和空間站的能力;第二階段,在2020年后具備長(zhǎng)期月球探測(cè)能力,實(shí)現(xiàn)宇航員登月并停留6個(gè)月建設(shè)月球基地的目標(biāo);第三階段,為發(fā)展火星運(yùn)輸系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)環(huán)繞火星的飛行;第四階段,宇航員登陸火星表面進(jìn)行探測(cè)階段。(2)俄聯(lián)邦空間測(cè)試計(jì)劃俄羅斯一直在載人航天領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷,其研制的“聯(lián)盟號(hào)”系列載人飛船和“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船向來(lái)以高可靠性、安全性著稱(chēng),也是當(dāng)今國(guó)際上除美航天飛機(jī)外的主力載人航天運(yùn)輸工具。2005年9月俄羅斯航天署公布計(jì)劃,俄載人航天在2040年前需要實(shí)現(xiàn)三大突破:第一,對(duì)聯(lián)盟號(hào)飛船進(jìn)行現(xiàn)代化改造,加強(qiáng)空間站建設(shè);第二,研制新型運(yùn)載火箭和“快船號(hào)”可重復(fù)使用飛船,包括快船號(hào)載人飛船、渡船號(hào)拖船,快船號(hào)將與渡船號(hào)一起支持空間站的運(yùn)行,快船號(hào)還可作為執(zhí)行星際航行任務(wù)的基本運(yùn)輸工具;第三,加緊登陸月球和火星計(jì)劃。俄羅斯載人登月計(jì)劃將分3個(gè)階段開(kāi)展:第一步,在2011年前利用現(xiàn)有的航天技術(shù)實(shí)現(xiàn)繞月飛行并在月球著陸,在此階段將利用質(zhì)子號(hào)和聯(lián)盟號(hào)系列運(yùn)載火箭以及升級(jí)改進(jìn)的聯(lián)盟號(hào)飛船;第二步,在2015年后建立多次使用的“地-月-地”空間運(yùn)輸系統(tǒng),包括“快船”號(hào)可重復(fù)使用空間運(yùn)輸系統(tǒng),并建立長(zhǎng)期的月球軌道站;第三步,在2020年后建立永久性月球基地。俄羅斯載人登火計(jì)劃在2025年后開(kāi)展,也將分成3個(gè)階段:第一步,制造火星考察綜合體,在試驗(yàn)環(huán)火軌道飛行和返回近地軌道時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)試;第二步,實(shí)現(xiàn)首次載人但不降落火星表面的火星考察,火星考察綜合體以自動(dòng)工作模式完成著陸火星,并在其上進(jìn)行試驗(yàn)和考察任務(wù);第三步,實(shí)現(xiàn)首次載人登陸火星考察。(3)自動(dòng)綜合銜接技術(shù)歐洲航天局通過(guò)參與國(guó)際空間站項(xiàng)目獲得了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn),研制的貨運(yùn)飛船自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器(ATV)在2008年4月成功與國(guó)際空間站對(duì)接,并將811kg重的補(bǔ)給推進(jìn)劑成功地加注至俄羅斯建造的國(guó)際空間站推進(jìn)劑貯箱中,為國(guó)際空間站提供了自動(dòng)燃料補(bǔ)給,ATV的成功使歐洲掌握了自動(dòng)交會(huì)對(duì)接技術(shù),為發(fā)展載人飛船和軌道轉(zhuǎn)移飛行器奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。2004年2月,歐洲航天局正式公布了將獨(dú)自實(shí)施的“曙光”計(jì)劃,即在2005到2015年主要發(fā)展驗(yàn)證人類(lèi)登陸火星和月球的基礎(chǔ)技術(shù);2011～2017年發(fā)射火星取樣器;2018年研發(fā)驗(yàn)證火星探測(cè)器的太陽(yáng)能電推進(jìn)、空中制動(dòng)和軟著陸技術(shù);在2020～2025年通過(guò)派機(jī)器人和人類(lèi)親自登月來(lái)驗(yàn)證太空中的生命支持和居住技術(shù);在2024～2026年讓機(jī)器人登陸火星;在2030～2035年把宇航員送上火星。(4)日本獨(dú)立行人航天事業(yè)進(jìn)一步加強(qiáng)長(zhǎng)期以來(lái)日本一直借助美國(guó)的力量積極參與載人航天活動(dòng)。從1992年開(kāi)始,日本的航天員就開(kāi)始搭乘美國(guó)航天飛機(jī)進(jìn)入太空,但是借助美國(guó)航天飛機(jī)畢竟有諸多不便,因此日本發(fā)展獨(dú)立載人航天事業(yè)的決心越來(lái)越強(qiáng)烈。當(dāng)前日本載人航天計(jì)劃的核心主要是日本國(guó)際空間站實(shí)驗(yàn)艙、希望號(hào)不載人航天飛機(jī)和H-2A、H-2B運(yùn)載火箭,此外日本還開(kāi)展H-2轉(zhuǎn)移飛行器(HTV)的研制,計(jì)劃為國(guó)際空間站服務(wù)。2005年,日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)公布的未來(lái)20年太空開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)景規(guī)劃是:建設(shè)無(wú)人月球基地,通過(guò)國(guó)際合作開(kāi)展載人航天活動(dòng),建設(shè)作為小行星探測(cè)中轉(zhuǎn)站的深空探測(cè)港。(5)民法基基苯氧基苯基人發(fā)射gs印度自上世紀(jì)60年代啟動(dòng)空間研究計(jì)劃以來(lái),一直努力在航天領(lǐng)域爭(zhēng)得一席之地,在發(fā)展載人航天技術(shù)方面可謂不遺余力。除了重視培養(yǎng)航天員外,印度在2006年11月提出了載人航天發(fā)展規(guī)劃,其目標(biāo)是設(shè)計(jì)、建造和發(fā)射載人航天器,即兩座位的太空艙,使用GSLV運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)載人飛行,在2015年將2名印度航天員送入太空。在執(zhí)行載人航天任務(wù)前,印度將使用GSLV運(yùn)載火箭進(jìn)行三次無(wú)人飛行試驗(yàn),驗(yàn)證其載人航天技術(shù)。此外印度還正在實(shí)施首個(gè)月球探測(cè)任務(wù)“月球初航”計(jì)劃,預(yù)計(jì)在2011年左右執(zhí)行月球軟著陸任務(wù),同時(shí)還計(jì)劃發(fā)展重型運(yùn)載火箭使其月球軌道運(yùn)載能力達(dá)到20t,在2020年前實(shí)現(xiàn)印度載人登月的夢(mèng)想。展路線(xiàn)圖及地面探測(cè)從美國(guó)、俄羅斯、歐洲、日本、印度等國(guó)宣布的載人航天發(fā)展規(guī)劃中,可以看出清晰的載人航天發(fā)展路線(xiàn)圖,即通過(guò)研制新型載人飛船和運(yùn)載火箭等星際航行運(yùn)輸工具,逐步實(shí)現(xiàn)低地球軌道向星際軌道的載人空間探索,其發(fā)展路線(xiàn)是:低地球軌道載人飛行或國(guó)際空間站→載人登月及建立月球基地→載人火星探測(cè)。總結(jié)21世紀(jì)國(guó)外載人航天活動(dòng)的發(fā)展規(guī)劃,具體體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì):(1)繼續(xù)建設(shè)國(guó)際空間站(2)正在開(kāi)發(fā)出下一代運(yùn)輸工具和載人宇宙飛船(3)載人的航空航天熱點(diǎn)是滿(mǎn)月和木星(4)太空旅行吸引了更多的乘客(5)國(guó)際合作仍是趨勢(shì)思考人類(lèi)的憲法與人類(lèi)的未來(lái)發(fā)展方案發(fā)展載人航天技術(shù)必須解決大推力運(yùn)載火箭和高可靠載人航天器等基本的天地往返運(yùn)輸工具問(wèn)題,從各國(guó)新研發(fā)的運(yùn)載火箭和載人飛船技術(shù)方案中,可以看出以下幾點(diǎn)發(fā)展動(dòng)向:(1)飛行式的三艙式結(jié)構(gòu)美國(guó)從20世紀(jì)50年代末開(kāi)始發(fā)展載人航天,至今已有40多年的歷史,其中航天飛機(jī)是阿波羅登月計(jì)劃后的主力運(yùn)輸工具,但是航天飛機(jī)技術(shù)復(fù)雜、安全可靠性低,由于各種原因沒(méi)能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求,特別是沒(méi)能大幅度地降低載人航天的費(fèi)用。此外受挑戰(zhàn)者號(hào)和哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)失事陰影的影響,美國(guó)在新一代載人航天器CEV的方案論證中,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)載人航天器的可靠性和安全性設(shè)計(jì),采用人貨分運(yùn)方案,拋棄了帶機(jī)翼的航天飛機(jī)式外形,而重新采用類(lèi)似“聯(lián)盟號(hào)”飛船的三艙式結(jié)構(gòu),包括乘員艙、任務(wù)艙和推進(jìn)艙。其中乘員艙采用有翼體外形,可乘坐4～6名航天員,單獨(dú)發(fā)射;任務(wù)艙和推進(jìn)艙在一起發(fā)射。兩者在軌道上交會(huì)對(duì)接,組成總長(zhǎng)近21m的飛行器,總質(zhì)量約40t。乘員艙前部設(shè)置救生艙,隨時(shí)都可點(diǎn)火逃逸。CEV不像航天飛機(jī)那樣滑翔再入,而是利用降落傘和氣囊著陸或水面濺落。俄羅斯擁有當(dāng)前世界上安全性、可靠性最高的載人航天器——聯(lián)盟TMA號(hào)飛船,目前正在進(jìn)行電氣系統(tǒng)的升級(jí)換代。與此同時(shí)俄羅斯研制的“快船號(hào)”可重復(fù)使用飛船延續(xù)了人貨分運(yùn)的原則,分為再入艙、推進(jìn)和應(yīng)用艙。在快船號(hào)飛船的設(shè)計(jì)中由升力體式和有翼體式兩種外形,目前這兩種外形的快船號(hào)載人飛船并行開(kāi)展研制,它們將最終取代聯(lián)盟號(hào)飛船。快船號(hào)是一種多次使用的載人航天器,能運(yùn)載6名航天員和500kg有效載荷,還能用于星際航行。與“快船號(hào)”載人飛船同時(shí)開(kāi)展研制的還有“渡船號(hào)”空間貨運(yùn)拖船,它是一種可重復(fù)使用的軌道間拖船,先發(fā)射進(jìn)入200km高的近地軌道,然后再將其他多個(gè)有效載荷集裝箱發(fā)射入軌,并同“渡船號(hào)”拖船對(duì)接,最后由拖船運(yùn)送它們到空間站或其他軌道飛行器?？齑?hào)和渡船號(hào)將分別取代目前正在使用的聯(lián)盟號(hào)載人飛船和進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船?？齑?hào)與渡船號(hào)相結(jié)合的可重復(fù)使用飛船系統(tǒng),將是俄羅斯載人探索月球及火星任務(wù)的主力空間運(yùn)輸工具。(2)阿瑞斯5系列健康可重復(fù)使用大型陸水車(chē)基因資源美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)在“星座計(jì)劃”下正在研制的阿瑞斯(ARES)系列運(yùn)載火箭,采用載人和運(yùn)貨分開(kāi)的設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì)了阿瑞斯1載人運(yùn)載火箭和阿瑞斯5貨運(yùn)運(yùn)載火箭。阿瑞斯1將用于運(yùn)送獵戶(hù)座CEV到達(dá)近地軌道,還具有向空間運(yùn)輸25t有效載荷的能力,可以為國(guó)際空間站運(yùn)送補(bǔ)給,或?yàn)檎仍虑蛏系挠詈絾T進(jìn)行在軌有效載荷的投放;阿瑞斯5是美國(guó)下一代重型運(yùn)載火箭,其起飛質(zhì)量約3363t,近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到124.6t,環(huán)月軌道運(yùn)載能力達(dá)到54.6t,它將作為NASA未來(lái)主要的空間運(yùn)輸工具,為月球基地的建立以及人類(lèi)在地球軌道外生存運(yùn)送物資。阿瑞斯系列運(yùn)載火箭充分借鑒了美國(guó)航天和土星5號(hào)重型運(yùn)載火箭的成熟技術(shù)和產(chǎn)品,注重系統(tǒng)全生命周期的成本和風(fēng)險(xiǎn)控制。其中阿瑞斯1一子級(jí)直接借鑒了航天飛機(jī)的五段式可重復(fù)使用固體火箭助推器(SRB),二子級(jí)采用一臺(tái)土星5號(hào)重型運(yùn)載火箭的J-2X型液氧/液氫發(fā)動(dòng)機(jī),在頭部加裝逃逸救生系統(tǒng)。阿瑞斯5的芯一級(jí)和固體助推器都采用了航天飛機(jī)的五段式可重復(fù)使用固體火箭助推器(SRB),芯級(jí)主發(fā)動(dòng)機(jī)采用5臺(tái)德?tīng)査?的芯級(jí)RS-68液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī);上面級(jí)采用一臺(tái)土星5號(hào)重型運(yùn)載火箭J-2X主發(fā)動(dòng)機(jī)。由于阿瑞斯系列火箭設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔,充分借鑒成熟的技術(shù)和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的產(chǎn)品,以及人貨分開(kāi)運(yùn)輸?shù)暮?jiǎn)單任務(wù),才使整個(gè)運(yùn)載系統(tǒng)具有高可靠性。(3)組合接力式邊際運(yùn)輸方案在核推進(jìn)、反物質(zhì)推進(jìn)等先進(jìn)推進(jìn)技術(shù)尚未得到實(shí)質(zhì)性突破的今天,長(zhǎng)距離的星際運(yùn)輸主要還是依賴(lài)化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng),由于受到比沖的限制,運(yùn)載器的規(guī)模將大大增加,這就不得不研制土星5號(hào)及阿瑞斯5這樣的重型運(yùn)載火箭。即便進(jìn)一步加大運(yùn)載火箭的地面起飛質(zhì)量規(guī)模,在開(kāi)展載人登月及載人登火任務(wù)時(shí),也難以一次性將有效載荷送入環(huán)月或環(huán)火軌道,因此發(fā)展組合接力式星際運(yùn)輸系統(tǒng)將成為長(zhǎng)距離星際運(yùn)輸?shù)闹匾夹g(shù)途徑。波音公司提出的CEV組合式星際運(yùn)輸方案,通過(guò)設(shè)計(jì)發(fā)射逃逸系統(tǒng)、乘員控制艙、資源艙、重型運(yùn)載火箭、月球推進(jìn)系統(tǒng)、自動(dòng)貨運(yùn)飛船、乘員居住艙等7種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件,先由運(yùn)載火箭發(fā)射某些結(jié)構(gòu)件至近地軌道,然后在軌進(jìn)行對(duì)接組裝成星際飛船,飛往火星或者其他行星。其中在軌對(duì)接組裝技術(shù)、在軌燃料加注技術(shù)等都是發(fā)展星際載人航天技術(shù)的關(guān)鍵。(4)重視式體驗(yàn)的探測(cè)計(jì)劃鑒于載人星際探測(cè)任務(wù)的復(fù)雜性、規(guī)模較大、周期長(zhǎng)、投資多的特點(diǎn)以及各國(guó)充分重視先期演示驗(yàn)證技術(shù),將無(wú)人深空探測(cè)和空間機(jī)器人技術(shù)做為近期研發(fā)的重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)。例如美國(guó)除了“星座系統(tǒng)”工程外,在重返月球計(jì)劃中將無(wú)人探測(cè)與載人探測(cè)緊密結(jié)合起來(lái),其中的一個(gè)項(xiàng)目是研制“月球勘測(cè)軌道飛行器(LRO)”,計(jì)劃2008年由德?tīng)査?2型運(yùn)載火箭發(fā)射,它的任務(wù)是首先收集大量有關(guān)月球土壤成分的數(shù)據(jù),并繪制詳細(xì)的資源分布圖,以便確定人類(lèi)宇航員的合適登陸地點(diǎn);另一個(gè)項(xiàng)目是研制月球車(chē)或月球機(jī)器人,要求無(wú)人探測(cè)中的月球車(chē)或機(jī)器人不僅能與人類(lèi)一起在月球上工作,而且在人類(lèi)登陸月球之前,他們還能先期登陸月球搜集數(shù)據(jù)為人類(lèi)登月做準(zhǔn)備,并建立適合人類(lèi)居住的月球基地。NASA要求所有的月球機(jī)器人必須是全自動(dòng)化操作,不允許有任何宇航員或遠(yuǎn)程控制者操作?；鶎咏M織目標(biāo)近幾年,中國(guó)的載人航天和深空探測(cè)活動(dòng)都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展并取得了舉世矚目的成績(jī)。按照中國(guó)載人航天發(fā)展戰(zhàn)略,在成功發(fā)射無(wú)人飛船,載人飛船將宇航員安全送上太空并平安返回后,第二步將建造短期有人照料的太空實(shí)驗(yàn)室;第三步將建造更大的長(zhǎng)期有人工作的空間站;與此同時(shí)“嫦娥探月”工程也在按照“繞、落、回”的小三步計(jì)劃順利開(kāi)展,大三步目標(biāo)是“探、登、駐”。在神舟七號(hào)飛船宇航員出艙活動(dòng)成功后,中國(guó)人欲實(shí)現(xiàn)載人登月夢(mèng)想的呼聲也越來(lái)越高。(1)從頂層設(shè)計(jì)戰(zhàn)略目標(biāo),實(shí)現(xiàn)巖炮和航天活動(dòng)的互聯(lián)中國(guó)載人航天事業(yè)剛剛起步,與美、俄相比并不在同一起跑線(xiàn)上,雖然中國(guó)已經(jīng)明確了載人航天和深空探測(cè)各自的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo),但是對(duì)于載人登月任務(wù)必須統(tǒng)籌規(guī)劃,從頂層制定戰(zhàn)略目標(biāo),逐步實(shí)現(xiàn)中國(guó)人的載人登月夢(mèng)想。(2)行人東南角計(jì)劃新一代運(yùn)載火箭雖然已經(jīng)立項(xiàng)開(kāi)展研制,但是其近地軌道運(yùn)載能力僅20t,尚無(wú)法支持中國(guó)的載人登月計(jì)劃。那么下一步是研制重型運(yùn)載火箭直接將登月艙發(fā)射至環(huán)月軌道,還是利用新一代運(yùn)載火箭將登月艙段分別發(fā)射入軌,在近地軌道組裝后再奔向月球呢?無(wú)論是哪種方案涉及的基礎(chǔ)技術(shù)和基礎(chǔ)理論都較多,投資的規(guī)模