航天三大技术难题

载人航天是集国家政治、军事、科技实力为一体的高难度系统工程。要真正把人送入太空乃至使人长时期在太空生活，必须要突破三大技术难题。第一个难题是，研制出推力足够大，可靠性极端好的运载工具。前苏联发射东方号、上升号、联盟号等载人飞船的运载火箭都是运载能力5吨以上，而且在发射中极少发生事故的优秀运载工具。为了确保发射时万无一失，运载火箭及飞船的关键部件必须是双备份或三备份，火箭、飞船在上天前，必须经过一系列极严格的地面测试和模拟飞行，直到没有一丝隐患才能放行上天。据记载，苏/俄近百次发射载人飞船，运载火箭出现问题宇航员使用逃逸塔救生设备的仅1次。美国航天飞机的近百次飞行，也只有挑战者号爆炸一次灾难性事故。难怪有专家说，由于对可靠性的重视，实际上，与航海、航空及陆上各种交通运输工具比较，航天器的活动有着最好的安全记录。第二个难题是，获得空间环境对人体影响的足够信息，了解人体所能承受的极限条件并找到防护措施。空间环境与陆地环境有着天壤之别。太空中高度真空，没有氧气没有水，如果没有任何保护，人体暴露在这样的环境里，不消一分钟，就会由于身体内外的巨大压差而爆炸，体液会迅速沸腾汽化。太空中温差极大，由于没有空气对流，航天器朝阳面温度可达ioo°c以上，而背阴面则会在一100C以下，在远离地球的深空中，温度则达到人体根本无法耐受的一273C。太空中还充满了有害的宇宙辐射。另外太空失重环境，特别是飞船上升、返回阶段的加速度和减速度会使人体发生平衡功能紊乱、体内组织位移、肌肉萎缩、骨质脱钙等病变。要在这种环境里保证人的生存，就必须研制出密封的防辐射飞船，飞船中要配备能供人正常生活的空气、水、温度等基本生命保障条件。同时还要为宇航员装备上宇航服，一旦宇航员要走出飞船座舱到太空中工作，所有的生命保障系统便全由宇航服提供。在近四十年的载人航天实践中，苏/俄研制出了东方号、上升号、联盟号三代载人飞船，美国也成功使用了水星号、双子星座号和阿波罗号三代载人飞船以及航天飞机。第三个难题是，可靠的救生技术及安全返回技术。载人航天与不载人航天最大的区别就在于救生技术的应用和安全返回的绝对可靠。载人航天的救生装置有弹射座椅、逃逸塔、分离座舱和载人机动装置等。它们在飞行的不同高度发挥各自的作用。一般来说，飞行高度在10公里左右时，宇航员可以采用弹射座椅的方式弹出发生危险的航天器，跳伞救生。也可以启动逃逸塔，让逃逸塔拉着飞船甩掉出毛病的火箭另行降落救生。如果火箭高空发生问题，宇航员跳伞不行了，逃逸塔已按飞行程序抛掉了，则只有采取分离飞船座舱的办法，让飞船座舱自己返回救生。飞船入轨后，一旦自身遭到损坏或宇航员生病，需营救时，那么只有暂时采用船上救生装置等待地面发射飞船救生的办法。飞船的安全返回也不容易，它需要启动反推火箭减速、调姿、进入返回轨道等技术，还要闯过三道“鬼门关”：一是过载关，飞船高速进入稠密大气层时会产生巨大的冲击过载，就像飞机撞山一般；二是火焰关，飞船返回与空气的剧烈摩擦会产生几千度的高温，没有防护，钢筋铁骨也会化为灰烬；三是撞击关，飞船降落尽管有降落伞，但它的降落速度仍达每秒14米，不采取措施，就是壮汉也会被摔死。此外，落点的精度也是大问题，前苏联的一艘飞船返回时出现落点偏差，结果营救人员找不到宇航员，而宇航员却被困在冰天雪地的森林里差点冻死。1961年4月12日，身着90公斤重的太空服，原苏联首位宇航员尤里•阿列克谢耶维奇•加加林YuryAlekseyevichGagarin乘坐重达4.75吨的"东方”号宇宙飞船进入太空，成为世界上第一个进入宇宙空间和从宇宙中看到地球全貌的人。加加林1934年3月9日出生于原苏联斯摩棱斯克州格扎茨克区的一个农民家庭。1951年，他以优异成绩毕业于柳别尔齐职业中学，成为受训冶金工人并继续在萨拉托夫工业技术学校学习，业余时间学习飞行。1955年以优异成绩从工业技术学校毕业后，开始在奥伦堡航空军事学校学习飞行，1957年参加原苏联军队，并成为原苏联北方舰队航空军团的一名歼击机飞行员。1959年10月，原苏联首位宇航员的选拔工作在全国展开。加加林从3400多名35岁以下的空军飞行员中脱颖而出，成为20名入选者中的一员，并于1960年3月开始在原苏联宇航员训练中心接受培训。在训练中，加加林凭借其坚定的信念、优秀的体质、乐观主义精神和过人的机智成为原苏联第一名宇航员。“东方”号宇宙飞船于1961年4月12日莫斯科时间上午9时零7分发射，在最大高度为301公里的轨道上绕地球一周，历时1小时48分钟，于上午10时55分降落在原苏联境内。这次飞行之后，世界各国报纸立即对此进行了报道，使加加林的名字在全球家喻户晓。加加林也因此荣获列宁勋章并被授予“苏联英雄”和“苏联宇航员”称号。在这次历史性的飞行之后，加加林曾多次出国，访问过27个国家，22个城市授予他荣誉市民称号。首次太空飞行之后，加加林积极参加训练其他宇航员的工作，1961年5月成为宇航员队长，1963年12月荣升为宇航员训练中心副主任。在训练其他宇航员的同时，他自己并没有放弃训练，梦想着能够再次进入太空。1967年4月，他完成了“联盟”号飞船首次飞行的培训准备工作，成为宇航员科马罗夫的替补。他在进行宇航训练之余，并未放弃驾驶歼击机，还专门进入茹科夫斯基航空军事学院继续学习飞行，并于1968年毕业。1968年3月27日，他和飞行教练员谢廖金在一次例行训练飞行中，因一架双座喷气式飞机坠毁而罹难。加加林死后，其骨灰被安葬在克里姆林宫墙壁龛里，他的故乡格扎茨克被命名为加加林城，他训练所在的宇航员训练中心也以他的名字命名。为纪念加加林首次进入太空的壮举，俄罗斯把每年的4月12日定为宇航节，在这一天举行隆重的纪念活动，缅怀这位英雄人物。阿波罗载人登月工程是美国国家航空和航天局于20世纪60年代至70年代初组织实施的载人登月工程，或称“阿波罗”计划。它是世界航天史上具有划时代意义的一项成就。工程开始于1961年5月，至1972年12月第6次登月成功结束，历时约11年，耗资255亿美元。在工程高峰时期，参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过30万人。阿波罗计划采用月球轨道交会法，用强大的土星V号运载火箭把50吨重的航天器送入月球轨道。航天器本身装有较小的火箭发动机，当它接近月球时，能使航天器减速进入绕月轨道。而且，航天器的一部分——装有火箭发动机的登月舱能脱离航天器，载着航天员登上月球，并返回绕月轨道与阿波罗航天器结合。第一次载人阿波罗飞行，由于发生了悲惨的事故而推迟，因为在一次发射演习时，航天器突然着火，3名航天员死亡。在几次不载人的地球轨道飞行之后，于1968年10月11日阿波罗7号载着3名航天员绕地球飞行了163圈。阿波罗8号迈出了载人月球探测的第一步，它从绕地球轨道进入绕月球轨道，在完成绕月飞行后安全返回地球。阿波罗9号在绕地球轨道上进行了长时间的飞行，对登月舱进行检验。阿波罗10号则飞入绕月球轨道，然后登月舱下降到离月面15公里以内，以检验其性能。1969年7月阿波罗11号在月球着陆，使逐步推进的阿波罗登月计划达到高潮，N•阿姆斯特朗成为人类第一次踏上月球的航天员。1970年4月发射的阿波罗13号，因氧气瓶爆炸发生事故，但仍然安全地回到了地球。其余的阿波罗飞行对月面进行了广泛的考察，搜集了大量的月球岩石标本，并把许多仪器安装在月球上进行科学研究，如太阳风实验和月震测量等。阿波罗计划的最后一次飞行——阿波罗17号是在1972年12月进行的。2003年10月15日，一个令所有中华儿女骄傲的日子。上午9时整，我国自行研制的“神舟”五号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，载着中国航天第一人杨利伟进入预定轨道，就在那一刻，浩瀚太空迎来了第一位中国人！中国航天第一人杨利伟从此，太空俱乐部将写下中国人的名字，中国继前苏联、美国之后，成为太空俱乐部的第三位成员，杨利伟也成为举国景仰的民族英雄。那么，太空俱乐部中进入太空并进行地球轨道飞行的前两位“第一”都是谁呢？他们和杨利伟一样，都是自己祖国的民族英雄，他们是前苏联的尤里•加加林和美国的约翰•格伦。•年龄杨利伟1965年6月出生，今年38岁；格伦出生于1921年7月18日，当年“飞天”已年逾不惑（41岁），1998年他以77岁高龄结束参议员生涯之际，又重温旧梦再一次登上了“发现号”航天飞机，成为进入太空年龄最大的人；加加林出生于1934年3月，1961年完成人类第一次太空创举时年仅27岁，只可惜他34岁就在一次飞行训练中以身殉职了。第一个太空人加加林•身高体重杨利伟身高1.68米，体重约65公斤；加加林身高不到1.75米，体重约70公斤；•教育程度杨利伟大学文化，毕业于空军第八飞行学院。格伦大学文化，毕业于马斯金海姆学院。在三位“第一飞人”中，格伦的“副业”最多，1964年退役后，他进入皇冠可乐公司并步入政界，先后于1974年、1980年和1986年当选家乡俄亥俄州的参议员。如今八旬的他还在俄亥俄州立大学以及位于他家乡俄亥俄州新康科德城的母校马斯金姆格学院授课。加加林，技工学校毕业，成为太空第一人后，又进入茹克夫斯基航空工程学院学习，并出色地答辩了毕业设计，学院还推荐他到高等军事学院研究生院当函授生。•太空第一语杨利伟：“感觉良好。”格伦：“地球引力为零，我感觉良好。”格伦77岁再次进入太空时也是用这句话来表达自己的喜悦心情，只字未差。加加林：“我飞啦！”•壮举时刻杨利伟：2003年10月15日上午9时整，预计将于16日晨6时左右返回地面。格伦：1962年2月20日凌晨，在太空旅行4小时55分钟。加加林：1961年4月12日上午9时07分，在太空待了108分钟后安全返回地面。•飞人座驾杨利伟：“神舟”五号格伦：“水星6号”加加林：“东方1号”•飞人声音杨利伟：“总指挥同志，我奉命执行中国首次载人航天飞行任务，准备完毕，待命出征，请指示。中国人民解放军航天员大队航天员杨利伟。”格伦:“我认为怎么活，比活多久更重要。”格伦：每次执行危险飞行任务时，格伦都会在与妻子告别时递给她一包口香糖，并充满柔情地说：“嚼嚼口香糖吧。”加加林：“当我乘坐太空船在地球轨道上运行时，我为地球的美丽而惊奇。地球上的人们，让我们保护并增加她的美丽，而不是去破坏她！”加加林：1961年，他执行任务之前，亲人们都一无所知。有一段经典的对话：加加林：“妈妈，我要出差去。”母亲问：“儿子，远吗？”“是啊，远，妈妈。”“那有多远？”“这个嘛，远极啦。”•经典镜头：杨利伟：进入“神舟”五号前的坚毅目光格伦：精神矍铄的最年长太空人加加林：迷人微笑•英雄的亲人杨利伟：1990年与张玉梅结婚，育有一子。格伦：1943年与安妮结婚，育有一女一子。加加林：1957年迎娶瓦莲京娜，育有2个女孩。加加林遇难时，妻子33岁，两个孩子大的9岁，小的7岁。•英雄性格杨利伟、格伦和加加林之所以能代表各自的祖国人民飞向太空，除了拥有优秀的身体素质外，更重要的原因是他们皆具备航天员的优秀性格特征：坚定的爱国精神、对飞行成功的坚定信念、乐观主义精神、天生的勇敢、善于分析的头脑、随机应变的能力、沉着镇静的态度、纯朴谦逊的作风等等，而这些性格光芒，就是英雄本色。载人航天大大扩展了人类的活动范围，是进一步大规模开发、利用空间资源的重要手段，对国家的政治、经济和科技等方面的发展都有重要的战略意义。原苏联宇航员加加林1961年首次进入太空，美国“阿波罗”飞船1969年成功登月，这两个轰动世界的壮举发掘和吸引了数以十万计的精英人才，促进了天文学、高能物理、材料学、自动控制、信息、制造工艺学等科学技术门类的发展，催生了航天器结构力学、航天动力学、空间电子学、航天医学等新学科，形成了大批高科技工业群体，丰富了人类对近地空间和月球的认识，产生了显著的社会和经济效益。航天飞机、空间站的出现，使人类得以利用微重力、超低温、强太阳辐射、真空等太空中的独特条件开展多项研究。在空间站内，宇航员已制作出了杂质少、表面缺陷小、质地精良的半导体、金属材料、玻璃、陶瓷和光学元件；在生物材料加工方面，已可以在空间生产抗血栓制剂——尿激酶、纯度比地面高100倍的抗流感制剂和抗病毒干扰素、可治疗糖尿病的胰腺。一细胞和用于治疗烧伤的表皮生长素等30多种质量、疗效较高的药物，航天员还可设法使蛋白质分子按预定的立体结构排列起来，形成纯度比地面高10倍、性能超群的蛋白质品体，促进新药开发、疾病研究和防治；载人航天器搭载的农作物种子在宇宙射线的作用下，其遗传基因会发生变化，有可能诞生高产、营养成分增加或抗病毒的作物新品种。由于载人航天器相对于地球位置高远，因此航天员可以全面探测与地面生活密切相关的地球磁场、大气臭氧层和电离层，寻找石油、矿藏和地下水源，观察农作物的长势、森林火灾和积雪覆盖面的变化，尝试预报地震等难以预料的自然灾害。载人航天技术的发展还催生了一系列民用产品，比如载人航天中采用的机器人能够在地面协助医生做手术，利用双向遥测技术能制造出可被监测、调控的心脏起搏器，航天飞机上使用的水处理系