谁主沉浮 国际载人航天竞技

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以下是本期杂志副刊科技栏目文章，以飨读者。

太空离我们有多远（二）

中国目前能够独立开展载人航天工程，而苏联和美国在上世纪就已经开展载人航天工程，并各自独立完成了空间站的建设。现如今，除了中国的天宫系列空间实验室，全球唯一正在进行的载人航天工程，全部集中在一座多国合作的“国际空间站”（International Space Station, ISS）上运行。

国际载人航天

国际空间站项目开始于上世纪的90年代，以美国、俄罗斯为首，包括加拿大、日本、巴西、欧空局等共16个国家及组织参与研制。当时中国希望参与国际空间站计划却遭到美国的反对，因为美国认为太空空间站技术有军事用途，拒绝中国成为国际空间站的启动方。

国际空间站计划的前身是美国国家航空航天局（NASA）制定的自由空间站计划，这个计划是上世纪80年代美国战略防御计划的一个组成部分。1993年时任美国总统的克林顿（William Clinton）正式结束自由空间站计划，NASA开始与俄罗斯联邦航天局接触，商谈合作建立空间站的构想。最终国际空间站于1993年完成设计开始实施。

对比国际空间站的建设过程，可以明显看出中国空间站的建设目前仍处于准备阶段。同时，天宫系列空间站的建设是中国首次进行的空间站建设工程，与苏联/俄罗斯和美国相比，所作的准备工作和经验积累都相对较少。

苏联于1971年建立了人类历史上第一个空间站“礼炮一号”，在后续15年里，礼炮空间站从一号发展到七号，分为民用型和军用型两种，其中礼炮六号，从1977年至1981年承接了16名乘员先后进入太空工作，包括5位长期停留，11位短期停留。1986年开始，又建造了“和平”号空间站，并在接下来的10年间陆续追加了众多功能模块，一直被运用到2000年，先后有28名宇航员常驻工作。而美国则在1973年至1974年自行建造了“天空实验室”空间站，之后在和平号空间站上与俄罗斯一起开展工作，直到国际空间站项目成立并实施。

与成熟的俄罗斯及美国载人航天工程相比，中国目前进行的天宫系列空间站建设，无论在规模还是经验上，都存在着不小的差距。然而，由于时代的发展，整体经济科技实力的不断进步，中国载人航天工程的发展速度远超同期的俄罗斯和美国，到目前为止，所有载人飞行器的发射、回收，实验舱的对接及控制等试验项目，都保持着100%的成功率，这是俄罗斯和美国载人航天历史上没有做到的。按照这样的发展效率和成功率，中国载人航天技术水平赶超美国、欧洲等先进国家和地区都将只是时间问题。

中国载人航天的目标与挑战

2016年10月17日发射的神舟十一号飞船的宇航员中期太空停留和计划2017年4月发射的天舟一号货运飞船的推进剂补给两项工作若均能顺利按时完成，中国载人航天将正式迈向建立空间站的第三步计划。

中国工程院院士、原神舟号飞船总设计师戚发轫透露，在中国的载人航天“三步走”计划中，最终要建设的是一个基本型空间站，它的规模并不会超过国际空间站。基本型空间站大致包括一个核心舱、一架货运飞船、一架载人飞船和两个用于实验等功能的其他舱，总重量在100吨以下。其中的核心舱需长期有人驻守，能与各种实验舱、载人飞船和货运飞船对接。而只有具备20吨以上运载能力的火箭，才有能力发射核心舱。

脚踏实地，远眺未来。戚发轫的话道出中国载人航天的发展实情。虽然中国载人航天技术高速发展，但不能忽视和跳过一些技术和时间、经验的积累，刚开始就建造大型的空间站。美国、俄罗斯等国家在建设目前的国际空间站之前，都有着十几年的技术和经验储备，而中国在自行建设空间站过程中，如果没有相关的经验、避开一些问题，则需要付出更多的时间。

另一方面，目前社会各界广泛报导并给予高度赞誉的神舟系列、天宫系列飞船展现了中国航天器的先进水平，但将这些航天器从地球表面运送到太空中的火箭鲜有人关注，而这是一个非常关键的核心基础。

没有火箭的运输，神舟、天宫或者天舟飞船无法自行飞到太空中去。与美国和俄罗斯的火箭技术能力相比，中国火箭目前的发展水平仍处于相对较低的阶段。中国目前使用的运载火箭，也就是运送神舟和天宫系列飞船的长征二号系列F改型火箭，仅能够实现将8.8吨的载荷运送到近地轨道。这一重量直接限制了神舟、天宫系列飞船的设计和配重，很可能就是因此天宫二号选择在天宫一号基础上进行改装，而没有另外制造新的更大的。

但是有个较好的消息是，2016年6月成功发射的长征七号运载火箭，其运载能力将达到近地轨道14吨，它将承担明年天舟一号货运飞船的发射任务。这个运载重量为未来建造空间站提供了较为有力的支持。另外，目前仍然在研的长征五号运载火箭，近地轨道运载能力设计为23吨，如果长征五号火箭能够顺利完成发射检验，它将会为中国的空间站建设提供相对有力的保障。

这一次发射的天宫二号重量为8.6吨，对比于目前正在运行的国际空间站，其“曙光”号工作舱的重量为24.2吨，而其中的“团结”号节点舱重量也达到了11.6吨，差距显而易见。美国1967年就已经制造出世界上最大的运载火箭“土星五号”。它的近地轨道的有效载荷高达139吨，飞往月球轨道的有效载荷为47吨。从1967年到1973年共发射13次，其中6次将阿波罗载人飞船送上月球。而俄罗斯的“能源”号运载火箭，也能够将100吨的有效载荷运送到近地轨道。

除了最大有效载荷的差距，在发射回收技术方面，中国也落后于美国等先进国家。目前，除了美国官方的国家航天局，美国私人公司已经能够独立完成火箭设计、制造和发射任务。美国民营太空探索技术公司（SpaceX）研制的“猎鹰9号”中型运载火箭，运载能力与“长征7号”的13吨左右相近，却是可回收式运载火箭，即发射后可以垂直落回到发射基地，通过检修和燃料填充后就可以进行下一次发射。“猎鹰9号”于2010年6月4日完成首次发射，于2015年12月21日完成首次回收，后在2016年7月18日，又完成一次发射并成功回收。

“猎鹰9号”的回收技术，中国目前仍在研制中，还没有实际发射和回收经验。而SpaceX同时还在研究于2016年试飞重型猎鹰运载可回收式火箭，使近地轨道运载能力达到22吨，并成为未来运送货物、人员到达月球、小行星甚至火星的可重复运载火箭。就在刚刚过去的9月27日，SpaceX的CEO埃隆?马斯克（Elon Musk）公布公司发展计划，称未来如果一切顺利，将能够在10年后以每人10万美元的成本运送人类去火星。

以一家私营企业之力，几乎取得了中国举国研究之成果，中美之间的火箭研究差距还是相当明显的。当然，其他国家与美国的差距也很明显。首先是人才储备、资金支持，目前在中国很难找到真正愿意投资进入这项领域的私营企业家，以及能否找到足够多的相关专家来钻研这个项目。其次是工业制造水平，特别是发动机技术以及相关材料技术。最后是航天飞机，目前仍只有美国掌握生产技术和使用经验。

虽然美国航天飞机目前都已退役，但私人公司在研项目仍然在持续进行中。美国商业航天内华达山脉公司（SNC）的“追梦者”迷你航天飞机将在2016年11月进行试飞。据目前信息，“追梦者”长9米、直径7米、总重为11吨，约是以往航天飞机的1/3，最多可以搭载7名乘员。它采用大量最先进的复合材料，动力系统部分采用无毒、易存储的新燃料。另一家美国公司—逃逸动力公司（Escape Dynamics）正在研发不需要化学燃料的更新一代航天飞机。他们利用微波加热氦气、氢气等气体，通过喷射气体获得动力。

中国若想在此领域有所突破，不仅航天发动机技术，包括工业设计、加工、材料以及能源、电子技术等均需要实现质的突破。尽管未来的中国空间站在规模和技术设备上未必能够达到国际空间站的水平，但鉴于国际空间站计划将于2020年左右退役，届时中国空间站可能成为全球唯一的空间工作站。另外中国的“十三五”科技发展规划中，已经明确将新材料、新能源、电子信息技术等列为重点发展领域，所以在未来中国空间站建成时，相关领域或已取得突破，并领先世界。

【相关链接】

《太空离我们有多远（一）》