“三步走”+“齐步走”:中国航天闯出自强路

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中国空间站核心舱模型亮相珠海航展。  新华社发

五月五日,为我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭在海南文昌首飞成功,正式拉开我国载人航天工程“第三步”任务序幕。  新华社发

在全球航天爱好者注目中,九天之上实现了一项新突破:北京时间5月7日,在太空中高速运行的新一代载人飞船试验船上,一台“3D打印机”自主完成了连续纤维增强复合材料的样件打印,并验证了微重力环境下复合材料3D打印的科学实验目标。这意味着中国首次太空3D打印实验,也即国际首次太空连续纤维增强复合材料3D打印实验取得圆满成功。

熟悉中国载人航天发展历程的朋友知道,此项新突破是中国“太空制造”的一大步,但只是中国载人航天漫漫征程中的一小步。长征五号B火箭刚刚完成首飞,成功把新一代载人飞船试验船送入预定轨道,不仅验证了该火箭是名副其实中国航天“大力士之最”,而且通过试验,验证新飞船再入返回控制、防热以及回收等一系列技术,正式拉开了中国载人航天工程“第三步”任务的序幕。根据计划,今年迈入“第三步”的还有中国嫦娥工程,由长征五号运载火箭担纲,实施嫦娥五号月球取样返回任务。此外,本月计划发射北斗三号最后一颗组网卫星,北斗导航系统建设“第三步”即将迎来收官战。

对于中国航天来说,2020年注定是个不平凡的年份,多项按照“三步走”发展战略实施的航天旗舰工程“齐步”挺进,形成世界航天发展史上的壮观景象。

人类的太空之家

“三步走”+“齐步走”:中国航天创出自强路

对长征五号B火箭成功首飞的重要意义,人们听到最多的恐怕就是“正式拉开了中国载人航天工程‘第三步’任务的序幕”。要准确、深刻理解这句话的含义,必须熟悉中国载人航天工程“三步走”发展战略。

1992年1月,中国载人航天工程被正式批准,被命名为“921工程”。这是中国航天史上迄今为止规模最大、系统最复杂、技术难度最高的工程。该工程由7个分系统组成,包括航天员系统、飞船应用系统、载人航天飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控系统、着陆场系统。其中,载人航天飞船系统是核心。

1992年9月,中国载人航天工程“三步走”发展战略被批准实施。根据该战略,第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用实验;第二步,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;第三步,建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。志在九天之上,但是脚踏实地,一步一个脚印,步步为营,中国航天人由此开始了艰苦跋涉的历程,到今年已经默默奋斗了28个春秋,创出了中国载人航天事业发展的一片新天地。

1999年11月,神舟一号成功发射,飞船返回舱之后在预定区域成功着陆。在此后3年间,神舟二号、三号、四号接连升空,验证了陆海基航天测控网,进行了微重力环境下的空间生命科学、空间材料等实验。

2003年秋,神舟五号飞船载着中国第一位太空人杨利伟飞上太空,让中国成为继苏、美后,第三个将人类送上太空的国家。2005年10月,神舟六号搭载两名航天员首次成功进行多人多天太空飞行试验,标志着中国载人航天工程“三步走”发展战略“第一步”收官。

2008年9月,神舟七号飞天圆满成功,中国掌握了航天员空间出舱活动关键技术,开启了“三步走”发展战略“第二步”征程。2011年11月、2012年6月,神舟八号、神舟九号先后飞天,分别完成了与天宫一号目标飞行器进行无人空间交会对接和载人空间交会对接,中国由此突破和掌握了自动和手动控制交会对接技术。2013年6月,神舟十号升空实现与天宫一号对接并对其进行短暂的有人照管试验。2016年九、十月间,中国首个真正意义上的空间实验室天宫二号和神舟十一号接连发射升空,之后结成组合体进行了长达30天的载人飞行,中国由此突破了航天员中期在轨驻留技术。2017年实施的天舟一号任务使中国掌握了推进剂在轨补加技术。至此,中国载人航天工程“三步走”发展战略“第二步”宣告完成。

长征五号B近日首飞成功,验证了火箭总体方案、各分系统方案的正确性、协调性,突破了大尺寸整流罩分离技术、大直径舱箭连接分离技术、大推力直接入轨偏差精确控制技术等一批新技术,为后续空间站核心舱、实验舱发射奠定了坚实基础。

东方的探月传奇

与载人航天工程同步紧锣密鼓推进的还有探月工程,根据年初公布的本年度中国的航天计划,嫦娥五号任务将实施,将从月面带回1到2公斤的样本。值得注意的是,嫦娥五号将完成中国探月工程绕、落、回“三步走”战略的最后一步。

早在1994年,中国航天科技工作者就进行探月活动必要性和可行性研究,经过数年努力完成了探月卫星的技术方案研究和卫星关键技术研究。2004年,中国正式开展月球探测工程即“嫦娥工程”并最终确定中国整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段。

第一步为“绕”,即发射我国第一颗月球探测卫星,突破至地外天体的飞行技术,实现月球探测卫星绕月飞行,通过遥感探测,获取月球表面三维影像,探测月球表面有用元素含量和物质类型,探测月壤特性,并在月球探测卫星奔月飞行过程中探测地月空间环境。2007年10月、2010年10月,

中国发射嫦娥一号、二号探测器,获取月球表面元素分布、月壤厚度、地月空间环境等信息。

第二步为“落”,即发射月球软着陆器,突破地外天体的着陆技术,并携带月球巡视勘察器,进行月球软着陆和自动巡视勘测,探测着陆区的地形地貌、地质构造、岩石的化学与矿物成分和月表的环境,进行月岩的现场探测和采样分析,进行日-地-月空间环境监测与月基天文观测。具体方案是用安全降落在月面上的巡视车、自动机器人探测着陆区岩石与矿物成分,测定着陆点的热流和周围环境,进行高分辨率摄影和月岩的现场探测或采样分析。2012年9月、2019年1月,中国发射了嫦娥三号、四号探测器,分别实现了月球正面和背面软着陆和巡视探测。

第三步为“回”,即发射月球软着陆器,突破自地外天体返回地球的技术,进行月球样品自动取样并返回地球,在地球上对取样进行分析研究,深化对地月系统的起源和演化的认识。承担“回”任务正是嫦娥五号。

托举嫦娥五号飞天的将是长征五号火箭,这将是该型火箭成功复飞以来的又一次出征,其表现无疑备受瞩目。此外,嫦娥五号回程要经月面起飞、月球轨道交会对接和样品转移、月地转移和再入回收等过程,其难度对中国航天来说可谓是空前的,要圆满完成探月工程第三步“回”的任务,中国航天人必须全力以赴。

世界的北斗时空

进入5月,北斗三号最后一颗组网卫星发射升空的时间窗口日益临近,各项准备工作正进入最后冲刺阶段。可以预期,发射组网后,北斗三号功能将更加完备,为全球各地用户提供更加可靠精细的服务。回顾“北斗”建设,我们发现,其也经历了“三步走”循序渐进、逐步发展演变的历程。

建设自主、开放的卫星导航系统是中国孜孜以求的目标,早在20世纪80年代,中国就开始探索适合国情的卫星导航系统建设道路,逐渐形成了“三步走”发展战略。

第一步,建设北斗一号系统。1994年,中国启动北斗一号卫星导航试验系统的建设;2000年,发射2颗地球静止轨道卫星,建成系统并投入使用,采用有源定位体制,为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务; 2003年,发射第3颗地球静止轨道卫星,进一步增强系统性能。该系统成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域,产生了显著的经济效益和社会效益,特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。

第二步,建设北斗二号系统。2004 年,启动北斗二号系统工程建设;2012年底,完成了14颗卫星(5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星)发射组网。北斗二号系统在兼容北斗一号系统技术体制基础上,增加无源定位体制,为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。

第三步,建设北斗三号系统。2009 年,启动北斗三号系统建设;到2018年年底,完成了19颗卫星发射组网,完成基本系统建设,向全球提供服务;到2020年上半年,计划完成30颗卫星发射组网,全面建成北斗三号系统。北斗三号系统继承北斗有源服务和无源服务两种技术体制,能够为全球用户提供基本导航(定位、测速、授时)、全球短报文通信、国际搜救服务,中国及周边地区用户还可享有区域短报文通信、星基增强、精密单点定位等服务。

不积跬步,无以至千里。经过执着不懈的努力,“北斗”从中国走向亚太,再迈向全球,成为造福世界的重要时空基础设施。科技进步永无止境,在全球系统建设完成后,“北斗”将在新的起点上继续向着建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系阔步前行。(记者 张保淑)

《 人民日报海外版 》( 2020年05月11日   第 09 版)