神舟几号上真人

发布时间:2002-12-18
庄佳

“中国的神舟四号无人飞船将在今年晚些时候升空”,“飞船上仍载有假人”的消息已频频见诸各种媒体。本报公众调查结果显示,目前公众最关心的话题是,究竟神舟几号能上真人。
中国的神舟飞船已经发射了3次,和前三次一样,神舟四号仍然是不载人的试验型飞行,那么无人飞行试验要解决些什么问题呢?简单地说,要破解两大问号。一是长征二号F火箭可靠吗?能否把乘坐飞船的航天员安全送入太空轨道;二是神舟飞船保险吗?能否保证航天员在飞船内正常生活、工作和安全返回。
长征二号F火箭可靠吗?
火箭不像电视机、电冰箱,坏了拿去修理一下还能用,火箭点火升空后,根本没有回头重来的机会。因此发射载人飞船的火箭必须确保万无一失。俄罗斯的联盟号火箭是世界上发射次数最多的火箭,从1963年底至2000年初,共飞行了991次。从1964年10月到2000年12月一共发射了89艘载人飞船,其中只有两次发生故障,发射成功率为98%;美国的航天飞机同样有着良好的安全记录,从1981年至今它飞行了100多次,只发生过一次挑战者号爆炸的灾难。
中国发射神舟号飞船的长征二号F火箭,是一种推力足够大、可靠性、安全性极其好的运载火箭。它是在我国大型商业发射火箭长二捆(长征二号E)的基础上增加了逃逸系统和故障检测处理系统2个新系统组合而成的。火箭的芯级是发射率成功最高的,曾被航天总公司誉为“金牌火箭”的长征二号丙火箭。火箭全长58.34米,起飞质量479.8吨,运载能力能力为7.6吨,飞行在近地点飞行高度200公里、远地点飞行高度350公里的轨道上。长征二号F火箭从1992年开始研制,1999年11月首飞成功。在历时8年的研制过程中始终将可靠性、安全性放在首位。火箭上广泛采用了冗余设计,提高了元器件等级和筛选标准,结构设计提高了剩余强度系数,发动机也进行了提高可靠性的设计。火箭的可靠性指标从长二捆火箭的0.91提高到了0.97,使它成为目前国内可靠性指标最高的运载火箭。
经过多次演练证实,长征二号F火箭为航天员的安全想绝了。比如,为火箭的控制系统配了备份,万一主系统出现故障,可以迅速切换到备份系统上保证火箭正常工作。火箭专家进行过统计,在全世界的火箭发射中,但凡火箭发生故障,故障点大多出在控制系统,所以为控制系统加上双保险应该不是多余的。
再比如,火箭上增加了自动故障检测处理系统,这套系统可以在飞船待发射阶段和上升阶段自动进行故障检测,一旦有问题它会自动报警。假如航天员正在塔架上尚未进舱,他们可以就近跳进塔架上的逃逸布袋,布袋是用一种弹力很强的特殊帆布做的,航天员跳进去后用四肢的阻力来控制下降的速度,像乘软滑梯一样从上面一直滑到地下室的安全地区。假如航天员已经进舱,这套系统可以指挥火箭顶部的逃逸塔自动点火,把飞船返回舱拽离火箭,安全降落。
此外,为保证航天员的安全,火箭还取消了其他火箭一旦姿态不稳便自动自毁的功能,配备了逃逸系统,一旦出现意外,它可以随时启动。逃逸系统也叫逃逸塔,在飞船的顶部,塔高8米,从远处看像是火箭上的避雷针。它的任务是在火箭起飞前900秒到起飞后160秒时间段内,也就是飞行高度在0公里至110公里时,万一火箭发生故障,它可以拽着轨道舱和返回舱与火箭分离,并降落在安全地带,帮助飞船上的航天员脱离险境。逃逸塔内有10台发动机,从上至下为控制、分离、主逃逸和高空逃逸发动机,前三种负责39公里高度以下的逃逸工作,后一种在39~110公里高度内发挥作用。在神舟号飞船的首次飞行试验前,逃逸塔已进行过多次成功的飞行试验。
到目前为止,长征二号F火箭已成功将3艘无人飞船准确可靠地送入预定轨道,其可靠稳定的飞行性能已经得到了初步的检验,为我国航天员安全可靠地进入太空提供了有力的保证。
神舟飞船保险吗?
一切为了航天员的安全,中国的神舟飞船从设计的源头上就为航天员的安全考虑得十分周全,针对航天员可能遇到的不安全因素,飞船采取了四项周全的对策。
周全一:太空卧室绝对防辐射。太空辐射是对航天员安全的最大威胁,神舟三号飞船返回舱里安装了舱内辐射计量包、辐射环境检测仪,它们的任务是探测飞船座舱里受到辐射污染的程度。在前几次的飞行中,座舱里放置了模拟航天员,他体重70公斤,与真正的航天员的体重差不多。在他宇航服左小腿的口袋里,装了一个剂量仪,用它来测量航天员“吃”了多少太空辐射,这些辐射对天航员的健康有何影响。飞船回收后,科学家对上述测量仪测量的数据进行了计算,发现仪器在太空环境里工作正常,飞船舱内受到的太空辐射剂量很小,对航天员的身体基本没有影响。与神舟3号相比,神舟4号的生命保障系统及相关的试验条件将更为完备,神舟4号飞船上仍装有人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人,它可以模拟航天员在太空生活时的多种重要生理参数:脉搏、心跳、呼吸、饮食和排泄等,并随时受到地面指挥中心的监控。
周全二:应急救生装置一应俱全。飞船上安装了自动和手动两套应急救生装置,无论是在宇宙航行中或是在返回时发生意外,船上的救生系统会自动启动,万一自动装置出现故障,船上的手动系统完全可以“抵挡”,航天员绝不会坐以待毙。飞船的返回舱也非常神奇,它返回地面后,即便不能马上被发现,舱内为航天员配备的救生物品,足以保证航天员在陆上生存48小时、海上生存24小时。返回舱里还有一套气囊,一旦落入水中,3吨重的返回舱也不会沉入水底,它会漂在水中,等待救援。
周全三:特种太空椅抗冲击。飞船升空和返回阶段的加速度达到了4~5g,这时,航天员会感到自己的身体“重如泰山”,连挥挥手这样简单的动作都无力去做。而没有受过训练的普通人则会两眼失明、呼吸困难、四肢麻木、意识丧失,严重的会导致死亡。为了减少航天员的痛苦,飞船里为他们配备了特制的太空椅,坐在上面不像坐很像躺,躺姿还有点古怪,像胎儿在母亲的子宫里蜷曲的模样,因为这种姿势使人的脊椎可以承受较大的过载,而不致受到伤害。
周全四:安全返回。安全返回是载人飞行的最后一环,也是载人航天活动成败的最终标志。当年加加林首次上天返回时,飞船总设计师科罗廖夫打电话向苏共中央主席赫鲁晓夫汇报:“降落伞已经打开,正在着陆,飞船正常。”而赫鲁晓夫却大声问道:“人还活着吗?在发信号吗?”足见载人飞船的返回难度揪人心弦。载人飞船返回时以极高的速度进入稠密的大气层,气动摩擦使返回舱周围的空气温度高达1000℃以上,飞船被熊熊大火团团包围,如果飞船没有防热措施,里面的航天员会被活活烧死。1961年11月29日,美国曾把一只名叫恩诺思的黑猩猩放进水星号飞船中进行试验,结果返回时舱内的温度高达40℃,黑猩猩被烤得死去活来。经过多次试验,科学家终于找到了三种较好的防热办法,一是辐射法,夏天人们爱穿浅色的衣服,因为浅色可以反光,减少热量吸收,飞船外面涂上银色的抗高温金属层就可以反射掉大部分热辐射。二是热沉法,飞船不可能把所有热辐射全部反射掉,那么就在涂层里使用一些耐热、导热的铍材料,让它们把飞船表面的余热全部吸过来传到热沉材料层去,帮飞船解热。三是烧蚀法,就是故意在飞船外面特别是飞船底部包上厚厚的可烧蚀的耐热材料,与大气摩擦时,耐热材料就会一层一层地烧蚀成炭,一层层地剥落。燃烧可以消耗大量的热能,这种“丢卒保车”的办法可以保证飞船的安全。中国的神舟号试验飞船在内蒙古中部地区安全返回后,历经大气严重烧蚀,底部被烧得发黑有股焦糊的味道,这就是烧蚀防热法发挥了作用。飞船里面放置的假人,搭载的纪念邮封、各类旗帜、植物种子、胚胎细胞等物品均完好无损就是最好的证明。当飞船返回下降到距地面15公里时,它所受到气动阻力等于它所的受的重力,下降速度在每秒200米左右,此时如不采取减速措施,飞船就会一头撞向地面摔碎。神舟号飞船上1200平米的降落伞试验非常成功,飞船的软着陆的功夫已经得到了充分的考验。按科学家的设计,飞船返回的落点偏差允许值一般为30公里。在前几次的试验中,两艘神舟飞船的返回精度已基本达到了设计指标。
众所周知,载人航天非同儿戏,俄罗斯的航天员上天前,飞船的总设计师是要当面对他们的安全签字画押的,可见没有十分的把握决不能贸然升空。在加加林上天之前,前苏联一共进行了7次东方号无人飞船试验,其是5次发射成功,3次安全回收;美国在格伦上天之前则发射了8艘水星号无人飞船,6次发射并回收成功。这两个载人航天大国都走过了无人到载人的两部曲,中国的载人航天也需要走一个无人到载人的过程,如果神舟4 号一路顺风,其后的飞船载人升空应当是水到渠成的事。