升空飞行是人类最古老、最美好的愿望之一。千百年来,中国及其他国家和地区流传这许许多多的关于飞行的故事和传说。由于技术的限制,古代人类只能用幻想来表达自己对飞行探索的热爱,但大约在宋元年间,中国便出现了最早的火药火箭。明清时期,中国的火箭技术得到进一步的发展和运用,明代时期,甚至有一个名为万户的人,想利用绑着火箭的椅子使自己飞天,虽然失败了,但这却是人类一定意义上的第一次对航天的尝试,并且鉴于他的勇气,国际天文联合会将月球上的一座环形山命名为“万户环形山”。而在几百年后的前苏联时代,加加林在1961年成为世界历史上第一个完成太空飞行的人,标准这全球范围内载人航天时代的正式来临。
一、前苏联与俄罗斯载人航天工程
实际上,苏联在在发射第一颗人造卫星之前就已经开始探讨利用火箭探测月球和实现载人飞行的问题了。1958年初确定了“月球”工程,先后考虑了四个方案,于此同时,利用火箭载人航天的方案探索工作也在进行。苏联在50年代就用P-1,P-2导弹改装成探空火箭进行高空大气研究、生物医学研究和生命保障系统与返回装置研制,为载人太空飞行进行了一些探索工作。苏联的“月球”工程与其载人航天计划有一个有趣的地方,本来为了实现“月球”工程而研制的卫星实际上只是在卫星号运载火箭上面加装了一个第三级,而由于这种火箭曾被用来发射东方红载人飞船,因此被命名为东方红号运载火箭,以至于后世只知东方红载人飞船所创造的历史,而完全忘了这个“月球”工程。
苏联载人航天活动在60年代主要是摸索经验,发展基本技术。在这个阶段共发射6艘“东方”号飞船、2艘“上升”号飞船和8艘“联盟”号飞船,掌握了飞船的机动飞行、轨道交会和对接、航天员的舱外活动等技术。“上升”2号飞船的航天员Α.Α.列昂诺夫于1965年3月18日完成首次舱外活动,“联盟”4号与“联盟”5号飞船于1969年1月15日实现首次空间对接。70年代以后苏联载人航天进入实用阶段,安排了大量国民经济、科学研究和军事方面的项目。1971年4月19日,苏联发射了第一艘试验性航天站“礼炮”1号。此后就以“礼炮”号航天站为主体,用“联盟”号载人飞船和“进步”号货运飞船作为运输工具,为航天站轮换航天员和补充燃料、设备及其他消耗品,进行对地侦察和勘测,开展天文观测、空间加工、生物医学研究和技术试验活动,并在保证人在失重环境中长期生活和有效工作方面积累了经验。1961年至1984年底,苏联共发射7个“礼炮”号航天站、完成56次载人航天飞行。1984年2月8日乘“联盟”T-10号进入太空的航天员Л.Д.基济姆、В.Α.索洛维约夫和О.Ю.阿季科夫创造了连续航天时间236天22小时50分的最高纪录。1975年7月15日至21日,苏联“联盟”号飞船与美国“阿波罗”号飞船在轨道上对接,进行了联合飞行。而苏联解体后,其主体国家俄罗斯接收了前苏联航天工程的大部分遗产,却由于经济、政治上的失误逐渐衰败,前苏联遗产之一“和平号”空间站在俄罗斯期间开始与苏联曾经的敌对国美国展开深度合作,而“和平”号空间站退役后,俄罗斯与美国等其他国家展开了国际空间站项目,从此之后,俄罗斯的载人项目主要为用联盟号运载火箭运输各国航天员和国际空间站物质。
不得不说,两极格局结束前,苏联是世界上航天领域绝对的霸主,同一时代、同一梯队的美国也从未真正意义上超过它,在航天历史特别是载人航天历史上苏联可以被认为是做出了最大贡献的国家,其在航天领域的创新思想足以在人类历史留下一个巨大的足迹,但前苏联解体后,俄罗斯虽依靠苏联时期留下来的火把在世界舞台上散发着余光,却由于缺乏资金和人才的流失,导致航天工程一再拖延,新项目问题不断,逐渐被中国、日本、欧洲航天局这些后起国家和地区所追赶。
二、美国载人航天工程
在人类利用太空时代的早期,,苏联率先跨入航天时代同时说明了苏联当时的运载火箭技术超过了美国,但这并不意味着美国对航天计划掉以轻心。早在1956年,美国陆军弹道导弹局的冯·布劳恩就在探讨继红石和丘比特之后的运载火箭问题(这两种运载火箭均有路基弹道导弹改装而来)。他们具有前瞻性的认识到,要想发展大推力的运载火箭,就必须把火箭与军用弹道导弹区分开,虽然这种想法在现在看来非常正确,但由于美国政府当时没有认识到太空研究的意义,认为大推力的运载火箭对战略导弹的发展没有益处,于是没有批准冯·布劳恩的研究计划。也正是由于这个原因导致了美国在早期的太空竞赛中落后于前苏联。但在NASA成立后,美国开始认真考虑航天运载火箭的规划问题,由于当时美国在政治上同前苏联展开了一场太空军备竞赛,在科学上要发展人造卫星和探空项目,运载火箭成为NASA高度重视的发展项目。在美国不断的创新下,几种强大而又可靠的运载火箭被推出,为后来太空研究的高潮——阿波罗登月计划奠定了重要的火箭基础。
从1961年至1984年底美国先后实现了5项载人航天计划,完成46次载人航天,耗费约500亿美元。1959年4月,美国国家航空航天局选拔了第一批航天员,在兰利研究中心开始训练。1961年5月美国第一名航天员A.B.谢泼德乘“水星”号飞船首次完成轨道飞行。1961年9月组建约翰逊航天中心,它的任务是设计和制造载人飞船,选拔和训练航天员。60年代实现了“水星”计划、“双子星座”计划和“阿波罗”工程。通过前两项计划解决了载人上天和返回的问题,试验了飞船的轨道机动、交会、对接和航天员出舱活动等技术,为实施“阿波罗”工程奠定了基础。1969年7月至1972年12月,先后有6艘“阿波罗”号飞船完成了月球航行,12名航天员在月面上进行了科学考察,带回了月球土壤和岩石标本368公斤。“阿波罗”工程耗资约255亿美元,后因实用价值有限而削减经费,减少了飞行次数,提前结束了计划。70年代美国重点实行两项计划:“天空实验室”计划和航天飞机工程。“天空实验室”利用“土星”5号火箭第三级壳体改装成为一艘试验性航天站。1973~1974年间以它作为空间活动基地,先后有3批航天员乘“阿波罗”号飞船上去工作,开展了生物学、天文学、地球资源勘测和生产工艺方面的实验。航天飞机于1972年开始研制,1981年4月首次试验,1982年11月投入使用。此外,美国于1975年7月与苏联合作进行“阿波罗-联盟”号对接飞行活动。而在前苏联解体后,主要以国际空间站为主进行一些载人航天项目。
直到今日,美国依旧是世界上在航天领域最强的国家,并且由于私人企业开始投资商业航天领域,加上美国政府的支持,使得一些民营企业的运载火箭技术都十分强,例如亚马逊CEO杰夫·贝索斯(JeffBezos)旗下的蓝色起源公司和美国太空探索技术公司(SpaceX)。这些企业的运载火箭技术甚至能与其他国家抗衡。但,由于两集格局的结束,使得美国没有像冷战事期那样全力发展航天的必要,所以在1972年之后,再也没有登月计划,目前美国的载人航天行动主要是以国际空间站为主的空间实验。
三、中国的载人航天工程
1999年11月20日凌晨,在甘肃酒泉航天发射中心,新建的高达百米的载人发射塔架陆续打开,大型运载火箭和实验飞船露出了英姿。这就是中国在“长二捆”基础上改进研制的CZ-2F运载火箭,而这颗火箭的发射标志着中国进入世界载人航天俱乐部。事实上,早在中国发射第一课卫星“东方红”卫星时,钱学森就提出了中国要发展载人航天的意见,但由于当时的中国国情,并没有技术、资金和人才来发展这样一个浩大的项目,于是研究人员在这20多年来只进行了理论研究,直到1992年9月中央才决策实施载人航天工程并确定了我国载人航天“三步走”的发展战略。在1999年至2002年间,中国成功的发射了4颗无人飞船,为中国接下来的载人飞船打下了坚实的基础,2003年,杨利伟随着“神舟”五号的成功发射成为中国首位登上太空的宇航员,2005年中国第二颗载人飞船“神舟”六号将两名宇航员送入太空,2008年,神舟七号成功发射,将三名宇航员送入太空,翟志刚进行了太空行走,随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。而在2011年中国发射了“天宫”一号空间站,并使神舟八号与其无人对接成功。在2012年和2013年中国两次使用CZ-2F运载火箭使神舟九号和神舟十号成功上天,并与天宫一号对接。而在“天宫”一号退役后,中国发射了天宫二号空间站,并用神舟十一号携带三名宇航员成功对接。而在新一代长征七号中型运载火箭和长征五号重型运载火箭研制发射成功后,将于2020年建立一个能长期驻人的大型太空空间站。
中国作为后起之秀,在航天领域的成就令人瞩目,在国际形势不乐观的条件下成功的发展了一整套太空探索装备体系,为之不易,而随着新一代运载火箭长征七号、长征十一号、长征五号的成功发射,中国虽与俄美有一定差距,但差距逐渐缩小,并领先于除俄美外的其他国家,稳坐于航天领域世界前列。其他也有载人航天工程的国家就不一一列出,如法、日、英、印等。这些国家同样在载人航天领域拥有巨大的成就,但技术自主能力较弱,技术能力一般,虽然欧航局、日本、印度均有重型运载火箭(部分运载火箭甚至较为先进),但航天体系并未完善,技术受限较为明显,所以并不讨论。
总结:载人航天工程作为一个拥有超高技术含量的工程,所消耗的财力物力必然较大,并且效益需要很长时间才能看到,但任何一个国家绝不能放弃这样一个高技术领域,中国更是如此,因为大气层的壁垒在未来必然被人类攻破,外太空的财富必然会为人类所用,人类必将进军太空。别忘了,我们的目标是星辰大海。