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解密中國太空梭計畫

中國上馬太空梭計畫

在當時中國的載人航太方面, 有太空船與太空梭兩條道路選擇。 美國在實現載人登月後放棄了飛船發展,

轉而研發可以反復使用的太空梭, 並取得了一定的成功。 但是太空梭無法克服在發射過程中因強烈震動而造成隔熱瓦脫落的問題, 而相比於太空梭, 太空船則不存在上述情況, 因而要安全得多。

我國在發展載人航太的過程中, 是走飛船的道路還是走太空梭的道路, 曾經產生過廣泛的爭論, 以當時的主流意見來看, 走太空梭的發展道路占了上風。 因此在此後的一段時間裡, 我國也全力開始了太空梭的預研。 我國的太空梭研製計畫最早提出於80年代, 構想起於發展天軍的戰略, 最早將其歸屬於863計畫子項目編號204的航太附屬項目中, 是一個由太空船到太空梭的漸進構想。

當時, 美國太空梭成功首飛取得了巨大的轟動,

所以我國國內主導意見是上太空梭項目, 太空船當時根本排不上號。 當年力主太空船方案的航太專家王希季院士回憶道:“如果中國當時研製的是太空梭, 那麼現在的‘神州飛船載人計畫’恐怕早就下馬了。 ”

神秘的“863計畫”

航太技術是“863計畫”七大領域中的第二領域,

主題專案是:大型運載火箭及天地往返運輸系統、載人空間站系統及其應用。

“863計畫”出臺後, 航太領域成立了兩個專家組, 一是大型運載火箭及天地往返運輸系統, 代號863-204;二是載人空間站系統及其應用, 代號863-205。

1987年, 在原國防科工委的組織下, 組建了“863計畫”航太技術專家委員會和主題專案專家組, 對發展我國載人航太技術的總體方案和具體途徑進行全面論證。 “863-204”專家組在1987年4月發佈招標通知, 以招標方式選擇在技術方面有優勢的單位, 按要求各自論證載人航太方案。

航天部、航空部、國家教委、中科院、總參謀部、國防科工委等系統60多家科研單位參加了這場大論證, 僅航天部所屬的單位就有一、三、五、八等四家研究院分別參加了投標。

由於是科學界裡的技術概念論證, 沒有太多的行政干預, 所以這番討論思想相當解放, 視野相當開闊, 是中國航太技術發展史上前所末有的。

在不到2個月的時間裡, 各競標單位提出了11種技術方案。 “863—204”專家組篩選出5種代表方案, 要求他們在1988年6月底前, 完成技術可行性論證報告, 以便參加高層專家的評審。

方案一:天驕一號小型太空梭

該方案由航天部一院一部提出, 它與方案三的長城一號太空梭接近, 所不同的是軌道器不帶主動力, 返回時利用自身結構滑翔著陸。

天驕一號借助運載火箭送入軌道, 即可載人又可載貨, 可部分重複使用, 研製週期15年, 它是當時世界擁有航空技術實力的國家正在發展和準備發展的運輸器。 以法國為首的歐共體積聚十幾個國家的力量, 正在聯合攻關“赫爾墨斯”小型太空梭, 這種飛機以美國太空梭為原型, 縮比1/6研製。 中國如完成此方案, 可以為發展空天飛機和火箭飛機解決許多技術難題。

方案二:長城一號太空梭

此方案由航天部上海航天局805所與航空部604所共同提出。它垂直起飛,水準降落,可部分重複使用,軌道器帶主動力,可自主飛行。這個方案基本是以我國現有大型火箭為基礎,雖有一定技術風險,但並非沒有可能性。

方案三:V2兩級火箭太空梭

該方案由航天部北京11所提出。它像火箭一樣垂直起飛,如飛機一樣水準著陸,以火箭發動機為動力,可完全重複使用。這個方案既有新型高空高速飛機的技術,又有新型氫、氧、烴火箭發動機技術,它需要先搞兩個初級型,後搞最重要的軌道器部分,再搞全尺寸的火箭飛機,按時間進度可在2015年前後服役。

方案四:H2空天飛機

這個方案由航空部601所提出。它可以像飛機一樣水準起飛和降落,使用吸氣式渦噴組合發動機,可完全重複使用。這是一種集航空、航太技術為一體的高技術方案,技術難點較多,特別是吸氣式渦噴組合發動機在國外也是一個久攻不克的難關。但是它符合瞄準世界前沿的戰略思想,一旦在2015年獲得成功,則使我國的航空航太技術一步登到世界先進水準。

方案五:歐洲“赫爾墨斯”版太空梭

此方案由航空部611所對歐洲正在研究的“赫爾墨斯”小型太空梭進行分析後提出。論證方認為,歐洲搞的太空梭與我國有相似之處,其總體技術與航天部一院一部提出的“天驕一號”小型太空梭方案類似,是太空梭眾方案中最省力、省時的方案。611所正在與國外開展航空技術方面的合作,可以一併引進國外的有關技術。

太空梭方案再篩選

經過一年多的論證,專家委員會于1988年7月在哈爾濱召開了評議會。航太專家選取了五種方案進行深入論證和對比分析,分別是太空船、不帶主動力的小型太空梭、帶主動力的太空梭、兩級火箭飛機和空天飛機。1988年7月20日至31日,上百位航太專家彙集哈爾濱,根據五種方案的主題報告,討論決定最終“機型”。

專家們的主導意見是:太空梭和火箭飛機雖然是未來天地往返運輸系統可能的發展方向,但我國目前還不具備相應的技術基礎和投資力度,尚不宜作為21世紀初的跟蹤目標。帶主動力的太空梭要解決火箭發動機的重複使用問題,難度比較大。可供進一步研究比較的是多用途飛船方案和不帶主動力的小型太空梭方案。

太空梭與太空船之爭

在仔細研究材料後,“機型”之爭最後集中到兩個方案:一是“長城一號”太空梭方案,二是太空船方案。在專家的評審表上,兩個方案的得分非常接近,前者是83.69分,後者是84分。此後,在圍繞飛船方案和太空梭方案上展開了長達3年的學術爭論。主要觀點是“太空梭”大大優於“飛船”,載人飛船作為天地往返運輸手段已處於衰退階段,太空梭可重複使用,代表國際航太發展的潮流,中國的載人航太應當有一個高起點。搞飛船做一個扔一個,不但不能爭光,還會給國家抹黑。而載人飛船方案論證組認為,載人飛船既可搭乘太空人,又可向空間站運輸物資,還能作為空間站軌道救生艇用,且經費較低,更符合中國的國情。

1989年,航空航天部黨組專門委託莊逢甘、孫家棟兩位專家主持召開飛船與小型太空梭比較論證會。航空航天部北京空間機電研究所的李頤黎作為載人飛船方案的代言人,從技術可行性、國家經濟承受能力和技術風險等方面將載人飛船方案與小型太空梭方案作了比較。作為錢學森的四大弟子之一,李頤黎顯然是有備而來:“歐洲發展小型太空梭憑藉的是航空技術優勢,而我國不具備這方面的優勢。美國有錢,他們現已有4架太空梭,每架回來後光檢修就要半年時間,飛行一次就得5億美元。俄羅斯也有3架太空梭,一架飛過一次,另一架正準備飛,還有一架是做試驗用的。因為沒錢,現在也飛不起了。歐空局研製的‘赫爾墨斯號’小型太空梭的方案一變再變,進度一拖再拖,經費一加再加,盟國都不想幹了,最後只好下馬。基於上述原因,我認為絕不能搞太空梭!”

這次比較論證後,航空航天部系統內逐漸達成共識:中國載人航太發展的途徑從載人飛船起步。“863-204”專家組最終確定利用我國現有的長征系列運載火箭發射一次性使用的太空船,作為突破我國載人航太的第一步。

太空梭技術四大難點

難點一:熱防護技術。太空梭在再入時因氣流加熱,部分區域溫度可達1000度以上,熱防護要求比火箭和飛船更高。

難點二:應急救生技術。為確保載人安全飛行,太空梭在發射台、起飛和降落期間都必須採取相應的應急救生措施。

難點三:環境控制和生命保障技術。前蘇聯已研製出基於化學再迴圈過程的閉路生命保障系統,該系統可以把宇航員的尿液變成氧氣、氫氣和能飲的用水。氧氣供宇航員呼吸,氫氣和宇航員呼出的二氧化碳合成甲烷用作火箭的推進劑。

難點四:軌道機動和反作用控制技術。該技術包括入軌機動、軌道修正、軌道變換、空間交會、各個方向上的姿態穩定和控制、脫離運行軌道和再入大氣層技等,由此產生了推進劑選擇、系統選擇、高空點火、冷卻等一系列高難技術。

此方案由航天部上海航天局805所與航空部604所共同提出。它垂直起飛,水準降落,可部分重複使用,軌道器帶主動力,可自主飛行。這個方案基本是以我國現有大型火箭為基礎,雖有一定技術風險,但並非沒有可能性。

方案三:V2兩級火箭太空梭

該方案由航天部北京11所提出。它像火箭一樣垂直起飛,如飛機一樣水準著陸,以火箭發動機為動力,可完全重複使用。這個方案既有新型高空高速飛機的技術,又有新型氫、氧、烴火箭發動機技術,它需要先搞兩個初級型,後搞最重要的軌道器部分,再搞全尺寸的火箭飛機,按時間進度可在2015年前後服役。

方案四:H2空天飛機

這個方案由航空部601所提出。它可以像飛機一樣水準起飛和降落,使用吸氣式渦噴組合發動機,可完全重複使用。這是一種集航空、航太技術為一體的高技術方案,技術難點較多,特別是吸氣式渦噴組合發動機在國外也是一個久攻不克的難關。但是它符合瞄準世界前沿的戰略思想,一旦在2015年獲得成功,則使我國的航空航太技術一步登到世界先進水準。

方案五:歐洲“赫爾墨斯”版太空梭

此方案由航空部611所對歐洲正在研究的“赫爾墨斯”小型太空梭進行分析後提出。論證方認為,歐洲搞的太空梭與我國有相似之處,其總體技術與航天部一院一部提出的“天驕一號”小型太空梭方案類似,是太空梭眾方案中最省力、省時的方案。611所正在與國外開展航空技術方面的合作,可以一併引進國外的有關技術。

太空梭方案再篩選

經過一年多的論證,專家委員會于1988年7月在哈爾濱召開了評議會。航太專家選取了五種方案進行深入論證和對比分析,分別是太空船、不帶主動力的小型太空梭、帶主動力的太空梭、兩級火箭飛機和空天飛機。1988年7月20日至31日,上百位航太專家彙集哈爾濱,根據五種方案的主題報告,討論決定最終“機型”。

專家們的主導意見是:太空梭和火箭飛機雖然是未來天地往返運輸系統可能的發展方向,但我國目前還不具備相應的技術基礎和投資力度,尚不宜作為21世紀初的跟蹤目標。帶主動力的太空梭要解決火箭發動機的重複使用問題,難度比較大。可供進一步研究比較的是多用途飛船方案和不帶主動力的小型太空梭方案。

太空梭與太空船之爭

在仔細研究材料後,“機型”之爭最後集中到兩個方案:一是“長城一號”太空梭方案,二是太空船方案。在專家的評審表上,兩個方案的得分非常接近,前者是83.69分,後者是84分。此後,在圍繞飛船方案和太空梭方案上展開了長達3年的學術爭論。主要觀點是“太空梭”大大優於“飛船”,載人飛船作為天地往返運輸手段已處於衰退階段,太空梭可重複使用,代表國際航太發展的潮流,中國的載人航太應當有一個高起點。搞飛船做一個扔一個,不但不能爭光,還會給國家抹黑。而載人飛船方案論證組認為,載人飛船既可搭乘太空人,又可向空間站運輸物資,還能作為空間站軌道救生艇用,且經費較低,更符合中國的國情。

1989年,航空航天部黨組專門委託莊逢甘、孫家棟兩位專家主持召開飛船與小型太空梭比較論證會。航空航天部北京空間機電研究所的李頤黎作為載人飛船方案的代言人,從技術可行性、國家經濟承受能力和技術風險等方面將載人飛船方案與小型太空梭方案作了比較。作為錢學森的四大弟子之一,李頤黎顯然是有備而來:“歐洲發展小型太空梭憑藉的是航空技術優勢,而我國不具備這方面的優勢。美國有錢,他們現已有4架太空梭,每架回來後光檢修就要半年時間,飛行一次就得5億美元。俄羅斯也有3架太空梭,一架飛過一次,另一架正準備飛,還有一架是做試驗用的。因為沒錢,現在也飛不起了。歐空局研製的‘赫爾墨斯號’小型太空梭的方案一變再變,進度一拖再拖,經費一加再加,盟國都不想幹了,最後只好下馬。基於上述原因,我認為絕不能搞太空梭!”

這次比較論證後,航空航天部系統內逐漸達成共識:中國載人航太發展的途徑從載人飛船起步。“863-204”專家組最終確定利用我國現有的長征系列運載火箭發射一次性使用的太空船,作為突破我國載人航太的第一步。

太空梭技術四大難點

難點一:熱防護技術。太空梭在再入時因氣流加熱,部分區域溫度可達1000度以上,熱防護要求比火箭和飛船更高。

難點二:應急救生技術。為確保載人安全飛行,太空梭在發射台、起飛和降落期間都必須採取相應的應急救生措施。

難點三:環境控制和生命保障技術。前蘇聯已研製出基於化學再迴圈過程的閉路生命保障系統,該系統可以把宇航員的尿液變成氧氣、氫氣和能飲的用水。氧氣供宇航員呼吸,氫氣和宇航員呼出的二氧化碳合成甲烷用作火箭的推進劑。

難點四:軌道機動和反作用控制技術。該技術包括入軌機動、軌道修正、軌道變換、空間交會、各個方向上的姿態穩定和控制、脫離運行軌道和再入大氣層技等,由此產生了推進劑選擇、系統選擇、高空點火、冷卻等一系列高難技術。

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