《科学美国人》: 中国的飞天大跃进

《科学美国人》: 中国的飞天大跃进


这是一篇老文章。当神舟六号成功升空时，重读这篇评论文章，了解国外对中国航天事业的评价，还是有一定的意义的。 -- HPI


本文刊载于《科学美国人》杂志第九期。作者是美国的太空专家。俺读过很多外国人关于中国太空计划的评论，但这篇文章是最为客观的，根本没有意识形态的偏见，显示出一个太空科学家的严谨。因此花了整整一个下午的时间译出，并郑重向各位推荐。 -- 译者

原题目：通过将其宇航员送入太空轨道，中国希望成为新的太空超级大国。

By James Oberg
作者：杰姆斯•奥贝格

在靠近华北戈壁沙漠的酒泉航天中心，神舟五号正在准备发射。这艘太空飞行器――它的名字表示“神之船”――长度接近九米，重量接近八公吨。这个秋天的某个时候，神舟五号将按计划搭载在长征火箭上发射进入轨道。前四艘神舟飞船已经进行了轨道飞行，但跟这几艘无人试验飞船不同，神舟五号有望运载一个多至由三名中国军队年轻飞行员组成的机组。如果一切都按计划进行，中国将成为将人类送入太空的第三个国家。

尽管自从太空时代到来后，已有三十多个国家的代表进入了太空轨道，但他们都是搭乘美国或者俄国的飞船进行太空旅行的。在实施其自己的人类太空飞行计划时，中国已经获取和运用了一些最初由俄国或者美国发展起来的技术。神舟五号的很多特点在太空专家看来很眼熟；这艘飞船给人的第一印象像是将俄罗斯联盟号略微放大的型号。但是中国的太空机构建造了其自己的几项关键系统，而且神舟在一些方面的技术优于联盟号。

神舟的第一艘载人飞行将产生深刻的外交反响。除了要提高国际声望外，中国还希望这项计划将刺激这个国家的航空航天、计算机和电子产业的进步。如果这次起步任务成功，中国将可能在地球轨道上建立它自己的太空站。在十年内，中国的太空活动可能完全超越俄国和欧洲太空署。而且如果中国成为美国之后最重要的太空强国，一个全新的“太空竞赛”可能会即将发生。


即将进行的飞行

中国的太空雄心可追溯至1970年代，当时，一枚长征火箭将这个国家的第一颗卫星送入了轨道（这颗直径一米的飞行器在环绕地球时发送爱国歌曲《东方红》）。1990年初期，江**主席下达了开展载人航天计划的指令，这个决定启动了一个巨大的建设热潮，它在一些方面给人留下的印象有如NASA在1960年代为阿波罗计划而进行的建设。1999年，为了不载人的神舟飞船的第一次飞行，一个新的火箭组装建筑和发射座在酒泉航天中心（中国发射导弹和卫星的最老和最大的三个地点之一）及时完成。尽管情报机构监督这一计划，中国航天技术科学院在特定方面――例如其宇航员的训练――进行保密，一些与飞船有关的技术细节还是已经出现在中国的新闻媒体上。

神舟飞船由三个舱室组成。机组人员将住在一个咖啡壶形状的舱室中（用NASA的话说，就是指令舱），该舱室包括他们的座椅（在起飞时，机组人员就平躺在上面）和控制仪表盘。附在指令舱前面的是一个筒状的加压舱（被称作轨道舱），它容纳了火箭发动机和一个电力系统。这个舱也将伸展出一对总面积24平方米的太阳能电力板。

发射载体的官方名称是长征2F，但是它也被富于诗意地叫做“神箭”（“神之箭”）。它是在长征2E――从中国军用导弹衍生出来的一种液体推进火箭――的基础上经过改进，使其可靠性足以进行载人飞行的一种型号。和这个设计用于运载更重酬载的火箭家族的其他发射载体一样，它在四个核心发动机之外增加了四个捆绑式推进器，以增加推力。所有这些发动机使用液体nitrogen tetroxide和hydrazine推进剂，而不是更有力但也更麻烦的液态氢燃料，后者为NASA航天飞机的主发动机所使用。神箭发射推进力为604000千克力，处于联盟号标准推进器（411000千克力）和运载数艘阿波罗飞船进入地球轨道的土星1B（740000千克力）之间。

神舟五号将进行与其前四艘无人飞船相同的飞行路线。在起飞后，推进器（亦即火箭，下同）将向东飞行，在青岛（一个新的测控站的站址）附近穿过中国的海岸线，然后以大约5g的最大加速度飞过黄海。在经过日本九州岛的正南方时，这艘飞船将与一艘大型监测船进行联络，并很快获得一个大约每秒八公里的轨道速度。它的轨道将倾斜42度，比国际太空站的52度倾斜度略为接近赤道。

为了返回地球，神舟飞船首先释放轨道舱。然后服务舱点燃一个小型减速发动机，将飞船的速度放慢到大约每秒200米。这一动作使飞船在地球重力的吸引下下落到大气层上部，这里的空气将使它的下落速度进一步减缓。由于目的地是位于酒泉以东大约500公里的内蒙古的着陆地区，减速发动机在飞船飞临半个地球以外的南大西洋上空时点火。在这次点火后，服务舱和指令舱分离，前者在大气层中燃烧，但是后者底部装备着热防护层，保护机组人员免受重入大气层时的灼热高温所伤害。

着陆的次序依循联盟号和阿波罗号飞船的模式。在一个g相对高的减速后，尽管大气层较薄，但指令舱在大约30公里的地方释放出一个小减速伞，然后释放一个主减速伞，进行自由降落。高温防护罩脱落。通过点着太空舱底部的一套火箭，在开阔大草原上实现软着陆。


联盟号的翻版？

第一艘无人驾驶试验飞船，神舟一号，于1999年11月20日发射，在轨道上至少呆了一天。在随后的三次飞行（分别发射于2001年1月10日，2002年3月25日，和2002年12月30日）中，飞船在轨道上呆了一周，进行越来越多的精密硬件测试。神舟二号据说带了一只猴，一只狗和一只兔，试验飞船的生命支持系统。神舟四号被描述为一个能载人的飞船，携带了三人机组生活所需的所有装备。事实上，宇航员据说在指令舱内参加了倒计时过程，只是在起飞前的数小时内离开了飞船。

由于神舟飞船与联盟号的表面相似，一些观察家断定除了仅进行次要的修改后，中国飞船完全就是一个仿制品。英国出版物简氏太空指南的编辑大卫•贝克说，神舟飞船是“在相当大的程度上是一艘联盟号――就跟过去一样，它是现货供应的。”但是《中国太空计划：从观念到未来的能力》的作者布莱恩•哈维，批评了这种观点。“对于中国的太空计划存在许多错误论断，”哈维说，他是指那种（认为神舟飞船是）低技术飞船和广为散布的外国设计翻版的神话。“这很大一部分反映出西方文化观念认为中国人可能不能够掌握这种技术。我认为它很有助于看到中国人在几年内建立其航天计划的办法：以一种训练有素的方式，经过在各种可能性中进行仔细选择，缓慢地、耐心地、仔细地从别处借鉴，――但只是一种有限程度的借鉴。”

其他大多数独立专家同意（哈维的观点）。一些报道指出，尽管中国人已经要求购买一个有完整功能的联盟飞船用于研究，但俄国人要求的价格是如此之高，以至于这笔交易没有做成。中国人买回的太空舱是一个剥离后的型号，缺失了许多关键的太空系统。中国人也可能收集到至少一个偏离航线的无人驾驶联盟级太空舱，它在太空时代初期溅落在他们的国土内。

神舟号的三舱室设计是一个符合逻辑的安排，这首先是由美国和苏联研究组各自独立在四十多年前研发出来的。神舟看起来更象今天的联盟号，而不象更早期联盟号和阿波罗的设计。尽管神舟飞船指令舱跟联盟号的再入舱有一些相似之处，但是另外的太空舱跟俄国和美国的对应部分是有很大差异的。例如，神舟飞船的服务舱有四个主发动机，但阿波罗的服务舱只有一个发动机，联盟号有一个主发动机和一个备用发动机。

神舟飞船的大型太阳能阵列产生的电力是俄国系统的好几倍。而且与联盟号不同，中国的轨道舱携带其自已的太阳能板和独立的飞行控制系统，允许它在返回舱把机组人员带回地球后继续作为一个自由飞行的无人微型实验。中国翻版的直接例证之一，是在飞行中太空舱发生空气泄漏时用于保护宇航员的压力服。在1972年三个宇航员在返回地球途中死于一次意外的舱室失压后，俄罗斯引进了这样一种救生服（被称为“索科尔”）。中国人需要一种具有相似功能的宇航服，因此在获得一件索科尔的设计样本后，他们精确地复制了它，直至缝线和色彩布局（都一模一样）。

中国官员没有对这种技术转让进行保密。新华通讯社《了望》杂志一篇关于中国航天计划的文章宣称：“在中国和俄罗斯1996年签署了一个太空合作协定后，两国在对接系统、模拟飞船、飞行控制、生命支持手段和载人航天的其他领域进行了富于成果的合作，俄国在太空技术发展上的经验过去和现在都对中国具有重大的启发意义。”

（这篇文章）提到了对接系统，这是特别说明问题的。尽管俄国和美国在过去的年代中在连接轨道上的飞船时使用不同的对接装置，但神舟飞船的照片显示中国人已经选择了俄罗斯的被称为APAS-89的装置。这种设备包括一个直径80厘米的加压管道，外面包着倾斜的金属瓣，用于把两个相同设计的单元锁扣在一起。APAS-89最初是为和平号太空站研发的，现被用于把NASA的航天飞机与国际太空站连接起来。尽管中国最初对把其飞船与其自己的小型太空站连接起来有兴趣，但使用APAS-89装置的决定，也使神舟可以与美国航天飞机和国际太空站相连接。


建造推进火箭

研发神舟飞船所需的发射载体也显示了中国的战略。这种火箭是曾经用于科学和商业发射的早期型号的一种产物，但是作了一些很特别的改进。根据长征2F推进器的总设计师刘树生的说法，这种载体的可靠性是97%，――就是说，它在100次发射中只可能失败三次。此外，在出现发射事故时，神舟飞船能够从其推进器上分离。今年1月，刘对新华通讯社的记者描述了一个新的多功能诊断系统，设计用于监测推进器的状态，如果需要，还能够激活后备装置，或者启动飞船逃离。他声称这种逃离系统使机组人员的逃生机率达到99.7%。

神舟的发射逃逸系统是建立在“拖拉机火箭”方案的基础上的，这种方案最初是在1960年代为NASA的水星计划研发的，后来被阿波罗和联盟号飞船的设计师所采用。在神舟飞船顶部的一个塔上，安装了一套固体推进剂火箭，在发生发射事故时将飞船拖离推进器。飞船然后伞降到地面。这个固体燃料火箭从起飞前15分钟直至起飞后160秒（此时飞船高度为110公里）都处于待点火状态。

在中国共产党的机关报《人民日报》的一次采访中，发射载体的负责人黄春平（音）向记者展示了一个推进器的模型，在起飞时包围神舟飞船的载货舱整流罩上有四个翼。这些每个都像一个格子的翼片，是在发射逃逸时用于保持神舟飞船稳定的。“这是逃逸系统中最困难的部分，”

他解释说，“我们一度想从俄国专家那里得到它，但他们开价1000万美元。最后，我们靠自己解决了这个问题。”这种学习前人工作，但独立设计实际飞行硬件的模式，是神舟飞船大多数系统所遵循的。


宇航员（Astronauts）还是太空员（Taikonauts）？

然而，在训练宇航员方面，中国确实接受了了俄国的帮助。作为两国1996年合作协定的一部分，两名中国军队飞行员――吴介和李青龙（音）――在俄国莫斯科郊外星城的加加林宇航训练中心学习。他们据说现在在指导中国飞行候选人的训练计划。其他十二名飞行员随后被挑选出来，跟着他们加入到中国的第一批宇航员中。今年1月，香港报纸把陈龙（音）指为第一次载人飞行的指挥员。

所有这些中国宇航员都是受过大学教育的年轻的喷气机飞行员，有超过1000小时的飞行经验。由于跟联盟号一样，神舟飞船船舱空间有限，要求宇航员有小型身材：每个宇航员身高都在170厘米以下（五英尺七英寸），体重少于65公斤（143磅）。中国宇航员的名称还存在争论。一个中国太空发烧友根据中文“太空”（tai kong，意为外层太空）制造了名词taikonaut。中国官员和报纸更喜欢用yuhangyuan，这大致可以翻译为“空间航行员”。

在为神舟飞行任务作准备时，中国极大地改善了其太空飞行研究和训练的设施。位于北京西南郊的航空航天城中的新的中国太空中心，集中了压力舱群、太空船模拟器群、一个离心机和一个着陆冲击塔，还有教室和宇航员医疗设施。神舟飞船的任务控制中心也位于此处。此外，位于北京西北的唐家岭的新的太空技术和测试中心，拥有飞船综合大厅、太空环境室（包括世界上第五大真空室）和振动测试设施。

更为重要的是，中国拥有用于跟踪其导弹和飞船的远洋船只。这些“远望”船已经部署在太平洋上监测军用导弹试验，和在印度洋上控制卫星运动进入地球同步轨道。这些船只将被派到南大西洋、印度洋和南太平洋，以支持神舟号飞船飞行。俄国过去有类似的舰队，但1990年代由于预算制约而废弃。中国建造了自己的监测船，而不是购买俄国的。

由于神舟飞船返回地球途中经过南大西洋时，需要一些关键的地面控制功能，中国于2000年与非洲国家纳米比亚签署了一个协定，在斯瓦科普蒙德城附近建设了一个跟踪站。建设开始于2001年初，并于年底完成。五个长期居民住在这个设施中，在神舟任务期间，工作人员扩充到20名。这个站点位于神舟号返回路线之下，而且由于飞船轨道有一个跟国际太空站不同的倾角，纳米比亚基地不能用于跟踪从国际太空站返回的飞行。这种安排意味着尽管神舟号拥有能够（与国际太空站）对接的装置，中国人短期内还是没有兴趣访问国际太空站。


中国的目标

1999年神舟号的第一次不载人飞行促进了民族自豪感的大宣泄。人民日报雷鸣般地说：“里程碑式的发射震撼了世界”。但是为了证明神舟计划的开销――官方说迄今花了190亿元人民币，或者23亿美元――的合理性，中国肯定希望得到比报纸感觉良好的标题更多的东西。政府预期，一次成功的载人太空计划将提升中国的世界地位及其高技术出口的声望，使这个国家得到更多的外交和商业力量。

此外，中国把太空技术看作是快速获得与西方和日本相当的技术的关键。国务院信息办公室2000年发布的一个白皮书宣称，航天产业是“国家综合发展战略的一个有机部分”。根据《现代兵器》（一家军事技术研究所的月刊）六月号的一篇文章，载人太空飞行计划“将提高诸如计算机、太空材料、制造技术、电子设备、系统整合和测试等领域的水平。”该期刊也注意到，在发展飞船导航、推进、生命支持和其他子系统等方面的经验能够被运用于“双重用途的军事/民用项目。”

中国的计划是在一个狭窄的技术基础上，建设令人印象深刻的独立太空能力。中国将集中力量于能够与其他国家的成就相比美然后超越之的特定领域，而不是发展一套广泛的空天技术，――就象美国已经做的那样。在2000年4月《人民日报》刊登的一篇文章中，中国航空航天局局长栾恩杰解释说：“由于有限的国家财政资源和十分薄弱的工业及技术基础，我们没有在所有航空航天领域全面赶超世界先进水平的力量。”

尽管中国仍然远不能向美国的太空地位挑战，但它心里可能有更多的可实现目标。如果正在进行一场新太空竞赛，它是处于第二位的。俄罗斯的太空计划在1990年代后衰退了，现在其能力只是通过对西方顾客的巨大商业销售额而得以保持。中国的GNP和国家预算是俄罗斯的五倍，能够轻松支付超出这位美国前任主要对手在太空竞赛中开支的资金。中国据说花在神舟计划上的23亿美元，略为超过了NASA每年用于航天飞机的花销的一半。
处于萌芽状态的中国太空计划已经开始使欧洲航天局黯然失色，后者没有向轨道输送宇航员，但在发射无人商业卫星方面处于世界领先地位。

欧洲航天局面临其成员国家的政治觉醒，并且削减了它的太空研究预算。太空飞行专家和作家哈维说，中国可能在今后五年内赶上欧洲航天局的发射率（每年大约10次发射）。“欧洲的发射将主要是商业和科学方面的，然而中国将集中在应用卫星（包括天气和侦察卫星）及其载人计划，”哈维评价说。2001年，退休的欧洲航天局科学部主任罗吉尔―莫里斯•博内宣布，欧洲政府必须作出政治决定，花钱维持欧洲航天局在太空研究方面第二等级的位置（仅次于美国）。然而，博内警告说，中国将在十年内超过欧洲。 一些太空专家同意，中国追赶欧洲和俄国的动力是完全可信的。“中国肯定拥有推进其太空计划的政治意愿，”让•琼森―弗里斯说，他以前在安全研究所亚太中心，现在海洋战争大学工作，“（中国）认识到所有内部和外部与声誉相关的太空利益，这是美国和前苏联在1960年代所做的，正如后来把欧洲推入太空的技术―工业化―经济利益一样。”

作为其决心的证据，中国太空官员已经制定了启动载人神舟飞船任务后的步骤。中国监督这项计划的机构的负责官员张庆伟（音）今年1月告诉人民日报：“（留在太空的）轨道舱为中国的第二步载人太空飞行计划打下了基础――在飞船与别一个飞行器之形成一个对接连接。”观察家普遍解释说，这意味着在最近的将来，一个载人的神舟飞船将到达指定地点，与一个前一次任务留在太空中无人轨道舱对接。

一旦展示了这种能力，中国可能进行神舟与一个小型太空实验室的对接。在前述2002年《了望》杂志的文章中，描述了这一发展计划：“在成功地进行载人太空飞行后，中国将很快发射一个能够为宇航员提供短期停留条件的宇宙实验舱。”这个太空舱在其他地方被描述为“一个可供人类短期生存的实验室”，随之而来的是一个设计用于长期停留的太空站。今年1月，没有透露姓名的官员向新华通讯社记者提供了更多的背景材料：“作为下一个步骤，中国将致力于实现载人飞船和太空载体对接技术的突破，并将发射一个太空实验室。在此之后，它将建立一个长期的载人太空站，解决与大规模太空科学实验和应用技术相关的问题，从而为人类和平利用太空作出贡献。”

菲利浦•S•克拉克是英国专门研究俄国和中国技术的太空顾问，他预期中国航天机构也许将在今后两年内发射一个12―14吨重的小型实验室。

克拉克预测2006年或者2007年中国将发射一个跟俄国1970年代和1980年代发射的“礼炮号”空间站相似的较大型的空间站。最后，克拉克相信，中国将开始在轨道上组装一个跟130吨重的俄罗斯米尔空间站相似的建筑。

此外，中国已经加速部署其用于通讯、气象、导航和太空研究的无人卫星。中国官员也已讨论了2010年前在月球上设立小型遥控漫游器的计划。一些西方媒体已经报道过，中国也想使其宇航员在月球上登陆，但是这些猜测来自于非官方的来源，而且可能被误传。一个登月载人任务的花销将是神舟计划的很多倍，然而回报只可能更多。

根据诸如哈维等太空专家的说法，把宇航员送入轨道，将足以使世界以另一种眼光看中国。“将会有一种感觉，认为这个国家已经达到了太空超级大国的地位，它总体上会给世界特别是亚洲地区留下深刻印象。”中国实施其太空计划的目标显然跟美国、俄国或欧洲不一样。从已经建造的硬件设施和到位的基础设施来判断，在可预见的将来，中国看来显然想在太空中走它自己的道路。”

作者简介：杰姆斯•奥贝格，作为合同雇员在位于休斯顿的NASA任务控制中心工作了22年，专业是航天飞机在轨定点。他现在是一个咨询专家、讲师和著述众多的作家，在美国和俄罗斯太空计划方面写了十余部书和无数的杂志文章。他的兴趣包括太空飞行安全和可靠性，太空活动对国家力量的贡献，以及世界太空计划的秘史。自从2月份以来，他成为NBC新闻的太空顾问。


华南老虎（cnxiaodong)译