幾千年來，人類從未停止對星空的夢想和探索。在近代科幻作家的筆下，人們終于開始用科學(xué)的方法思索如何進入太空。“2010年，中國宇宙飛船‘錢學(xué)森號’搶先登陸木衛(wèi)二‘歐羅巴’……”這是美國人阿瑟·克拉克20世紀60年代在著名小說《2001太空漫游》的續(xù)集里預(yù)測的場景。

而隨著人類航天科技和工業(yè)的發(fā)展，人類終于借助宇宙飛船、航天飛機等運載器，進入了太空，并且能在太空停留。太空環(huán)境極為惡劣，面對高真空、高缺氧、宇宙輻射、溫度差異等不利的環(huán)境因素，載人航天器提供了一個基本與外界隔絕的密閉環(huán)境，用來保護航天員安全完成任務(wù)，自1961年人類第一艘載人飛船上天以來，載人航天器已有近50年的發(fā)展歷史。

本文將對各國的載人航天器，做一個簡要的介紹和對比。

中國“神舟”飛船：可利用空間最大

1999年11月21日，中國發(fā)射的第一艘試驗飛船“神舟”號在完成了空間飛行試驗后成功著陸。

在冷戰(zhàn)的政治軍事需要下，美、蘇兩個超級大國早在1960年代就實現(xiàn)了載人航天，1969年就將人類送上了月球。中國也曾在60、70年代也提出和執(zhí)行過載人飛船的研制計劃——“曙光號”飛船，這個計劃后來由于種種原因無疾而終，使中國的載人航天大大落后于其他航天大國。改革開放之后，載人航天重回中國航天人的視野，經(jīng)過漫長的論證和決策過程，根據(jù)中國的經(jīng)濟和科技發(fā)展水平，最終從宇宙飛船、不帶主動力的小型航天飛機、帶主動力的航天飛機、兩級火箭飛機和空天飛機這幾種方案里選定了宇宙飛船方案，就是后來的“神舟”系列飛船。

在攻克了載人航天的航天員、空間應(yīng)用、飛船、火箭、發(fā)射場、測控通信、著陸場等七大分系統(tǒng)個字的難題之后，中國第一艘實驗飛船“神舟”一號于1999年11月20日發(fā)射成功，一天后成功返回，實現(xiàn)了中國航天史上零的突破，此后的“神舟”系列飛船任務(wù)如下：

2001年1月10日，神舟二號飛船進行了6天的飛行。這是中國第一艘正樣無人飛船，首次在飛船上進行了微重力環(huán)境下空間生命科學(xué)、空間材料、空間天文和物理等領(lǐng)域的實驗。

2002年3月25日，神舟三號飛船運行108圈，它是一艘正樣無人飛船，飛船上裝有人體代謝模擬裝置、驗證了與載人航天直接相關(guān)的座艙內(nèi)環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)。

2002年12月30日，中國第一艘可載人的處于無人狀態(tài)的飛船神舟四號成功發(fā)射并返回。

中國首位航天員楊利偉在太空中展示了中國國旗和聯(lián)合國旗。

2003年10月15日9時，神舟五號飛船把航天員楊利偉送入預(yù)定軌道，這一次的任務(wù)主要是考察航天員在太空環(huán)境中的適應(yīng)性，首次增加了故障自動檢測系統(tǒng)和逃逸系統(tǒng)，設(shè)定了幾百種故障模式。

2005年10月12日9時神舟六號進入太空，航天員費俊龍 聶海勝進行了首次多人多天實驗，神舟六號是三艙式飛船，軌道艙可以在無人值守的狀態(tài)下，作為衛(wèi)星繼續(xù)運行半年。

2008年9月27日，執(zhí)行神舟七號載人航天飛行出艙活動任務(wù)的航天員翟志剛在艙外揮動中國國旗。

2008年9月25日神舟七號飛船發(fā)射，航天員翟志剛、劉伯明、景海鵬，進入太空，實現(xiàn)了中國的首次太空漫步，飛船軌道艙在原有基礎(chǔ)上，增加了氣閘艙功能，作為出艙活動的過度艙段。

至今，“神舟”系列飛船已經(jīng)成功反射并返回達7次，中國成為世界上第三個擁有獨立將人類送入太空的能力的國家。目前，中國的載人飛船系統(tǒng)正在大力開發(fā)研制神舟八號飛船和貨運飛船，具有運送、儲存5.5噸貨物能力的貨運飛船，將為空間實驗室和空間站提供推進劑補加，補充水、氣，提供廢棄物存放條件。由于美國的航天飛機即將退役，中國的“神舟”飛船有望在必要情況下成為俄羅斯“聯(lián)盟”號與“進步”號飛船執(zhí)行飛往國際空間站任務(wù)的候補力量。此前也曾傳出美國欲在“獵戶座”飛船2015年試飛之前租用中國的“神舟”飛船，把宇航員送往國際空間站。

神舟飛船模型。

神舟七號飛船座艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

神舟系列載人飛船是中國自行研制的第一種太空載人工具。雖然飛船是上世紀60年代就已經(jīng)出現(xiàn)的航天載具，但是“神舟”系列飛船在研制之初，就不以美、蘇早期飛船的翻版為定位，而是以超越當(dāng)時俄羅斯的聯(lián)盟系列飛船為目標。其中“神舟七號”是目前世界上可利用空間最大的飛船，另具有一船多用、不經(jīng)動物實驗，直接搭載航天員的鮮明中國特色。

在參考國外早期的飛船發(fā)展歷史的基礎(chǔ)上，神舟飛船的設(shè)計發(fā)展越過了單人飛船、雙人飛船的階段，直接采用多艙組成的飛船，采用三艙兩段式結(jié)構(gòu)，從下至上依次由推進艙、返回艙、軌道艙和附加段構(gòu)成，總長9.2米，整船重約8噸，最大直徑約2.8米。

推進艙也稱動力艙，呈圓柱形，為飛船在軌飛行和返回地面提供能源和動力，并為航天員提供氧氣和水。而返回艙是密閉座艙，形似中國古代大鐘，艙門與軌道艙相連，艙高2.2米，最大內(nèi)直徑2.5米，它同時也是飛船的指揮控制中心，是飛船唯一返回地球的艙段。艙體表面由高分子材料組成，可以承受幾千度的高溫。

軌道艙是航天員在太空生活和工作的地方，艙內(nèi)安裝了大量的空間試驗裝置和儀器設(shè)備，它是航天員在太空飛行（軌道）中，進行科學(xué)實驗、進餐、體育鍛煉、睡覺和休息的空間。一般認為“神舟”系列飛船參考了俄羅斯的“聯(lián)盟”飛船，但是獨具特色的是，神舟飛船的軌道艙具有自己的太陽能電池陣列，導(dǎo)航和推進系統(tǒng)。與飛船分離后，軌道艙仍然可繼續(xù)在軌工作半年以上。上次發(fā)射的軌道艙可以同與下一個飛船進行交會對接，這樣就節(jié)省了交會對接的發(fā)射次數(shù)，降低了載人航天計劃的總體費用。

附加段也叫過渡段，是為將來與另一艘飛船或空間站交會對接做準備用的。在載人飛行及交會對接前，也可以安裝各種儀器用于空間探測。

在飛船的最前部有一個逃逸救生塔，高8米。在運載飛船的火箭起飛前900秒到起飛后160秒期間，一旦發(fā)生緊急情況，這個救生塔將緊急啟動，拽著飛船的返回艙和軌道艙與火箭分離，迅速逃離險地，并利用降落傘降落到安全地帶。

這樣的結(jié)構(gòu)組合使得飛船內(nèi)空間較大，與國外飛船相比增加了留軌功能。除此之外，神舟系列飛船最突出的優(yōu)勢就是安全，“零故障、零缺陷”的目標貫穿整個設(shè)計、生產(chǎn)、測試、發(fā)射的各個環(huán)節(jié)，目前已經(jīng)發(fā)射的7次都成功返回，安全的設(shè)計理念也體現(xiàn)在了細節(jié)上：例如神舟飛船的艙門無論從里面還是從外面，不超過3秒鐘就能迅速打開（吸取了阿波羅1號火災(zāi)的血的教訓(xùn)）；神舟飛船的降落傘主傘面積1200平方米，是目前世界上最大的一種；神舟飛船的落點范圍精確也達到正負10公里左右。

此外，飛船用一次性火箭發(fā)射，經(jīng)濟實惠，結(jié)構(gòu)簡單，不僅可作為天地往返運輸工具，還可作為空間站的救生艇。預(yù)計在明年，神舟八號飛船將發(fā)射升空，與“天宮一號”實驗空間站進行對接，測試其對接能力。

從“水星”到“阿波羅”

在航天飛機之前，美國先后發(fā)射了“水星”、“雙子星座”、“阿波羅”3種載人飛船，水星計劃、雙子星計劃和阿波羅計劃是一脈相承的，在將美國人送上太空不久，就完成了將人類送上月球的壯舉。

水星計劃（Project Mercury）是美國國家航空航天局與1959年至1963年進行的航天飛行計劃，主要目標是遏制前蘇聯(lián)在航天競賽中領(lǐng)先的勢頭，實現(xiàn)運載單人進入太空并將其安全送回的目的。水星飛船可以說麻雀雖小，五臟俱全，它的外形呈圓錐狀，長2米，錐底直徑1.9米，錐頂裝有小圓柱體。根據(jù)任務(wù)的不同，安裝在助推火箭頂端的飛船重量可在1043千克到1360千克之間。飛船的上部有一個緊急逃生塔，飛船的底部有一塊隔熱罩和一臺減速發(fā)動機，隔熱罩可以保護太空艙重返大氣層時不被燒壞，減速發(fā)動機則是一些小型的火箭助推器，它們的作用是在飛船重返大氣層時使其減速。

“水星”計劃于1963年結(jié)束，共完成25次飛行試驗，其中包括4次動物飛行，2次載人彈道飛行，4次載人軌道飛行，耗資約4億美元。

“雙子星座”飛船的結(jié)構(gòu)圖（左）及工作中的模樣

“雙子星座”計劃是美國的第二個載人航天計劃，籌劃較早，1961年12月7日正式宣布航行。那時已在實施“阿波羅”載人登月計劃，“雙子星座”計劃的目的，就是在“水星”計劃的基礎(chǔ)上，進一步為載人登月服務(wù)，主要任務(wù)是研究人在失重條件下長期太空飛行的種種問題，以及發(fā)展軌道機動、會合和對接技術(shù)，還有航天員的艙外活動能力。

“雙子星座”飛船由再入艙和設(shè)備艙組成，全長5.74米，底部直徑3.05米，頂部直徑 0.98米。再入艙由座艙段、對接段和回收段組成，高3.32米。

在飛船技術(shù)方面，“雙子星座” 安裝了幾個火箭發(fā)動機，使它可以在軌道上做向前、向后和側(cè)向的運動，以改變軌道。為了滿足更長時間工作的需求，燃料電池被應(yīng)用在飛船上；同時，雙子星座飛船還通過簡化的直接加壓、泄壓的設(shè)計，實現(xiàn)了宇航員的太空出艙；在回收方面，飛船在返回前在軌道上拋掉設(shè)備艙，然后發(fā)動機艙的4臺反推制動火箭點燃，將飛船推入載入軌道，最后再拋掉發(fā)動機艙，座艙像水星飛船一樣單獨再入大氣層，下降到低空時打開降落傘，航天員和座艙一道在海上濺落。

“雙子星座飛船”在1965到1966年之間密集的進行了10次成功的載人飛行，為阿波羅計劃完成了重要的鋪墊。

阿波羅17號登月。

阿波羅任務(wù)的徽標。

人類飛船史上值得大書特書的一筆，就是美國的“阿波羅”飛船，它是迄今為止人類唯一的離開過地球軌道的載人航天器。

阿波羅計劃在開始提出時目標并不十分明確，直到肯尼迪總統(tǒng)提出美國人要在20世紀60年代登上月球的計劃，這使得阿波羅飛船的設(shè)計與運行在地球軌道上的載人飛船頗有不同，最大的特點在于它由指令艙、服務(wù)艙和登月艙組成，登月艙可以載著航天員安全登月，并再次啟動離開月球。

1969年7月16日，阿波羅11號飛船成功的將兩名人類成員送上了月球并安 全返回，此后阿波羅飛船又進行了5次登月發(fā)射，除了阿波羅13號因事故放棄任務(wù)外，其他的發(fā)射都完成了登月的任務(wù)，阿波羅飛船被證明是一種可靠性很好的飛船。

航天飛機：一根雞肋

美國哥倫比亞號航天飛機發(fā)射時的場景。

美國航天飛機在太空中與和平號空間站對接。

阿波羅計劃之后，美國在載人航天方面走上了航天飛機之路，航天飛機是一種垂直起飛、水平降落的載人航天器，由軌道器、固體燃料助推火箭和外儲箱三大部分組成，具有重復(fù)發(fā)射、運載量大等等優(yōu)點，但系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性低、發(fā)射成本昂貴，檢修繁瑣。全球歷次載人航天失事一共造成22位宇航員喪生，而在美國兩次航天飛機失事中喪生的宇航員就占了14位，事實證明航天飛機并未達到當(dāng)初設(shè)想的目標。盡管如此，航天飛機在它近30年的服役時間里，依然完成了大量的天地往返任務(wù)，為人類的航天事業(yè)做出了獨特的貢獻。

除了前蘇聯(lián)的“暴風(fēng)雪號”航天飛機，世界上其他七架航天飛機都是美國制造，試驗雛型機有企業(yè)號和開拓者號兩架，正式服役的成型機有5架：除了墜毀的挑戰(zhàn)者號和哥倫比亞號，還有奮進號、亞特蘭蒂斯號、發(fā)現(xiàn)號。

航天飛機退役前夕，NASA啟動了新一代載人航天器“獵戶座”計劃，首飛時間定于2015年，可同時向國際空間站輸送6名宇航員，并能夠同時向月球輸送4名宇航員，其太空艙是“阿波羅”可居住空間的2.5倍。預(yù)計能夠接替航天飛機成為天地運輸工具，以及執(zhí)行遠景規(guī)劃的重返月球任務(wù)，但是“獵戶座”計劃由于政治經(jīng)濟因素的影響，目前已經(jīng)交由洛克希德.馬丁公司負責(zé)，前景尚不明朗。

“獵戶座”飛船與國際空間站對接的想象圖

俄羅斯“聯(lián)盟號”飛船：直通國際空間站

從1961年起到現(xiàn)在，前蘇聯(lián)已經(jīng)發(fā)射了“東方號”、“上升號”、“聯(lián)盟號”3種載人飛船。

前蘇聯(lián)第一代飛船東方號的結(jié)構(gòu)很簡單，是兩艙式，飛船只載1個人。第二代飛船上升號多了一個出艙用的氣閘艙，且能載2～3人。

俄羅斯“聯(lián)盟號”太空飛船

第三代飛船聯(lián)盟號聯(lián)盟號飛船是蘇聯(lián)在積累了多年經(jīng)驗之后，所開發(fā)出來的一種最成熟的載人航天器，飛船是三艙式結(jié)構(gòu)，這種飛船的最前端是對接機構(gòu)，可以進行飛船之間，飛船與空間站之間的對接。由聯(lián)盟號飛船衍生出的其它航天器包括：聯(lián)盟-T，這是聯(lián)盟號的直接升級物和替代品；聯(lián)盟-TM，相對聯(lián)盟T進行了更多的改進，主要執(zhí)行向和平號空間站和國際空間站運送宇航員工作組的任務(wù)；聯(lián)盟-TMA，聯(lián)盟系列的最新產(chǎn)物，是俄羅斯航天部門現(xiàn)在擁有的唯一一種可載人航天器，也是可以向國際空間站輸送宇航員的僅有的兩種工具之一（另一種是美國的航天飛機）。在航天飛機屢次發(fā)生事故的情況下，聯(lián)盟-TMA的意義變得更為重大。

為適應(yīng)為空間站運送貨物的需要，從1978年開始，蘇聯(lián)把“聯(lián)盟”飛船的環(huán)境與生命保障系統(tǒng)返回著陸、應(yīng)急救生等與人有關(guān)的系統(tǒng)去掉，改裝成貨運飛船，改裝后的貨運飛船稱為“進步”飛船，每次可以為空間站運送2噸貨物。從第五艘“進步”M飛船開始，還可以帶回一個再入小艙，以便運回在空間站上生產(chǎn)的材料樣品以及其他科學(xué)資料。

2001年，新型貨運飛船“進步”M1投入使用，其燃料儲備比“進步”M增加一倍，載貨量大大提高，通信聯(lián)系功能更強，與空間站對接后飛行時間也增加到180天。

俄羅斯“暴風(fēng)雪”號航天飛機在安-225運輸機背上。

在研制載人飛船的同時，前蘇聯(lián)也總共制成了5艘航天飛機，其中兩艘完全完工，一艘命名為“暴風(fēng)雪”，另一艘命名為“小鳥”。1988年11月15日，前蘇聯(lián)的暴風(fēng)雪號航天飛機從拜科努爾航天中心首次發(fā)射升空，它繞地球飛行兩圈后，完成了一次無人駕駛的試驗飛行。1991年12月25日蘇聯(lián)解體，政治與經(jīng)濟生活發(fā)生了巨大變化，在技術(shù)和安全的雙重壓力下，“暴風(fēng)雪”號計劃被擱淺。而這架航天飛機最終在一次工棚坍塌中毀滅，給人們留下了無盡的遺憾。

俄羅斯下一代載人飛船“快船”號設(shè)計圖。

俄羅斯已經(jīng)向公眾展示了下一代載人飛船“快船”號的全尺寸、高保真模型。“快船”是俄羅斯在“聯(lián)盟”號載人飛船基礎(chǔ)上從 2000 年就開始研制的一種新型載人飛船，研制，尺寸是 “ 聯(lián)盟”號載人飛船的兩倍，可容納 6 名宇航員，并裝有可重復(fù)使用艙段，能搭載 700千克貨物，設(shè)計發(fā)射重量為14.5 噸。若經(jīng)費充足，研制 “ 快船 ” 飛船需要 5 ～ 6 年時間，預(yù)計在 2012年后開始飛行。按照設(shè)計思想，“快船”不僅可以用來飛往國際空間站，而且可以用來探索太陽系，飛往包括火星在內(nèi)的其他行星。

歐日印等國紛紛試水載人航天

除了上述的幾個已經(jīng)擁有獨立發(fā)展載人航天計劃能力的國家外，世界上一些其他的國家也擁有自己的載人航天計劃。其中日本已有多名宇航員在NASA受訓(xùn)并隨航天飛機升空、進行太空行走。

日本宇航員進行艙外活動。

世紀70年代，日本制定的宇宙開發(fā)發(fā)展計劃由于種種原因，其中的載人航天計劃一直被擱置，但中國的“神舟”飛船成功發(fā)射、美國火星探測器成功抵達火星表面，對日本的震動很大。2003年，時任日本首相宣布，將重新審視在航天開發(fā)領(lǐng)域政策上的“基本構(gòu)架”，盡早啟動載人航天計劃。2005年，日本宇宙開發(fā)機構(gòu)（JAXA）公布了《2005～2025年航空航天規(guī)劃》也將載人航天列為要點。期望在20年內(nèi)，要以確立可獨自載人在太空駐留、活動的技術(shù)為目標，利用人和機器人的協(xié)作，開發(fā)并采用循環(huán)式的環(huán)境控制、生命保障、高效能源系統(tǒng)和柔性輕型的空間結(jié)構(gòu)等，降低航天員在太空活動所必需的水、空氣、電力和物資等資源的耗量和補給量，獲得高精度、安全、高效和高水平地開展載人航天活動的技術(shù)。

印度同樣是一個具有載人航天雄心的國家，2009年第一季度，印度公布了載人飛船的設(shè)計細節(jié)外，印度政府還正式批準了載人航天計劃：將把2名宇航員送入275千米高的軌道飛行7天，整項計劃預(yù)計耗資25億美元，包括建立長期的載人航天設(shè)施的費用，運載火箭費用，以及項目啟動資金。

另外印度太空研究組織（ISRO）公布了印度載人飛船研發(fā)細節(jié)。飛船重3噸，能夠攜帶3名宇航員。飛船還將包括必要時緊急任務(wù)異常中斷系統(tǒng)和乘員營救準備等，乘員艙設(shè)計為可返回式，服務(wù)艙則用于任務(wù)管理。飛船將搭乘ISRO靜地衛(wèi)星運載火箭GSLV -2發(fā)射。

然而印度目前還有一些載人航天的關(guān)鍵能力需要研發(fā)，包括：安全性和可靠性增強的載人運載火箭、生命支持系統(tǒng)、營救和返回系統(tǒng)、機器人操作器以及新任務(wù)管理和控制系統(tǒng)。印度在這些方面將得到俄羅斯的一定幫助。

歐空局新一代IXV載人飛船的效果圖。

歐洲空間局的載人空間站示意圖。

長期沒有載人航天的能力是使歐洲航空局感到尷尬的事情，歐洲在發(fā)展自主載人航天的道路上一波三折，由于經(jīng)費和各國意見不一等問題放棄了一些計劃。不過歐空局已經(jīng)開始實施第一代載人宇宙實驗飛船－－“中型試驗宇宙飛船”（Intermediate eXperimental Vehicle，簡稱IXV）計劃，預(yù)計將于2012年發(fā)射。在歐洲航空局擬定的未來的太空飛船發(fā)射計劃項目中，有許多都是利用了可重復(fù)使用的重返啟動系統(tǒng)，為此，2012年的發(fā)射將是檢驗該飛船的重返啟動系統(tǒng)及技術(shù)的運行情況的一次最大考驗。歐洲科學(xué)家表示，歐空局將最大化地實現(xiàn)其該飛船的太空能力。此次的中型試驗宇宙飛船IXV就是為了實現(xiàn)歐空局載人航天宏偉藍圖而邁出的新的一步。

在更為宏觀的歐空局“曙光女神”計劃中，表達了2024 年首先登陸月球，2033年以前，將歐洲航天員送上火星的目標。

結(jié)語

從上述的材料和分析可以看出，美國、俄羅斯、中國是世界上具有載人航天能力的僅有的三個國家。當(dāng)美國航天飛機退役后，中國的“神舟”飛船能夠在必要情況下成為俄羅斯“聯(lián)盟”號與“進步”號飛船執(zhí)行飛往國際空間站任務(wù)的候補力量。但相對于美、俄，中國的載人航天器還比較初級，任務(wù)還不夠多，沒有得到密集任務(wù)的考驗，由于尚未實現(xiàn)空間對接（2011年將由神州八號飛船進行測試），另外在空間停留的時間還不是很長，所以能夠執(zhí)行的任務(wù)有限，至于載人航天的至于由多段飛船進行組合，實現(xiàn)月球登陸等更高層次的任務(wù)的能力，神舟系列目前來說還言之過早。

綜合的看，神舟系列飛船到目前為止，還只能說是處在實驗的階段，但是也有它自身的特色和優(yōu)點，它采用了21世紀的電子技術(shù)，軌道艙可以無人留軌運行多天，相當(dāng)于一顆衛(wèi)星，另外在發(fā)展思路上的延續(xù)性比較好，發(fā)射的雖然少，但每次都取得了一步的成果，同時吸取了美、蘇/俄的失敗教訓(xùn)，避免了很多挫折。

綜合實力：★★★★