文/ 陳立

關(guān)于神舟系列飛船，中國載人航天工程在1992年立項時，對其理想功能狀態(tài)有過一個規(guī)劃。

這份秘而不宣的規(guī)劃一直是飛船系統(tǒng)迭代升級的方向，也能在每次任務(wù)的工程目標(biāo)中找到蛛絲馬跡。

從采用最小配置（只有8個分系統(tǒng)）的神舟一號試驗飛船問世，到今天神舟十二號載人飛船飛向中國空間站，當(dāng)年那一紙規(guī)劃首次全部實現(xiàn)。

這次神舟十二號飛船升空前，要滿足一個以前沒有的約束條件，火箭方可發(fā)射，那就是：發(fā)射場的另一枚長二F火箭和神舟十三號飛船必須技術(shù)狀態(tài)正常。

從數(shù)學(xué)的角度來講，小概率事件不易發(fā)生。但是，一旦有航天員在天上遭遇不測、神舟十二號飛船又發(fā)生故障無法返回這樣的極小概率事件不幸發(fā)生，“就要發(fā)射神舟十三號飛船實施應(yīng)急救援，接航天員回來。整個救援流程16天，最快8.5天完成”。神舟飛船飛控技術(shù)組組長楊海峰解釋，中國已步入空間站時代，空間站核心艙與飛船合體后，還有空置的對接口供“救生船”?？?，這在天宮一號/二號任務(wù)中是無法做到的。

最后一塊拼圖就這樣順理成章地補上了。

或許，這也令人更好地理解，為什么在神舟飛船研制隊伍里會流傳這么一句話——“全國人民對航天有包容心，但我們不接受失敗”。

▲ 神舟十二號飛船模擬圖

延續(xù)多年的“高壓”

上一次載人飛行已是5年前。

3月底，神舟十二號飛船飛控試驗隊進(jìn)駐北京航天飛行控制中心，與在酒泉兼顧神舟十二號和神舟十三號兩艘飛船的發(fā)射試驗隊遙相呼應(yīng)。同時，著陸場的搜救回收試驗隊也準(zhǔn)備就位。后續(xù)神舟十三號發(fā)射前，神舟十四號同樣會在發(fā)射場時刻待命。

神舟十二號發(fā)射時間臨近7月1日這個特殊的日子，壓力顯而易見。有些設(shè)計師每天拖著行李箱去上班，隨叫隨走，隨時出差。

神舟飛船系統(tǒng)技術(shù)副經(jīng)理邵立民說，載人航天任務(wù)責(zé)任重大，工作強度高，但在進(jìn)度和質(zhì)量的雙重要求下，必須做到二者平衡、齊頭并進(jìn)。

這是一個被視為航天器技術(shù)最為復(fù)雜的大系統(tǒng)工程。航天器上有了人，在技術(shù)、可靠性、安全性等方面的要求都會被提得很高。

“高壓”狀態(tài)已延續(xù)多年。1998年，北京航天城在一片農(nóng)田里拔地而起，廠房建設(shè)與飛船研制同步交叉進(jìn)行，已經(jīng)組裝起來的4艘供地面試驗用的初樣飛船同時展開測試，按既定的“爭八保九”（爭取1998年、確保1999年發(fā)射第一艘無人飛船）進(jìn)度要求，科研人員爭分奪秒。

大家冥思苦想，把用于地面電性能測試的試驗飛船簡化、改裝成一艘用來發(fā)射的試驗飛船。改裝后的飛船要送到空間環(huán)境模擬器KM6（俗稱為真空罐，用于模擬太空環(huán)境）中接受考核，開一次罐的費用是幾十萬元。當(dāng)時航天“拮據(jù)”、元器件質(zhì)量不穩(wěn)定，時任飛船總設(shè)計師的戚發(fā)軔為此下了道命令：誰家產(chǎn)品考核出問題，誰就掏錢重新開罐。

1998年，時任國務(wù)院總理的朱镕基看到飛船試驗設(shè)備上有一個部件表面加工粗糙，便向承制單位提出嚴(yán)厲批評。當(dāng)時飛船副總指揮、副總設(shè)計師施金苗多年后回憶，那些批評一直都回響在自己耳畔。干載人航天就得經(jīng)歷這樣的“高壓”，才能保證航天員順利上去、平安回來。

源于對質(zhì)量的極度苛刻和技術(shù)的不斷突破，從1999年發(fā)射的神舟一號開始，每一艘神舟飛船都不辱使命，積累的成功經(jīng)驗薪火相傳。楊海峰也表示，和前幾艘飛船比，神舟十二號的技術(shù)狀態(tài)總體變化不大，質(zhì)量很穩(wěn)。不過這次任務(wù)中還是會有一些“新動作”，主要是交會對接和返回著陸。

效率更高的交會對接

神舟飛船以前是和8噸級的天宮一號/二號空間實驗室交會對接，兩者體重相當(dāng)，此次面對體重三倍于己的空間站核心艙，還要進(jìn)行首次載人自主快速交會對接。

神舟十二號飛船上配備了控制計算機、北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)、微波光學(xué)敏感器等交會控制設(shè)備，不依賴地面測控系統(tǒng)，就可以自主飛到“天和+天舟”組合體附近，被稱為“基于船上自主導(dǎo)引的交會方案”。以往靠地面導(dǎo)引飛船完成交會對接，方案成熟，但需要2天左右才能完成，這次從船箭分離到對接機構(gòu)鎖緊只需要6.5個小時左右。

飛船入軌后，自己會測算位置、速度等，北京飛控中心則會把“天和+天舟”組合體的位置、速度信息告訴飛船。經(jīng)過約4.5小時飛行、6次變軌后，飛船將來到核心艙的后下方，兩者直線距離52公里，飛船運行軌道高度要低13.5公里左右。

作為追隨者，飛船不斷瞄準(zhǔn)、接近核心艙，并在其下方完成180°轉(zhuǎn)向，建立倒飛姿態(tài)，然后升軌飛到核心艙前方200米停泊點處。飛船頭部的軌道艙，對準(zhǔn)“天和”球形節(jié)點艙的前向?qū)涌?，船上交會敏感器測量相機進(jìn)行光學(xué)測量，直至對接機構(gòu)鎖緊，對接過程一蹴而就，耗時約30分鐘。

“以前交會對接過程中飛船停泊點多，400米、120米、30米，現(xiàn)在技術(shù)成熟，可以壓縮時間，航天員在飛船里待久了也難受。”楊海峰笑言。

天和核心艙上有3個對接口供飛船選擇，分別是前向?qū)涌凇⒑笙驅(qū)涌?，徑向?qū)涌冢ㄑ睾诵呐撨\行軌道半徑方向，朝向地心）。邵立民表示，現(xiàn)在交會對接過程簡化，效率更高。這次任務(wù)是前向?qū)樱绻教靻T平安無事，那么地面上神舟十三號飛船的應(yīng)急救援待命任務(wù)就會解除，轉(zhuǎn)為正常任務(wù)，發(fā)射后會與核心艙進(jìn)行徑向?qū)印?/p>

無論是“北斗”指路，還是快速交會對接，都在1個月前的天舟二號任務(wù)中驗證過。相比其他航天任務(wù)，載人航天任務(wù)更求穩(wěn)。等到此次飛行乘組返回地球當(dāng)天，神舟十二號飛船還會首次交會到距離核心艙徑向?qū)涌?9米處，但不對接，為神舟十三號飛船“探路”。

備用著陸場轉(zhuǎn)正

“神舟”“天和”“天舟”3個航天器從前到后串聯(lián)在一起后，組合體的姿態(tài)控制權(quán)由“天和”接管，遙測參數(shù)也由它提供給地面，航天員將穿過四道艙門，進(jìn)入“天和”。

首先，待神舟飛船的軌道艙和返回艙兩邊氣壓平衡后，航天員打開返回艙艙門，進(jìn)入軌道艙。軌道艙和節(jié)點艙之間的對接通道是真空的，需要先將空氣充入至負(fù)壓96千帕。航天員通過快速檢漏儀查看通道內(nèi)是否漏氣，空氣負(fù)壓不足的話，儀器會亮紅燈報錯。

相繼打開軌道艙門、節(jié)點艙門、小柱段艙門后，航天員便來到小柱段，這是他們在核心艙的生活區(qū)，再往里走是大柱段工作區(qū)。這些艙門打開后都不必關(guān)上，方便航天員往返?！吧裰埏w船上攜帶的生活物資只夠3名航天員用5天，因此必須保證每道艙門都能順利打開，便于航天員開展工作與取用物資?！睏詈７逭f。

這次航天員將在軌駐留3個月，要進(jìn)行出艙、科學(xué)實驗、技術(shù)試驗等活動，刷新中國航天員巡天的時間紀(jì)錄。9月份，神舟飛船被“喚醒”，帶航天員回家，首次實施全高度大范圍的高精度返回。

屆時，著陸區(qū)將不再是大家熟知的內(nèi)蒙古四子王旗，而是以前載人航天任務(wù)的備用著陸場——地處巴丹吉林沙漠和戈壁帶的東風(fēng)著陸場。

楊海峰解釋：“空間站軌道高度和天宮一號/二號不同，所以導(dǎo)致落區(qū)位置有變化?！币郧斑\行軌道固定，飛船每次都是從指定位置開始再入大氣層，所以次次落在四子王旗。空間站運行在340公里~450公里的近地軌道上，軌道變化讓飛船返程的出發(fā)點不再固定，所以選擇了東西跨度大得多的東風(fēng)著陸場。

核心艙上很多設(shè)備可以更換，但設(shè)計壽命15年的寶貝發(fā)動機是一次性的，要“省著用”。如果只是為了讓飛船落在四子王旗而去調(diào)整軌道面，并不是很科學(xué)，也不經(jīng)濟。需要“省油”時，核心艙甚至?xí)P(guān)閉自己的發(fā)動機，轉(zhuǎn)而啟動天舟貨運飛船的發(fā)動機，讓小兄弟推著大哥飛。

和俄羅斯聯(lián)盟號飛船、昔日美國阿波羅飛船一樣，神舟飛船返回艙也是采用彈道—升力式方式（半彈道式）返回，航天員承受3~5個G的減速過載。如果遇到突發(fā)情況需要應(yīng)急返回，便采取彈道式再入返回。一頭扎入大氣層的返回艙高速自轉(zhuǎn)，彈道極陡、減速很快，飛行時間和航程短，航天員會承受8個G的過載。

“返回艙上還配有兩套降落傘”，邵立民補充道，如果不配置備份傘，一旦主傘失效，后果將是災(zāi)難性的。另外，飛船還專門設(shè)置自動檢測裝置，一旦檢測到故障，就會按預(yù)定程序切換到備份降落傘設(shè)置。

類似這種在技術(shù)上采取的冗余措施，神舟十二號飛船上隨處可見。

救生措施最完備的載人飛船

今年是世界載人航天大幕開啟60周年。從1961年蘇聯(lián)航天員加加林乘坐人類第一艘載人飛船進(jìn)入太空開始，各國在這項活動中寄托了雄心壯志，也傾注了最頂尖的智慧和技術(shù)，特別是在保證航天員安全方面。

這背后是一次次血的教訓(xùn)和對生命的敬畏。人類載人航天飛行史上，共有18名航天員遇難，1986年美國挑戰(zhàn)者號航天飛機爆炸的悲劇更令人刻骨銘心。1975年“聯(lián)盟18A”飛船發(fā)射時，火箭末級發(fā)動機點火后不久出現(xiàn)故障，借助應(yīng)急救生程序船箭立即分離，航天員才幸免于難。

因此，要造一艘最安全的“神舟”，在設(shè)計過程中遵循可靠性和安全性原則尤為重要。這條金科玉律早被寫入中國空間技術(shù)研究院神舟飛船的總體設(shè)計方案中：應(yīng)該按照“一次故障——工作，二次故障——安全”的設(shè)計原則開展設(shè)計工作……

也就是說，飛船上的任何設(shè)備若發(fā)生故障，一定要有備份、有冗余措施，以維持正常工作；再出問題，那一定要保證安全。例如，船上一共配置4種不同類型的交會對接敏感器，雖然作用距離不同，但能保證在關(guān)鍵測控弧段內(nèi)，同時有3套設(shè)備可以工作。

中國載人航天工程副總設(shè)計師張柏楠曾講過一個“鏈條原理”：這是一個系統(tǒng)工程，一個載人系統(tǒng)幾萬個單點、幾十萬行軟件代碼，像一個環(huán)狀鏈條，哪一個環(huán)節(jié)都不能疏忽，哪一環(huán)都至關(guān)重要。

哪怕只是一個小小的氣囊。

2001年1月，神舟二號飛船返回時發(fā)生了一些問題。時任飛船副總指揮尚志和副總設(shè)計師張柏楠被要求立即調(diào)研有關(guān)返回艙上氣囊情況，迅速拿出解決方案。

兩位老搭檔領(lǐng)到任務(wù)后，一度大腦空白。這是涉及航天員返回時生命安全的嚴(yán)肅問題。兩人偶然在航空救生展覽中，受到直升機彈射座椅上氣囊和民航救生衣的啟發(fā)，順藤摸瓜找到一家京外機構(gòu)。對方很熱情，很快就設(shè)計出了樣品，但有瑕疵，不滿足飛船使用標(biāo)準(zhǔn)?？紤]再三后這家單位決定退出，已經(jīng)兩地折返多趟的尚志急得當(dāng)場發(fā)火，還被對方告了一狀“態(tài)度惡劣”。后來，還是靠航天的研究所費盡周折才解決問題，付出巨大人力物力，拿出滿足要求的產(chǎn)品。

一度走投無路的兩位“副總”長舒一口氣。干載人航天這個“天字一號”任務(wù)，遇到的艱難處境比熱情相迎多，到最后基本還得靠自己渡過難關(guān)。

此時的“神舟”，已是世界上最安全的載人飛船之一。載人航天活動的全過程可以分為待發(fā)射段、發(fā)射段、軌道運行段、返回段和著陸段5個階段。之前，美蘇的水星號、雙子星座、阿波羅、東方號、上升號五型飛船以及航天飛機，都無法在5個階段均拿出行之有效的救生措施，而中國的神舟飛船在5個階段都有救生措施。

神舟飛船在待發(fā)射段（發(fā)射前15分鐘至起飛前）出現(xiàn)致命性故障時，會采用應(yīng)急撤離或發(fā)射臺逃逸救生這兩種方法。前者，航天員出船，再出火箭整流罩艙口，使用逃逸滑道到達(dá)地面，進(jìn)入地下掩體，完成撤離。后者，與發(fā)射段大氣層內(nèi)救生模式相同，主要依靠火箭上的逃逸塔拖拽飛船逃逸。

飛船在軌飛行期間，若發(fā)生危及航天員生命的故障，或航天員出現(xiàn)急難病癥必須立即返回地面救治，會啟動飛船提前快速應(yīng)急返回著陸的方案?，F(xiàn)在，又加了地面發(fā)射“救生船”這道保險。

如此種種，在研制載人飛船時，科研人員窮盡大腦提前想到可能出現(xiàn)的緊急情況，給出對策，先保航天員安全，再考慮科學(xué)和工程上的事。

上世紀(jì)90年代的一天，俄羅斯聯(lián)盟號飛船準(zhǔn)備發(fā)射。飛船總設(shè)計師與航天員握手告別時說，沒有把握我不會送你們上天。戚發(fā)軔看到這一幕后反問自己：以后我敢這么說嗎？

積年累月，這個反問成了一代又一代航天人勇往直前的不竭動力。