以1956年10月8日中國第一個火箭、導彈研究機構國防部第五研究院正式成立為開端,中國航天事業已走過整整60年歷程。回顧航天事業的發展,無論是研製導彈,還是發射衛星;無論是載人航天、北斗導航,還是探月工程,中國根據實際水平,一步一步地走,最終走出了一條具有其特色的航天發展之路。
第一抔 中國的月壤
2017年,嫦娥五號將要發射。屆時,在探月工程「繞、落、回」三期任務全面完成之際,將迎來第一抔由中國人自己從月球上取來的月壤。
「取樣品是中國無人探月的最後一步。」81歲的老科學家歐陽自遠掩飾不住內心的激動,他是中國月球探測工程首任首席科學家,被譽為「嫦娥之父」。
在中國科學院月球與深空探測研究部的大樓裡,為研究月球樣品而專門設計的實驗室目前已經準備就緒。歐陽自遠第一次接觸月球樣品是在1978年。當年,美國總統卡特的國家安全顧問布熱津斯基訪問中國時,向時任中共中央主席華國鋒贈送了一件特殊禮品--一塊鑲嵌在有機玻璃裡的月球岩石,看起來有拇指般大小。布熱津斯基告訴華國鋒,岩石是阿波羅號從月球帶回來的。
事後,華國鋒希望科學家來分析一下這塊石頭是否真是從月球帶回來的。最終,分析研究的任務就交給了中國科學院地球化學研究所研究員歐陽自遠,他是當時全國為數不多的從事地外物質的研究人員之一。在一個特殊的清潔環境裡,當科學家砸開了包在外層的有機玻璃時卻略感吃驚:鑲嵌在其中的岩石實際上只有黃豆粒這麼大。原來,包裹岩石的有機玻璃是一個放大鏡。歐陽自遠稱了下岩石樣品,重量大約只有1克。他小心翼翼地將樣品切成兩部分,一部分用來研究,另一部分送到北京天文館。
中國自己的探月計畫開始於人類的第二波探月潮。2004年,「嫦娥工程」立項,其中第三期目標是月面巡視勘察並採樣返回。按照目前的計劃,嫦娥五號將在飛行四天半的時間抵達月球,在經過一兩天的軌道調整後開始工作。取樣不是件簡單的事情,之前的蘇聯探測器曾3次嘗試月面采樣,僅僅帶回樣品300多克。嫦娥五號將通過鑽取方式,在月表深挖兩米取樣,還要保持結構的完整性。取樣之後,還要在月面真空環境下完成樣品封裝後帶回地球。
嫦娥五號順利歸來後,中國將成為世界上第三個從月球上帶回月壤的國家,帶回的樣品將以公斤計。但取回月壤並不是中國科學家探索月球奧秘的終點,他們還計畫去月球背面一探究竟。這是一塊沒有被踏足的處女地。造訪月球背面有很多科學意義,地球磁場對月球背面的干擾很小,是天文學家夢寐以求的開展低頻射電研究的場所;而且,月球的背面有很多古老的岩石,內部結構和演化歷史與月球表面差異很大能夠幫助人類更深地了解月球整體的演化歷史。
不過,由於月球對通訊信號的阻擋,從地面上很難指揮探測器在月球背面工作。這使得月球背面的探測成為全球學術界和工程界的難題。
2016年1月,中國政府宣布,預計2018年,嫦娥四號將實現在月球背面落月探測。如果成功,中國將成為到達月球背面的第一個國家。探月與航天工程中心主任劉繼忠說,通過實施嫦娥三號任務,中國已經具備開展月球背面探測的科學和技術基礎,而美國、歐空局等其他航天大國和空間組織的相關探測項目尚處在論證階段。換句話說,中國面臨著前所未有的機遇。
新火箭 助推載人航天
從探月工程到探火計畫,中國深空探測的發展離不開火箭運載能力的提升。「火箭運載能力有多大,空間事業發展的舞台就有多大。」中國運載火箭技術研究院副院長唐一華說。
「新一代運載火箭是頭一次按照系列化、模塊化和組合化的思路來做的,不針對某一個具體的衛星或者具體的應用,其設計是為了滿足中國幾十年的運用需求,因此設計中考慮到後續的系列發展以及高可靠、低成本、好使用等因素。」唐一華說。
新一代運載火箭通常是指長征五號、長征六號、長征七號及長征十一號。從火箭運載能力大小順序來說,長征六號屬於小型火箭,長征七號屬於中型火箭,長征五號屬於大型火箭。2016年11月,長征系列火箭的新成員長征五號將要首飛。
作為目前中國推力最大的運載火箭,長征五號的低軌運載能力是25噸,主要用於發射空間站;也能將衛星發射到地球同步轉移軌道,相當於把長征三號乙火箭的5.5噸提高到14噸,可以實現「一箭雙星」或「一箭多星」發射;另外,也可以將月球探測器送到月球,用於發射嫦娥五號和嫦娥六號探測器等。
運載火箭技術的發展必將強力助推中國的載人航天工程。當神舟十一號與天宮二號完成對接及其他各項試驗返回後,天宮二號繼續駐留太空,等待新一代運載火箭長征七號將第一艘貨運飛船天舟一號的升空,開展推進劑補加等相關試驗。
中國真正的空間站計畫工於2020年建成,隨即將投入正常運營。中國載人航天工程辦公室副主任楊利偉曾透露,「中國空間站預留了很多將來與世界各國進行合作的平台,設計了能與其他航天器對接、進行艙段級合作的接口。」他說。
長征系列火箭的下一個新成員是重型運載火箭。據唐一華介紹,重型火箭正在進行關鍵技術攻關,預計在2027年到2030年前後實現首飛。
不過,隨著越來越多的公司開始瞄準航天發射市場,私人公司的介入,使得長征火箭在國際市場上的價格優勢開始受到沖擊。
2013年,美國SpaceX公司以單次發射0.56∼0.62億美元的低價進入國際商業發射市場。2014年其市場占有率迅速攀升至45%,截至目前該公司有32個待發射的國際商業訂單。這迫使歐州、日本、美國傳統發射服務商研製新一代低成本運載火箭,擬將發射價格降至目前的1/3∼1/2。「這些因素綜合起來,使得長征火箭面對國際商業發射服務市場越來越激烈的競爭,承受著新老競爭對手的巨大壓力。」唐一華說。
航天夢 從文昌再起飛
2016年6月25日,長征七號火箭從海南文昌衛星發射中心順利升空,標誌著文昌衛星發射中心正式投入使用。自此,文昌與酒泉、西昌、太原一起,構成了我國四大衛星發射中心。
文昌的建設是從成本和效用的角度考慮的。對於同一支火箭來說,在不同緯度的發射場,其發射載荷的能力是不同的,緯度越低運載能力就越高。例如,西昌衛星發射中心位於北緯28度,而文昌的緯度約為北緯19度19分。如果將原本在西昌發射的火箭放到文昌發射,可借助接近赤道的較大線速度以及慣性帶來的離心現象,使火箭燃料消耗大大減少,有效載荷將提高7.4%,接近300多千克。
隨著各國航天事業的發展,尋找一個更為合適、成本相對低廉的發射場尤為必要。也正因為此,據不完全統計,世界范圍內有38個衛星發射中心是建設在低緯度地區。
長期以來,由於中國鐵路隧道直徑的限制,超過3.5米直徑的火箭就不能通過鐵路運輸。既有的三大基地位於內陸,因而直徑5米的新型火箭無法運抵這些基地進行發射。「這制約了中國運載火箭的發展,並一度是導致中國大推力火箭與國外先進水平存在差距的一個重要原因。」國際宇航科學院院士何質彬說。
與其他三大發射中心相比,文昌地處濱海地區,臨近港口,可以解決火箭這種龐然大物運輸難的問題。這樣一來,北京制作的火箭就可以在天津裝運,通過船只運送到海南。
文昌的另一個優勢在於對風險的規避。衛星一旦發射,運載的火箭如果脫落在城市或農村,將帶來無法估量的損失,所以火箭脫落必須是在沒有人煙的地方。「文昌衛星發射中心發射的火箭,第一節火箭會脫落在三沙海域,第二節火箭會脫落在南太平洋海域,這就意味不會給城市、農村帶來影響,脫落在大海的火箭帶來的污染會也被海水稀釋。」何質彬說。
當然,不管是中國政府還是海南省政府本身,他們對於文昌的野心,決不是建設一個簡單的發射中心那樣簡單,他們想打造一個航太城,建設一個航太產業園區。(中國新聞組整理)
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