《科學美國人》: 中國的飛天大躍進

《科學美國人》: 中國的飛天大躍進


這是一篇老文章。當神舟六號成功升空時，重讀這篇評論文章，了解國外對中國航天事業的評價，還是有一定的意義的。 -- HPI


本文刊載於《科學美國人》雜誌第九期。作者是美國的太空專家。俺讀過很多外國人關於中國太空計劃的評論，但這篇文章是最為客觀的，根本沒有意識形態的偏見，顯示出一個太空科學家的嚴謹。因此花了整整一個下午的時間譯出，並鄭重向各位推薦。 -- 譯者

原題目：通過將其宇航員送入太空軌道，中國希望成為新的太空超級大國。

By James Oberg
作者：傑姆斯•奧貝格

在靠近華北戈壁沙漠的酒泉航天中心，神舟五號正在準備發射。這艘太空飛行器――它的名字表示“神之船”――長度接近九米，重量接近八公噸。這個秋天的某個時候，神舟五號將按計劃搭載在長征火箭上發射進入軌道。前四艘神舟飛船已經進行了軌道飛行，但跟這幾艘無人試驗飛船不同，神舟五號有望運載一個多至由三名中國軍隊年輕飛行員組成的機組。如果一切都按計劃進行，中國將成為將人類送入太空的第三個國家。

盡管自從太空時代到來後，已有三十多個國家的代表進入了太空軌道，但他們都是搭乘美國或者俄國的飛船進行太空旅行的。在實施其自己的人類太空飛行計劃時，中國已經獲取和運用了一些最初由俄國或者美國發展起來的技術。神舟五號的很多特點在太空專家看來很眼熟；這艘飛船給人的第一印象像是將俄羅斯聯盟號略微放大的型號。但是中國的太空機構建造了其自己的幾項關鍵係統，而且神舟在一些方麵的技術優於聯盟號。

神舟的第一艘載人飛行將產生深刻的外交反響。除了要提高國際聲望外，中國還希望這項計劃將刺激這個國家的航空航天、計算機和電子產業的進步。如果這次起步任務成功，中國將可能在地球軌道上建立它自己的太空站。在十年內，中國的太空活動可能完全超越俄國和歐洲太空署。而且如果中國成為美國之後最重要的太空強國，一個全新的“太空競賽”可能會即將發生。


即將進行的飛行

中國的太空雄心可追溯至1970年代，當時，一枚長征火箭將這個國家的第一顆衛星送入了軌道（這顆直徑一米的飛行器在環繞地球時發送愛國歌曲《東方紅》）。1990年初期，江**主席下達了開展載人航天計劃的指令，這個決定啟動了一個巨大的建設熱潮，它在一些方麵給人留下的印象有如NASA在1960年代為阿波羅計劃而進行的建設。1999年，為了不載人的神舟飛船的第一次飛行，一個新的火箭組裝建築和發射座在酒泉航天中心（中國發射導彈和衛星的最老和最大的三個地點之一）及時完成。盡管情報機構監督這一計劃，中國航天技術科學院在特定方麵――例如其宇航員的訓練――進行保密，一些與飛船有關的技術細節還是已經出現在中國的新聞媒體上。

神舟飛船由三個艙室組成。機組人員將住在一個咖啡壺形狀的艙室中（用NASA的話說，就是指令艙），該艙室包括他們的座椅（在起飛時，機組人員就平躺在上麵）和控製儀表盤。附在指令艙前麵的是一個筒狀的加壓艙（被稱作軌道艙），它容納了火箭發動機和一個電力係統。這個艙也將伸展出一對總麵積24平方米的太陽能電力板。

發射載體的官方名稱是長征2F，但是它也被富於詩意地叫做“神箭”（“神之箭”）。它是在長征2E――從中國軍用導彈衍生出來的一種液體推進火箭――的基礎上經過改進，使其可靠性足以進行載人飛行的一種型號。和這個設計用於運載更重酬載的火箭家族的其他發射載體一樣，它在四個核心發動機之外增加了四個捆綁式推進器，以增加推力。所有這些發動機使用液體nitrogen tetroxide和hydrazine推進劑，而不是更有力但也更麻煩的液態氫燃料，後者為NASA航天飛機的主發動機所使用。神箭發射推進力為604000千克力，處於聯盟號標準推進器（411000千克力）和運載數艘阿波羅飛船進入地球軌道的土星1B（740000千克力）之間。

神舟五號將進行與其前四艘無人飛船相同的飛行路線。在起飛後，推進器（亦即火箭，下同）將向東飛行，在青島（一個新的測控站的站址）附近穿過中國的海岸線，然後以大約5g的最大加速度飛過黃海。在經過日本九州島的正南方時，這艘飛船將與一艘大型監測船進行聯絡，並很快獲得一個大約每秒八公裏的軌道速度。它的軌道將傾斜42度，比國際太空站的52度傾斜度略為接近赤道。

為了返回地球，神舟飛船首先釋放軌道艙。然後服務艙點燃一個小型減速發動機，將飛船的速度放慢到大約每秒200米。這一動作使飛船在地球重力的吸引下下落到大氣層上部，這裏的空氣將使它的下落速度進一步減緩。由於目的地是位於酒泉以東大約500公裏的內蒙古的著陸地區，減速發動機在飛船飛臨半個地球以外的南大西洋上空時點火。在這次點火後，服務艙和指令艙分離，前者在大氣層中燃燒，但是後者底部裝備著熱防護層，保護機組人員免受重入大氣層時的灼熱高溫所傷害。

著陸的次序依循聯盟號和阿波羅號飛船的模式。在一個g相對高的減速後，盡管大氣層較薄，但指令艙在大約30公裏的地方釋放出一個小減速傘，然後釋放一個主減速傘，進行自由降落。高溫防護罩脫落。通過點著太空艙底部的一套火箭，在開闊大草原上實現軟著陸。


聯盟號的翻版？

第一艘無人駕駛試驗飛船，神舟一號，於1999年11月20日發射，在軌道上至少呆了一天。在隨後的三次飛行（分別發射於2001年1月10日，2002年3月25日，和2002年12月30日）中，飛船在軌道上呆了一周，進行越來越多的精密硬件測試。神舟二號據說帶了一隻猴，一隻狗和一隻兔，試驗飛船的生命支持係統。神舟四號被描述為一個能載人的飛船，攜帶了三人機組生活所需的所有裝備。事實上，宇航員據說在指令艙內參加了倒計時過程，隻是在起飛前的數小時內離開了飛船。

由於神舟飛船與聯盟號的表麵相似，一些觀察家斷定除了僅進行次要的修改後，中國飛船完全就是一個仿製品。英國出版物簡氏太空指南的編輯大衛•貝克說，神舟飛船是“在相當大的程度上是一艘聯盟號――就跟過去一樣，它是現貨供應的。”但是《中國太空計劃：從觀念到未來的能力》的作者布萊恩•哈維，批評了這種觀點。“對於中國的太空計劃存在許多錯誤論斷，”哈維說，他是指那種（認為神舟飛船是）低技術飛船和廣為散布的外國設計翻版的神話。“這很大一部分反映出西方文化觀念認為中國人可能不能夠掌握這種技術。我認為它很有助於看到中國人在幾年內建立其航天計劃的辦法：以一種訓練有素的方式，經過在各種可能性中進行仔細選擇，緩慢地、耐心地、仔細地從別處借鑒，――但隻是一種有限程度的借鑒。”

其他大多數獨立專家同意（哈維的觀點）。一些報道指出，盡管中國人已經要求購買一個有完整功能的聯盟飛船用於研究，但俄國人要求的價格是如此之高，以至於這筆交易沒有做成。中國人買回的太空艙是一個剝離後的型號，缺失了許多關鍵的太空係統。中國人也可能收集到至少一個偏離航線的無人駕駛聯盟級太空艙，它在太空時代初期濺落在他們的國土內。

神舟號的三艙室設計是一個符合邏輯的安排，這首先是由美國和蘇聯研究組各自獨立在四十多年前研發出來的。神舟看起來更象今天的聯盟號，而不象更早期聯盟號和阿波羅的設計。盡管神舟飛船指令艙跟聯盟號的再入艙有一些相似之處，但是另外的太空艙跟俄國和美國的對應部分是有很大差異的。例如，神舟飛船的服務艙有四個主發動機，但阿波羅的服務艙隻有一個發動機，聯盟號有一個主發動機和一個備用發動機。

神舟飛船的大型太陽能陣列產生的電力是俄國係統的好幾倍。而且與聯盟號不同，中國的軌道艙攜帶其自已的太陽能板和獨立的飛行控製係統，允許它在返回艙把機組人員帶回地球後繼續作為一個自由飛行的無人微型實驗。中國翻版的直接例證之一，是在飛行中太空艙發生空氣泄漏時用於保護宇航員的壓力服。在1972年三個宇航員在返回地球途中死於一次意外的艙室失壓後，俄羅斯引進了這樣一種救生服（被稱為“索科爾”）。中國人需要一種具有相似功能的宇航服，因此在獲得一件索科爾的設計樣本後，他們精確地複製了它，直至縫線和色彩布局（都一模一樣）。

中國官員沒有對這種技術轉讓進行保密。新華通訊社《了望》雜誌一篇關於中國航天計劃的文章宣稱：“在中國和俄羅斯1996年簽署了一個太空合作協定後，兩國在對接係統、模擬飛船、飛行控製、生命支持手段和載人航天的其他領域進行了富於成果的合作，俄國在太空技術發展上的經驗過去和現在都對中國具有重大的啟發意義。”

（這篇文章）提到了對接係統，這是特別說明問題的。盡管俄國和美國在過去的年代中在連接軌道上的飛船時使用不同的對接裝置，但神舟飛船的照片顯示中國人已經選擇了俄羅斯的被稱為APAS-89的裝置。這種設備包括一個直徑80厘米的加壓管道，外麵包著傾斜的金屬瓣，用於把兩個相同設計的單元鎖扣在一起。APAS-89最初是為和平號太空站研發的，現被用於把NASA的航天飛機與國際太空站連接起來。盡管中國最初對把其飛船與其自己的小型太空站連接起來有興趣，但使用APAS-89裝置的決定，也使神舟可以與美國航天飛機和國際太空站相連接。


建造推進火箭

研發神舟飛船所需的發射載體也顯示了中國的戰略。這種火箭是曾經用於科學和商業發射的早期型號的一種產物，但是作了一些很特別的改進。根據長征2F推進器的總設計師劉樹生的說法，這種載體的可靠性是97%，――就是說，它在100次發射中隻可能失敗三次。此外，在出現發射事故時，神舟飛船能夠從其推進器上分離。今年1月，劉對新華通訊社的記者描述了一個新的多功能診斷係統，設計用於監測推進器的狀態，如果需要，還能夠激活後備裝置，或者啟動飛船逃離。他聲稱這種逃離係統使機組人員的逃生機率達到99.7%。

神舟的發射逃逸係統是建立在“拖拉機火箭”方案的基礎上的，這種方案最初是在1960年代為NASA的水星計劃研發的，後來被阿波羅和聯盟號飛船的設計師所采用。在神舟飛船頂部的一個塔上，安裝了一套固體推進劑火箭，在發生發射事故時將飛船拖離推進器。飛船然後傘降到地麵。這個固體燃料火箭從起飛前15分鍾直至起飛後160秒（此時飛船高度為110公裏）都處於待點火狀態。

在中國共產黨的機關報《人民日報》的一次采訪中，發射載體的負責人黃春平（音）向記者展示了一個推進器的模型，在起飛時包圍神舟飛船的載貨艙整流罩上有四個翼。這些每個都像一個格子的翼片，是在發射逃逸時用於保持神舟飛船穩定的。“這是逃逸係統中最困難的部分，”

他解釋說，“我們一度想從俄國專家那裏得到它，但他們開價1000萬美元。最後，我們靠自己解決了這個問題。”這種學習前人工作，但獨立設計實際飛行硬件的模式，是神舟飛船大多數係統所遵循的。


宇航員（Astronauts）還是太空員（Taikonauts）？

然而，在訓練宇航員方麵，中國確實接受了了俄國的幫助。作為兩國1996年合作協定的一部分，兩名中國軍隊飛行員――吳介和李青龍（音）――在俄國莫斯科郊外星城的加加林宇航訓練中心學習。他們據說現在在指導中國飛行候選人的訓練計劃。其他十二名飛行員隨後被挑選出來，跟著他們加入到中國的第一批宇航員中。今年1月，香港報紙把陳龍（音）指為第一次載人飛行的指揮員。

所有這些中國宇航員都是受過大學教育的年輕的噴氣機飛行員，有超過1000小時的飛行經驗。由於跟聯盟號一樣，神舟飛船船艙空間有限，要求宇航員有小型身材：每個宇航員身高都在170厘米以下（五英尺七英寸），體重少於65公斤（143磅）。中國宇航員的名稱還存在爭論。一個中國太空發燒友根據中文“太空”（tai kong，意為外層太空）製造了名詞taikonaut。中國官員和報紙更喜歡用yuhangyuan，這大致可以翻譯為“空間航行員”。

在為神舟飛行任務作準備時，中國極大地改善了其太空飛行研究和訓練的設施。位於北京西南郊的航空航天城中的新的中國太空中心，集中了壓力艙群、太空船模擬器群、一個離心機和一個著陸衝擊塔，還有教室和宇航員醫療設施。神舟飛船的任務控製中心也位於此處。此外，位於北京西北的唐家嶺的新的太空技術和測試中心，擁有飛船綜合大廳、太空環境室（包括世界上第五大真空室）和振動測試設施。

更為重要的是，中國擁有用於跟蹤其導彈和飛船的遠洋船隻。這些“遠望”船已經部署在太平洋上監測軍用導彈試驗，和在印度洋上控製衛星運動進入地球同步軌道。這些船隻將被派到南大西洋、印度洋和南太平洋，以支持神舟號飛船飛行。俄國過去有類似的艦隊，但1990年代由於預算製約而廢棄。中國建造了自己的監測船，而不是購買俄國的。

由於神舟飛船返回地球途中經過南大西洋時，需要一些關鍵的地麵控製功能，中國於2000年與非洲國家納米比亞簽署了一個協定，在斯瓦科普蒙德城附近建設了一個跟蹤站。建設開始於2001年初，並於年底完成。五個長期居民住在這個設施中，在神舟任務期間，工作人員擴充到20名。這個站點位於神舟號返回路線之下，而且由於飛船軌道有一個跟國際太空站不同的傾角，納米比亞基地不能用於跟蹤從國際太空站返回的飛行。這種安排意味著盡管神舟號擁有能夠（與國際太空站）對接的裝置，中國人短期內還是沒有興趣訪問國際太空站。


中國的目標

1999年神舟號的第一次不載人飛行促進了民族自豪感的大宣泄。人民日報雷鳴般地說：“裏程碑式的發射震撼了世界”。但是為了證明神舟計劃的開銷――官方說迄今花了190億元人民幣，或者23億美元――的合理性，中國肯定希望得到比報紙感覺良好的標題更多的東西。政府預期，一次成功的載人太空計劃將提升中國的世界地位及其高技術出口的聲望，使這個國家得到更多的外交和商業力量。

此外，中國把太空技術看作是快速獲得與西方和日本相當的技術的關鍵。國務院信息辦公室2000年發布的一個白皮書宣稱，航天產業是“國家綜合發展戰略的一個有機部分”。根據《現代兵器》（一家軍事技術研究所的月刊）六月號的一篇文章，載人太空飛行計劃“將提高諸如計算機、太空材料、製造技術、電子設備、係統整合和測試等領域的水平。”該期刊也注意到，在發展飛船導航、推進、生命支持和其他子係統等方麵的經驗能夠被運用於“雙重用途的軍事/民用項目。”

中國的計劃是在一個狹窄的技術基礎上，建設令人印象深刻的獨立太空能力。中國將集中力量於能夠與其他國家的成就相比美然後超越之的特定領域，而不是發展一套廣泛的空天技術，――就象美國已經做的那樣。在2000年4月《人民日報》刊登的一篇文章中，中國航空航天局局長欒恩傑解釋說：“由於有限的國家財政資源和十分薄弱的工業及技術基礎，我們沒有在所有航空航天領域全麵趕超世界先進水平的力量。”

盡管中國仍然遠不能向美國的太空地位挑戰，但它心裏可能有更多的可實現目標。如果正在進行一場新太空競賽，它是處於第二位的。俄羅斯的太空計劃在1990年代後衰退了，現在其能力隻是通過對西方顧客的巨大商業銷售額而得以保持。中國的GNP和國家預算是俄羅斯的五倍，能夠輕鬆支付超出這位美國前任主要對手在太空競賽中開支的資金。中國據說花在神舟計劃上的23億美元，略為超過了NASA每年用於航天飛機的花銷的一半。
處於萌芽狀態的中國太空計劃已經開始使歐洲航天局黯然失色，後者沒有向軌道輸送宇航員，但在發射無人商業衛星方麵處於世界領先地位。

歐洲航天局麵臨其成員國家的政治覺醒，並且削減了它的太空研究預算。太空飛行專家和作家哈維說，中國可能在今後五年內趕上歐洲航天局的發射率（每年大約10次發射）。“歐洲的發射將主要是商業和科學方麵的，然而中國將集中在應用衛星（包括天氣和偵察衛星）及其載人計劃，”哈維評價說。2001年，退休的歐洲航天局科學部主任羅吉爾―莫裏斯•博內宣布，歐洲政府必須作出政治決定，花錢維持歐洲航天局在太空研究方麵第二等級的位置（僅次於美國）。然而，博內警告說，中國將在十年內超過歐洲。 一些太空專家同意，中國追趕歐洲和俄國的動力是完全可信的。“中國肯定擁有推進其太空計劃的政治意願，”讓•瓊森―弗裏斯說，他以前在安全研究所亞太中心，現在海洋戰爭大學工作，“（中國）認識到所有內部和外部與聲譽相關的太空利益，這是美國和前蘇聯在1960年代所做的，正如後來把歐洲推入太空的技術―工業化―經濟利益一樣。”

作為其決心的證據，中國太空官員已經製定了啟動載人神舟飛船任務後的步驟。中國監督這項計劃的機構的負責官員張慶偉（音）今年1月告訴人民日報：“（留在太空的）軌道艙為中國的第二步載人太空飛行計劃打下了基礎――在飛船與別一個飛行器之形成一個對接連接。”觀察家普遍解釋說，這意味著在最近的將來，一個載人的神舟飛船將到達指定地點，與一個前一次任務留在太空中無人軌道艙對接。

一旦展示了這種能力，中國可能進行神舟與一個小型太空實驗室的對接。在前述2002年《了望》雜誌的文章中，描述了這一發展計劃：“在成功地進行載人太空飛行後，中國將很快發射一個能夠為宇航員提供短期停留條件的宇宙實驗艙。”這個太空艙在其他地方被描述為“一個可供人類短期生存的實驗室”，隨之而來的是一個設計用於長期停留的太空站。今年1月，沒有透露姓名的官員向新華通訊社記者提供了更多的背景材料：“作為下一個步驟，中國將致力於實現載人飛船和太空載體對接技術的突破，並將發射一個太空實驗室。在此之後，它將建立一個長期的載人太空站，解決與大規模太空科學實驗和應用技術相關的問題，從而為人類和平利用太空作出貢獻。”

菲利浦•S•克拉克是英國專門研究俄國和中國技術的太空顧問，他預期中國航天機構也許將在今後兩年內發射一個12―14噸重的小型實驗室。

克拉克預測2006年或者2007年中國將發射一個跟俄國1970年代和1980年代發射的“禮炮號”空間站相似的較大型的空間站。最後，克拉克相信，中國將開始在軌道上組裝一個跟130噸重的俄羅斯米爾空間站相似的建築。

此外，中國已經加速部署其用於通訊、氣象、導航和太空研究的無人衛星。中國官員也已討論了2010年前在月球上設立小型遙控漫遊器的計劃。一些西方媒體已經報道過，中國也想使其宇航員在月球上登陸，但是這些猜測來自於非官方的來源，而且可能被誤傳。一個登月載人任務的花銷將是神舟計劃的很多倍，然而回報隻可能更多。

根據諸如哈維等太空專家的說法，把宇航員送入軌道，將足以使世界以另一種眼光看中國。“將會有一種感覺，認為這個國家已經達到了太空超級大國的地位，它總體上會給世界特別是亞洲地區留下深刻印象。”中國實施其太空計劃的目標顯然跟美國、俄國或歐洲不一樣。從已經建造的硬件設施和到位的基礎設施來判斷，在可預見的將來，中國看來顯然想在太空中走它自己的道路。”

作者簡介：傑姆斯•奧貝格，作為合同雇員在位於休斯頓的NASA任務控製中心工作了22年，專業是航天飛機在軌定點。他現在是一個谘詢專家、講師和著述眾多的作家，在美國和俄羅斯太空計劃方麵寫了十餘部書和無數的雜誌文章。他的興趣包括太空飛行安全和可靠性，太空活動對國家力量的貢獻，以及世界太空計劃的秘史。自從2月份以來，他成為NBC新聞的太空顧問。


華南老虎（cnxiaodong)譯