中国载人航天中的 “上海队”
阅读提示：如今在张崇峰的研究室里，仍堆放着十大箱他们翻译或收集的各国对接机构资料，这些资料见证了起步时的艰辛。最终上海航天的方案在PK中击败了竞争对手，赢得了对接机构研制项目权。
撰稿｜游本凤
中国载人航天起步于上世纪90年代初。1992年9月21日，中央专委会讨论通过了我国的载人航天工程计划，并正式立项实施，因此，中国载人航天工程一开始就以“921”这一特殊的时间印记作为代号。当然，最初几年这一工程十分神秘，令外界猜测纷纭。直到1999年11月20日，神舟一号无人试验飞船发射成功，中国才对外公开了宣布了这一“惊天之举”。
“921”工程制定了“三步走”计划。第一步：在发射数艘无人飞船的基础上，最终实现载人飞船的天地往返飞行；第二步：突破载人出舱技术和载人飞船与空间飞行器的交会对接技术，并发射一个8吨级的小型空间实验室，解决短期有人照料的空间站应用问题；第三步：建造一个20吨级以上的较大规模的、长期有人照料的空间站。
可以说，这些年来，中国的载人航天工程步子迈得非常稳健，一步一个脚印，一次实现一个目标，整个过程几乎没有反复，所有重大的关键技术都得到了攻克。
这次发射的天宫二号空间实验室，就是“第二步”中的最后一个重要环节。对于建设大型空间站来说，中国载人航天工程目前正在大力推进。而海南岛发射场的设立，可以说，就是为了建设空间站而专门建造的，新一代运载火箭长征七号的首次发射成功，预示着明年发射货运飞船的运载工具已经具备。今年晚些时候将实现首飞的真正意义的大运载长征五号的发射，未来将是我国建立大型空间站的主要运载工具。
因此，中国载人航天的精彩大戏值得期待。
保八争九，上海航天佳话
中国的载人航天工程能有今天的辉煌，每一次的成功都来之不易，成功的背后凝聚着许多航天人的神圣使命感和高度责任感。
“保八争九”，是20多年前载人航天工程指挥部对神舟一号飞船发射时间节点提出的严格要求，即力保在1998年间发射，争取在1999年间发射。也就是说，神舟一号的最后发射时间不能拖过1999年。因为1999年是建国50周年的大庆之年，要以神舟一号的成功向50岁的国庆献上一份厚礼。
1997年，当时主管载人航天工程的国防科工委副主任沈荣骏中将到上海航天局检查飞船工作，他此行一项重要使命，就是要求上海航天局对“保八争九”作出承诺。沈荣骏深深知道，“保八争九”的目标是否能实现，关键就在上海航天承担的电源分系统、推进分系统和图像话音分系统。
后墙不能倒。载人航天这一非常吃重的任务压在了上海航天人身上。上海航天虽然搞过火箭和卫星等航天产品，但飞船毕竟是第一次，其中的新技术、新材料、新难题比比皆是，有些关键技术涉及到整个载人航天工程的成败。
如飞船上的电源分系统，因贯穿于推进舱、返回舱和轨道舱三个舱段中，是一个大的电源系统，并网技术难度相当大。国内过去搞的卫星都是单体，电源系统也只是在一个单体内循环。飞船三舱并网的大电源系统在国内还是第一次；飞船上的推进分系统有不少发动机采用的是双阻元燃料，而控制双阻元燃料流量的金属膜片贮箱这一关键件又成了飞船上的一道“瓶颈”；还有数字压缩图像和话音技术，即天地往返通信分系统，也是关系到航天员在太空与地面通信及地面指挥监控航天员的十分重要的系统。这些都是我国载人航天工程中最复杂、技术难度最大的产品。这些系统都必须设计和制造一次成功。
电源分系统的难度主要在于：太阳帆板面积很大，是当时国内太空飞行器中展开面积最大的。而太空中的阴影区最低温度将近摄氏零下100度左右。如此低的温度，太阳帆板是否能准时打开锁定？如果这一关键环节有闪失的话，那么，整个飞船发射将前功尽弃。还有飞船上的推进分系统，也是一个性命攸关的系统。飞船发射升空后，飞船是否能稳定飞行，准确变轨，以及飞船返回时是否能按照地面的指令实施制动和返回，都由推进分系统决定。
“办法总比困难多”，这是上海航天局原副局长、神舟飞船领军人施金苗的一句口头禅。令箭在身，施金苗深感压力巨大。那段日子里他三天两头深入到科研第一线，与专家一起商量方案，探讨进度，寻求捷径。推进分系统最困难的是，所有产品都必须是百分之百货真价实的正样产品，一点也不能有问题。虽然经过了方案阶段和初样阶段的试验，但很不充分，心里没底。施金苗与厂所领导经过充分研究，反复商讨，认为提前完成可行。
801所承担着飞船上大大小小52台发动机及管路系统、气瓶、储箱、特种燃料加注等推进分系统任务，该所在老专家臧家亮的带领下，日夜奋战，经过充分的试验，达到了预期目的。805所电源分系统在主任设计师方国隆的主持下，终于攻克了太阳帆板在阴影低温区展开锁定的技术难关。这样，两家单位终于向施金苗作出了各自系统不误事和不误点的承诺。
1999年11月20日，神舟一号无人飞船发射成功。神舟一号当时是在电性船基础上改进后发射的，这也不失为载人航天工程的一大创举。“保八争九” 的庄重承诺，成为载人航天工程中的一段佳话，并被记录在载人航天工程光荣史册上。
太空之“吻”，逐一攻克难题
当今世界，掌握空间交会对接技术的只有俄罗斯和美国两个国家。而能够独立研制对接机构的只有俄罗斯，美国航天飞机上用于与空间站交会对接的对接机构，也都是向俄罗斯采购的。可以说，俄罗斯垄断了这一核心部件的资源。
早在我国上载人航天工程起步阶段，载人航天工程决策层就已经将交会对接提到了议事日程，并就这一关键技术到底是走引进成熟技术、购买现成产品的道路，还是主要依靠自己的技术力量、走独立自主研制的道路进行充分调研。当时通过摸底和寻价，得知俄罗斯方面的开价实在太高，而且还要搭售许多无关紧要的东西。
走第一条道路行不通。中国航天发展的历史证明，唯有走自力更生、自主创新之路，才是正道。
载人航天工程决策层传递的这一信息及时被上海航天捕捉。于是，上海航天人依靠很少的启动经费，以总体设计单位805所和产品总装单位149厂的研制团队为主体，开始了历时16年的艰难攻关历程。
载人航天工程空间实验室系统副总设计师张崇峰博士是对接机构研制的开创者之一，之前他是哈尔滨工业大学的博士生导师。项目刚起步时研制团队只有区区7人，被称为对接机构“七君子”。
他们中间谁也没有见到过对接机构，一切都是模糊的概念和纸面文章。当年张崇峰等航天专家在参观和考察俄罗斯“能源”火箭公司对接机构研制车间时，对方车间主任不停地暗示张崇峰：对接机构研制难度很大，你们中国人肯定搞不出来，而且自己搞不划算。对方的漫天要价，以及对核心技术的遮遮掩掩，闪烁其词，更加坚定了他们自主研制对接机构的决心。
如今在张崇峰的研究室里，仍堆放着十大箱他们翻译或收集的各国对接机构资料，这些资料见证了起步时的艰辛。最终上海航天的方案在PK中击败了竞争对手，赢得了对接机构研制项目权。
所谓空间交会对接，是指两个航天器在空间微重力环境下进行的轨道交会，而完成对接任务主要依靠执行结构，即对接机构。
我国先前实施的对接机构主要分为两部分，被动部分安装在天宫一号上，主动部分安装在神舟八号飞船上，天宫一号作为目标器，而神舟八号则以尾追方式与目标器进行交会对接。
交会控制和对接过程很繁琐，包括缓冲、捕获、校正、碰撞、连接、锁紧等一系列复杂程序。缓冲的目的是为捕获目标做好充分准备，同时消耗一部分两个航天器接触撞击后产生的能量，保证其撞得上，但又不能撞坏，以形成柔性连接。捕获成功是完成对接的前提，校正的目的是使两个航天器的姿态符合对接要求。两个航天器对接成功后，还要确保对接面的拉紧与密封，并保持刚性连接。对接成功后则在两个航天器之间形成与真空环境完全隔离的通道，以确保航天员的生命安全。对接成功后还要实施电、气等连接，以保证空间站和飞船内各项设施的正常运行。另外，对接后的两个航天器还须根据飞行任务要求，一直保持良好的对接状态，短则几天，长则几个月。待在轨任务结束后，再对两个飞行器实施分离。
有人对此打了个十分形象的比方：两个航天器的交会对接，就像我们在地面上一手拿针，一手拿线，一次就要将线头穿进针孔。
在对接机构研制过程中，有好几次技术攻关曾一度陷入困境。作为技术负责人，张崇峰和他的团队承受着巨大压力。但张崇峰心里非常清楚，成功，有时候只缘于最后一小步的坚持。2007年，对接机构地面模拟试验时测得分离角速度太大，达不到设计要求。而分离角速度过大，严重的话将会导致对接时侧翻。于是，研制团队对这一问题开始了“拉锯式”攻关。在拉锯的一年中，试验的结果一直令人失望。如果再找不到原因，将会影响进度。而长时间的疲劳战，令整个团队疲惫不堪。经过170多次试验、分析和改进，最终，在模拟太空环境最严苛的条件下，终于使分离角速度达到了“分秒不差”的理想状态。
对接机构的一个个“拦路虎”就是这样被他们一一攻克的。如研制对接机构首先要解决的问题是要在地面实验室里模拟一个较为庞大的微重力真空环境，以保证地面试验的充分。若地面试验不充分，太空对接无从谈起。而进行地面试验，必须有一套十分复杂的地面设备。从有关资料了解到，模拟微重力环境下的对接，俄罗斯采用的是“吊挂”方案，即用足够长的绳子把两个飞行器模型分别“吊挂”起来，然后拉开一段距离，利用钟摆的原理使两个飞行器对撞，以此模拟对接过程。我们的科技人员经过研究分析，认为这种试验方法比较“土”，稳定性差，无法控制对接前的状态，距离精准性的技术要求差距也很大。
805所总工艺师王北江是技术创新的积极倡导者。他经过潜心研究，提出了用喷气悬浮平台的方案建造对接缓冲试验台。这是一个大胆的想法，不仅完全不同于俄罗斯的试验方法，而且是对他们试验方法的彻底颠覆，具有中国航天的创新特色。但在建台过程中，却碰到了一个意想不到的问题，即该方案需要两块巨大的石块作为平台。这不是两块普通的石头，首先要求石头必须是整块的，中间不能有细微的裂缝；其次石头本身对温度的稳定性要好；再次表面平整度要高，平面比镜面还要光洁，整个平面的高低起伏不能超过千分之三毫米。为了寻找这两块特殊的大石头，研制团队通过查阅大量资料，找有关方面打听，最后得知，只有泰山上的花岗岩可满足上述苛刻的要求。于是设计师亲自奔赴泰山石矿区，在大山里仔细考察了一个多月，经过认真确认和圈定范围，在当地石匠的帮助下，最终成功开采了两块70多吨重的泰山石。然后经过五个月的精雕细琢、精心打磨，终于制作成功两块精光呈亮的精细试验平台。最后，再费了九牛二虎之力，将这两个庞然大物运回上海。
如今，在对接缓冲试验平台上，科技人员只须用手指轻轻一点，两个8吨多重的“大家伙”就能自如地移动，让他们进行各种环境条件下的对接试验。
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