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载人飞船工程是我国迄今为止最大的航天工程，由7个系统组成，即:宇航员系统、飞船应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统和着陆场系统。

宇航员系统是载人航天工程的一个重要组成部分，与其他6个系统相比，具有较大的特殊性。载人航天飞船工程与其他航天工程最重要的区别就在于人类的直接参与飞行。宇航员系统是一个以宇航员为中心的医学和工程相结合的复杂系统，涉及航天生命科学和航天医学工程等许多重要领域。宇航员系统的任务是负责制定出宇航员选拔方案、内容和标准，并选拔、培训出能够执行载人飞行任务的宇航员;对宇航员实施有效医学监督和医务保障;与此同时完成宇航服、食品和用具等装船项目的研制。

载人飞船是有人驾驶的空间飞行器，由于飞船的发射、运行以及返回过程中特有的环境条件的复杂性、严酷性，还有飞船本身技术的复杂性以及出现故障的可能性和危险性，这些都决定了飞船驾驶员——宇航员不是一般人可以胜任的。

宇航员首先要能适应火箭飞行过程和太空生活中的各种恶劣条件，其次还要完成各项航天飞行任务，所以宇航员的选拔和训练都是极其严格的，甚至用苛刻和严酷来形容也一点儿都不过分。宇航员都是从工作性质较接近的歼击机驾驶员中选拔的那些身体素质和心理素质均好，训练有素并具有相当飞行经验，而且愿为航天事业献身的人。

各国航天界对宇航员的选拔都是极其重视的，选拔宇航员是一个复杂的过程，被选上进行训练的人员也不一定都能成为真正的宇航员，所以说选拔上的人员只能叫预备宇航员或试验宇航员。要成为预备宇航员或试验宇航员还要过下面的几关:

首先是身体和心理素质的要求，要进行临床及住院的检查，生理学和心理学的检查。宇航员必须具备有健康的体魄、敏锐的思维和坚毅的性格。

鉴于太空生存的特殊要求，备选的宇航员必须进行详尽的医务检查。首先从研究所有病历资料做起，然后化验血液、尿和大便，接着进行心电、胸电冲击图检查，还要对胸腔、大肠、副鼻窦、脊柱腰骶部位、胃、食管和牙齿的X光照片进行研究，另外，对眼科、前庭功能、心血管系统、肺活量等进行的一系列检查也是必不可少的。在以上提及的身体条件中尤以心血管、中枢神经系统最为重要。

由于航天活动的特殊性，还要求宇航员必须具备优良的心理素质，包括他们的个性心理、性格气质、智商水平和工作效率等方面的内容;考核他们在特殊环境下的适应能力、应急能力和耐力也是选拔宇航员必不可少的一项内容。备选的宇航员必须进行超重耐力、立位耐力、高低温耐力、最大体力负荷耐力实验，以及噪声、振动实验和完全隔绝的孤独实验。

其次，作为被选拔的宇航员，对他们的阅历、知识水平和知识结构方面的要求也是很高的。他们起码应有不低于大学的文化程度并且能够适应航天环境，可以迅速掌握好航天飞行器的操作。从以上可以看出，选拔出一个合格的预备宇航员是非常不容易的，“千军易得，一将难求”，这些人都是从无数候选者中千挑万选出来的，从各方面来讲都是人群中的佼佼者。

选拔固然不易，训练更是艰苦。在被选拔出的预备宇航员中，经过以后艰苦严格的训练、观察、测试检查，不断有人被淘汰，只有完全达到宇航员条件的人才能做正式的宇航员。

那些刚刚入选的预备宇航员，在刚刚感到喜悦的同时，艰苦、枯燥甚至是苛刻的训练生活就开始了。

我们常人很难想象得到，一艘飞船有多少系统，每个系统有多少设备，每个设备又有多少个操作按钮，然而宇航员要一一地了解它，并且掌握它;我们同样不能想象，从火箭起飞到太空飞行，一直到返回舱安全降落地面，这其中要经历多少极其复杂而且与地面完全不同的过程，其中许多是人们在地面上做梦也想不到的，而宇航员要了解它、感受它，还要掌握它;同时，宇航员的太空之旅不是普通乘客的观光旅游，他们是去工作，要完成复杂的太空作业，他们必须掌握相关的所有知识。

由此我们可以想象得出，为了完成这么多的任务，宇航员要学习、掌握多少的新知识、新理论，要经受多少在地面上创造的严酷条件的考验。

对于宇航员的训练可以分为一般训练和专门训练:

一般训练包括了各种科学技术知识的理论学习，包括了天文学、地质学、大气物理学、机械、电子、测控、飞行力学、气象学、制导导航理论、计算机理论、火箭技术基础和航天医学生物学等;还要学习和熟练掌握飞船的总体设计情况，包括飞船的各系统组成、系统的工作原理、可能的故障模式和采取的对策;在飞船的生产安装过程中，还要观看飞船的生产情况、设备结构和飞船的安装情况等。

一般训练还包括体能的训练。如身体素质、忍耐能力和生存能力等方面的训练。

首先是体质训练。一般有大家都比较熟悉的早操、球类、田径、登山、游泳和体育比赛等。这项训练是在医务人员的监督下进行的，目的是增强体质，提高机体对各种应急因素的耐力。其中登山运动最为有益，它不仅能训练宇航员的体质，还可向宇航员提供低气压和氧分压、空气温度和湿度急剧变化及紫外线、红外线辐射的条件，以提高机体对特殊因素作用的稳定性。

其次是飞行训练和航天模拟训练。在航天过程中有许多对人类影响重大的外界因素，主要有飞船上升阶段和下降阶段的超重、震动和噪声，以及轨道飞行阶段的失重、真空、辐射和悬殊的温差变化。为了使宇航员熟悉和适应这些独特的环境状况，在地面上建立了一系列的模拟设备，例如大型离心机、失重飞机、震动台、噪声模拟器、变温舱、变压舱、辐射室等等。宇航员要在专门的设备上进行超重、失重、低气压、高低温度交变、振动、噪声、冲击、寂寞隔绝环境下的针对训练。

在航天生活中最常见到而且必须长期忍受的就是失重了，这也是宇航员生活与正常人生活最不同的地方，必须重点训练。在基础训练中和专门训练中都将重点进行，我们将在介绍专门训练时详细介绍失重训练的具体情况。

另外，经常的飞行训练可以保持宇航员的飞行技术，还可以进一步提高宇航员在可能的失误情况下迅速做出判断和反应的能力。

除以上训练外，还要进行必要的救生训练。为了训练宇航员在着陆后的自救能力，要进行热带、沙漠以及海上的紧急着陆训练。先以授课的形式讲解生存概念，各种环境条件特征和要素，然后进行生存方法的示范练习，然后进行每种情况至少一周的训练，内容包括:在无人营救的情况下，如何出舱、如何呼救、无线电联系、定向，甚至觅食、搭帐篷等一系列保证生存的工作。

专门训练是针对特定的飞船在发射前1年的训练。在专门训练之前，宇航员对飞船的有关知识已经掌握很多了。这时要对他们进行基本操作知识、操作技能和操作程序的训练，还有宇航员分组配合工作的训练，以及航天生活方式的训练。通过这种训练，使宇航员能够掌握飞行计划，并熟练地操控飞船完成预定的任务，很好地在太空中生存。

这时宇航员要在专门的飞船模拟器中进行训练，美国的休斯敦载人航天中心、俄罗斯加加林宇航中心都有完备的训练模拟器。模拟器可以完全模拟飞船的各个系统设备的工作情况，模拟飞船的发射、运行、交会对接、返回制动以及返回地球时的各种过程和现象，使宇航员就像进行真实飞行一样，完成一次完整的飞行，做应该做或可能做的各种工作。

除此之外，模拟器还可以根据对飞船的故障分析，模拟数百种故障。这种有意造成的故障，可以训练宇航员的分析判断、排除故障的能力及应变能力。经过这样的训练，宇航员在真正航天飞行过程中遇到故障也可以较好地完成任务，不至于手忙脚乱了。

宇航员还要再次接受飞行中可能受到的环境训练，例如飞船的热真空试验。这项试验是在特制的可以抽成真空的容器内进行，宇航员进入被放在真空模拟器中的飞船内工作，进行试验，模拟高真空和温度交变条件下的环境。

宇航员在太空中遇到的最普通又最长期的特殊情况就是失重了，为此宇航员必须接受严格的失重训练，并在起飞前再次接受这方面的长期培训。

为了在地面上能够形成模拟空间失重情况，人们想了许多办法。开始时是采用飞机的抛物线飞行造成失重环境，但是这种办法只能产生30秒钟的失重状态，后来又采用了落塔式、落管式等方法，但这些方法最多只能产生几分钟的失重环境。而宇航员在太空中要长期处于失重状态，为了训练宇航员对失重状态的适应能力，就必须创造长时间的失重环境，使宇航员达到在这种环境下训练的目的。为此，美国人在马歇尔空间中心研制了大型中性浮力水槽试验装置。

这个装置简单地来说，就是一个盛有特殊制备用水的大型水槽，直径有23米，深12米。将受试物如飞船放入水中，利用水的浮力作用使它成为中性漂浮物，用以模拟零重力条件。让被训练的宇航员穿上宇航服，并在宇航服上经过适当的配重，使他呈现失重状态，就可以进行长时间的模拟训练了。

航天模拟训练除了技术性的训练还包括航天生活方式的训练。航天生活的衣食住行与地面上的生活截然不同，在宇航员进入太空前必须在人工大气的条件下、采用特殊作息制度生活一段时间，还必须学会太空食品的食用方法、在太空中穿衣睡觉等实际生活训练。

经过以上的选拔和训练中的淘汰，剩下的完全达到宇航员条件的人才能成为真正的宇航员，他们不仅要完全符合各方面的严格要求，而且鉴于太空飞行有极大的危险性，他们还要具有勇敢的献身精神，可以说他们都是太空探测的勇士。正是由于他们拥有勇敢的献身精神和勇于探索的能力，才使得人类的载人航天技术取得了辉煌的进步，他们为人类征服宇宙，探索空间做出了巨大的贡献。

(3)训练中的危险

宇航员的训练不仅艰苦、苛刻，而且有时候还要面临极度的危险，甚至面临死亡。

1967年1月27日，预计担任首次载人飞行的“阿波罗4号”飞船在美国的肯尼迪飞行中心进行地面试验，就在即将发射之际，指令舱内突然燃起了熊熊大火，顷刻之间，飞船就被淹没在了一片火海中，整个座舱内充满了火焰和浓烟，飞船中的3名宇航员只来得及说了一句“救救我们”，就没有了声息。

由于当时的舱门不能迅速打开，虽然地面人员迅速冲过去抢救了，但是为时已晚，3名宇航员已经都被活活地烧死了。

这3名宇航员是海军少校罗杰·查非、空军中校爱德华·怀特以及已经参加过两次航天活动的空军中校格里索姆。

经事后的调查，这次事故是由于电器线路的短路，造成了电火花，引燃了座舱造成的。

这次惨剧发生之后，美国宇航局对载人飞船的结构做了比较大的改革，安装了可以在2～3秒钟之内迅速打开的活动舱门以代替以前需用90秒钟才可以打开的旧舱门;用金属包皮代替了以前的聚四氟乙烯包皮;用不锈钢导管代替了以前的铝制导管;最重要的一点是后来的座舱中开始冲灌类似于地面空气成分的气体，以代替以前的纯氧。这些改革措施大大加强了宇航员在飞船起飞时的安全性。

“阿波罗4号”的事故使美国的“阿波罗号”第一次载人航天飞行推迟了1年多的时间，直到1967年10月美国的“阿波罗7号”才正式载人飞入了太空。

为了纪念这3位在航天事业英勇献身的宇航员，1971年8月“阿波罗15号”登月飞船的登月舱登上月球的时候，踏上月球表面的两名宇航员所做的第一件事就是将查非、怀特和格里索姆的骨灰撒在了月球的土地上。他们生前没有完成自己的心愿，死后就让他们融入这片魂牵梦绕的土地吧!

在“阿波罗15号”的宇航员撒下怀特等骨灰的同时，还在月面上安放了一块金属牌，牌上刻着到那时为止包括前苏联的所有为人类的航天事业献身的宇航员们的姓名，人类将永远不会忘记这些勇于探险的先驱们。

宇航员们就是要通过如此艰苦乃至要献出自己生命的训练，才可能成为一名正式的宇航员，才有了进入太空的资格。然而要真正拿到太空的通行证，要想成为一名真正的征服太空的勇士，光凭上述这些还不够，因为即使成为了正式宇航员也不一定意味着可以真正踏入宇宙，他们还必须经过最后一关——上天前的选择。

前苏联的宇航员加加林是世界上第一个离开地球进入太空的人，实在可以说是一个幸运儿。那么是不是每一个正式的宇航员都有进入太空的幸运呢?当然不是的。

为了保证载人航天任务的顺利实施，一般在确定宇航员时要准备几组人选，起码要有两组备份，即候补宇航员。据说加加林当年也不过是一个候补宇航员，他的步人太空还具有一定的戏剧性呢!

因为前苏联的“东方”号飞船决定一次只上一个人，所以一组人中共有3名人选，而加加林是第三名，即最后一名。巧合的是第一名宇航员可能是精神紧张，晚上没有休息好，在第二天即将发射前，做最后的身体检查时，发现其血压不正常，心律也不佳，他就被淘汰了，决定换第二名人选上。更巧的是，第二名宇航员可能心里一直在紧张，“万一第一个人不行，马上就轮到我了”，不由得多了几分期盼与兴奋，何况这事情又带有一定的危险性，心里不免又有些紧张和不安，所以一检查身体，也未达到飞行的条件，又被淘汰了。而加加林的心态与前两位就不太一样了。他认为前面有两位宇航员呢，他们都是从许多训练者中精选出来的，两人都不合格而轮到他的可能性不大。因此，他的心境平和，情绪放松，饮食休息十分自如，一经测量，一切正常，当时决定由他进舱，完成这一划时代的使命，加加林的名字也因此而载入史册。

通过上面的故事来看，我们可以说加加林是历史的幸运儿，由此我们也可以看出飞行前心理素质的重要性了。飞行前心态的调整就是进入太空前宇航员要过的最后一关。

(5)医疗监督与保障

宇航员系统不仅是选拔和训练宇航员，还包括对宇航员实施有效的医学监督和医务保障。

宇航员的训练和培训需要花费大量的金钱，所以说宇航员是用金子打造出来的，宇航员的健康和生命是极为重要的。

宇航员的整个训练过程都必须在医务人员的监督下进行，以确保宇航员的身体健康和生命安全。医务人员还必须对宇航员进行定期的身体检查，对宇航员的一点儿小恙更是忽视不得。

宇航员们在太空中的健康更是不容忽视的大问题。载人飞船上设立有遥测设备，这些设备除了向地面传送飞船的各种工程参数以外，最重要的一个任务就是随时向地面传送宇航员的生理参数，如血压、心率、体温、呼吸状况等;同时还在宇航员的身上典型部位安装了各种传感器，以观察监视宇航员的身体健康状况和在空间条件下工作时各种生理特征的变化和反应。这样做不仅是为了获得一些人类在太空生活状况的重要参数，主要也是为了宇航员的健康和安全考虑的。自从宇航员一离开地面，地面医务人员的心也就紧跟着紧张起来了，他们随时密切关注着宇航员的每个变化，一旦发现宇航员的身体出现异常的状况时，就会马上与载人飞船联系，如果情况不严重就会指导宇航员自我治疗，如果情况严重，就会让宇航员马上返航。

可以说，宇航员从开始参加选拔一直到顺利返回地球都是在医务人员的控制之下的，他们能够取得今天如此的成就，医务人员功不可没。

(6)后勤研制与供应

载人航天整个工程就像一场巨大的战役，俗话说:“兵马未动，粮草先行。”这正好说明了后勤的重要性。

后勤部门主要负责宇航服、航天食品和航天用具等装船项目的研制，这些都是直接关系到宇航员在太空中的生活乃至生存的重要物品，每个细节都必须考虑周到。

宇航员在太空中的饮食和生活用品将有一章做专门的介绍，下面就以美国首次登上月球的“阿波罗11号”的宇航员们所穿的宇航服来说明航天后勤工作的复杂性。

美国宇航局为宇航员登月而特别研制的宇航服每件价值30万美元，由服装、背包生保系统、应急氧储备和天线装置构成，总重量达到了93千克。看到这里有人会问:穿上这么重的宇航服，宇航员还走得了路吗?这些事儿专家们考虑得很清楚，月球的引力只有地球的1/6，这一整套设备在月球上只有15.5千克重，宇航员穿上它依然可以步履如飞，绝对不会影响他们的工作。这套宇航服一共由16层材料组成，可以保温、供氧，还可以防止微陨石的袭击。

宇航服上的头盔是与宇航服分离的，使用时用一个金属卡圈与宇航服的头颈部连接到一起。头盔的外壳由一种很结实又很轻巧的聚碳酸盐类材料制成，可以有效防止比较大的撞击。头盔还设计有两层面罩，可以保护宇航员的眼睛不受太空间强烈的紫外线、红外线以及细小的流星微粒的伤害。

与宇航服配套的手套也是特制的，有一个特殊纤维制成的外壳，内层是绝热的材料，以避免宇航员在工作中与极热或极冷的物体接触时手受到伤害。手套的指端由硅有机橡胶制成，可以提高宇航员手指的敏感性，使得宇航员戴上了看似如此笨重的手套，仍能进行非常细致的工作。

与宇航服配套的套靴的制作也是异常精细的，一共由21层绝热材料制成，可以保证宇航员在任何情况的地面上如履平地。

宇航服虽然很好，但是毕竟不太舒适，宇航员在飞船中不能一天到晚都穿着它。为此，除了在太空中穿的宇航服之外，后勤部门的专家们还为宇航员们量身制作了一套在载人飞船生活舱内穿的飞行服。这套飞行服由特氟纶材料制成，非常轻便，保暖性能良好，适合宇航员平时在生活舱中穿着。即使这样一套只在生活舱中穿的飞行服，科学家们也没有忘记在衣服上设计了一个特制的口袋，里面装入了宇航员在太空中的一些必备用品，以防不测。

从以上这些，我们就可以看出后勤研究部门考虑得有多么周到了。正是由于他们细致周到的工作，宇航员们才能在太空中生活得健康、安全和舒适。所以我们才说后勤保障是载人航天必不可少的重要环节。

飞船应用系统的主要任务就是利用载人飞船进行众多的空间实验，在太空中开展对地观察、环境监测以及进行材料科学、生命科学、空间天文学和流体科学等学科的应用和实验。

“神舟”号载人飞船，完全是我国自行研制的，是我国目前发射的最大的空间飞行器，它的发射充分显示了我国航天技术的实力。

下面介绍载人飞船系统的主要设备:

(1)飞船的保护层——整流罩

这是飞船发射时必不可少的一个设备——整流罩。

就像前面发射情况下看到的那样，在火箭发射的时候，我们其实并看不到飞船是什么样子，而只是看到了一个大罩子，这个罩子是什么呢?它又有什么用呢?

我们所见到的这个大罩子就被称为整流罩，它的作用是保护飞船。一方面因为飞船上有很多娇气的设备，例如太阳能电池帆板、飞船上用来对地观测的窗口，这些设备为了防止污染，在发射前都需要保护;另一方面就是为了防止飞船发射时的气动加热。

那么，什么叫气动加热呢?火箭从发射台起飞后，它的速度是从零开始逐渐加大的，在飞出大气层以前就可以达到2～3千米/秒的速度，这么高的速度会使得飞船和大气产生强烈的摩擦，产生巨大的热量。我们都知道摩擦生热的道理，在火箭发射时产生的这种摩擦生热的情况就叫做气动加热。

在火箭和飞船进入太空的阶段气动加热会使太阳电池过热，影响使用的效果，甚至会损毁太阳电池，使得载人飞船在进入太空后没有能量。还有，气动加热烧毁的东西还会污染飞船的窗口，影响飞船在太空中执行任务的质量。

因此，为了保护飞船，使得飞船可以在太空圆满完成任务，飞船在发射之前就包在了整流罩里，直到飞船飞出大气层后整流罩才被抛掉，这时载人飞船才以真面目暴露在太空空间里。

(2)飞船的三个舱段

轨道舱位于飞船的前部，是飞船重要的舱段。轨道舱为密封结构，其外形为两端带有锥角的圆柱形，作为宇航员的主要工作舱和生活舱，宇航员在太空中的主要活动都将在这里进行，所以里面设有完备的生活和工作设施。另外，宇航员在太空活动期间，轨道舱还兼具有效载荷试验时的实验舱、交会对接试验时的对接目标、宇航员出舱活动时的气闸舱以及作为天地往返运输器时的货舱。

轨道舱除了以上功能还有一个重要的功能，就是作为卫星的功能。载人飞船完成了轨道任务返回时，不是一起回来的，只有返回舱回到地面，其他的两个舱段就留在了轨道上。因此，轨道舱还将在轨道上工作下去，起到了一颗卫星的功能。这是一个非常巧妙的方法，既完成了空间任务，返回舱带着在太空中得到的成果返回了地球，轨道舱又得到了废物利用，避免了不必要的浪费，实在是一举几得的好事。

飞船中部呈倒锥形的部分就是返回舱了。返回舱为密闭防热结构，是宇航员们的座舱，宇航员们还要靠它返回地球，所以对它的要求最高，它要有一系列的设施以保障宇航员们的安全。

之前已经谈到了气动加热的问题，返回舱返回地面的时候同样会遇到这个问题。而且返回舱在返回时以8千米/秒的速度冲向地球，距离地球越近大气的密度也就越大，返回时的气动加热比发射的时候还严重得多，因此就会产生更大的热量。然而此时飞船已经没有整流罩的保护了，这就要靠返回舱了。因此，对返回舱的结构材料的要求很高，必须要解决一系列的技术问题，使得返回舱要有良好的防热和隔热性能，飞船不仅不能被焚毁于大气层中，还要保证飞船内部的温度不能超过一定的范围，否则宇航员承受不了也将前功尽弃。

气动加热的问题在航天史的早期被称为热障，意思就是说气动加热是一道难以逾越的屏障。当然，随着科学技术的发展，这个屏障早已被聪明的人类越过了，但是，气动加热问题在现代航天界依然是一个技术难关，目前世界上也只有美国、俄罗斯和中国解决了这个问题。

推进舱位于飞船的尾部，也是一个圆柱体，而且由于宇航员不会进入这个舱段，所以推进舱的结构是非密封的。其底部是与火箭对接的对接面，舱内主要装有飞船的动力装置。推进舱的主要作用是存贮燃料和用于飞船的姿态控制、轨道维持、变轨和制动等。

载人飞船上在这三大舱段内还装有许多系统设备，例如生命保障系统、通讯系统以及宇航员的生活设施等。

对于载人飞船的发射，火箭可是极为重要的一环，载人飞船必须得由火箭加速到一定速度并送入预定轨道，载人飞船才能围绕地球飞行，遨游太空。

“神舟”号载人飞船的发射利用的是我国自己研制的“长征”系列运载火箭。“长征”系列运载火箭曾经多次在我国的发射史上立下大功，在世界的运载火箭系列中也享有盛誉。

“长征”系列运载火箭虽然出色，但直接用来发射载人飞船还是不行的。火箭发射载人飞船时，宇航员的安全性指标要达到0.997以上，所以原来的“长征”号运载火箭用于载人飞船的发射，其可靠性还是远远达不到要求。

为了达到宇航员安全性指标，“长征”运载火箭还要进行大量的适应性修改设计，以提高火箭的可靠性和安全性。工程技术人员对“长征”运载火箭原有的箭体结构、动力装置系统、控制系统、遥测系统、外弹道测量系统都进行了改造，提高了其可靠性，另外还增加了故障检测系统和逃逸救生系统，以提高上升阶段宇航员的安全性。

火箭的故障检测系统和逃逸救生系统的设置是载人航天不同于其他航天飞行器的突出特点，是保障宇航员安全必不可少的设施。

首先发射载人飞船的火箭上必须有故障自动诊断系统，能够随时监测火箭各个部位和各个系统是否出现了故障，而且能够立即识别出故障的严重程度，判断对宇航员的安全是否有威胁。一旦发现严重的事故，就要启动逃逸救生系统，使逃逸飞行器与火箭的所有机械、电路、气路、液路迅速分离，并带领宇航员飞行到安全的区域。这一系列动作往往只争毫秒之间，这是此次“长征”运载火箭改进的重要部分。

能不能准确地进入预定的轨道是飞船能否正常工作和准确返回的关键的第一步，而发射入轨则主要是火箭的功劳，所以说这次“神舟”号顺利进入太空，“长征”火箭立了一个头功。

(1)建立发射场的地理条件

我们的国土虽然辽阔，但航天发射场对地理条件的要求非常的苛刻，要有合适的地理位置和地形，要有良好的气象与水资源，还要有可靠的安全保障条件，并不是什么地方都可以建发射场的。而载人飞船的发射场在选择地址的时候，不仅考虑到要具有发射其他航天器的条件之外，还必须更多考虑到参与飞行的人员安全问题。

首先，航天发射场的地理位置就非常讲究。众所周知，地球是自西向东旋转的，为了充分利用地球自转这一特有的资源，节省发射的能源，航天器一般都是自西向东发射的。发射场位置的选择要满足轨道倾角的要求，比如对于地球静止轨道，发射场的位置就要纬度低，而大轨道倾角发射场纬度就要高。

另外，发射场应该选在周围没有较大干扰源的地方，以保证发射时有较好的空中和地面的电磁环境，不会干扰飞船与地面指挥中心的通信。

天气条件也是建立发射场所必须考虑的前提条件之一，恶劣的天气条件例如雷电和低温、潮湿、大风的天气都会对发射的安全造成威胁，有时还可能引发重大的航天事故。

雷电可以使火箭或航天器上的电子线路发生感应，产生极强的电流，导致测控系统或遥控系统遭到破坏，影响航天器与地面指挥中心的联系，甚至还可能引发爆炸，造成重大的空中灾难。

1969年美国的“阿波罗12号”载人飞船就是在发射后突然遭遇雷电的袭击，导致电源发生故障，飞船与地面指挥中心的联系中断，整个飞船失去了控制，幸好飞船上的宇航员及时启动备用的电源才避免了一场大祸。然而事后我们想一想，如果这次雷击损坏的是没有备用件的重要零件，那么后果就不堪设想了。所以，在选择发射场地址时，对此地区是否雷电多发区的调查，一定要认真细致，不能有半点儿马虎。

低温和潮湿的天气对航天器发射的影响也非常大。低温天气会使火箭和航天器的表面结冰，阻塞燃料箱的排气孔，还会导致火箭上的一些密封元件受损;而潮湿的天气则会使雨水渗入火箭和航天器的内部，导致仪器设备受潮，造成电路的短路，最终引发事故。1986年11月28日，在美国发生的震惊全世界的“挑战者号”航天飞机失事事件，其导致惨剧最重要的原因就是严寒天气使连接部件的密封橡胶圈受损，造成了燃料泄露。

大风的天气对航天器的发射也有一定的影响。由于现在的载人航天采用的都是“三垂”模式，航天器与火箭都是在技术区就已经组装好了的，整体垂直安装到高耸入云的发射塔架上，可以想象这种高度受风力的影响是多么的大了。大风天气会导致竖立在高大的发射塔架上的运载火箭发生晃动，产生变形，继而酿成重大的事故。

根据以上的分析，在地理条件方面发射场应该选择在雷雨天气少、湿度低、风速小、温度适中的地点。

除了地理条件，建立发射场还要考虑其他的一些条件。

首先是对水源的要求。因为火箭在升空时会喷射出炽热的火焰，形成极度的高温，必须在火箭升空后用大量的水降温来冷却发射台。同时，航天器的发射要有各种的技术支持，要有许多技术人员的参与，所需的生活和工业用水也是一个不小的数字。所以发射场一般都要建立在水源比较丰沛的地方。

还有火箭发射方向的航区近百千米的区域内最好没有高山密林和比较集中的居民区和工业区，因为航天器的发射会造成一些不可避免的危害，例如运载火箭燃料燃烧时产生的危害环境的有害气体;火箭发射时产生的巨大的危害人体健康的噪声。另外，火箭的第一级在完成运载航天器的任务后会自动坠毁，其残骸会降落到发射场附近的范围内;而航天器发射时发生事故后，宇航员被逃逸飞行器带离现场后也会降落在这一范围内。这种环境的选择是为了便于在紧急的情况下进行宇航员的救生工作，还有保障地面居民的安全。

另外，发射区在发射中还要安排一支强大的搜索救援队伍，以防止在发射时发生意外，尽最大可能保障宇航员的生命安全。

被誉为“戈壁明珠”的酒泉发射中心，是我国目前最大也是设备最先进的卫星发射中心，曾经为我国的卫星发射工作立下了赫赫战功，我国的第一颗人造地球卫星——“东方红一号”就是在这里升上太空的，就是在这里结束了我国没有卫星的历史的。

当时，酒泉卫星发射中心的环境条件基本上满足了载人航天发射的要求，然而其设备条件还不能满足载人飞船的发射要求，在充分利用已有公共设施的基础上，又建立了一个新的发射区。

(2)“三垂”模式

新的发射场的建立遵循了“在确保安全可靠的前提下，强化技术区、简化发射区，从总体上体现中国特色和技术进步”的指导思想，采用了与国际先进水平接轨的“三垂”模式和远距离测试发射控制技术。

什么叫“三垂”模式呢?在介绍这个问题之前还要对发射场的情况做一个简单的介绍。

一般发射场为了工作方便与安全，主要分成了两个区域:一个称为技术区，其中有条件讲究的测试厂房和完备的测试用的仪器和设备，火箭和飞行器首先要运到技术区，在这里分别进行必要的装配和各自的检查、测试;在距离技术区一定距离的地方是发射区，用来发射各种航天器，在发射区内用来进行发射的地点叫做发射工位，这里有发射台和高大的发射塔架，有时在一个发射区内可以有好几个发射工位。

按照以往的情况，火箭和飞行器分别以水平的方式运送到发射区，然后把火箭一级一级竖立起来进行对接和连接固定，接着再把要发射的飞行器由发射塔架的吊车吊装在火箭的最后一级顶部，进行连接和固定，最后还要进行测试，经过这一道道的工序，飞行器才可以进行发射。这样的工作复杂，且操作的时间很长，已经不再适应迅速发展的航天事业。

而所谓的“三垂”模式，就是指垂直总装、垂直测试、垂直运输和发射这三项垂直工作的总称。在“三垂”模式里，火箭和飞行器就在技术区的厂房内进行垂直状态的总装和对接，然后就地进行垂直状态的分别测试和联合测试，在做好充分的准备后，状态不变地以垂直方式直接运送到发射场进行加注发射。

“三垂”模式对技术区的厂房要求很高，由于飞行器要在厂房中垂直总装，所以总装车间的厂房是很高的，光大门就有七八十米高，这个车间的高度就可想而知了。要建立这样一个厂房是很有难度的，要考虑地面的压力;要测量地下的地质水文;要考虑风力的影响;要考虑地震的袭击;还要考虑厂房的密封以及温度、湿度各方面的要求。

在技术区安装测试好的火箭和飞行器一起在垂直状态下运抵发射场，这个运输的问题也是一个技术难关。如此的庞然大物要安然运送到发射场，运输时的速度、震动、倾斜乃至风速都要考虑在内。

那么，既然“三垂”模式如此复杂，为什么还一定要采用这种模式呢?首先，发射前的技术准备工作都尽可能地放在了环境良好、条件优越的技术区来做，这里的对接、测试的条件都优于露天操作，火箭和飞行器的安全可靠性明显提高了。

另外，“三垂”模式最重要的优越性就表现在占用发射工位的时间少。这个问题在航天事业的发展中很重要。将来我们的航天事业发展了，发射的任务多了，特别是发展了空间站之后，“三垂”模式的优越性就表现得很明显了。飞船与太空中的另一艘飞船或者空间站对接的时间要求很严格，也就是说太空中的航天器运行到一定的地点上空时，地面待发的飞船必须按时发射上天，经过一段时间的飞行正好赶上太空中的航天器才能对接成功。如果我们还运用以前的发射方式，一切都在发射工位上准备就会带来许多的麻烦。像早先美国的航天飞机要在发射工位上准备半年的时间，具体对接时间很难计算准确，而“三垂”模式在发射工位上只需几天就可以准备完善。在发射任务繁重时，“三垂”模式还可以避免一个航天器占用太久的发射工位，使发射工位的使用率明显上升。

所以，“三垂”模式虽然在建设上有很大的困难，但是为了我们航天事业的将来，一定要发展这种模式。

(3)为了地面人员的安全

新建的发射场还在其他方面取得了巨大的进步，大大增加了参加发射工作的地面人员的安全。

发射前加注燃料历来是火箭发射中最危险的步骤，由于新建发射场的主要目的是发展载人航天，所以技术专家们经过认真研究和试验，研究了一整套安全的注射措施，将400多吨推进剂分别加注到火箭和航天器的近20个燃料箱中，这种技术可以保证燃料一滴都不会漏出来，既安全又防止了燃料的无谓浪费。

我国原有的发射场中，发射控制室与发射台之间的距离小，万一火箭发生爆炸，就会严重威胁到对发射进行测试的地面工作人员的安全。新建的发射场控制室一改原来的做法，设在了距离发射场较远的安全区，实行远距离测试与遥控点火发射，保障了在发射场的地面工作人员以及技术专家、指挥人员的生命安全。

为了宇航员的安全，在发射塔架上备有一条快速撤离通道，一直通到远离危险区的地下掩体里，在紧急情况下，已进入座舱的宇航员可以通过它迅速撤离危险区。

我们已经知道作为一个宇航员存在一定的危险性，其实发射场的工作人员也是时刻处于危险之中的，为人类的航天事业献身的不仅仅只有宇航员，航天史上也曾经有地面人员发生事故的惨剧。

1960年9月的一天，苏联哈萨克斯坦著名的拜科努尔发射中心异常忙碌，一颗新的火星探测器将在这里升起，又一个世界之最就要在这里产生了。

当时的苏联首脑赫鲁晓夫为了要向世界显示他们的空间技术实力，命令当时的国防部副部长兼火箭部队司令涅杰林元帅带领几十名将、校级的军官来到了拜科努尔发射场，对发射场将要进行的卫星发射的准备工作进行督促。

当时负责发射的火箭总设计师科罗廖夫向元帅汇报了火箭发射前遇到的种种问题，并且极力建议火箭的发射要延期再举行，然而渴望成功的涅杰林元帅拒绝了科罗廖夫的合理建议。

火箭按时准备点火发射，但是按动按钮的时候燃料却没有被点燃。按理说这是十分危险的，必须马上排除燃料后进行认真彻底的检查。而涅杰林元帅在急切求功心理下失去了理智，命令科罗廖夫组织工程人员不排除燃料就地检查。科罗廖夫坚决拒绝了，元帅亲自带领几十名高级军官、工程师和科学家登上了发射平台，准备检查故障原因。

就在元帅及其随行人员刚刚踏上发射平台的时候，火箭猛烈地喷出了一束火焰飞上了天空。然而火箭刚刚升起马上又一头栽了下来，几十吨的液体燃料引发了一场大爆炸，发射平台立刻就陷入了一片火海之中。

在发射平台上的几十个人不用说了，他们全部被大爆炸掀到了高空，又陷身于火海之中，最终尸骨无存;其他在发射场内的地面工作人员也被大爆炸产生的冲击波或震死或震伤，仅少数人幸免于难。

这是一次人类航天史上伤亡最多的事故，它曾经被前苏联政府部门掩盖了20多年，而一披露就震惊了世界。这次事故的发生除了有技术上的原因之外，不重视安全地蛮干，对科学的不尊重也是导致事故发生的主要原因。

由以上的事例我们可以看出，在发射的过程中地面工作人员的安全也需要慎重考虑。要保障地面工作人员的安全，就必须有强有力的安全保证措施和设备，还要尊重科学，按科学的程序办事。

当宇航员乘坐载人飞船在太空飞行时，需要有强大的地面支持，而完成保持天地之间的经常性联系的任务就是测控通信系统了。载人航天对于测控通信系统的要求是非常高的，这也是从宇航员的安全角度考虑的。

任何航天器进入太空后都是按照一定的轨道飞行，这期间有时在我国领土的上空有时又在别国领土的上空，我们要随时知道它的飞行情况，如当前的位置，仪器设备的工作情况，各舱段内的压力、温度、湿度、有害气体浓度，宇航员的生理状况，宇航员在舱内活动的电视图像等。另外，地面指挥人员还要定期与宇航员通话，如果航天器发生了故障，技术专家要指导宇航员对其进行控制和修理，所有这些都要靠测控通信系统来完成。

航天器上的测控通信系统包括航天器内的设备和地面测控设备两种，航天器内装有各种接收机、发射机、天线等设备，主要用于接收地面的无线电信号或者向地面发送有关飞船的信息;地面测控系统则包括了各种雷达站，负责接收和发送各种命令信号。下面具体介绍的是地面测控系统。

载人航天要求高安全性和高可靠性，所以要求测控通信系统必须有较高的覆盖率。发射“神舟号”载人飞船时，我国在没有中继卫星的情况下，采用了陆基测控站和海基测控站结合组成测控网的方式，利用载人飞行指挥控制中心，将分布于我国大江南北的各个测控站有机地联合在一起进行管理，圆满地完成了测控通信的任务。

对载人飞船的测控通信任务一般分为飞船的上升段、运行段和返回段3个部分。

在飞船的上升段，对火箭的遥控指令较少，一般是火箭的自毁和宇航员的逃逸控制，然而这时飞行的时间比较短，飞行环境最为恶劣，如果出现故障往往造成灾难性的后果，所以这个阶段对飞船的测控一定要保证达到100%的覆盖率。

飞船进入轨道之后，虽然比较安全了，但是这时飞船要执行许多的任务，需要地面遥控的时间也很多，例如在轨道运行时的变轨飞行、飞船与飞船或空间站的交会对接、宇航员的出舱活动以及故障的处理等等。

飞船的返回段，要保证飞船的调姿、舱段的分离、制动和黑障区前后的测控通信的覆盖。这时，由于飞船返回段的距离比较长，所以对覆盖率的要求也比较高。

飞船从开始执行返回指令到在地面上安全着陆，整个航程需要几千千米甚至上万千米，而一般的卫星的返回过程就用不了飞行这么长的距离，那么载人飞船的返回为什么需要如此之长的距离呢?这主要是为了宇航员的安全考虑的。因为飞行的距离越短，要求其减速的速率就越快，产生的过载值就越大，而过大的过载值会对宇航员的身体健康甚至生命安全造成威胁，所以为了保障宇航员的安全，要求过载值不超过4g(g是指在海水平的重力加速度)，使宇航员处于最佳的降落状态，就必须加长返回段的距离，这就加大了对地面测控通信系统的要求。

由以上我们可以知道，飞船的上升段虽然遥控指令少但非常危险，测控系统必须紧张地注意，而飞行段和返回段虽然没有上升段那么危险，可是距离长，所需指令非常多，对覆盖率的要求也高。所以，保证载人飞船顺利完成全部任务，测控通信系统的作用功不可没。

在这次测控通信工作中特别值得一提的是海基测控站，即我们的“远望号”测量船。测量船位于航天器飞经的海面上，对航天器进行跟踪和测量，因为地球表面大部分是海洋，所以只有在海上设置测量船，才能做到对航天器进行不间断的跟踪和测量。

飞船顺利地通过了危险的上升段，圆满完成了太空中的各项试验任务，这时最重要的阶段——返回段就要开始了，飞船能否成功着陆才是整个飞行任务完成的结尾。可不要小看这个结尾，它的重要性一点儿也不亚于上升段和运行段。

进行载人飞行必须要建设可供返回使用的着陆场，由于航天器大都是使用降落伞回收，所以对着陆场的要求不像飞机场那么高，但是对通信系统和地理环境的要求比较高。

着陆场的选择一般分为陆地着陆和海上溅落两种，飞船具体选择哪种方式降落要根据本国地域特点和国情加以确定。如果是一个国土面积比较狭小而人口又比较稠密，或者是海上力量比较强大的国家，就可以选择海上回收的方式;如果是一个国土面积辽阔，有人员相对比较稀少的地区的国家，就可以选择地势开阔人烟稀少的地区作为着陆场，这样既节省回收的人力和物力资源，又可以较好地保障宇航员的安全。不论是陆地着陆场还是海上溅落场，都要求有足够大的面积，使得航天器降落时即使有误差也在掌握之内，可以保证迅速地回收航天器。

返回舱和宇航员都带有各种各样的标位设备，在着陆后迅速标明自己的位置，以便于地面人员寻找。返回舱上配备有短波、超短波的信号机，不停地向外界发射信号，而宇航员身上也有通信系统，可以向地面指挥中心报告自己的位置。返回舱上还安装有闪光灯，以便于地面人员在夜晚进行找寻工作。

若溅落到了海面上就比较麻烦了。首先，在飞船的外形设计上就要考虑到这一点，要保证飞船溅落到海里之后不下沉、不倾倒、不进水。另外，返回舱的底部还须装有海水染色剂，一旦落人海水中就会释放出来，把附近水域都染成其他的颜色，便于飞机的搜索和打捞。

作为我国这样一个幅员辽阔的国家，采用陆地着陆的方式比较有利。我国的内蒙古高原地势平坦，其中西部地区几乎没有江河、湖泊、山地和大片的森林，到处都是平坦的草原、戈壁和沙漠，完全符合航天器着陆场的要求。

着陆场的建设还要考虑到通信系统的支持，要综合使用本国的航天测控通信网。因为在飞船返回过程中，还要接受地面一系列指示，最为重要的是地面测控通信系统还要确保航天器通过“黑障区”后的联系。

那么什么叫“黑障区”呢?

“黑障区”是距离地面大约80千米的一段区域，基本相当于大气的电离层，在这个区域里，气体被电解分离，形成了一层等离子体，可以阻挡无线电波的通过。“黑障区”就像在航天器的前面戴了一个隔离罩，使返回舱和地面的联系暂时中断。这是一个很严重的现象，飞船进入“黑障区”后是地面控制中心最紧张的时刻，一旦返回舱冲出了“黑障区”，地面控制中心就必须及时地“抓住”它，然后跟踪它，因为飞船的下降速度非常快，如果没有及时“抓住”它，目标就会丢失，会给后来的回收工作带来极大的困难。

为了应付各种情况的出现，要专门建立一支搜索救援大队，这支队伍的人数、素质要求以及装备可谓庞大，美国和俄罗斯都非常重视这项工作，因为回收是最后取得成果的阶段，搞不好就会前功尽弃，甚至造成人员伤亡。

搜索救援大队的主要任务就是要及时地搜索和发现飞船的返回舱;确定其着陆点的具体位置和地理坐标，然后组织搜索人员和设备赶赴现场，及时撤出宇航员并进行必要的医疗救护并送到测试中心详细地检查处理;同时对返回舱进行技术处理维护，取出飞行文件及设备，最后把返回舱送到检测中心，进行技术分析。

搜索救援大队不论是从人员配备上，还是从技术装备上都是一流的，是一支常备不懈的强大的机动部队。从人员上要包括有经验的飞行员、医生、各种特种车辆的司机、通信专家、气象专家、空降人员、潜水人员、救援人员等等。从设备而言，包括了搜索飞机、运输机、直升机、水陆两栖工具、无线电定向仪、无线电通信器材、食品、水等等，真可谓应有尽有。可以说是海、陆、空三军出动，各种专家云集。

尽管着陆场备有完备的搜索、救护等设备，宇航员返回时还要做好孤军奋战的准备，要带上必备的自救物品。这是因为如果飞船降落时发生一些故障，返回舱很可能会降落在距离正常落点很远的地方，回收营救人员一时不能赶到现场，甚至几天之后才找到宇航员，这种情况也是曾经出现过的。

为了应付上述状况，在飞船的返回舱甚至宇航员的背包内都备有各种各样的自救物品，例如足够使用一两天的饮水和食品;各种通信联络设备，如呼救对讲机、信标机、电台，以便设法和外界取得联系;还有一些专用的工具，以便饮水和食物用光之后或者由于舱门变形一时打不开时，设法破坏舱壁出舱;宇航员还带有信号枪、武器、匕首、火种等物品，一是为了防止野兽的袭击，二是为了宇航员在长期得不到援助时可以自行狩猎用以充饥;宇航员还带有适于在任何环境下生存的生活用品，像救生艇、救生衣、防寒服、医药用品等等，甚至连钓鱼的渔具都考虑在内了。有了这些物品，使得宇航员不论降落在什么地方，即使一时没有得到救援也可以安全地生存下去。

上文提到了载人航天工程各个系统的严格与复杂的建立过程，还有关于党中央领导对航天事业的关心与支持，那么载人航天工程为什么受到那么多的重视呢?发展载人航天对我们国家的发展和我们的生活又有什么影响呢?

载人航天是指人驾驶和乘坐载人航天器在太空中进行各种探测、研究、试验、生产和军事活动的往返飞行。其目的在于突破地球大气层的屏障和克服地球吸引力，把人类的活动空间从陆地、海洋和大气层扩展到外层空间，更广泛更深入地认识和了解整个宇宙，并且充分利用太空和载人航天器的特殊环境进行各种研究和试验，进而开发太空丰富的资源和能量。

载人航天不仅是为了人类能上天而上天，而且还要肩负起和平利用空间、开发宇宙、造福人类的重要历史使命。

中国载人航天发展

中国进行载人航天研究的历史可以追溯到20世纪70年代初。在中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”上天之后，当时的国防部五院院长钱学森就提出，中国要搞载人航天。国家当时将这个项目命名为“714工程”(即于1971年4月提出)，并将飞船命名为“曙光一号”。然而，中国在开展了一段时间的工作之后，认为无论是在研制队伍、经验方面，还是在综合国力、工业基础方面搞载人航天都存在一定的困难，这个项目就暂时搁置了。

20世纪70年代初，中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”上天之后，开始了“东方红二号”、“东方红二号甲”、“东方红三号”等多颗通信卫星的研制工作。

进入80年代后，中国的空间技术取得了长足的发展，具备了返回式卫星、气象卫星、资源卫星、通信卫星等各种应用卫星的研制和发射能力。特别是1975年，中国成功地发射并回收了第一颗返回式卫星，使中国成为世界上继美国和前苏联之后第三个掌握了卫星回收技术的国家，这为中国开展载人航天技术的研究打下了坚实的基础。

1992年1月，中国政府批准载人航天工程正式上马，并命名为“921工程”。在“921工程”的七大系统中，核心是载人飞船，载人飞船由中国空间技术研究院为主来进行研制。

“921工程”正式上马时中央就提出了“争8保9”的奋斗目标，即1998年要在技术上有一个大的突破，1999年要争取飞船上天。中国唐家岭航天城，为中国的载人航天工程完成载人航天的任务做了物质条件的保证。1999年11月21日凌晨3时41分，我国发射的第一艘试验飞船“神舟”号在完成了空间飞行试验后在内蒙古自治区中部地区成功着陆。

2001年1月10日1时0分，我国自行研制的“神舟二号”无人飞船在酒泉卫星发射中心载人航天发射场发射升空。

2002年4月1日，“神舟三号”飞船于下午4时许准确降落在内蒙古中部地区，我国载人航天第三次飞行试验获得圆满成功。

2003年1月5日晚上7时许，“神舟四号”(2002年12月30日凌晨发射升空)在内蒙古中部预定区域着陆。中国载人航天工程第四次飞行试验获得圆满成功。

2003年10月15日9时整，我国自行研制的“神舟五号”载人飞船在中国酒泉卫星发射中心发射升空。9时9分50秒，“神舟”五号准确进入预定轨道。这是中国首次进行载人航天飞行。乘坐“神舟”五号载人飞船执行任务的航天员是38岁的杨利伟。他是我国自己培养的第一代航天员。在太空中围绕地球飞行14圈，经过21小时23分、60万千米的安全飞行后，他于16日6时23分在内蒙古主着陆场成功着陆返回。

2005年10月12～17日，我国成功进行了第二次载人航天飞行，也是第一次将我国2名航天员同时送上太空。10月12日9时零分零秒，发射“神六”飞船的“长征二号F”型运载火箭点火。

2008年9月25日，我国第三艘载人飞船“神舟七号”成功发射，3名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏顺利升空。27日，翟志刚身着我国研制的“飞天”舱外航天服，在身着俄罗斯“海鹰”舱外航天服的刘伯明的辅助下，进行了19分35秒的出舱活动。中国随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。2008年9月28日傍晚时分，“神舟七号”飞船在顺利完成空间出舱活动和一系列空间科学试验任务后，成功降落在内蒙古中部阿木古朗草原上。