我国载人航天成就与空间站建设论文
空间站是一种可供多名航天员巡访、长期工作和居住的大型载人航天器。空间站既是人类开发和利用空间资源的独特平台，也是载人航天技术发展的重要里程碑。人类建造和运营空间站已有40 多年历史。1971 年4 月19 日前苏联成功发射世界第一座空间站“礼炮”1 号，至今人类已把10 座空间站送上太空，其中包括正在轨道运行的国际空间站。这些空间站的发展大体可分为三代: 第一代是试验性空间站，也称空间实验室，包括前苏联的“礼炮”1 ～ 5 号和美国的“天空实验室”; 第二代是简易空间站，包括“礼炮”6 号和7号，在结构与功能上有较大改进，提高了安全性与可靠性，具备了空间站的基本特征，设置两个对接口，能同时对接两艘飞船，可以实现乘组轮替和货运飞船补给物资，工作寿命增至4 ～ 9 年; 第三代是永久性空间站，包括“和平”号空间站和国际空间站，舱段和对接口更多，规模庞大，寿命更长，能够支持大规模空间科学实验与应用研究。经过早期“礼炮”号和“天空实验室”的尝试和试验，“礼炮”7 号长期载人飞行中突破了建造和运营大型复杂空间站的几乎所有基本技术，并在“和平”号空间站和国际空间站上走向成熟。
建设空间站是我国载人航天工程的一项重要任务。我国载人航天工程自1992 年启动以来，已成功完成了5 次无人飞船飞行和4 次载人飞行，掌握了载人天地往返技术，突破了航天员出舱活动技术和空间交会对接技术，为建造空间站奠定了基础。2010 年9 月，中央批准启动载人空间站工程，计划分空间实验室和空间站两个阶段实施:第一阶段是在突破航天器空间交会对接技术的基础上，发射“天宫”2 号( TG-2) 空间实验室，验证和考核空间站建设所需的部份关键技术; 第二阶段是建设空间站，发射空间站核心舱、实验舱I 和实验舱II，发射载人飞船和货运飞船，在轨对接组装成空间站组合体。我国空间站建设，不仅将为科学家开展空间科学技术试验与应用研究提供平台，为世界各国之间的交流与合作提供了桥梁，而且有望承担延续人类探索空间、研究地球和自身的任务。
1 我国载人航天发展历程
早在20 世纪六、七十年代，中国就制订了发展载人飞船的计划，准备在1973 年底将第一艘“曙光”号飞船发射升空。然而，由于当时国家经济基础薄弱、科技水平较低等原因，“曙光”号飞船工程中途下马了。但其研制成果为后来载人航天工程立项论证奠定了技术基础。
1986 年，载人航天技术被列入国家863 计划。许多科研院所开展了载人航天发展技术方案比较研究和技术经济可行性论证，对我国载人航天发展的条件、目标和技术路线有了较清晰和一致的看法，认为宜从载人飞船起步，再逐步向空间站和载人登月方向发展。
1992 年9 月21 日，中央决定实施我国载人航天工程，提出工程分三步走。即第一步发展载人飞船，突破并掌握载人天地往返技术; 第二步建立具有一定应用规模的短期有人照料、长期在轨自主飞行的空间实验室; 第三步建立长期有人照料的空间站，开展较大规模的空间科学技术试验和应用。
载人航天“三步走”发展计划的`提出，开辟了中国载人航天发展的新纪元，有力地促进和带动国家经济和科技的发展。
2 载人飞船任务的实施
我国载人航天工程从1992 年启动实施，至2008 年9 月，先后完成了工程方案设计、初样研制和正样研制和飞行试验阶段的工作，并成功实施了4 次无人飞船飞行试验和3 次载人飞船飞行任务。
2. 1 四次无人飞船飞行试验
“神舟”1 号至“神舟”4 号无人飞船飞行试验的成功，为实施载人航天飞行打下了坚实的基础。
1) “神舟”1 号飞船无人飞行试验“神舟”1 号飞船由轨道舱、返回舱和推进舱及一个附加段构成，重约8 t，长约9. 2 m，最大直径约2. 8 m。
1999 年11 月20 日至21 日，“神舟”1 号无人飞船按预定程序在轨飞行了21 h 时后顺利返回主着陆场，考核了运载火箭性能和可靠性，验证了飞船关键技术和系统设计的正确性，以及包括发射、测控通信、着陆回收等在内的整个工程系统工作的协调性。
2) “神舟”2 号飞船无人飞行试验
2001 年1 月10 日至16 日，“神舟”2 号无人飞船按预定计划在太空飞行了7 d。“神舟”2 号飞船技术状态与载人飞船基本一致。我国首次在飞船上进行了微重力环境下空间生命科学、空间材料科学、空间天文和物理等领域的实验，取得了宝贵的实验数据和结果。
3) “神舟”3 号飞船无人飞行试验
2002 年3 月25 日至4 月1 日，“神舟”3 号飞船按预定程序在轨飞行了6 d 18 h 返回地面。“神舟”3 号飞船技术状态与载人状态完全一致。配置了逃逸和应急救生装置、形体假人、人体代谢模拟装置和拟人生理信号设备，考核了飞船环控生保系统和医学监测设备，并完成了多项空间科学试验，获取了大量飞行试验数据。
4) “神舟”4 号飞船无人飞行试验
2002 年12 月30 日至2003 年1 月5 日，“神舟”4 号飞船预定计划在太空飞行了6 d 18 h 后顺利返回地面。“神舟”4 号飞船的配置、功能及技术状态与载人飞船基本相同。载人航天应用系统、航天员系统、飞船环境控制与生命保障分系统全面参加了试验，取得了大量宝贵的飞行试验数据和科学资料，为最终实现载人飞行奠定了坚实基础。
2. 2 三次载人飞船飞行任务
2. 2. 1 “神舟”5 号载人飞行任务
2003 年10 月15 日至16 日，航天员杨利伟乘坐“神舟”5 号载人飞船按照预定计划在太空飞行了21 h 23 min，顺利完成各项预定操作任务后，安全返回主着陆场。
“神舟”5 号飞船实现了一人一天飞行，考核392 航天医学与医学工程 第25 卷了飞船载人环境，获取了航天员空间生活的有关数据，全面考核了工程各系统工作性能、可靠性、安全性和系统间的协调性。
“神舟”5 号的成功，实现了我国载人航天发展的首次突破，使我国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家。
2. 2. 2 “神舟”6 号载人飞行任务
2005 年10 月12 日至17 日，航天员费俊龙、聂海胜乘坐“神舟”6 号载人飞船，在太空飞行了115 h 33 min，完成了多项科学实验，并安全返回地面。全面考核了飞船环控生保系统、航天员医监医保系统，积累了人在太空较长时间飞行的经验，为后续任务实施奠定了基础。
“神舟”6 号轨道舱留轨运行了707 d，开展了大量的科学实验，为长寿命空间飞行器的研制积累了经验。
“神舟”6 号的成功，实现了多人乘组和多日轨道飞行的目标，标志着我国载人航天发展的第一步任务胜利完成。
2. 2. 3 “神舟”7 号载人飞行任务
2008 年9 月25 日，我国航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏乘坐“神舟”7 号载人飞船成功进入太空。9 月27 日16 时41 分，翟志刚身穿我国自行研制的“飞天”舱外服，在刘伯明和景海鹏的协助下出舱，完成了舱外通话、国旗展示、有效载荷回收、舱外行走后回到轨道舱内，顺利完成了出舱活动试验。9 月28 日，3名航天员安全返回地面。“神舟”7 号载人航天飞行实现了航天员出舱活动和小卫星伴飞，成功完成了多项科学试验，开启了我国载人航天工程的新篇章。
2. 3 载人飞船任务的主要成就
载人航天工程从1992 年9 月启动，至2008年9 月完成“神舟”7 号载人航天飞行任务，工程实施了16 年，共完成了7 次飞行试验，实现了从“一人一天”到“多人多天”飞行，再到航天员出舱活动的跨越，取得了举世瞩目的成就。
2. 3. 1 掌握了载人天地往返基本技术
“神舟”5 号、6 号和7 号载人航天飞行任务的成功实施，表明我国突破并掌握了载人天地往返基本技术，主要包括: 1) 掌握了载人飞船技术，如飞船环控生保技术、热控技术、制导导航控制技术、返回着陆技术、轨道舱留轨利用技术、安全可靠性技术等; 2) 掌握了高可靠性载人运载火箭技术，CZ - 2F 运载火箭可靠性指标0. 97、航天员安全性指标0. 997，达到了国际先进水平; 3) 攻克了载人航天逃逸与应急救生技术，包括逃逸固体发动机技术、运载火箭故障检测与处理技术、航天员自主应急返回技术、飞船升力控制返回技术; 4)掌握了航天员选拔训练技术和医监医保技术; 5)掌握了载人航天发射场的垂直总装、垂直测试、整体垂直运输和远距离测试发射技术; 6) 掌握了载人航天飞行控制技术等，为我国载人航天后续任务实施奠定了基础。
2. 3. 2 突破了航天员空间出舱活动技术
在“神舟”7 号载人航天飞行任务实施中，突破并掌握了舱外航天服研制、气闸舱研制、出舱活动地面试验与验证、出舱活动程序、航天员训练等出舱活动关键技术，使我国成为世界上第三个独立掌握出舱活动技术的国家，为空间站建设打下技术基础。
2. 3. 3 建成了一个配套的载人航天工程研制试验体系
经过近20 年的研发、建设和实践，形成了一个有中国特色的载人航天工程体系。概括起来，主要体现在以下几个方面: 1) 建立了载人航天器设计、生产、试验平台; 2) 具备研发高可靠载人运载火箭的能力; 3) 拥有较为完备的航天员选拔训练与健康保障设备设施; 4) 建成了配套的载人航天发射场和着陆场; 5) 逐步形成陆海基与天基相结合的航天测控网，增强和拓宽了其整体功能;6) 一个有中国特色的、运转高效的载人航天工程专项组织管理模式已基本形成; 7) 建立了符合国际标准的质量管理体系，可有效保证工程研制质量; 8) 形成了一批具有自主知识产权的载人航天工程标准; 9) 培养造就了一支以中青年科技骨干为主的载人航天人才队伍。
2. 3. 4 取得了多项研究结果
利用飞船及其轨道舱留轨开展了空间生命科学、空间材料、空间天文和空间物理等领域的空间科学与应用研究，积累大量实验数据。
我国载人航天工程实施过程中取得的科技成果，不仅为交会对接任务实施和载人空间站工程启动创造了条件，而且推动了航天技术发展。
3 交会对接任务的实施
突破交会对接技术是我国载人航天工程的下一个目标。根据工程总体安排，在交会对接任务中，计划将于2011 年前后首先发射一个“天宫”1号( TG-1) 目标飞行器，之后再分别发射3 艘“神舟”号飞船作为追踪飞行器与其交会对接。
TG-1 目标飞行器重约8 t，由实验舱和资源舱组成，长度约10. 5 m，舱体最大直径约3. 4 m，设计在轨寿命2 年。实验舱是密封舱，可供3 名航天员在轨工作、生活和居住大约15 d，实验舱前端安装有对接机构，可实现与追踪飞行器对接。资源舱非密封舱。在“神舟”号飞船轨道舱前端安装异体同构周边式( 导向器内翻) 的交会对接机构，作为追踪飞行器。可由飞船自动控制或航天员手动控制完成交会对接。对接完成后能够在两个航天器之间建立密封的对接通道，供人员和货物通行。对接后目标飞行器和飞船组合体实现电源、信息并网，并由目标飞行器负责组合体的控制与管理。
4 中国空间站建设规划
4. 1 建设空间站的目的
我国建设空间站主要有4 个目的，一是验证近地轨道空间站的建造、管理和运营技术; 二是验证人在空间长期生活、工作的能力和健康保障技术; 三是开展较大规模的空间科学应用研究; 四是适当进行一定规模的空间站应用国际合作。空间站建成后，将全面实现我国载人航天“三步走”发展战略，进一步推动我国载人航天技术向更高水平发展。
4. 2 空间实验室
根据载人空间站工程计划，我国将于2014 年前后发射“天宫”2 号( TG-2) 空间实验室、“神舟”11 号载人飞船和一艘货运飞船。TG-2 空间实验室将在TG-1 目标飞行器的基础上改进而成，重约8 吨，可容纳3 名航天员在轨驻留20 d 以上，设计在轨寿命2 年。TG-2 空间实验室的主要任务是进一步考核交会对接技术、航天员在轨驻留能力，验证航天器在轨推进剂补加技术，为建造空间站积累经验，并开展适当规模的空间科学实验与应用研究。
5 空间站应用与国际合作展望
5. 1 空间站应用
充分发挥空间站的能力和有人照料的特点，面向国际空间科学前沿，安排微重力科学、空间生命科学、航天医学、空间天文、空间物理、空间应用新技术试验等领域的科学与应用研究，争取获得一批具有原创性的研究成果，推动空间科学重点领域的跨越发展。
5. 1. 1 微重力科学
重点开展微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学和基础物理的前沿研究。在获得对自然现象新认识的同时，积极开拓多方面的应用。
5. 1. 2 空间生命科学
主要开展航天医学、蛋白质科学、重力生物学、辐射生物学研究，探索空间及地面的重要生命过程及其本质，为人类在空间长期活动和生存提供依据和支持; 利用空间环境资源开发生物技术等。
5. 2 国际合作展望
和平利用太空资源，推动人类的进步发展，是我们发展载人航天的根本目的。在空间科学实验研究中开展国际合作，符合我国在航天领域的基本政策和原则，体现了载人航天的发展趋势。实际上，我国载人航天领域的国际合作已呈现出良好的发展态势，在神七任务中，与俄罗斯进行了舱外航天服技术方面的合作; 在交会对接任务中已安排了中德合作的空间细胞实验项目; 在空间实验室任务中，拟安排中法合作的失重心血管实验研究项目; 在俄罗斯组织的、多国参与的国际大型试验项目“火星-500”中，中国航天员科研训练中心科技人员王跃被选为志愿者，而且有三个研究项目入选参试。
空间站任务中，应进一步扩大国际合作，可考虑拿出一部分应用资源来开展国际合作，采用开放性的空间科学研究项目管理策略，在全球范围内征集实验项目设计方案，从中选择优秀项目到空间站上进行实验研究; 可考虑拿出一部分实验资源专门向发展中国家定向征集实验项目，从而推动空间科学研究在更高的起点上快速发展，不断促进空间科学研究领域的国际交流与合作。
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