前沿对话走近神舟五号

整装待发
“现在进展顺利，一切准备就绪。据我了解的情况，今年10月，发射神舟5号飞船应该没有大问题。”张厚英自信地回答道，“神舟5号飞船结构和前面的四艘飞船没有本质区别，仍然由轨道舱、返回舱和推进舱组成。”
轨道舱是航天员在轨道上的工作和生活场所，里面装有各种实验仪器和设备。神舟5号的主要任务是送航天员上天，比起前四艘飞船，这次不会进行很多科学与应用实验，尽可能给航天员留出空间。张厚英比划了一下：“空间的平面也就是2.2米×2.5米左右。事实上，空间挺小。”
神舟5号上天后，轨道舱会留在天上进行对地观测。“我们预计，它能在天上呆上半年。”张厚英介绍说。2002年12月30日成功发射的神舟4号飞船轨道舱已经成功地完成了它的任务，之后将自动掉入大气层烧毁。
飞船在轨道运行时，太空中各种带电粒子辐射和空间垃圾及大气成分等都会影响飞船正常工作和航天员安全。前四艘神舟飞船的轨道舱安装了高层大气、高能辐射、低能辐射、微重力仪等设备，记录了飞船轨道经过的空间环境，为神舟5号的顺利出行做了数据准备。中国科学院空间科学与应用研究中心专门绘制了一张空间带电粒子示意图，对空间带电粒子比较密集的地区做了重点标示。“当飞船经过这个区域时，每秒钟会遭遇不同密度和强度的带电粒子的辐射。有了这张图和这些数据，设计飞船飞行轨道的时候，可以使飞船避开这个危险区。”

安全第一
“长征2号F火箭将送神舟5号飞船上天。为了保证航天员的安全，火箭专门设置了故障自动检测系统和发射逃逸系统。发射逃逸系统主要增加一个发射逃逸火箭塔。”张厚英在介绍逃逸系统的时候，不断强调“安全第一”。
发射前15分钟，假如航天员和辅助人员正在塔架上，尚未进舱，万一有意外，他们可以马上跳进塔架上，那里有特制的逃逸布袋，航天员钻进布袋里，从上面一直滑到地下室的安全地区。如果起始飞行正常，飞行高度在110公里以内，而这时出了故障，逃逸火箭塔会立即点火，拉着返回舱脱离火箭，到达一定高度后，展开降落伞着陆。“这是一个难题，”张厚英分析说，“速度太快的话，人体根本无法忍受那么大的过载；而速度慢了，万一高度太低，降落伞就无法打开。必须取得一个平衡点，关于这个问题，已经做了很多实验，非常成功。”飞行高度在110公里以外的时候，逃逸火箭塔就胜利地完成了自己当次飞行的历史使命，被自动抛掉了。
另外，为了提高飞船的可靠性，关键的部位还还装备了冗余系统，即装备有备份，从而大大提高了整个飞船的可靠性。
舱里原设计3个座椅，但是这次上几个航天员，目前尚未确定。航天员的确定，还是要看他们上阵之前的心理状况等多种综合因素。众所周知，当年，前苏联的加加林排的是第3号。但是，上天之前，经过测试，他的心理等综合状况最好，最后他成了前苏联上天第一人。
神舟5号飞船到底会在天上呆多久？谈到这个问题，张厚英笑了起来：“三五天或七天都有可能。前四艘飞船都在内蒙地区降落。从实验的角度来说，这次依然可能在内蒙回收场降落。”

回家之路
谈到返回舱的回收问题，张厚英打开电脑，里面用动画形式介绍了神舟号飞船的返回程序。载人飞船返回地面，一般需要经历4个阶段：下达指令制动飞行阶段、大气层自由下降阶段、再入大气层阶段、着陆阶段。
完成任务后，飞船开始返回。在返回前，由我国在大西洋的远洋号发出调姿指令。飞船开始“掉头”，返回舱和推进舱由后位变成前位，轨道舱和返回舱分离，轨道舱启动电源阵，各系统进入工作。
轨道舱运行在大约340公里的圆轨道上，受到大气等的影响，也会发生轨道偏差。轨道舱在320公里以下的时候，由于大气阻力变大，轨道舱一天会下降几公里。这时候，就需要地面发指令，提升轨道舱。它在380公里高度的时候，一天下降几十米，影响不大。“因而，我们一般把它控制在320公里到380公里之间。最好的状态就是340公里的高度了。”
返回舱降低到140公里的高度时，推进舱和返回舱分离，推进舱掉入大气层。在降至100公里的时候，返回舱再进行姿态调整，大约降至80公里的时候，返回舱再进入稠密的大气层。当飞行高度约距地面80到40公里之间，返回舱进入了黑障区。
所谓的黑障区，指的是飞船在高速飞行时，与大气层产生剧烈摩擦，成为闪光的火球，同时在返回舱体表面产生等离子层，形成电磁屏蔽。这时候，飞船的外表温度将达到2000℃，这时，通信中断。“返回舱大约会在黑障区呆几分钟，一般说来，问题不大。”张厚英说道，“不过，这个问题是一个难题。”当返回舱降至40公里的高度时，出了黑障区，通信恢复，着陆场地面雷达站和测量站开始跟踪捕获目标，测量返回轨道，预报返回舱的着陆点。
返回舱下降到20公里左右的高度时，达到稳定下降速度的状态。如果不进一步采取减速措施，返回舱会以很大的速度冲向地面。这时候，返回舱一般会表现出大幅度的摆动、旋转甚至翻滚。这种不稳定会使舱内人员头晕，甚至晕倒。这时，回收系统开始工作，此时距离地面大约10公里。
返回舱先拉出引导伞，它起到定位的作用，然后是减速伞和主伞。主伞张开，抛下返回舱的防热大底。防热大底也涂了烧蚀性的防热材料。在防热设置上，张厚英与美国航天飞机作了对比：“美国的航天飞机使用防热瓦来保护航天器免于高温或低温的损害。今年2月1日的美国哥伦比亚号航天飞机失事就是与防热瓦有关。”
主伞打开技术，其中的学问也很多。1200平方米的主伞，“体重”不过90多公斤。降落伞伞布由特殊材料制成，耐磨、抗静电、防烧蚀。细细的伞绳，每根承重高达300公斤。返回舱主伞一次开伞、主伞部分伞绳断开等故障状态模拟实验，在飞机上已经做过多次。
神舟系列目前有多个测控点，陆地上有北京、西安、渭南、青岛、厦门、喀什等，海上是日本海、太平洋、大西洋等，分别由我国的远望一至四号测控船承担，测控总部在北京航天城。神舟5号返回的指令就是由在大西洋海域的远望3号测控船发出。
“差之毫厘，谬以千里。”张厚英深有感触地说，“飞船返回的时候，如果返回指令下达出现毫厘之差，或轨道舱和返回舱分离得稍微晚一些，或者推进舱的推动力大一些、小一些，返回舱降落的地点就会不同。我们控制的精度很高，返回舱要降落在预定的回收点附近10～15公里的范围。万一返回舱落到了他处或海上，问题就比较复杂。”
为此设置了两个回收点。正式回收点是内蒙某地，同时还设置了备用回收点。两个地点的设备基本相同。国外，如美国也设立了一个备用的回收点。正式的回收点是佛罗里达州的肯尼迪宇航中心，备用回收点在加利福尼亚州，这主要是从安全角度做周全的考虑。

附带实验
“神舟5号上天，主要做的就是人的实验，比如生理实验之类。” 众所周知，空间和地面的环境有较大的差异，如温度等。实验目的就是要看在失重、超重等状态下，人的生理适应性如何，会有一些什么样的变化等。比如，当我们长时间站立时，占人体重量60%的体液会往下压，因此常使得双脚肿胀。当航天员进入微重力环境时，血液的动力状况就会发生一些变化，如血液会回流到身体上部，几分钟之内，他就会感觉到头有些胀，就好像得了感冒一样，头重脚轻，这种感觉会持续一周左右。微重力环境破坏了人原有的手眼协调能力，因此，即使简单如按钮的动作也变得异常复杂，因为航天员必须重新调适眼睛所看到的和实际动作之间的鸿沟。
另外，人在微重力情况下，钙的流失很厉害，还会造成骨质丢失和肌肉萎缩。在太空，强有力的肌肉没有用武之地，因为不需要它承受的重力，所以肌肉组织就要减少。骨骼也一样，它不再需要去支撑身体的重量，因此骨组织就会被破坏。重力究竟给身体能带来多大影响？只要想到在空间，脊椎骨甚至会被拉长8厘米，就够了。“总之，这次航天员上天，只是做一些必须的实验，主要是检验人体的适应能力，取得一些实验数据，为我国载人航天的发展提供可靠的依据，对我们以后实现登月计划和登火星计划等提供宝贵的资料。”张厚英总结说。
前四艘神舟飞船则配备了多模态微波遥感器。它由微波辐射计、雷达高度计、雷达散射计三种模态仪器构成。微波辐射计主要用于探测土壤温度、海面温度、大气水气含量等；雷达高度计可获得海洋环流等海洋动力学参数；雷达散射计用来测量海面风速与风向，主要用于海洋动力研究。
多模态微波遥感器可以全天工作，在植被生长情况和农作物估产、分析海洋灾害、资源、风场，进行海洋动力环境和海气能量转换等方面研究将产生重要作用。　
另外，在神舟系列上做过的实验有分辨率成像光谱仪实验和生物细胞培养实验。
中分辨率成像光谱仪是20世纪80年代发展起来的新一代对地观测设备，可以同时获取多通道连续光谱的地面图像，具有广泛的应用前景。中分辨率成像光谱仪在轨实验的目的是考核先进的成像光谱技术、红外焦平面技术和机械制冷等关键技术，对仪器的性能进行检验，为今后研制长寿命空间仪器积累经验。
在地面重力条件下进行的细胞培养，由于受到重力的干扰，它在单位容积中的产量受到了制约。微重力条件有利于细胞高密度、高产量的培养，有利于细胞的生长、分化、代谢调节，可以改变其生长速度、生物合成和产物分泌作用。毫无疑问，生物细胞培养实验在生物制药方面有着广泛的应用前景。
(责任编辑：泉水)

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