神舟十三擇機發(fā)射,遙十四火箭也已就位,滾動備份、伴飛意味著什么?

神舟十三號已經(jīng)在發(fā)射區(qū)等待時機發(fā)射,經(jīng)過各項功能檢查、測試等工作后,預計三天內(nèi)就要帶著三名航天員,奔赴中國空間站繼續(xù)“裝修”任務了。眼尖的同學還是發(fā)現(xiàn)了“秘密”,在發(fā)射區(qū)長征二號F火箭一共有2枚,分別為遙十三、遙十四運載火箭,也就是說神舟十三號的備份已經(jīng)準備好,并且在剛剛結束的中國航展上,中國空間站的地面伴飛艙也真實地向大眾展現(xiàn)。而我們都知道每次任務的航天員有一組執(zhí)行任務,還有一組待命。

那么,為什么中國的載人航天采取的是“發(fā)射1發(fā)、備份1發(fā)”的“滾動備份”發(fā)射模式?采用完全相同的空間站在地面伴飛有何深意?下面讓我們回顧載人航天發(fā)展歷史,徹底了解為什么我們?nèi)绱税才拧?/p>
載人航天三步走,安全始終放在第一位
作為專為載人航天研制的長征二號F火箭一直被譽為“神箭”,從1999年首次執(zhí)行飛行任務以來,已經(jīng)執(zhí)行了14次發(fā)射任務,并且戰(zhàn)績顯赫,100%成功。已經(jīng)將7艘載人飛船,12名航天員(14人次),5艘無人飛船、2個空間實驗室送入了太空。
正是歷經(jīng)“神舟”、“天宮”的飛行任務鍛煉,循序漸進的掌握了天地往返、太空出艙、交會對接、安全降落等關鍵技術,為中國空間站鋪平了一條穩(wěn)妥可靠的建造之路。

我國的載人航天始終遵循的是低成本、有計劃、安全穩(wěn)妥的方式進行,為了節(jié)約成本采用的是“火箭+飛船”的火箭模式,之所以沒選用航天飛機是因為成本太高,安全性有待提高。
其實這樣選擇也是頗受周折,“863計劃”實施后,我國開始了運輸火箭和天地往返的招標工作,科研單位提出了11種方案,最終經(jīng)過一年篩選,確定了6種,而最終抉擇讓大家犯了難:
這6個方案中,5個都是基于航天飛機的,只有1個準備使用飛船。
當時80%的航天專家都主張使用航天飛機方案,航天專家王希季曾回憶說:“論證的時候,其實一開始大部分的人都主張上航天飛機,他們說這才是最先進最現(xiàn)代化的,應該一次性到位。“但是,轉(zhuǎn)折發(fā)生在錢學森給出關鍵性意見之后。

錢學森是國際著名的空氣動力學家,美國的航天飛機研制也是基于錢學森提出的“火箭客機”構想實施的,美國在60年代末期載人登月之后就放棄了宇宙飛船的研制,而“哥倫比亞號”航天飛機多次實現(xiàn)天地往返,蘇聯(lián)的“暴風雪”號也多次升空。
所以基于錢學森的理論影響,加上國外航天飛機的發(fā)展,方案基本以完全超越美、蘇航天飛機的為主。當時,專家們的打分情況是:多用途飛船方案83.69分,小型航天飛機是84分,零點幾分的差異,讓專家組十分苦惱,甚至爭論了很久,最終決定以評分為準,提報航天飛機方案。
這份方案同步呈送了一份給退居二線的錢學森,雖然在科協(xié),錢老面對這決定中國航天發(fā)展的關鍵選擇,基于我國實際,放棄了早年的“火箭客機”的構想,寫下“應將飛船案也報中央”的批語。

這九個字關乎我國航天的未來,錢學森當然明白國內(nèi)的期望,也十分清楚航天飛機更為先進,可以重復發(fā)射的的優(yōu)點,但是航天飛機有200多萬個零部件組成,且不說研發(fā)成本,維護成本也十分驚人。錢學森仔細考慮了國情,認為我們沒有必要“趕美超蘇”,而是實事求是的從飛船之路。
飛船既能搭載航天員,又可運送物資,并且可以??吭诳臻g站軌道作為救生艇使用,雖然屬于“一次性”產(chǎn)品,但是費用低,技術難度也更小。尤其中國當時就已經(jīng)掌握了返回式衛(wèi)星的回收技術,是屬于飛船回收的基礎,因此錢學森簽署意見后,建議航天部門再組織“航天飛機與飛船的比較論證會”,最終專家們的意見逐漸統(tǒng)一:采用飛船方案。
這一決定關乎著今天我們能“下餃子”般的發(fā)射長征系列火箭,在我們形成技術路線的同時,美蘇“航天飛機”方案也盛極而衰。
1986年1月28日,美國“挑戰(zhàn)者號”升空后幾十秒就發(fā)生了爆炸,7名宇航員不幸殞命;
2003年2月1日,經(jīng)過16天的飛行的美國“哥倫比亞號”返回時失事,又死了7名宇航員;
1988年11月,“暴風雪”號航天飛機在蘇聯(lián)的拜科努爾航天發(fā)射場成功發(fā)射升空。這是它的第一次飛行,也成了最后一次,因為沒錢維護,2002年因機庫倒塌而被砸成了廢鐵。

20世紀末各國航天飛機計劃紛紛下馬。這時,人們更對錢學森的高瞻遠矚佩服不已。
1992年9月21日,高層批復了《關于開展我國載人飛船工程研制的請示》,決定要像當年抓“兩彈一星”一樣抓載人航天工程。會議結束之后,隨即在國防科工委設立了“921”工程辦公室,開啟了中國載人航天的征途。同時也確定了確定了我國載人航天“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略:
第一步,發(fā)射載人飛船,建成初步配套的試驗性載人飛船工程,開展空間應用實驗;
第二步,突破航天員出艙活動技術、空間飛行器交會對接技術,發(fā)射空間實驗室,解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應用問題;
第三步,建造空間站,解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應用問題。

從“921工程”立項的過程,以及“三步走”的戰(zhàn)略可以看出,我國的航天發(fā)展一直以穩(wěn)健、安全、低成本方式進行的,但低成本是相對來說的,安全,成功率高,能及時挽回損失就是最好的低成本。
同時設計,同時制造,節(jié)約成本
“921”工程對"七大系統(tǒng)"進行了規(guī)劃,包括航天員、飛船應用、載人飛船、運載火箭、發(fā)射場、測控通信和著陸場,都進行了技術路線分段規(guī)劃,而運載火箭系統(tǒng)首先要解決的就是運載能力和安全運輸問題。
在長征二號捆(CZ-2E)火箭的基礎上,按照載人航空的要求,確??煽啃?、安全性,要求,中國運載火箭技術研究院改造出了長征二號F(CZ-2F),它是21世紀初期中國研制的火箭中最高、最重的。后經(jīng)過數(shù)據(jù)驗證,可靠性達到了98.00%以上。
長征二號F主要用于發(fā)射神舟飛船和大型目標飛行器到近地軌道,火箭總長58.4米,起飛質(zhì)量約480噸,可以把8.8噸的有效載荷送入近地軌道。它最顯著的特征就是增加了故障檢測處理系統(tǒng)和逃逸系統(tǒng),在飛船入軌前都能實時監(jiān)測火箭的飛行狀態(tài),如果發(fā)生了重大故障,可以使航天員快速的脫離危險區(qū)域。

分為兩種情況,如果在火箭發(fā)射前發(fā)生,航天員還沒有進入飛船,他們就可以跳進逃逸布袋,快速滑到安全地帶;如果已經(jīng)進入飛船,則在系統(tǒng)的指揮下,實現(xiàn)火箭頂部的逃逸塔自動點火,將飛船返回艙帶離火箭本體,實施安全降落。
1999年11月21日,長征二號F運載火箭首次飛行,運載著同樣新生的“神舟一號”無人實驗飛船首發(fā)成功,這意味著我們載人航天的“三步走”的第一步已經(jīng)成功實施,各系統(tǒng)配合天衣無縫。到了2003年“神舟五號”飛船成功發(fā)射時,楊利偉在太空遨游了21小時后,順利返回地球,載人航天任務獲得圓滿成功,“成功發(fā)射、精確測控、正常運行、安全返回”目標的順利完成,標志著我國成為世界上第三個獨立掌握載人航天技術的國家,這是里程碑的事件,千百年來的飛天夢終于實現(xiàn)。
后來,每一項任務實施前都會進行大量的驗證和在軌實驗工作,“凡事預則立,不預則廢”,即使每一個單項任務都保證了安全性和可靠性,但是我國航天的“低成本”就是以安全高效為第一要義的,為了確保任務萬無一失,我們的航天任務一般采用“滾動備份”模式。

探月工程如此,載人航天更是如此,雖然長征二號F戰(zhàn)績赫赫,以全勝得成績?yōu)檩d人航天做出了歷史性的貢獻,長征七號、長征五號后來者居上,運載能力穩(wěn)步提升,但是為了安全起見還是采用“發(fā)射一發(fā)、備份一發(fā)”及“滾動備份”的發(fā)射模式。
2021年6月17日,長征二號F遙十二火箭搭載神舟十二號載人飛船,成功將三名航天員送上中國空間站,為了確保航天員的生命安全,備份的長征二號F遙十三火箭已經(jīng)戰(zhàn)力了5個多月,為的就是在必要時候?qū)崿F(xiàn)5天內(nèi)二次發(fā)射,執(zhí)行營救或者任務接替工作。
所以,“好事成雙”,無論是航天員、還是運載火箭、空間站我們都做了雙備份的準備,同時制造、同時檢驗、同時就位,為的就是安全。

“載人航天,人命關天”,空間站建造過程的載人飛行首戰(zhàn)告捷,我們的警惕卻不會放松,不但隨時準備應對任何突發(fā)狀況,而且還要做好任務不中斷的措施,所以“滾動備份”背后是我國穩(wěn)步安全實施載人航天的強大綜合實力的體現(xiàn)。
太空與地面同時驗證,提高效率
在近地軌道飛行的中國空間站自從9月17日,三位航天員將搭乘神舟十二號返回地球后,就進入了“無人值守”狀態(tài),整整三個月事件各項“裝修”和實驗任務一直有條不紊的進行,之所以能夠如此順利,是因為航天員在日常訓練中已經(jīng)完全熟練。
不僅如此,在地球上還有中國空間站還有一個“孿生兄弟”,作為“伴飛空間站”使命就是幫助在軌航天員萬無一失的實施任務,每一項任務開展前,地面的伴飛空間站會先行實施,優(yōu)化步驟和預估風險。航天員可以根據(jù)地面數(shù)據(jù)提前做出判斷。
同樣,太空中空間站的狀態(tài)和地面上伴飛空間站保持同步,有利于備份航天員、空間站指揮部等了解真實狀態(tài),做好同時工作的準備。所以,航天員從進入發(fā)射流程之后,強大的安全保障貫穿始終,無論是入軌前還是入軌后。

之所以每一次都有備份,是因為航天員的安全是第一位的,任務順利完成不中斷是必須要保障的,神舟十三號等待時機發(fā)射的時候也是長征二號F遙十四火箭應急救援值班的時候。
當遙十三火箭完成火箭與飛船組合時,遙十四將進入長征二號F火箭最長的值班狀態(tài),至少在6個月以上,這位“孿生兄弟”都擔任著應急救援值班任務。
不光火箭待命,飛船也處于待命狀態(tài),神舟系列飛船采用的是多批次同時投產(chǎn)的模式,神舟十二與神舟十三飛船是同時投產(chǎn),同時出廠的,所以無論哪一個過程,我們都確保航天員的生命安全,以及任務持續(xù)順利進行。
總結
正是我國從實際出發(fā),不斷的從單系統(tǒng)到全系統(tǒng)的改進和創(chuàng)新,經(jīng)過幾代航天人努力,才使得載人航天不斷創(chuàng)造奇跡,作為全球唯一一個獨立擁有空間站的國家,我國始終堅持穩(wěn)妥的模式發(fā)展,與馬斯克那樣吸人眼球的方式不同,我們的活動顯得十分低調(diào),也就是在超高安全性和可靠性的驗證下,逐步實現(xiàn)了低成本運行,也將為商業(yè)航天活動奠定堅定的基礎。