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神舟五號升空!     撰文╱奧伯格(James Oberg) 科學人雜誌


  • 中國今年航天發射計劃曝光 將發射“九箭十星”
  • 中國第一位宇航員楊利偉

  • 2003年10月15日上午9:00,「神舟五號」在漫天塵土的戈壁沙漠邊緣,乘載中國太空人升空之後,已經在隔日清晨6:00左右順利返回。這艘神舟裝有兩對太陽能發電板以及四具主引擎,最多可搭載三名太空人,它早在多年前便引起美國方面的高度關注。而今,這艘體長約九公尺、重量近八公噸的載人太空船,已從酒泉衛星發射中心發射升空,中國也將繼蘇俄及美國之後,成為世界上第三個將有人載具送上太空的國家。

    「神舟五號」發射後,在遠望鑑的追蹤下通過太平洋。它在天空飛行21小時, 繞地14圈,然後在南大西洋上空點燃減速引擎,返回地球。神舟號的回程是由位於非洲納米比亞的追蹤站監控,然後在酒泉衛星發射中心東方500公里處著陸。中國首位太空人楊利偉在著陸後,便直接乘坐直升飛機抵達北京,參加盛大的歡迎儀式。

    這艘引起世界關注的神舟五號,對於中國的太空發展有什麼樣的意義?它會掀起與美國、歐洲與俄國的太空競賽嗎?它的飛行程序、航行路徑為何?它的艙體設計、建造技術和歷程,完全是由中國人一手包辦嗎? 

    神舟五號的裝備和中國太空史

    中國的太空雄心可追溯自1970年代,長征號火箭將中國第一枚人造衛星推上軌道。這個一公尺大小的衛星一面環繞地球,一面向地面傳送愛國歌曲「東方紅」。1992年國家主席江澤民核准了載人太空計畫,這項決定帶來了大規模的建設工程,幾乎可與1960年代美國航空暨太空總署(NASA)投注在阿波羅計畫上的努力相提並論。酒泉衛星發射中心是中國三座導彈與人造衛星發射中心中的第一座,而且也是最大的一座。此間的火箭組裝建物與發射台於1999年完成,剛好趕上神舟號第一次無人飛行。雖然中國航天局總管整個計畫,中國空間技術研究院也對太空人訓練等問題三緘其口,中國媒體還是刊登了許多太空船的技術細節。

     

    神舟五號是由三個部份組成。人員所搭乘的部份形狀像個咖啡杯,以NASA的用語,稱為指揮艙,這裡放的是人員的「長椅」(發射時太空人橫躺在這上面)以及控制面板等。指揮艙前端與充有空氣的圓柱狀軌道艙連接,軌道艙使太空人有更多工作空間。指揮艙末端與推進艙相連,圓柱形的推進艙載有各種裝備,包括火箭引擎、電力系統,以及一對總面積達24平方公尺的太陽能發電板。

    中國科學家將改裝自軍用導彈的液態推進火箭「長征2E」進行加強,發展出適用於載人飛行的推進火箭「長征2F」(有時被詩意地稱為「神箭」)。和同一系列以載重為目的設計的火箭一樣,除了原本的四具火箭引擎外,長征2F還帶有四具外掛式助升器。所有的引擎都使用液態四氧化二氮與聯胺做為燃料,而不使用NASA太空梭主引擎所用的液態氫。液態氫的推進力雖然更大,問題卻也較多。神箭的推進力為60萬4000公斤,介於聯合號的標準助升器(41萬1000公斤)與多次搭載阿波羅太空船至地球軌道的土星1B火箭(74萬公斤)之間。

    神舟五號的飛行路徑與其他四次無人飛行一樣。升空之後,火箭向東飛,通過青島附近(此處有一座新的追蹤站)的中國海岸線,然後以最高五倍的動力加速度飛越黃海。一過日本九州島南方,太空船就會與一艘大型追蹤船聯絡,然後迅速達到每秒八公里的軌道速度。它的軌道傾角約42度,和國際太空站(ISS)52度的軌道傾角相比,神舟五號的軌道較接近赤道。在返回地球時,神舟五號首先丟棄軌道艙,然後推進艙會啟動煞車引擎,讓太空船的速度每秒降低200公尺。這樣一來引力會將太空船拉向地球的高層大氣,由空氣阻力幫忙減速。由於目標著陸點是酒泉衛星發射中心以東500公里的內蒙古,煞車引擎在半個地球之遙的南大西洋就得啟動。在減速後,推進艙與指揮艙分離,前者在大氣中燒成灰燼,後者的底部則安裝有抗熱盾,為返航的太空人抵擋進入大氣層的高溫。

    神舟五號的著陸程序沿用聯合號及阿波羅的模式。極度減速之後,指揮艙(返回艙)從大氣底層自由下落,在距海平面30公里高處張開小降落傘,隨後張開主降落傘,並丟棄笨重的抗熱盾。在大草原著陸前,返回艙底部的火箭噴發,以減緩落地衝擊。隨後地區的支援小組趕到現場帶回太空人。

    無人飛行測試中的第一艘:神舟一號,於1999年11月20日升空,該船僅在軌道上停留不到一天。接下來的三次飛行(分別是2001年1月10日、2002年3月25日,以及2002年11月29日),太空船在軌道上停留一星期,測試更為複雜的儀器。據報神舟二號載了一隻猴子、一隻狗以及一隻兔子,以便測試其上的維生系統。神舟四號則是具有足以搭載三個太空人所需設備的完整系統。事實上,根據報稱,在升空籌備之際太空人還待在指揮艙當中,直至升空前幾個小時才離開。

    中國的神舟號vs.俄國的聯合號

    由於外觀與聯合號極為神似,許多觀察家認為神舟號不過是稍做修改之後的仿製品。《英國珍氏太空年鑑》編輯貝克則直指神舟號「是放大版的聯合號,這東西從過去就隨手可得。」認為中國太空計畫是由低科技太空船與抄襲外國設計所造就者大有人在,但《中國太空計畫:從萌芽至完備》的作者哈維則對此提出批評,他表示:「許多人對中國太空計畫有誤解,這絕大部份反應了西方傳統上認為中國人不可能掌握尖端科技的偏見。我認為,看看中國在這些年來,是如何有限度地從別處選取設計,然後耐心、謹慎、有紀律地逐漸建立自己的太空計畫,會比較有幫助。」

    多數獨立專家也同意這看法。報導指出,雖然中國曾經尋求購買功能完全的聯合號以進行研究,卻由於俄方索價過高而做罷。中國買到的是一艘剝得精光的太空船,缺少許多關鍵的太空系統。中國可能至少也擁有一艘在太空時代早期墜毀於該國境內的聯合號級太空船。

    神舟五號三個座艙的設計完全符合邏輯,40年前美蘇也都獨立開發出這項設計。神舟五號看起來比較不像現代的聯合號,而像是初期的聯合號或阿波羅號。雖然它的指揮艙與聯合號的返回艙有相近之處,其他兩個船艙卻與美俄的設計大不相同。例如,神舟五號推進艙配有四具主引擎,而阿波羅號只有一具主引擎,聯合號則有主引擎與備用引擎各一。再者,神舟五號的太陽能板發電量是蘇俄系統的好幾倍。神舟五號的軌道艙也備有獨立的太陽能電池與飛行控制系統,在返回艙帶人員回地球之後能獨自在軌道上飛行,成為一座無人小實驗室,這也是與聯合號的不同之處。

    中國太空計畫中直接抄襲的部份,是為了預防飛行中突然失去艙壓而給太空人穿的充壓裝(稱為Sokol)。1972年三名蘇俄太空人返航時因艙壓意外下降而喪生,於是俄人設計此種救生裝(太空漫步所穿著的是比Sokol複雜許多的太空裝)。中國需要類似功能的充壓裝,在獲得Sokol樣品之後照單全收,連縫線與顏色都做得一樣。

    中國官方並沒有隱瞞這類技術轉移,新華社在2002年出版的《瞭望》週刊中,刊登了一篇關於中國太空計畫的文章:「中國與俄國於1996年簽署一項太空合作協定之後,兩國在接合系統安裝、模型太空船、飛行控制、維生系統等載人太空技術都有豐碩的合作成果。俄國在航太科技方面的經驗,對我國一直有深遠的影響。」

    文中提及的接合系統特別值得注意。雖然美俄在過去幾年來使用多種不同的機制來連接軌道上的太空船,但從神舟五號的照片中我們發現,中國國家航天局選擇了俄規APAS-89系統。該系統具有一個直徑80公分的充壓通道,周圍環繞著傾斜的金屬瓣片,讓兩個同樣設計的太空艙可以在軌道上連接。這個設計最初是為俄國和平號太空站所設計的,而NASA的太空梭也藉APAS-89系統搭接上國際太空站。雖然中國原本的焦點是搭接自己的太空船與小型太空站,採用APAS-89的決定也使神舟號得以與太空梭以及國際太空站連接。

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