拓展人类生存空间-第1部分
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许戈辉：问渠哪得清如许，为有源头活水来。各位好，这里是大红鹰·世纪大讲堂，我是许戈辉。1961年4月12日前苏联宇航员加加林驾着东方号载人飞船代表人类首次进入太空。尽管那是一段短暂的飞行。同年年底，美国也启动了阿波罗计划。不久，全世界的亿万观众就通过电视目睹了人类踏上月球的美妙瞬间。尽管四十多年过去了，回想起来我们仍然会为那些瞬间而激动不已。
我们一直都渴望超越，我们一直都希望能够飞到地球以外更遥远的星空。那么今天我们就请来了西北工业大学的袁建平教授。他为我们演讲的主题就是“载人航天：拓展人类的生存空间”。我们先来一起认识一下袁教授。
袁建平简历
袁建平，1957年生于陕北。
1974年10月考入西北工业大学，1985年8月获工学博士学位，成为中国大陆培养的第一位宇航飞行力学博士。1988年5月起在德国布伦瑞克工业大学飞行导航研究所从事博士后研究两年。
现任西北工业大学教授、博士生导师，兼任国家863计划航天航空领域专家组成员、国务院学位委员会学科评议组成员、中国宇航学会理事、中国GPS技术应用协会理事、而且还担任多家专业学术刊物编委。
许戈辉：袁教授，我知道您是1974年来学这个专业的，对吧。当时像宇航还是一个很偏的学科吧，应该在国内？
袁建平：对，我当时对这个学科是一无所知，因为是从农村出来的，学什么还不知道，是一边学着一边看着。
许戈辉：您看，从您当年学，七几年，到现在，三十多年过去了，我们的航天航空领域，也发生了巨大的变化。最近大家最关注的话题就是神州五号，咱们的载人飞船的发射，我想知道你有没有参与这个很宏大的项目？
袁建平：我个人参与了前期的一些科研工作。因为飞船工程是从863研究基础上发展起来的，它很多的关键技术攻关和基础研究，都是在863领域很多课题里头做的，我是参加过一些这些工作。
许戈辉：在这次神州五号这个项目里边，有多少个具体的小项目啊？要涉及到多少具体的那些问题？
袁建平：比如说他的故障诊断系统，将来是在发射场要现场使用的，还有像逃逸系统里头的一部分都是。
许戈辉：这些你们都有参与？
袁建平：对。
许戈辉：那我想知道，这次咱们神州五号载人飞船升空的话，从世界范围内应该是第三个国家有发射载人的飞船，对吧？
袁建平：对。
许戈辉：这对于我们国家到底是怎么样的一个意义？
袁建平：它的意义是非常重大的，除了它有很多方面的应用之外，它首先在增强综合国力，推动科学技术发展，和高新技术产业的应用方面，是起到了表率作用，就是主导作用。
许戈辉：那如果要是我们这次发射载人宇宙飞船成功的话，那么对今后又会有什么很具体的推动、发展？您刚才尤其提到了高新科技。
袁建平：飞船仅仅是一个短期在空间飞行的一个航天器，作为长期应用来讲，后边我们还有空间站，或者空间实验室这样的计划，那么现在正在863这个领域里头做研究工作。
许戈辉：我发现袁教授讲的比较短、比较严谨，我相信可能这里也涉及到一些国家机密，所以他是很有保留的给我们做了一个非常短的介绍，我想知道您今天的演讲主题叫“拓展人类的生存空间”，那拓展人类的生存空间，它真正意义上人类生存空间到底是什么含义？
袁建平：这个题目有两层含义。从字面来讲就是拓展它的空间，就是说人能够在陆地、海洋甚至在大气层内飞行，那么如果能够飞到大气层外，在空间居住、生活和工作的话，这本身从空间的概念上是一种拓展，而且外层空间是一个没有边界的，它还包括了遥远的星球、深空。从另一层含义就是说，不见得是一定要到外星去，它在空间的很多研究工作，一些太空产品，可以拿回来为地面上人服务，这也是它隐含的一层意思。
许戈辉：那好，我们就接下来由请袁教授为我们做他的主题演讲，“载人航天：拓展人类的生存空间”。
袁建平：我很高兴有机会跟大家在一起讨论载人航天的有关问题。载人航天首先要有人参与，在空间飞行的，我们指的是宇航员，人在这个系统里头是起了一个核心的作用，也就是说最基本的我们要保证航天员，能够安全、舒适地飞到外层空间去，并且在那里生活、工作、居住，而且还能够安全舒适地飞回来，这是基本要求。
载人航天的意义来讲，它首先是充分利用了人在空间的判断力、创造力和维修能力。因为到目前为止，人的很多基本功能，比如说嗅觉、触觉、视觉，以及冷热感、平衡感，还有一些联想、记忆、综合运用这些能力，是机器所不能够代替的，所以载人航天的重要意义就在于人在空间参与了各种活动。
俄罗斯的“和平号”空间站，从开始运行到最后，十五年期间，大大小小的故障，大概出现了快有两千次，如果没有人及时地去维修的话，那么这个空间站早就已经不能工作了，所以从这个地方可以看到，人在空间参与活动的重要性。
载人航天的意义还表现在，能够充分地利用空间这样一个资源和环境。空间对我们来讲是一个非常陌生的地带，它几乎没有空气，是一种高真空，具有强辐射，因为像太阳光、宇宙射线，不像我们在地球上所接触到，它是通过大气层衰减的，在外层空间，它是直射的，所以它有一个强辐射的作用。
还有微重力环境，在宇宙空间来看，重力是非常小的。既然没有空气，它也没有什么灰尘，甚至没有什么微生物，它是非常干净，没有污染。还有，它昼夜的变化要快得多，我们在地面的时候，二十四小时看一次日出、日落，但是你在空间站上可能90分钟就可以看到一次，就是说一昼夜你能看到16次到19次太阳出来和落下，这个对于一些植物、动物的生长来说，可能会起决定性的影响，或者会加速它的成长。还有它的高远位置，就是说它远离地球，在三四百公里之外，来观测地球，那么会得到在地球上意想不到的一些结果。所以这一些太空的环境和条件，为科学家提供了一个无限的领域，他就可以尽情地去想象、去搞研究工作，所以现在一些科技比较发达的国家，都在琢磨着，怎么样从太空里头能够更多地认识一些自然现象，改善我们地球上的生活环境。另外，还能够制造出一些新的产品，包括一些治疗不治之症的这些药品来，那么它的高技术附加值将是非常巨大的，对人类的贡献也都是非常巨大的。
还有一个意义就是，载人航天它能够促进科学技术的进步和高技术产业的发展。我们说载人航天是高技术里头的高技术，这个一点也不过份。因为它综合运用了多个学科里头最新研究的成果。同时，它反回来又推动了这些领域技术的向前发展。特别是像自动控制、系统工程、新材料、新工艺、微电子，甚至包括天文、地理、航天医学等等，几乎所有的领域它都涉及到。我们讲它采用了这些领域的最新成果，同时又推动了这些领域向前发展。
我举一个例子，比如说计算机，在我们日常应用来讲，我们觉得它的速度、内存已经差不多够用了。如果你这个计算机制造商来问我有什么进一步的要求，我想你再便宜一点儿，稍微轻一点儿也还行，但是在地面上说轻个十克、八克也无所谓，感觉不到。但是在太空里头，首先它要发射上天，在火箭发动机在起动的那一瞬间，就像爆炸一样，巨大的振动它要能耐得住，到太空以后，高温和低温之间的变化非常地快，它在面向太阳的这一侧，可能直射温度会达到几百度。在背向太阳的时候，如果在地球的那边，晒不到的时候，它会在零下一百多度，在这样的环境，还有像宇宙射线，等等，这些条件在地面上没有的，所以载人航天的发展，向计算机的制造商提出了更高的要求，牵动着这个领域的发展。
还有它的一个意义就是增强综合国力、振奋民族精神，这个是不言而喻的。我们的东方红卫星七几年发射的时候，我们的原子弹爆炸的时候，我们的第一艘载人飞船发射的时候，我们全国上下，特别是我们的青年学生，非常激动、非常地高兴，为我们国家的进步感到自豪，所以从这方面来讲，它是凝聚我们海内外华人巨大的作用。它还有一个应用就是军事方面的应用。这个从字面报告来讲说得不多，但是美国和前苏联是做了不少，做了很多的实验。像最近两三年里头，俄罗斯和美国，都组建了它自己的太空军，或者称为天军，就是最近两三年的事情。俄罗斯是从它的战略导弹部队分离出来的，美国是从它的空军里分离出来的，从这方面就可以看到，将来打仗一定会涉及到空间。举一个简单的例子，在几十年以前的时候，如果有人侵犯我们的领土、领空和领海，我们会提出抗议。但现在它在空间站上对你进行观测、拍照，他得到的照片比当年用无人驾驶飞机，U2飞机拍到的还好，但是现在我们似乎没法抗议他，所以领空的概念在这个地方已经发生了变化，所以这个问题我们不能小视。
我想谈论的第二个问题就是载人航天的一些具体内容。它包含哪些内容？基本上可以包含三个系统，一个是轨道空间设施，一个是地面设施，还有一个就属于天地往返运输系统。它的空间轨道设施，包括了载人的空间站，可能还会有无人的空间平台，还包括了数据中继卫星。比如飞船到了地球的那面，跟我们这边没有联系的情况下，如果宇航员有什么紧急情况，或者我们有一些图象、数据需要转发回来，就需要在天上，在高轨道的一颗卫星，来帮忙转发。同时，可能还需要一些导航定位的卫星，这是属于轨道基础设施。地面基础设施主要包括发射场、地面控制中心，测量通讯跟踪网，还有回收装置、回收场，还有宇航员的培训中心，还有一些有效载荷中心。所谓有效载荷，就是指做实验所用的那些仪器设备。这是地面基础设施。
天地往返运输系统，主要是把地面和太空中间能够建立一条运输线，把人，或者一些需要的物品来回进行输送，比如给宇航员送水、送吃的东西，还有他们拍摄的一些胶卷，做实验的一些样品，从天上运回来，这都是天地往返运输系统所完成的。目前能够从事天地往返运输的，一个就是飞船，一个是航天飞机。
一个载人航天器它应该由哪些部分组成呢？笼统来讲，它是一个非常复杂的，有成千上万个零件来组成的一个大系统。我们可以把它粗略地分为13个分系统，这些分系统里头，有些跟我们无人飞行器是一样的，比如说电源部分大家都要有，推进部分也得要有，数据管理，还有像结构，也就是它的骨头架，都得要有。这些我都不详细介绍了，我想介绍几个载人飞行器所特有的系统。一个是环境控制与生命保障系统，一个是乘员分系统。这两个系统就是保证宇航员能够在太空里头舒适、安全地生活、居住和工作条件的。
比如说我们说太空里头是没有空气的，但是在居住舱里头应该有一个大气压，就跟我们地面一样的这样一个环境，它的温度的控制、湿度的控制，还有氧气供应，作为一个长期载人来讲，要能够把二氧化碳自动地转化为氧气，再循环使用，这个工作我们国家的863关键技术攻关里头已经完成了。
还有像在太空里头用水也是非常非常宝贵的，美国人曾经算过，往太空送一公斤水，用航天飞机的话，需要几万个美元，它是非常珍贵。所以在长期载人的情况下，就要解决，能够把废水变成饮用水这样一个技术，这个我们国家也已经完成，甚至就是把尿可以转换成再饮用的水来，这个工作我们已经做过。
还有你像乘员分系统里头，它有保证宇航员洗澡的设备，在俄罗斯的和平号空间站里头，它是给你准备了湿巾纸，一包一包，打开擦一擦，但是美国人好像觉得不满足，它在航天飞机里头它有专门的淋浴设备，它有一个像一个塑料罩一样把你罩起来，里头有淋浴，这都是属于环境控制与生命保障和乘员分系统。
那么我还要介绍一个就是导航制导与控制。这个在一般的无人航天器里头，比如卫星，主要是用来控制它的轨道、姿态，甚至它的比如说相机的镜头等等。那么在载人航天器里头，他要做更加复杂的这样一个工作，它就叫做交汇对接，这个在我们专业的研究生里头都曾经参与过这方面的研究。交汇对接是太空里头最困难的一个控制过程，那么我们想象一下，一个飞船正在轨道上飞行，每秒的速度可能是七八公里。那么一个航天飞机要把一个宇航员送到它里头去，那么航天飞机也要进入同样的轨道，给它以差不多的速度在飞行，两个都在高速飞行的情况下，慢慢地接近，然后要对接在一起，然后双方才能够把舱门打开，互相走动、互相访问，所以这个过程是非常复杂的。要能够进行稍微长期一点儿的太空飞行，必须要完成这个任务。而且为了航天员的安全，如果一个航天器出故障，另外一个航天器要去救它，必须要掌握这个技术。所以我们现在讲的导航制导与控制这个系统，会完成一个非常复杂的太空活动。
还有我们要介绍一个就是，热控系统。我们生活在地面，它是包围在一个很厚的大气层里头，它起到热冷交换的这样一个作用。那么在太空里头，因为舱外几乎没有空气，所以冷热的交换就非常困难，就是说你要把热量排出去这就不太容易。所以这也是一个比较困难的课题，要在舱里头把热和冷，给它按照需要搬来搬去，这个在863的关键技术攻关里头都是有研究。
我想简单地把载人航天器里头的三类给大家介绍一下。一个是飞船，一个是航天飞机，一个是空间站。就是说目前能够在大气层外载人的是这三种
