【航天甲子年50講】 08 載人航天

文：晟宇（視頻講解）

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一、前言

聊到了載人航天的話題，晟宇就特別的激動。因為曾經參與過天宮二號任務，雖然負責的只是上面一顆小小伴星的小小相機，依然是人生中一段重要的經歷，自己在這個過程中也在很多方面得以成長。

載人航天是複雜的系統工程，載人航天包含了太多的技術內涵，載人航天對於國家乃至人類的發展都有著巨大的意義。載人航天是人類的壯舉，也是國家強大的標誌，更是人類走向宇宙的艱難一步。短短的分享只能管中窺豹，看個輪廓。

二、從阿波羅十三號說起

我自己在很早的時候就看過《阿波羅十三號》這部電影，早先是因為我是湯姆漢克斯的粉絲，後來成了航天發燒友又看了幾次。最近買了熱書《設計衝刺》，其中一節以阿波羅十三號為例展開，於是又看了一遍。

對於聊載人航天來說，Apollo 13 是一個非常好的切入點。這次任務在飛往月球的過程中出現重大事故，最後卻群策群力，天地協同，成功返回，被稱為成功的失敗（Successful Failure）。整部影片從各個方面和角度道出了載人航天工程的一些要素。

載人航天的目的是：人類自由安全地進出宇宙空間。因此宇航員的生命安全是首要保障的。同時從天地協同地解決問題中我們又看到了載人航天系統的複雜性。整個工程包含飛行器系統，軌道控制，導航與制導、測控與通信、計算機、能源以及生命保障系統，這些系統緊密關聯，在出現事故之後地面上也是一個龐大的支持團隊日以繼夜的搶救，才最終充分利用了一切技術與資源保障了航天員的返回。同時我們看到了載人航天的巨大意義，就是發揮出了人在太空的巨大價值，很多決策和操作都是倚靠3名宇航員做出的，人在太空能發揮出更大的價值。

我們來回顧一下這個任務的過程，在任務開始的56個小時之後，也就是Apollo 13號離開地球330000km時，服務艙發生了爆炸，造成了氧氣和水的泄漏。同時損毀的還有電池組和二氧化碳的過濾裝置。

接下來的過程就體現了地面指揮系統如何與宇航員一起把安全返回作為結果的衝刺過程。

事實上，影片中畫下的那張簡圖也一直在整個衝刺的過程中留在黑板上，一切都以此為出發點來開展來檢驗，因為解決了軌道的問題才有返回的可能，因此核心的成員開展軌道的計算，再一步步的解決這個工程中的能源使用問題，宇航員的呼吸問題。

重入大氣之前與服務艙分離後拍下了服務艙的爆炸受損情況，十分的嚴重，這次的成功返回真的是一個奇蹟。

從加加林在1961年進入空間以來，人類的太空旅行歷史已經有56年之久。離開地球的人類已經有500多人，從2000年以來更是一直有人類在空間飛行。載人的航天器從最早承載一人的宇宙飛船發展出了承載多人的飛船、太空梭、空間站等不同類型的載人飛行器。期間的阿波羅計劃更是讓人類的腳步延伸到了30多萬公里以外的月球。

三、那些關鍵點

要進入空間，尤其是載人的航天器往往都非常巨大，因此載人航天得以實現的前提就是大推力的火箭。而且對於運載安全性也提出了很高的要求，往往都需要進行多次驗證，並多系統備份來保障運載過程的順利。

同時在整個載人航天任務的過程中要進行對於人類的空間環境控制和生命保障。因為畢竟要把人安全地送上太空，再安全健康地帶回來。需要考慮包括運載主動段和重入過程中的力學環境對人的影響。

在空間工作過程中太陽和宇宙射線對人體的輻射要進行防護；失重條件下的骨質和肌肉的流失等健康問題一方面是需要考慮的重要因素，一方面也是研究的內容。

載人航天同時也都承載了很多科學研究內容，這正是載人航天的特色和優勢。那就是人類可以開展更為複雜，更為多樣的空間實驗。所以很多載人飛行器也是空間的實驗室。例如我們的天宮二號空間實驗室在空間的工作過程中就要開展很多的科學實驗。

天宮二號開展的科學實驗多達14大項。很多實驗例如空間的材料實驗和生物實驗等航天員都發揮了極其重要的作用，實際上航天員在空間的日程非常的充實，他們和各個領域的科學家、工程師做出的這些努力換來的是載人航天工程對社會的巨大回報。以阿波羅計劃為例，據說當時每一美元的投入帶來的社會整體回報是9美元。載人航天的系統研製和空間科學實驗催生出來大量造福人類的技術與應用成果。

載人航天最後的一個關鍵技術就是航天器的重返了，雖然衛星的重返技術已經很成熟，但是載人航天器重返的最後那段時間也是最危險的一段時間，稍有疏忽就是災難。這個過程中從惡劣的力學環境過載到黑障的高溫與通信中斷，再到最後的降落，任何一個環節的失誤都會造成無法挽回的後果，同時航天員也需要經受住這一過程的中的惡劣環境與心理因素。

我們再來回顧下NASA的空間項目流程，我們可以看到其中的三角形代表是評審，也就是技術考核的關卡。載人工程的評審是最多的，也可見其複雜性與高可靠性安全性的要求了。

如今載人航天的商業公司越來越多，包括了馬大俠的SpaceX，貝索斯的Blue Origin等等，技術越來越成熟，成本越來越低，空間旅遊指日可待。

各種行星殖民的夢想也在一天天越來越真實，載人航天就是正是這個新時代的航船。

下一期我們來聊聊空間的機器人，歡迎關注。

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