文/ 黄志澄

1961 年4 月12 日，苏联航天员尤里·加加林乘坐东方1 号飞船，绕地球运行一圈后安全返回，开启了人类载人航天的历史。1962 年2 月20 日，美国航天员欧约翰·格伦乘坐水星6 号飞船绕地球飞行3 圈安全返回。格伦因此成为美国第一个进入地球轨道的人。2003年10 月15 日9 时整，我国航天员杨利伟乘坐神舟五号飞船发射升空，绕地球飞行14 圈后，于16 日6 时23 分成功返回。从此，中国成为第三个独立发展载人航天的国家。

载人航天60 年的历史大体上可以分成两个阶段，在苏联解体以前的30 年和苏联解体以后的30 年。本文将分析载人航天前后30 年的发展特点、经验和教训，并展望其未来30年的发展。

前30 年的太空竞赛

美苏载人登月竞争的教训

飞往月球是人类千百年来的梦想。自苏联卫星上天后，苏联的航天发展一直领先于美国，在月球探测方面也是如此。早在1959 年，苏联发射的月球1号无人探测器进行了绕月飞行，开始了人类对月球的探测。1961 年5 月，美国总统肯尼迪提出了在60 年代末将人送到月球的“阿波罗计划”，其任务包括研制土星5 号火箭和阿波罗登月飞船。美国发射了“阿波罗”1～10 号为载人登月作准备，发射“阿波罗”11～17号进行载人登月。1969年7月20日，“阿波罗11 号”的登月舱降落到月面，实现了人类首次登月活动。3 位执行此任务的航天员为指挥长尼尔·阿姆斯特朗、指挥舱驾驶员迈克尔·科林斯与登月舱驾驶员巴兹·奥尔德林。到了1972 年，美国先后登月6 次，对月球进行了初步考察，带回了约440千克的月岩样品，获得了大量月球照片、月球表面的科学数据等，大大提高了人类对月球的认识。

就在美国实现载人登月的第二天，苏联的月球-15 号探测器却在月球表面坠毁。此后，苏联载人登月计划宣告失败。苏联之所以会输给美国，是因为他们所研制的N1 大推力火箭的发动机，在4 次试射中都以失败告终。其失败也反映了苏联航天体制存在重大缺陷。

美国的“阿波罗计划”每年花费国内生产总值将近4.5%的资金，虽然赢得了载人登月的胜利，但从1973 年至今，美国人再也没有重返月球。土星5 号火箭只能静静地躺在肯尼迪航天中心的博物馆里。由此可见，这种由太空竞赛驱动的航天计划，必然不可持续。它不仅浪费了大量人力物力，也打击了人类向太空进发的信心和决心。

航天飞机的功与过

1972 年初，美国为了与苏联发展载人空间站抗衡，国会批准航天运输系统采用航天飞机(Space Shuttle)的方案。1981年4月，花费约100亿美元后，美国终于使第一架航天飞机“哥伦比亚号”飞上太空。2011 年由于航天飞机的寿命到期，美国决定让其退役。历经了30 载的辉煌，3 架航天飞机 “发现”号、“奋进号”和“阿特兰蒂斯号”，相继告别太空。

▲ 奥尔德林进行月球采样

由于研制工作缺乏经验和受经费、进度的限制，航天飞机采用了外部燃料箱、助推的固体火箭和轨道器并联的方案，使其运行后存在许多安全隐患。因此，航天飞机也留下最让人感伤的悲情时刻。1986年“挑战者号”和2003年“哥伦比亚号”爆炸解体，各有7 名航天员殒命太空，让美国载人航天遭受了巨大挫折。但是，航天飞机毕竟是载人航天器突破一次性使用惯例，进入可重复使用阶段的重要标志。航天飞机的优势就是运载能力大，载重最大可达30 吨，同时可以在太空运行时间最长达到30天，从而使它在国际空间站的建设中，发挥不可替代的作用。此外，航天飞机还完成了包括释放卫星、发射航天探测器及哈勃空间望远镜、完成卫星在太空回收和修理等任务。它共运送1360 余吨货物及600 多人次航天员进入太空。

由于设计时很少考虑其运行问题，特别是外部的防热瓦维护工作十分困难，造成航天飞机具有技术复杂、发射费用和维修成本很高等缺点。据悉，航天飞机每飞行一次的费用高达5 亿美元，返回后还要进行大量费时费力的检修，让美国宇航局（NASA）为此不堪重负。苏联因为不甘心在航天飞机方面落后于美国，也耗费巨资研制成功了暴风雪号航天飞机，但只在1988 年11月试飞了一次。

美国宇航局在航天飞机研制成功后，也花了大量资金来发展空天飞机和单级入轨的火箭飞机，都因技术难度太大而失败。目前，航天飞机所开辟的重复使用的方向还在延续，美国宇航局的航天发射系统（SLS）使用了航天飞机的发动机技术，美国军方研制成功了小型航天飞机X-37B，美国内达华山脉公司正在研制“追梦者”。美国也计划在发展高超音速飞机之后，发展两级入轨的空天飞机。

后30 年空间站是主战场

空间站是载人航天的基础设施

1971 年到1985 年苏联建造了“礼炮”1 号至7 号共7 个空间站。1973年美国发射了“天空实验室”。1986年苏联发射了“和平”号空间站，最后于2001 年在再入大气层后烧毁。在这之后，由美国、俄罗斯、日本、加拿大和欧洲等在1998 年开始共同建造“国际空间站”（ISS），到2011 年2 月组装工作全部结束。国际空间站虽是航天国际合作的一个范例，但十分遗憾的是中国被排斥在外。

国际空间站由一个美国的长达108.6 米的主桁架及居住舱、实验舱和太阳能电池阵，日本的实验舱，欧空局的哥伦布轨道设施，加拿大的移动服务系统，俄罗斯的功能舱、服务舱、研究舱和太阳能电池阵等组成。国际空间站原定的任务是进行低地球轨道的有人照料的太空科学技术试验。过去的20 年，国际空间站获得了丰富的科研成果，包括太空技术开发、物理学与生物学的微重力研究、人体生理学研究、地球科学与教育等。其中最引人注目的成果是：证明了普通细菌在太空飞行期间会增强致病的能力，但改变细菌生长环境可以控制其毒性；演示了将药物输入人体内目标部位的新方法。然而，由于国际空间站耗资巨大，也面临许多挑战。美国为国际空间站的付出，已达1000 多亿美元；国际空间站的1 千克有效载荷的费用高达几万美元，加上建设周期太长，维修任务因部件老化而更加繁重，从而使其建成之时就面临窘境。

▲ 美国的航天飞机

▲ 建设中的国际空间站模拟图

国际空间站进行最多的研究是测试恶劣的太空环境对人体、生物和材料的影响，这对今后的载人深空探索具有重要价值。首先，国际空间站是完成载人火星任务需要的试验基地。人去火星需要半年以上的时间，因此可以利用国际空间站试验航天员在太空的长期生活和工作能力。其次，国际空间站可以试验未来载人访问月球、火星与建设基地必须的技术，包括太空3D 打印技术天基太阳能技术等。

商业化是空间站发展的必由之路。2019 年6 月7 日，美国宇航局发布了国际空间站商业化计划，鼓励增加商业利用，逐步将国际空间站向商业空间站过渡，以腾出资源来实施其载人深空探测计划。

商业化的首要途径是太空旅游，美国宇航局将允许每年让两名私人航天员造访该站，每人驻站时间不超过30天。让普通人到空间站去观光太空美景和体验失重环境，具有广阔的市场。太空探索技术公司（SpaceX）的载人龙飞船最晚在明年初就可以送去游客。其次就是提出国际空间站货物往返运输和站上服务的定价方案。增加商业化的试验项目，不仅可以增加收入，还可孕育一批具有产业前景的项目，让其在市场竞争中脱颖而出。最后，美国宇航局还鼓励商业公司自己建设商业空间站。美国宇航局认为，国际空间站商业化的经验必将有助于未来载人深空探测和太空资源的开发。

商业化注入创新动力

美国在航天飞机退役后，只能租用俄罗斯的载人飞船来向国际空间站运送航天员。对此，美国上下都感到十分沮丧。因此，美国从小布什开始，历届总统都力挺载人航天商业化。

美国宇航局早在2008 年就启动了“商业轨道运输服务（COTS）”项目，旨在为国际空间站发展商业补给服务。这种模式又很快推进到载人运输领域。美国宇航局本身从未涉及过火箭或飞船制造领域，而都是交由波音和洛·马公司等私营承包商，来负责实际设计和建造工作。美国宇航局现在的COTS 项目与之前的区别，在于资金使用方式不同。以往美国宇航局在招标时，它所承诺的支付包括研制费用以及其所保证的利润。COTS 则在招标后支付这些公司一笔固定资金，如果研制成本超支，则由投标公司自己承担。因此，私企承担了主要风险。

▲ 太空探索技术公司的“猎鹰9”火箭

在承担美国宇航局合同的几家公司中，表现最突出的是由埃隆·马斯克在2002 年创建的太空探索技术公司。它研制的“猎鹰9”可回收式中型运载火箭进展顺利，可靠而又便宜。“猎鹰9”的近地轨道发射报价，从最初约6000万美元，到目前已降到约3000 万美元。“猎鹰9”于2010 年6 月4 日完成首次发射，于2015 年12 月21 日首次完成一级回收，2012 年5 月22 日向国际空间站发射史上第一艘商业运货的“龙”飞船。

2020 年5 月30 日15 时22 分，太空探索技术公司用“猎鹰9”火箭，把载有两名航天员的载人龙飞船，成功送上太空，在经过约19 个小时的飞行后，飞船与国际空间站成功自动对接，并于8 月2 日返回地球。这次发射是美国航天飞机退役后，首次利用美国自己的飞船实施载人发射。

太空探索技术公司在航天领域取得的重大进展，改变了世界航天的“游戏规则”，实现了航天的颠覆性创新。它将互联网思维用于航天系统工程，开创了一种颠覆性创新模式。它本身具有硅谷精神和“互联网基因”，通过应用互联网的快速迭代思维，让传统的航天系统工程注入新活力。传统的系统工程，主张在前期研制中要暴露尽可能多的风险，以降低试错成本，因此，在前期研制上往往耗费很多时间和精力。太空探索技术公司更强调每一次完整迭代之后产生的“经验”，包括基于更先进的工具和更优化的供应链协作关系，这种走完多次“设计、开发、测试”流程所需要的成本已经大大低于上个世纪；而每一次完整迭代之后产生的经验，实际上降低了项目的整体成本。

奋进的中国载人航天

▲ “阿尔忒弥斯”载人登月计划模拟场景

▲ 中国空间站模拟图

中国载人航天基本上从世界载人航天第二个30 年起步。1992 年9 月中央决策实施载人航天工程并确定了我国载人航天“三步走”的发展战略：第一步要发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程，这一步在“神舟五号”成功后已经顺利完成；第二步，突破航天员出舱活动技术、载人航天器的交会对接技术，发射空间实验室，解决有一定规模的短期有人照料的应用问题，这一步在2019 年7 月“天宫二号”完成任务后也已结束；第三步要建造空间站，解决有较大规模的长期有人照料的应用问题。2020年5月，“长征五号”B运载火箭首飞任务取得圆满成功，拉开了“第三步”任务序幕。今年上半年将发射空间站天和核心舱，并将陆续实施发射货运补给飞船、载人飞船等多次任务，于2022 年前后建成在轨稳定运行的空间站。

未来30 年人类将飞向深空

21 世纪重返月球

2019 年5 月14 日，时任美国总统特朗普表示：“我们将在本届政府的领导下恢复美国国家宇航局的荣耀，重返月球，下一步是火星。” 2019 年5月23 日， 美国宇航局发布了《飞向月球：NASA 月球探索战略计划》。

美国重返月球计划取名为“阿耳忒弥斯（Artemis）”，它将分两阶段实施。第一个阶段的目标是要在2024年登月。2021 年执行SLS 与“猎户座(Orion)”飞船集成的无人飞行测试（Artemis-1）；2022 年执行“猎户座”飞船载人绕月飞行测试（Artemis -2），2024年执行载人登月任务（Artemis -3）。在此期间，NASA 还将与美国工业界合作，为快速重返月球开发月球轨道站“门户(Gateway）”部件、无人商业月球着陆器和载人月球着陆系统，并为其提供商业运载火箭发射服务。第二个阶段的目标是于2028 年具备在月球轨道及其表面的持续探索能力，为完成载人火星任务打下基础。2025-2027 年每年执行1 次“阿尔忒弥斯”载人登月任务，2028 年执行2 次载人登月任务，以在月球表面部署基础设施，实现人类在月球表面的长期可持续的探索。在此期间，完成“门户”全部部件（包括大型居住舱、机械臂和后勤舱等），实现载人月球着陆系统转移级和上升级的可重复使用，研制用于转移级和上升级的燃料补给部件等。通过“门户”，载人月球着陆系统将实现月球表面与“门户”之间的载人往返运输。“门户”将作为深空前哨站和绕月燃料补给站，并作为未来前往火星的中转站。近日，新任美国总统拜登表示将支持“阿尔忒弥斯”计划继续执行。

在过去十年里，美国宇航局一直在开发两种将人类送上地球轨道之外的关键运载工具。其中之一就是由波音公司研制的SLS 重型火箭，另一个则是由洛·马公司研制的“猎户座”飞船。这两个项目进度一直被推迟，导致了SLS 项目的成本超支，最终将导致阿尔忒弥斯计划的进度后推。

2004年中国开始实施探月工程。2019 年1 月3 日，嫦娥四号探测器在月背着陆，随后其携带的“玉兔二号”月球车开始工作。此次任务实现了人类探测器首次在月背软着陆和巡视探测。2020 年12 月17 日，“嫦娥五号”成功带回月球样本，为我国探月工程“绕、落、回”三步走发展规划画上句号。今年3 月9 日，中国国家航天局与俄罗斯国家航天集团公司签署了《中华人民共和国政府和俄罗斯联邦政府关于合作建设国际月球科研站的谅解备忘录》。此外，中国载人登月计划也在论证之中。

未来的火星载人探索

如果说月球是“深空门户”，那么当人类飞越月球，脱离地球引力场后，则真正进入了深空。在可预见的未来，载人深空探索的目的地包括：小行星、火星、火星的卫星。所有这些目标中，火星的无人探测为载人探测提供了扎实的基础。火星大气温度是-86～20 摄氏度，处于载人飞船可接受范围内。它充足的水资源可以用于造推进剂，大气中的二氧化碳可以用于制造氧气，辐射量在人可接受的范围内，稀薄的大气也可以提供保护。总之。火星是太阳系内人类最可能移民的星球。

2015 年10 月8 日， 美国宇航局公布了《火星之旅：开拓太空探索新篇章》，介绍了美国分“三步走”实施载人火星探索的规划：第一步是从当前“依赖地球”型载人航天计划起步；第二步是发展地月地空间“试验场”；第三步是形成“摆脱地球”的深空探索能力。2016 年10 月11 日，时任美国总统奥巴马发表文章称,“在21 世纪30 年代之前把人类送上火星，然后再让他们安然无恙地返回地球；同时还要抱有更大的雄心壮志，有朝一日让航天员在火星上停留更长时间。”

2016 年9 月28 日，在第67 届国际宇航大会上，马斯克作了 “让人类变成多星球物种”的主题演讲，并推出了用于人类火星殖民的“星际运输系统”（“星舰”）计划，提出最早在2025年实现载人登陆火星，更长远的计划是实现人类向火星移民。马斯克说：“这是一件非常艰难、危险的事情，不适合胆小者，你很有可能会死。这会很难很难，但如果成功了，那将带来无比的荣光。”

2020 年7 月23 日，我国天问一号火星探测器发射升空，目前它正在火星轨道上进行环绕探测，将于今年的5至6 月择机着陆火星，开展后续巡视探测。2021 年2 月19 日，美国的毅力号火星车到达火星进行探测，还将采集火星表面的岩层土壤样本。我国也已规划了火星采样返回任务。

实现重返月球和载人登陆火星的前提是必须研制成功重型火箭。在这个赛道上现在有3 个选手。首先是美国宇航局的SLS，它的芯级发动机不久前试车成功，为进行首次飞行试验奠定了基础。其次是太空探索技术公司正在研制的“星舰”，它由一枚巨型助推火箭和一艘飞船组成。2021 年，“星舰”将进行SN 系列的原型机试验。第三是中国的长征九号重型运载火箭，也已进入立项阶段。

▲ 马斯克设想的火星基地

▲ 美国正在研制的SLS 重型运载火箭

载人60 年航天发展的启示

由于能够将人送入太空，载人航天突破了地球生存空间对人类的限制，体现了一个国家的综合国力，也极大地激发了本民族的自豪感。因此，在早期大国都把载人航天作为国家的头等大事来办。

随着机器人和人工智能的发展，人们开始认识到，一般来说，凡是机器人做能做的工作，都可以由机器人去完成。但是人比机器人，有更加快速反应和更精细操作的能力，所以在必要的时候，还是要由人进入太空，亲自去完成复杂的太空操作任务。

人进入太空还有更重要的的理由。

首先，好奇心、求知欲以及去从未去过的地方的探险精神，是人类的一种天性。1970 年，赞比亚修女玛丽·龙肯达给美国宇航局写了一封信，信中，玛丽修女问道：“目前地球上还有这么多小孩子吃不上饭，美国宇航局怎么能舍得为远在火星的项目花费数十亿美元？”科研人员斯特·施图林格在复信中写道：“太空探索不仅仅给人类提供一面审视自己的镜子，它还能给人民带来全新的技术、全新的挑战和进取精神，以及面对严峻现实问题时依然乐观自信的心态。”

其次，人类不能永远生活在地球这个摇篮里，为了拓展人类的活动空间和生存空间，人类要一步一步地走向太空。人类迎来了大航海时代，从而使人类进入了工业社会。毫无疑问，人类必将迎来一个大航天时代，将使人类的社会更加繁荣和昌盛。

最后，随着经济社会不断发展，人类的美丽的地球家园也面临着巨大的风险，因此，人类要进入一个地球以外可以生存的星球，或者是建设一个新的家园。同时，人类进入太空也是为了更好地造福与保护地球。保护和造福我们的家园，同样是载人航天的重要的使命。

载人航天60 年发展的主要经验是：

——载人航天必须有可持续的发展计划，有前后一致的发展目标，既要考虑提高国家的威望，也要有明确的科学技术目标和效益；

——未来人类将飞往深空，但地球轨道仍是载人航天的主要活动场所；

——商业化是发展载人航天的必经之路，它将为载人航天提供新的活力和经济基础，在未来载人航天发展中国家仍然起主导作用，但是民营企业将是新生力量，因此必须发展一种新型的举国体制；

——发展低成本高可靠的载人航天运输系统仍是发展载人航天的关键；

——载人航天必须走创新之路,载人航天能否创新将取决于是否能够培养出创新型的人才；

——载人航天的发展将有力促进人类命运共同体的建设，理应加强这一领域的国际合作。★