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载人空间飞行:那些人和那些事儿(中)

2021-04-28李成智

百科知识 2021年8期
关键词:加加林返回舱宇航员

李成智

加加林小传

为支持载人航天计划,苏联空军从1959年4月开始选拔宇航员,条件包括学历、身高、年龄、身体素质以及心理素质等。到1959年底,经过层层选拔、测试、训练和考核,20名候选人最终脱颖而出,其中就有加加林(1934年3月9日—1968年3月27日)。

加加林全名尤里·阿列克谢耶维奇·加加林,出生于苏联斯摩棱斯克州格扎茨克镇克卢什诺村的一个农民家庭,在兄弟姐妹四人中排行第三,属白俄罗斯族。斯摩棱斯克位于莫斯科西南方向约360千米,再往西南300余千米是明斯克(今白俄罗斯首都)。斯摩棱斯克地处第聂伯河上游,是重要的河港和铁路枢纽。在第二次世界大战中,该地是德军进攻莫斯科的必经之地。加加林的家乡在1941年10月被德军占领,7岁的加加林仅上了一年学便因学校被毁而中断学业。1946年,加加林才在格扎茨克镇继续上学。学校里教授数学和物理的老师是一位退役飞行员,加加林对这两门课非常着迷,也因此喜欢上飞机和飞行。他在学校期间制作过模型飞机。当一架雅克夫列夫战斗机在小镇坠毁时,亲眼目睹到真飞机的加加林更是狂热地爱上了飞行。

1950年,16岁的加加林在莫斯科附近的一家钢铁厂当铸造工,并在当地一所青年工人学校上夜校,取得模具制造和铸造工作的技工文凭,后被选入萨拉托夫工业技术学校接受进一步培训。在萨拉托夫期间,加加林在当地一家飞行俱乐部接受飞行训练,他驾驶过双翼飞机以及雅克-18教练机。1955年,他以优异成绩从工业技术学校毕业,随后进入奥伦堡航空军事学校学习飞行。1956年2月,开始米格-15喷气式战斗机的驾驶训练。经过飞行评估后,加加林于1957年开始独自飞行。当年11月5日,加加林被任命为苏联空军中尉。从航空学校毕业后,加加林被派到摩尔曼斯克,在苏联北方舰队担任航空兵飞行员。1959年 10月,苏联成功发射了月球3号探测器,这让他对空间探索发生了兴趣。此时,他已经累积了265小时的飞行时间。不久之后,他就通过了首批宇航员的资格审查。

按照苏联航天总设计师科罗廖夫的意见,宇航员主要从空军试飞员中挑选,因为试飞员已经过严格的挑选和训练,知识、经验以及身体和心理素质大大高于常人。候选者的年龄应该不超过30岁,身高不超过170厘米,体重70~72千克。当然,基本条件并非一成不变,如果技术水平和心理素质特别优秀,身体略高些,年龄略大些也能入选。加加林的身高仅157厘米,体重68千克,特别适合航天飞行。

1960年3月,首批宇航员开始理论学习并接受训练,授课老师包括吉洪拉沃夫、费奥克蒂斯托夫等杰出专家,学习内容既包括天文学、物理学、天体物理学、心理学等基础科学,也有火箭技术专业课,如喷气推进、火箭概论、航天通信等。训练则包括大量失重、过载、离心、飞行、高低空跳伞以及水上和陆地降落等。首批宇航员训练方案比较严酷,离心机训练的过载高达12.1g。经过半年的学习和训练,加加林凭借坚定的信念、优秀的体质、乐观主义精神和过人的机智得到同伴的称赞。当20名候选人被要求匿名投票推选谁最应当成为第一个进行航天飞行的人时,17人投了加加林的票,其中包括加加林自己的一票。空军的医生对加加林的评价是:温和;幽默;活泼;智力发展程度明显;记忆力极强;对周边事物具有敏锐和广泛的观察力;想象力高度发达;反应迅速;坚持不懈,学习和训练十分刻苦;对天体力学和数学知识掌握极好,能够坚持自己的正确观点;比很多同事更了解生命的本质。

1960年5月30日,加加林進入6人加速训练小组,即“先锋6”小组,首位飞天者将从这6人中产生。1961年1月6日,苏联空军成立了一个特别委员会,对6位宇航员的表现进行最后的考核。1月14日,他们通过了医学检查,全部合格。1月18日,他们进行了航天飞行原理的考试,全部获得优秀。在6人当中,加加林特别受到大家的认可。空军宇航员训练中心主任卡曼宁上将根据每个人的综合表现,确定了3位宇航员,排序分别是加加林、季托夫和涅留波夫。季托夫是加加林的替补,涅留波夫则是季托夫的替补。如无意外,加加林将成为人类历史上第一位进入太空的人!

首航太空全纪实

载人航天竞赛是苏美太空竞赛的延续,也是这场竞赛的一个新的高潮,两国都卯足了劲争当第一。1960年末,美国领导人和宇航机构高调宣布:将在1961年春季进行首次载人航天飞行。这个消息给苏联人很大的压力,但压力可能变动力。1961年3月进行的两次搭载小狗的飞行试验,尽管总体上是成功的,但也出现了一些小问题。如第二次飞行在绕地球一周准备返回时,返回舱分离出现延迟问题,致使降落点比预计中远了660千米。此外,还有座舱环境、返回舱连接包带等问题需要进行紧急改进。这期间还发生了宇航员在训练过程中死亡的事故。经查明,此次事故与飞船及设备等技术问题无关,所以并未影响进度。

1961年3月29日,科罗廖夫向国家委员会做了关于发射东方号载人飞船的汇报。同一天,国防委员会召开会议,确定下一次将是正式的载人飞行,并将发射时间定在4月10日至20日之间。在当时苏美载人太空竞赛进入高潮的过程中,科罗廖夫以及国家委员会、国防委员会的官员们做出上述决定,确实具有一定的冒险性。专家们回顾历史时也承认,科罗廖夫为了实现国家的大目标,为了争得世界第一,不止一次地跳过了一些技术细节问题并取得了最后的成功。这一次发射载人飞船,他同样在“赌博”中幸运地获胜了。

1961年4月5日,“先锋6”小组成员分乘两架伊尔-14飞机抵达拜科努尔发射场,进行最后的准备工作,包括试穿宇航服、進一步熟悉相关操作、降落伞打开等。此时,谁将进行首次飞行仍是个谜。4月6日,国家委员会主席鲁德涅夫在发射场主持召开会议,讨论飞行准备情况,技术人员汇报了飞船生保系统、分离系统、宇航服、弹射系统的基本试验状况和首次飞行的基本任务。会议还确定了首次飞行的基本任务:完成绕地球一圈飞行,高度180~230千米,持续时间1小时30分,落点在西部区域。飞行的目的是:验证人类乘飞船进入太空的可能性;验证飞行过程中飞船设备和无线电通信系统的性能;验证飞船和宇航员返回地面所用设备的可靠性。卡曼宁宣布了首飞宇航员的人选:加加林为正式宇航员,季托夫为替补宇航员。这个过程还有个小插曲:由加加林进行首次飞行,他的体重加上飞船的重量为4725千克,超过了预定的4540~4700千克的总重量,因此有人建议改由体重稍轻的季托夫首飞,但科罗廖夫极力坚持任用加加林,并认为超重问题可由卸下个别不重要的飞船部件加以解决。

4月10日,国家委员会成员、总设计师委员会成员以及6位“先锋6”小组成员一同召开会议。科罗廖夫在会上正式宣布,由尤里·加加林进行首次飞行。他还说,今年我们将生产10艘东方号飞船,其他人都有机会陆续飞上太空。会议还将发射时间定在4月12日上午9时07分。

东方1号选择在这一时间发射是经过充分考虑的。飞船发射后,会沿苏联广袤的领土一直向东南飞行,经过堪察加半岛后进入太平洋。在太平洋上空飞行的大部分时间是飞船的“黑天”,绕过南美洲南端进入大西洋时,飞船转为“白天”。这样,飞船到达非洲西海岸准备启动制动发动机时,正好处在阳光普照的“白天”。飞船最后着陆时,大约在莫斯科时间上午11时前。大西洋上和苏联领土上设有多个测控船和测控站,与飞船联络非常有利。另外,东方1号飞船的运行轨迹经过苏联、太平洋、大西洋、非洲、地中海以及土耳其上空,不经过资本主义国家上空,这在当时的冷战气氛下还是非常有理由的。

4月12日凌晨3时30分,医务人员叫醒了加加林,并在他身上装了医学传感器。5时45分,加加林和季托夫穿好宇航服,乘车前往发射场。在发射场,加加林与科罗廖夫等人一一道别后,乘电梯进入飞船。医务人员和工程师把他抬到飞船躺椅上,然后将宇航服与飞船的电气、通信等设备连通。7时07分,发射场进入2小时准备阶段。这时,加加林与地面的呼叫改用代号:加加林代号是“雪松”,地面指挥中心人员代号是“曙光”,并根据不同地理位置编号1、2、3……第一位与加加林通话的是卡曼宁,他要求加加林进行3分钟宇航服测试,然后进行超短波通信检查。7时29分,加加林测试完超短波通信后报告说:“曙光1号,我是雪松,通信检查完毕……控制面板起始设置开关一一设置完毕……”报告完各类设置数据后,加加林说:“感觉良好,准备出发,听到请回答。”科罗廖夫回答说:“雪松,我是曙光1号,完全明白,你的数据已经收到,准备开始,我们一切就续,太好了。” 在发射前的最后一段时间里,加加林还在技术人员的指导下检查各类设备,包括座舱气密性、食物位置、座舱环境参数、通信情况。加加林在通话之余还唱起了歌。技术人员则不断监测加加林的生理功能。

1961年4月12日莫斯科时间9时07分,加加林乘坐的东方1号飞船由东方号运载火箭发射升空;9时09分,东方号火箭助推级和第一级脱落;9时10分,火箭头部整流罩抛离;9时12分,火箭第二级分离,第三级发动机点火;9时21分,第三级连同飞船进入180×327千米地球轨道。

火箭升空20秒后,加加林即与地面开始通话:“曙光1号,我是雪松。运行一切正常,舱内噪声小,感觉良好;感觉到振动和过载,一切正常。”科罗廖夫回答:“我是曙光1号。我们希望你有个良好飞行。一切正常吗?”加加林:“谢谢!再见,亲爱的朋友们,很快我们就再相见。”在火箭持续上升的过程中,通话大多是在科罗廖夫和加加林之间进行。当火箭整流罩抛落时,加加林报告:“我能看见地球,看得很清楚,能见度很好。”加加林还描述:“现在能观察到地球上的云,一小团一小团的,还有它们的影子。太漂亮了。”卡曼宁则与加加林交流了身体状况,包括过载、身体感觉等。

苏联曾经公布的东方1号飞船进入的轨道是180×230千米,但这只是预定值。后来公布的数据表明,东方1号的远地点达327千米。这是由于地面遥控设备工作不稳定,未能及时向三级发动机发出关机指令,导致三级发动机多工作了0.6~0.7秒所致。比预定轨道高出近100千米可能会导致一个潜在的致命问题:如果在返回时发动机不能成功制动,那么返回舱仅能靠稀薄空气自然减速下降,这需要两个星期以上才能返回地球,而飞船内的食品和水等消耗品只有10天的量,再加上飞船的可靠性设计余量,那么加加林只能在轨道上缓慢死亡。万幸的是,这件事没有发生。

东方1号飞船入轨时,正飞临堪察加半岛上空。9时25分,加加林向当地控制站报告:“飞行进行得很顺利……失重的感觉是正常的。感觉所有的仪器工作正常,整个系统都运行得很好。你能告诉我点什么?”加加林两次向这里的控制人员要求提供飞行数据,但都未如愿。对此专家有两点猜测,一是没有科罗廖夫的指示,控制人员不便提供;二是飞过时间短,他们难以准确计算飞行轨道等数据,所以无法提供。加加林还试图呼叫宇航员列昂诺夫,希望他能提供飞行轨道参数,了解轨道参数就能确定飞行过程的安全性,但也没有得到回答。這期间,他特别希望听到科罗廖夫的声音,可惜未能如愿。由于没有特别重要的信息,加加林只能不断描述他的观感:“打开观察窗的滤镜,能看到地球地平线,但是天空之中的星星却看不见。天际是黑色的,地球地平线周围的一圈蓝色光环将地球与黑暗的天空分隔开……”

由于通信系统不够完善,加加林与地面控制人员的谈话曾有数次中断。而且由于录音带不够,为继续录音不得不抹去前面的录音。因此,加加林飞行过程中不少通话录音没有被保存下来。

9时37分,东方1号飞船进入地球的阴影里,飞行在东北太平洋上空,并一直向南进入南太平洋。加加林错过了在太空观看日落的机会。他向地面报告了飞船环境参数,开始写日记并简单地用餐。不久,他打开了飞船的太阳定向装置。由于即将离开苏联远东地面站控制区域,加加林与地面的联络不够畅通。9时50分左右,加加林检查了飞船小型姿态控制系统的工作状态。9时52分,卡曼宁在拜科努尔发射场向哈巴罗夫斯克地面站转来相关情况,地面站向加加林通报:“飞行一切正常,在按预先设定的轨道飞行。”加加林收到后回答说:“明白。情绪良好,飞行一切正常。”

飞船在太平洋上空的“黑夜”状态仅持续了32分钟,当飞船绕过南美洲阿根廷南端进入大西洋时,正赶上黎明时分。加加林不想错过日出美景。他紧盯着观察窗口,看见一条明亮的橙色弧线突然照亮了地平线。弧线的底部边缘,慢慢过渡到蓝色、紫色等彩虹的每一种颜色,然后变成黑色。当太阳出现在地平线上时,飞船飞行控制系统捕获到飞船着陆方向的参照线,加加林感受到飞船的姿态动作。此时,东方1号开始进行减速降轨的准备。

10时02分,莫斯科广播电台向全球发布消息:“1961年4月12日,苏联发射了世界上第一艘载人宇宙飞船—东方1号,并进入地球轨道。驾驶东方1号的是苏联公民尤里·阿列克谢耶维奇·加加林少校。

多级宇宙运载火箭成功发射并突破了第一宇宙速度,随后星箭分离,宇宙飞船进入绕地球的轨道。

据初步数据,飞船绕地球一周为89.1分钟,与地球的最小距离为175千米;与地球的最大距离302千米;轨道赤道平面倾角65.4°。

不计最后阶段助推火箭重量,飞船加宇航员全重4725千克。和宇航员加加林的语音通话采用双边带无线电通信;短波发射频率为9.019兆赫和20.006兆赫。超短波在143.625兆赫。利用无线电和电视监视宇航员的飞行。

在轨飞行期间,宇航员加加林感觉良好,保证飞船运行的各系统工作正常。

东方1号宇宙飞船和宇航员加加林现在仍然在轨道飞行。”

播音员在短暂停顿后,还介绍了加加林的简历。全世界(包括苏联)人民直到这个时刻,才听说加加林这个名字,他也立即成为人们心目中的英雄。

由于天地通信设备问题,加加林仍然独自一人在轨道上飞行,并报告飞船内部各项数据和他所观察到的飞船外地球的景象。当时地面上的控制人员并没有听到他的描述,加加林的话被保留在录音带上。

10时11分,加加林最后一次与哈巴罗夫斯克地面站通了话。10时13分,位于莫斯科的地面站发来问候,加加林回答:“听得很清楚。飞行正常。”10时18分,地面站再次通报“飞行非常正常”,但加加林没有回应。

当东方1号飞近非洲西海岸的安哥拉附近时,莫斯科时间10时25分,飞船制动发动机成功启动,工作40秒后关机。飞船开始以非常高的速度沿轴向旋转。加加林后来在飞行报告中写道:“制动发动机一关闭,就剧烈颠簸。飞船开始以非常高的速度沿轴向旋转。地球从上到下、从右到左从观察窗口中经过。旋转速度约为30°每秒,没有降低的迹象,一切似乎都在旋转。有一刻,我看到了非洲、地平线、天空交替闪现。”

按预定程序,制动发动机启动完成后,仪器舱应与返回舱在10~12秒后分离。据加加林事后描述,仪器舱直到10时35分才分离出去,此时返回舱已经飞行在地中海上空。事后调查表明,这是由于飞船上的绝缘电缆线安装错误。另外,由于制动发动机的推进剂阀在发动机工作开始时未能完全关闭,导致推进剂有少许泄漏,发动机比预定时间提前了1秒钟关闭。预计制动发动机可使返回舱减速至136米每秒,而实际减速至132米每秒。问题虽然不大,但返回舱着陆点也将偏离预定地点。

返回舱在下降过程中,依次飞越地中海、土耳其、黑海,然后进入苏联领空。飞船进入稠密的大气层时,加加林看到窗外出现了明亮的深红色光芒,返回舱防热层受剧烈热冲击发出噼啪的声响。加加林估计,返回时他承受的过载可能会达到10g。他回忆说:“有那么一刻,大约两三秒,控制仪表上的数据开始变得模糊不清,我的眼睛开始变暗了。我强撑着并安慰自己。无论如何,我会回到原来的地方。”

短暂的高过载消失,飞船返回舱继续下降时,加加林准备从飞船上弹出。在距离地面约7000米的高度,返回舱弹射座椅舱门被抛掉,几秒钟后,加加林弹射出舱。莫斯科时间10时42分,弹射座椅分离,加加林打开降落伞主伞,结果备份伞也一同打开,加加林乘两个降落伞缓缓下降。大约10分钟后,加加林安全降落在一片刚犁过的松软泥土上。此时是莫斯科时间10时53分,降落地点是莫斯科西南方向萨拉托夫州的斯梅洛夫卡村,偏离预定地点300千米。加加林的首次太空之旅自莫斯科时间1961年4月12日上午9时07分发射,至10时53分降落,历时共计106分钟(多数文献称为108分钟,但2011年公布修正后的降落时间是10时53分,而不是此前的10时55分)。

加加林的首次太空飞行,虽然时间仅有短短的106分钟,但飞行过程还是存在不少风险:三级发动机关机问题导致轨道远地点高了近100千米;飞船与地面站通信不够通畅,时断时续;仪器舱分离滞后;飞船旋转和振动较大;制动发动机提前1秒关机;返回时过载过高;降落伞开伞存在问题;落地点偏离甚远等。最终总算化险为夷,加加林平安返回。加加林完成了人类历史上首次载人太空飞行,成为第一个真正的“太空人”,这次飞行改变了世界并将永载史册。(未完待续)

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