第六节 航天技术
航天是指人类及人造天体在地球大气层外宇宙空间的航行活动。航天的目的是为了探索宇宙空间、增加科学知识、开发利用空间资源。航天技术是探索、开发和利用宇宙空间以及地球以外天体的综合性工程技术，又称空间技术。航天技术主要包括航天器的设计与制造、发射与回收、运行与控制及空间生命保障技术等。航天技术作为20世纪人类认识和改造自然进程中最具影响的科学技术之一，在给我们生活带来巨大改变的同时，也对当今世界以高技术运用为核心的新军事变革产生重大、全局、根本性的影响。正如美国前总统肯尼迪在1960年10月竞选美国总统时所主张的：“哪一个国家能控制宇宙，它就能够控制地球”。
一、航天技术及其基本原理
（一）航天领域的六大技术难关
航天技术的关键是六道“关”：上天关、回收关、一箭多星关、地球同步关、太阳同步关、载人航天关。
上天关，是人类征服宇宙所闯的第一关。所谓上天，就是把卫星或其他飞行器加速到足够大的速度，推进到足够高的高度让它绕地球转起来。过这一关有两大难点，一是速度要足够大，大到每秒7．91千米。二是高度足够高，高到离地球最近也要在120千米以上。有资料显示，在卫星上天的头20年当中，平均每发射1公斤有效载荷，需要耗费12 220美元。这就是说，在地面抓一把黄土，送到天上就贵如黄金。由此可见其难度之高，代价之大。正因如此，直到目前为止，世界上约200个国家和地区，能够独立研制并发射人造卫星的国家只有9家，按先后顺序，依次是：苏联（1957年10月4日）；美国（1958年1月31日）；法国（1965年11月26日）；日本（1970年2月11日）；中国（1970年4月24日）；英国（1971年10月28日）、印度（1980年7月18日）、以色列（1988年9月19日）、朝鲜（1998年8月31日）。
第二关是回收关。所谓回收关就是把发射的卫星等航天器按预定的计划回收，并落在预定地域。目前过了这一关的国家只有美国、俄罗斯和中国3家。据测算，卫星在返回地面过程中，如果速度误差每秒5米，卫星落地点就要偏离70公里；如果角度误差0．1度，卫星落地点就要偏离300公里。因此从这个意义上讲，回收要比发射更加困难。到目前为止，在掌握回收技术的三个国家中，中国的回收成功率是最高的：我们国家从1975年11月26日回收成功第一颗卫星到现在，共发射17次，回收成功16次，成功率达94%，远高于美国和俄罗斯。
第三关是一箭多星关。所谓一箭多星是指用一枚火箭同时发射多颗卫星。这种发射有两种方式：在大多数情况下，多星轨道基本相同；另一种情况是把卫星分别送入不同轨道。我们国家1981年9月20日过了这一关，当时我们使用“风暴一号”火箭同时发射了三颗卫星，即“实践一号”、“实践一号甲”、“实践一号乙”。目前掌握这一技术的还有美国、俄罗斯和欧洲空间局。
第四关是地球同步关。所谓地球同步关，就是把卫星发射到地球赤道上空，离地面垂直高度为35 786千米，方向正东，速度为每秒3．07千米，使卫星绕地球旋转一周的时间正好与地球自转一周的时间相同，这样从地面看上去，位于地球同步轨道上的卫星仿佛“挂”在天上一样静止不动，这就是地球同步关。在地球赤道上空静止的卫星，由于其观测范围广，跟踪简单，使用方便，能够24小时连续工作，所以在军事领域和民用领域都具有非常巨大的应用价值。目前，通信、广播、导航定位、导弹预警、气象观测等卫星都采用这种轨道，使得这种轨道大有供不应求之势。再加上这条轨道的唯一性，未来打天战，这里将成为兵家必争之地。我国目前不仅能发射本国的地球同步卫星，而且正式对外承揽发射任务，据报道，目前国际上7%～9%的发射任务已被我国承揽。
第五关是太阳同步关。太阳同步关就是发射太阳同步轨道卫星。太阳同步轨道是轨道平面绕地轴旋转的方向和周期与地球绕太阳公转的方向和周期相同。也就是说太阳同步轨道平面自转一周的时间是365天。太阳同步轨道卫星有三个特点：一是轨道高度较低。轨道高度一般在距地球表面500千米～1 000千米左右。二是对地面观察的太阳光照条件相同。太阳同步轨道卫星每天都以同一地方时、同一运行方向、同一光照条件，经过地球同一纬度地面目标上空。三是用途多样。太阳同步轨道一般用于气象、侦察和地球资源卫星。目前全世界只有中国、美国和俄罗斯掌握了发射太阳同步卫星技术。
载人航天关是航天技术的最后一道难关。过了这一关，人类就可实现“无高不可攀”的梦想，这对于发展科技、经济和军事都有着极其重大的意义。目前世界上只有美国、俄罗斯和中国掌握了这种技术。2003年10月15日至16日，我国第一艘载人航天飞船“神舟五号”成功升空并安全返回，杨利伟成为中国太空第一人。
（二）世界航天技术发展概况
世界航天技术发展主要经历了三个阶段：
1．试验阶段（1957年～20世纪60年代中期）
此阶段主要的工作是研制各种类型的运载火箭、人造地球卫星，摸索载人航天方法和经验。这一阶段具有代表性的重大事件有：
第一颗卫星上天。1957年10月4日，前苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星——“人造卫星1号”，它标志着人类航天时代的到来。
第一艘载人飞船上天。1961年4月12日，前苏联宇航员加加林驾驶“东方号”宇宙飞船首次进入太空，绕地球飞行108分钟后安全返回地面，从而开创了人类进军太空的新纪元。
第一颗军事卫星上天。1959年2月28日，美国发射了第一颗间谍卫星“发现者1号”，它标志着人类利用太空进行军事活动的开始。
2．应用研究阶段（20世纪60年代中期～60年代末）
此阶段的重大事件是人类登上月球。1969年7月16日，美国“阿波罗11号”宇宙飞船离开地球飞向月球，20日宇航员阿姆斯特朗登上月球，并且说了一句至今仍广为传颂的名言——“这是一个人迈出的一小步，但它却是人类向自然进军的一次飞跃。”
3．发展提高阶段（20世纪70年代开始至今）
这一时期航天技术不断地得到改进和提高，卫星开始朝着多功能、高性能、长寿命的方向发展，载人航天飞行也从试验进入到了实用阶段，并且航天技术逐步投入了商业化。
1971年4月19日，前苏联发射了第一个试验性载人空间站“礼炮1号”空间站，标志着人类从此可以长期留驻太空，利用太空进行科学实践活动，在某种程度上也为人类自身在太空的军事存在奠定了基础。
1981年4月12日，美国制造的世界上第一架实用型航天飞机“哥伦比亚”号发射升空，在轨道上运行54小时后，像飞机一样滑翔着陆，向人们展示了比运载火箭更加经济、实用的一种全新的航天运载和载人航天技术。
（三）中国航天技术发展概况
中国航天事业的发展对提高我国的国际威望，形成当代世界战略格局产生了重大影响。而这一重大影响的背后起支撑作用的是我国航天事业发展所取得的“五大成果”。
1．建立了一支优秀的航天技术队伍
1958年5月，毛泽东同志在党的八大二次会议上提出：“我们也要搞人造卫星”。1968年2月20日，中国空间技术研究院成立，钱学森出任第一任院长。在钱学森的参与、组织和领导下，中国航天科研与航天人才培养同步进行。到目前为止，中国已经形成了包括科研院所、企业集团、发射基地和数万科技生产队伍的完整配套的航天科研与工业体系。
2．成功地研制大型运载火箭
我国的运载火箭技术起源于导弹的研制，在相当长的一段时间里都是执行着一边研制远程导弹一边研制大型运载火箭的“双轨式”发展道路。直到1970年4月24日，长征1号运载火箭首次发射成功以后，才逐渐形成了长征系列火箭家族。到目前为止，我国先后研制了12种不同型号的“长征”系列运载火箭，已发射约100次，发射成功率高达90%，为把各种航天器送入太空提供了可靠的保证。
3．成功地研制了各类人造地球卫星
1970年4月24日我国成功地研制并发射了第一颗人造地球卫星“东方红1号”，成为世界上第五个能独立自主研制和发射人造地球卫星的国家。到目前为止，我国共研制并发射了近百颗各种人造卫星，形成了五大卫星系列：返回式遥感卫星系列、“东方红”通信广播卫星系列、“风云”气象卫星系列、“实践”科学探测与技术试验卫星系列和“资源”地球资源卫星系列。
4．高标准地建设了完整的发射和测控体系
从1958年人民解放军挺进大西北，建设第一个航天发射基地——酒泉卫星发射中心至今，我国已经建成了酒泉、西昌、太原三个具有国际先进水平的航天发射基地。此外，我国的航天测控体系建设也位于世界领先地位，已经建成了遍布全国的陆地测控站和4艘远望号远洋测量船，形成了覆盖全球的航天测控网，并且具备了国际联网共享测控资源的能力。
5．载人航天技术取得了突破性的进展
从1992年开始，在经历了11年的刻苦攻关和4次无人飞行试验的基础上，2003年10月15日，我国独立自主研制的“神舟5号”载人飞船终于把1名宇航员送入太空，并在绕地球飞行14圈之后，于16日安全降落在内蒙古四子王旗主着陆场。2005年10月12日，“神舟6号”载人飞船把2名航天员送上太空并胜利返回。2008年9月28号“神舟7号”将3名宇航员送入太空，翟志刚完成太空行走，之后飞船安全返回地面。“神舟7号”的发射运行成功意味着我国载人航天已经进入太空应用阶段，并完成了航天员出舱技术的突破。
二、航天技术在军事上的应用
（一）军事航天运输系统
航天运输系统最基本的是运载火箭，可为太空战运载装备，向太空运送军用卫星、军用载人飞船、军用空间探测器等军用航天器。具有代表性的运载火箭有三种。
第一种是美国的大力神4B型运载火箭。这是美国国防部发射大型军用载荷的主力火箭，主要发射大型军用侦察卫星、电子情报卫星、导弹预警卫星。起飞推力1 512吨，低轨运载能力21．55吨。
第二种是俄罗斯的“能源号”运载火箭。它是世界上推力最大的火箭，起飞推力3 483吨，低轨运载能力105吨。
第三种是中国的“长征二号E”型运载火箭。这是我国科研人员仅用1年半时间就研制成功的中国第一种捆绑式运载火箭，低轨运载能力为9．2吨。
（二）军事载人航天系统
主要有航天飞机、载人飞船、空间站和正在研制中的空天飞机。四种载人航天器在军事应用上有共同点，也有不同点。
1．航天飞机
航天飞机是往返于地球表面和近地轨道之间，运送有效载荷的新型宇宙飞行器。主要由轨道器、固体火箭助推器、外挂式燃料贮箱组成。
轨道器是航天飞机的主体，也是航天员乘坐和运送货物的航天设施，理论上可重复使用100次。由前、中、后三段以机翼、尾翼等组成。前段是载人的座舱，分上、中、下三层，上层为驾驶舱，中层为生活舱，下层为设备舱。中段主要部分是大型货舱，主要用途是携带各种有效载荷进入太空。后段是动力舱，内装三台主发动机，两台轨道机动发动机。主发动机是提供航天飞机从地面进入太空所需动力使用的，轨道机动发动机是为航天飞机在太空轨道上执行机动飞行任务时提供推力的动力设施。
固体火箭助推器是把航天飞机送入太空的辅助力量，它在把轨道器送到距地表50千米的高度后，自动分离，依靠降落伞降落在海面上，由专业人员进行回收。理论上可重复使用20次。
外挂式燃料贮箱是为轨道器主发动机存储推进剂的设备，它在将轨道器送入距地表100千米的高度后脱离轨道器。
目前，美国是目前世界上唯一拥有实用型航天飞机的国家，它先后研制了5架实用型航天飞机。它们分别是为“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“阿特兰蒂斯”号和“奋进”号。其中“挑战者”、“哥伦比亚”号航天飞机分别于1986年1月和2003年1月失事。
前苏联也曾经研制了一架名为“暴风雪”号的航天飞机，并于1988年11月15日成功地进行了不载人试验飞行。
2．载人飞船
载人飞船是保证航天员在空间轨道上生活和工作，执行载人航天任务并可返回地面的航天器。同时，它也是一种最小的载人航天器。除了具备航天飞机在军事上的应用外，它在军事应用上的独特之处在于：一是能与空间站对接后进行联合飞行，成为太空基地的组成部分；二是作为太空军事基地的轨道救生艇。中国的“神舟”号就是一种典型的载人飞船。
3．空天飞机
空天飞机是军用航天飞机的简称，也叫跨大气层飞行器，是集航空技术和航天技术于一身，同时具有航空与航天两种功能的新型军用飞机。与航天飞机相比有五大不同点：一是天地往返更为便捷；二是能在空气和太空两个环境飞行；三是运载能力更大，运载能力达到60吨以上；四是运输费用更低，可降到一般航天飞机的十分之一甚至是百分之一，并可重复使用；五是作为一种综合性的空天武器系统，可当作战略轰炸机、战略侦察机和远程截击机使用。能够从空间轨道上向地球任何地方发射导弹并返回地面，整个过程仅需约90分钟。有人预言：未来只要用4架空天飞机组成的航天机群就可以覆盖全球，足以完成对地球任何地方的军事行动，包括毁灭性的核打击。因此，空天飞机将是21世纪控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一。2010年4月，美国试飞成功一架新型无人驾驶空天飞机X－37B，它可以在4小时内绕行地球一圈，理论上2小时内可以打击地球上任何目标，引起世界广泛关注。
4．空间站
空间站又称为轨道站或航天站，是具备一定试验或生产条件的，可供航天员生活和工作的长期运行的大型人造地球卫星。对于军事应用而言，与航天飞机相比，它还是一艘不落的“航天母舰”，是建立在外层空间的军事基地。目前，由美、俄、日、加和欧洲空间局的12个成员国共同筹建的国际空间站已经投入使用，它是世界航天史上第一个由多国合作建造的最大的空间工程。
（三）军事卫星系统
军事卫星是以军事意图为目的的各种人造地球卫星的统称，是太空航天器中最多的一类，约占世界各国航天器发射数量的2/3以上。军事侦察卫星是发展最早、数量最多、应用最广的一种军事卫星。由于在侦察系统技术一章中，对侦察类卫星已作介绍，这里仅介绍导航卫星。
导航卫星是通过发射无线电信号，为空中、地面、空间和海洋用户进行导航定位的人造地球卫星。它作为一定范围内的位置基准和时间基准，可以为联合作战中各军兵种部队提供连续、实时、全球性的定位、导航、武器制导和授时服务，从而极大地提高了部队的作战效能。目前，世界上已经建成的卫星导航定位系统主要有美国的“GPS”系统和俄罗斯的“格鲁纳斯”系统。正在建设的有欧洲空间局的“伽利略”系统和中国的“北斗”卫星导航系统。
1．“GPS”系统，即全球卫星导航定位系统。美国军方于1973年开始研制与部署，1994年建成。它由28颗卫星所组成，其中4颗作为预备，正常运行的只有24颗卫星。它的军用定位精度优于10米。
2．“格鲁纳斯”（GLONASS）系统。俄罗斯于1995年建成的全球卫星导航定位系统。这个系统的定位精度较之于美国的“GPS”系统稍差一点，精度误差30至100米。
3．“伽利略”系统。欧洲空间局正在加紧建设“伽利略”全球卫星定位系统。伽利略系统将由30颗卫星组成，卫星均匀地分布在高度约为2．3万公里的3个轨道面上。据外电报道：该系统的定位精度比美国的GPS全球定位系统还要精确。它的建设，将彻底打破卫星导航领域长期以来由美、俄垄断的局面。
4．中国“北斗导航试验卫星”。2000年10月31日，我国自行研制的第一颗“北斗导航试验卫星”发射成功；同年12月21日，第二颗“北斗导航试验卫星”发射成功，标志着我国拥有自主研制的第一代卫星导航定位系统。这个系统的建设，将进一步拓展我军精确制导手段和方式。