集思广益，共绘载人航天发展蓝图（一）
说明：2018年5月26日，我在中央电视台看到中国航天员大队的邓清明朗读郭小川的《望星空》时，百感交集。邓清明说：“星空很远，梦想很近”，我为他对梦想的坚守而深深感动。同时，这也让我回忆起我在1987至1991年参加“863计划”航天技术领域有关我国载人航天的论证工作的回忆。如今，领导这次论证工作的钱学森先生和朱光亚先生，专家委员会首席科学家屠善澄先生，委员朱毅麟先生，204专家组组长钱振业先生和专家委员会技术工作班子的两位成员，都已去世。当今，已经没有多少人，清楚这段历史和他们为我国载人航天的立项作出的贡献了。为此，将我编写的回忆文章《我国载人航天概念研究工作回顾》（发表在《863航天航空技术》2004年第9期）转载在这里，表示对他们纪念和敬意。
——黄志澄
”我国载人航天概念研究工作回顾
远望智库高级研究员 黄志澄
载人航天是当今世界技术最复杂、难度最大的巨型航天工程，需要有许多高新技术的支撑和强大的经济实力做保障。载人航天技术的发展，实际上预示着一个国家在科技和经济领域的实力，是一个国家综合国力的重要体现。2003年10月15日和16日，“神舟”五号载人飞船的成功发射和安全返回，是我国航天事业的重大成就，让中国成为世界上能独立开展载人航天活动的第三个国家。“863计划”航天技术领域曾在1987年到1991年，对我国载人航天的发展，进行了5年艰苦而扎实的概念研究工作，这是我国航天发展历程中涉及面最广、参加人数最多、系统性最强的一次论证，其研究成果为我国载人航天的顺利发展，打下了基础。
“神舟”五号载人飞船的成功后，关于这段概念研究工作，也有许多零星的报导。作为“863计划”航天技术领域第一届专家委员会的一个成员和专家委员会技术工作班子的负责人，力图通过本文，如实地反映出这段工作的基本面貌。作者相信本文提供的素材和提出的概念研究工作的一些经验，不仅可供我国载人航天的领导和技术人员参考，也可为类似的大型系统工程的概念研究工作提供借鉴。
一、 863计划载人航天论证工作的任务
我国发展载人航天的想法由来已久。1958年5月17日，在武昌召开的中共八大第二次会议上，毛泽东主席提出“我们也要搞人造卫星”。1970年4月24日，太空中才传来来自中国的声音-东方红乐曲。在我国第一颗人造卫星研制期间，美苏载人航天竞争也进入白热化阶段。1961年4月、1962年2月，苏联和美国先后发射成功载人飞船。1966年3月，根据航天专家进一步发展运载工具的建议，在国防科工委的主持下，召开了一次极秘密的宇宙飞船规划会议。经过20多天的讨论，专家们达成共识：我国在卫星研制的同时，也应逐步开展宇宙飞船的研究工作。中央专委采纳了专家们的意见。1970年4月，400多名航天专家来到北京京西宾馆，对载人航天进行了深入讨论。同年7月14日，毛泽东主席圈阅了发展载人飞船的报告。时任国防部五院院长的钱学森，将飞船命名为“曙光”一号，计划在1973年底发射升空。在做完大量准备工作后，由于经费的缺口，载人航天计划无力为继。最终，毛主席拍板定案，载人航天的事暂停一下，先处理地球上的事，地球外的事往后放放。
“863计划”为中国的载人航天开辟了道路。1986年3月5日，邓小平同志在一份建议书上作了如下批示：“此事宜速作决断，不可拖延”。这份建议书由四位著名的老科学家王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允联名提出，内容是呼吁中国要跟踪研究国外战略性高技术的发展。中央很快便组织了数百位专家就此事进行论证。之后，选取了生物技术、航天技术、信息技术、先进防御计划、自动化技术、能源技术和新材料等七个领域的15个主题项目，作为我国今后发展高技术的重点。这就是“863计划”。中共中央 [1986]24号文件转发的《高技术研究发展计划（八六三计划）纲要》，规定航天技术是“863计划”七大领域中的第二领域，主题项目是：大型运载火箭及天地往返运输系统（204主题）、载人空间站系统及其应用（205主题）。国家拨款40亿元。这个文件还明确，航天技术领域由国防科工委组织论证，并要求在规定的经费额度限制下，按系统工程的要求提出具体方案，再报国务院、中央军委审批。
1987年2月，原国防科工委组建了“863计划航天技术领域专家委员会（863-2专家委员会）”和两个主题项目专家组，对发展我国载人航天技术的总体方案和具体途径进行全面论证。专家委员会由屠善澄同志担任首席科学家，委员有顾诵芬、王永志、李志广、胡文瑞、朱毅麟、黄志澄。专家委员会下设一个技术工作班子，由黄志澄同志负责。204主题专家组由钱振业同志任组长，205主题专家组由韦德森同志任组长。从1987年到1992年，在原国防科工委的领导下，国家高技术计划航天领域（863—2）专家委员会和两个主题专家组共同完成了我国载人航天工程的综合论证工作。
首席科学家屠善澄同志
专家委员会和两个主题专家组当时面临的主要困难是，当时的科技界、航空航天界对我国发展载人航天工程的一系列问题，包括我国要不要搞载人航天，在什么时候开始搞，用什么技术途径起步，要花多少钱等，都存在许多不同的意见。由于专家委员会和两个主题专家组的专家来自不同的部门，也有不同的技术经历，从而对上述诸多问题也存在不同的看法。
1987年1 月12日，原国防科工委给国务院报告，航天技术领域论证阶段的工作任务为：
1．通过概念研究，对航天领域的两个主题项目的任务要求和技术途径进行技术经济论证。
2．对已经看准的、共同性的关键课题，及早安排预研工作。
3．在总结国内外发展航天技术经验教训的基础上，根据概念研究取得的成果，确定航天领域的发展战略和总体发展蓝图。
专家委员会成立以后，根据这份报告的精神，开始进行我国载人航天工程的概念研究和综合论证。国防科工委直接领导了整个论证工作。国防科工委丁衡高主任和钱学森先生多次参加专家委员会的会议做了重要指示，并听取首席科学家的汇报，朱光亚先生则参加了专家委员会的全部会议，对论证工作进行了十分具体的指导。
二、关于天地往返运输系统概念研究工作
首先，专家委员会认真组织了概念研究工作。“概念研究”是指为了上弄清某个项目或系统工程在物理概念方面能否确立所进行的研究工作。作为重大工程项目计划的一个研究阶段，是指从提出出项目需求、探索各种满足需求的设想方案并进行论证，到最后选定一种或两种初步方案为止，这个过和统称为概念研究阶段。
“863—2”专家委员会在论证该领域的研究目标时，认为我国已经具备了返回式卫星、气象卫星、资源卫星、通信卫星等各种应用卫星的研制和发射能力，但在载人航天方面仍是空白。针对当时美国和前苏联掀起的空间站建造热潮，参与论证的专家认为，一个国家能否在外层太空占有一定的位置，是其国际地位和综合国力的主要标志之一。空间站系统就是在近地轨道上建立的一个能长期进行载人太空科学实验的基地。专家们决定把发展载人空间站系统作为“863—2”的目标。要建设空间站，首先要解决的就是采用何种运输人员和物资的交通工具。当时国际上已出现三种类型的天地运输往返系统方案：飞船、航天飞机、空天飞机。“863—2”专家委员会和天地往返运输系统专家组（204专家组）选取了五种方案进行深入论证和对比分析，分别是飞船、不带主动力的小型航天飞机、带主动力的航天飞机、两级火箭飞机和空天飞机。1988年7月，204专家组邀请了上百位航空航天专家汇集哈尔滨，根据五种方案的论证报告，讨论决定最终方案。最后集中到两个方案：一是小型航天飞机方案，二是飞船方案。在综合考虑了我国的技术基础和经济能力后，1989年5月，“863—2”专家委员会最终确定了“投资较小，风险较小，把握较大”的飞船方案，即利用我国现有的长征2E运载火箭发射一次性使用的载人飞船，作为突破我国载人航天的第一步；在2010年或稍后再建成载人空间站大系统。
五种方案
专家委员会在综合论证报告中指出：“天地往返运输系统的发展应遵循循序渐进、逐步提高、空间站大系统整体优化、特别重视载人系统安全与救生等原则。考虑到我国的经济条件和技术水平的约束，我国天地往返运输系统的发展，将首先发展运载火箭加飞船，为初期载人航天试验服务。随后将根据进一步概念确认和跟踪世界航天技术的进展，可能发展可用运载火箭发射的有翼轨道器，乃至发展先进的完全重复使用的天地往返运输系统。预研工作初步考虑瞄准两级入轨水平起降完全重复使用的空天飞机。”
这份报告详细叙述了第一步发展飞船的理由为：
1．飞船不带翼，结构比较简单，一次性使用，技术难度较小，研制费用较少，研制周期较短，可以较快投入使用，为突破我国载人航天迈出第一步。
2．飞船是久经空间飞行试验验证的天地往返运输系统，技术上比较成熟，有较多的国外经验可借鉴。
3．我国具有返回式卫星的技术经验和“曙光一号”飞船的预研基础。
4．飞船作为空间站的轨道救生艇，即使在先进的天地往返运输系统研制成功以后，仍有其使用价值。
5．通过飞船的研制可尽快掌握环控生保系统、安全救生、再入返回、交会对接、航天员舱内操作以及载人航天运行管理技术等载人航天基本技术，为发展有翼轨道器、先进的天地往返运输系统和空间站打好基础。
6．我国在九十年代初期即可拥有低轨运载能力为8吨级的CZ-2E运载火箭，经过提高可靠性的改进后，2000年初或稍后提供载人发射服务是有把握的。
7．研制飞船可以采取开发飞船与大型返回型卫星结合的方针，充分利用“两用”技术和“两用”地面设施，从而增加可靠性、节省投资、扩大效益。
关于飞船的任务目标，这份报告提出下列4项：
1．作为试验性载人航天器。进行初期载人航天试验以掌握轨道机动、交会对接等基本技术，为发展有翼轨道器、先进天地往返运输系统和空间站打下基础；
2．搭载少量的空间应用系统进行空间资源开发和空间科学研究试验，为空间站利用系统的研制提供依据；
3．在有翼轨道器或先进天地往返运输系统服役之前，作为初级天地往返运输系统为空间站运人送贷；
4．在空间站投入使用后作为空间站的轨道救生艇。
对于飞船的主要性能参数这份报告提出质量为7吨左右，乘员2-3人，物资0.5-0.3吨，专门运贷时可运物资2.5吨。
专家委员会的综合论证报告十分关注先进天地往返运输系统的发展。这份报告指出：“当飞行频度增高时，由于一次性使用的消耗大，单位质量有效载荷的运输费用较高，载人飞船将达不到经济性的要求。”“从现在世界发展趋势来看，天地往返运输系统正在向提高重复使用程度以降低制造成本，简化发射操作以降低发射运行费用这两方面努力。”“根据对国外天地往返运输系统发展趋势的分析和论证工作的结果，建议我国先进的天地往返运输系统的预研工作初步考虑瞄准两级入轨水平起降的空天飞机方案。”并指出了作出这样选择的原因为：
1．水平起降可以简化发射操作，减少发射时需要的人力，缩短地面周转时间，从而降低运输费用。若进一步做到能在普通机场待命起飞，将会有十分重要的军事价值。
2．充分利用大气。降低运输费用、减少起飞重量和尺寸的一个重要措施是尽量少带推进剂。为了达到入轨速度所需推进剂的质量，主要取决于发动机的比冲，燃氢吸气式发动机的比冲可比火箭发动机的比冲高出一个量级，因此采用吸气式发动机可以大大减少推进剂的需要量，从而减少飞行器起飞总重和尺寸。
3．可利用大气提供飞行的升力，从而可以降低飞行器的推重比。垂直起飞方案的推重比都在1.2以上，水平起飞方案的推重比可小于1，这将进一步降低飞行器的尺寸和重量。
4．吸气式发动机的能量密度低，从而吸气式发动机比火箭发动机寿命长，宜于维护。
5．水平起降两级入轨方案的载机经改造后，在军事上可作高超声速战略侦察机、截击机、轰炸机；在民用上可作高超声速运输机。
6．单级入轨、水平起降的方案的难度要比两级入轨、水平起降的方案要大得多。根据我国的技术基础，只能进行少量跟踪性的工作。
这份报告还明确指出：通过论证工作也认识到从飞船到先进天地往返运输系统之间，还有必要研制可用运载火箭发射的有翼轨道器，其理由是：
1．两级入轨、水平起降的空天飞机的上面级的研制必须基于火箭发射的有翼轨道器的技术（如有翼再入大气层的气动、防热和控制技术等），设计得好甚至有可能采用其大部分硬件。我国亦无任何有翼再入的经验，要跳过有翼轨道器而直接研制空天飞机，技术上的风险太大。
2．我们可以充分利用国外研制有翼轨道器的经验。
3．论证结果表明：两级入轨水平起降的空天飞机，其载机必须以M=6-7作高超声速飞行，飞行器总重和波音747相近。世界上可作超声速飞行的客机只有“协和号”，其飞行M数也只有2.0左右。研制这种高超声速载机，要突破新型的吸气式发动机、轻质高性能结构材料、发动机和机体一体化设计等技术关键，先进国家也刚刚起步。我国飞机发展的技术基础，与这种高超声速载机所要求的技术基础之间还有相当的距离。
4．从论证结果来看，若经费有保证，有翼轨道器可以比载机提前许多时间研制成功。而大型运载火箭可望在2005年或稍后研制成功，因此具备提前用运载火箭发射有翼轨道器的条件。
5．较大的有翼轨道器，有较高的军事价值，并可用以对卫星进行轨道维修。
6．从全寿命费用来看，当有效载荷和飞行频度增加到一定程度时，用运载火箭发射有翼轨道器为空间站运送人员和物资，将可能比发射飞船要经济。当然，随着飞行频度进一步增加，使用水平起降、高度重复使用的先进天地往返运输系统将更加经济。