回忆对我国空间站和大型运载火箭发展蓝图的一次论证

   

       众所周知，我国发展载人航天分三步走：第一步，发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程。第二步，突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术，并研制一个8吨级的空间实验室。第三步，建20吨级的空间站。这个空间站发展蓝图是1992年9月21日，中央专委听取了921工程论证组组长王永志关于我国载人飞船工程方案的汇报后提出的。

    空间实验室和空间站的主要区别，在于空间实验室是短期有人长期无人，一般不需要用货船补给。苏联从“礼炮一号”到“礼炮五号”共发射了6个空间站，我们就可称之谓空间实验室，其中有两个完全失败(其中一个失败后没有称它为“礼炮号”，而称之为“宇宙557”)，两次飞船与空间实验室交会对接未能成功，第一次与“礼炮一号”对接成功的“联盟11号”飞船，在返回地面时，3名航天员全部死亡。另一次计划与“礼炮四号”对接的“联盟18A号”飞船发射失败。航天员第一次在“礼炮号”上只停留21天，后来最长达到90天。苏联在总结了前6个空间实验室经验教训的基础上，才研制成功了“礼炮六号”、“礼炮七号”和“和平号”空间站。尽管“和平号”空间站已经比较成熟，但据报道航天员在“和平号”空间站上的80%的时间从事的仍是维修工作。考虑到我国空间站系统发展要经历一个从无到有，从小到大循序渐进的过程，因此，分三步建设空间站是完全必要的。

     863计划航天领域第一届专家委员会的论证报告，㮛出了发展飞船和突破出舱活动、交会对接技术之后，再建成载人空间站。由于在论证中没有将空间实验室和空间站的区分开来，所以报告没有明确提出先建空间实验室这一步，而是将空间实验室视为空间站的前期工程。921工程论证组在论证过程中提出了分三步走的蓝图。当时我担任论证组办公室主任和总体组副组长，据我的了解，提出这个蓝图的主要论据是，建设空间站要有一𠆤试验过程，而CZ－2F低轨道运载能力只有8吨。

    1993年初， 863计划航天领域成立了由闵桂荣院士为首席科学家的第二届专家委员会。我被任命为综合专题专家组组长。综合组的主要任务是完成“新形势下我国载人航天的发展战略”的研究课题，重点论证空间站的发展蓝图。在论证中，要与由范剑峰为组长的空间站专题组和朱森元院士为组长俞梦伦院士为副组长的大型运载火箭专题组等进行协调。

    我们对提出的方案反复迭代前后修改了6稿，最后确定的A、B、C三个方案为：(A)用20吨级的大型运载火箭先发射20吨级的空间实验室，再发射20吨级的空间站；(B)用10-12吨级的运载火箭（大型运载火箭的芯级）发射10-12吨级的空间实验室，再用20吨级的火箭发射20吨级的空间站；(C)用CZ-2F发射8吨级的空间实验室，再用20吨级的火箭发射20吨级的空间站。

     A方案类似于前苏联发展礼炮号空间站的模式。为此，在发射空间实验室前，必须要研制出20吨级的大型运载火箭。A方案的优点是空间实验室的模块和空间站的模块可以通用，因此，第二步和第三步衔接得较好。其主要缺点是，与Ｂ和Ｃ方案相比，完成第二步所需的投资和技术难度都较大。B方案的优点是与Ａ方案相比，完成第二步的投资较少；与Ｃ方案相比，空间实验室的有效载荷和供有效载荷的功率都有较大增加。其主要缺点是与Ａ方案相比，完成第二步和第三步的总投资较高；与Ｃ方案相比，完成第二步的投资较高。C方案的优点是以最少的经费，在较短的时间内实现空间实验室的技术突破，从而可以不断激发民众对载人航天的热情。其缺点是空间实验室的有效容积和功率较小，航天员的活动也不方便，限制了很多空间科学实验项目。空间实验室和20吨级空间站之间，也缺乏继承性，在空间站运行初期可能仍然要有一个较长的调试过程。同时，这个方案也必然会减少我国发展大型运载火箭的紧迫性。

    专家组中多位从事火箭专业的专家都主张A方案。他们认为先研制成功大型运载火箭(即长征五号），不仅可以发射20吨的空问实验室和空间站的核心舱，而且可以一次发射多星，从长远来说，它还可以为探测月球和火星等提供运载工具，更为研制运载能力更大的重型运载火箭打下基础。其实这也是原来863计划航天领域专家委员会的方案。由于当时载人航天工程的实施部门坚持上述C方案，作为妥协的方案，专家组又提出了B方案。

    我们请北京航空航天大学管理学院完成了《空间站工程大系统费用与进度及其风险的仿真研究》。其结果是A和C方案的全寿命费用基本一致，而B方案的总费用略高。总投资均值的风险B方最高；研制周期均值的风险C方案最高。应该说明，在采用C方案时，假设完成8吨级的空间实验室以后，就直接研制20吨级的空间站核心摸块。若中间还要进行试验性的20吨级核心模块的试验，必将延长研制周期和增加总费用。

     专家组综合各方面的意见后，倾向于上述的B方案。1996年9月5日，863-2专家委员会组织了验收组对本课题进行了验收。1999年10月25日，通过了由任新民院士任鉴定组长的课题鉴定。由于种种原因，我们专家组的意见并未得到有关方面的重视，最后领导决定采用工程实施单位的意见，即上述技术风险较小的C方案。

     大型运载火箭是国之重器，应是我国航天发展的优先目标。从现在实施的结果来看，第一届专家委员会提出的A方案其实是一个最优的方案，假若我们在2010年前就研制成功长五运载火箭，今天中国航天包括卫星的一箭多星发射、载人航天和深空探测，就有了更宽广更主动的舞台。

    综合专题组还组织了一批课题，如由聂海涛研究员负责的航天飞机方案综合比较分析课题，由欧阳自远院士负责的月球探测的论证课题，由刘振兴院士负责的火星探测的论证课题等。根据论证结果，我们指出：“在飞船和单级入轨火箭之间需要一个发展台阶，可供选择的方案是顶推式。至于顶推式的方案不外乎小型航天飞机，重复使用的先进飞船和升力体。”“载人开发月球很可能是载人空间站后，世界载人航天的下一步发展目标。为了在世界月球探测方面占有一席之地，可以利用现有的长征火箭系列发射少量月球探测器。”至于火星探测，当时确实没有料到，在20年后会兴起全球“火星热”。

    今天，当我回忆这段论证工作时，我曾思考过这样一𠆤问题，即为何第一届专家委员会和我们论证的意见与工程实施单位的意见会有所不同，原因是专家委员会与工程并无利益相关，我们这𠆤专家组成员绝大部分并未参与工程，从而他们可能比较客观，但也可能从工程发展的角度考虑会欠缺。实际上，对于影响巨大的航天重大工程，在决策前，除了听取工程实施单位的意见外，听取非工程实施单位的意见也是很有必要的。当前，我国载人航天面临国外载人登月和载人登火星热的挑战，更面临国外商业航天高速发展的挑战，我国载人航天怎样才能走出一条符合国情的创新之路，值得深入探讨。