三舱式飞船主要由返回舱、推进舱和轨道舱组成。返回舱位于中部,是载人飞船发射和返回过程中航天员乘坐的舱段,也是飞船的控制中心。返回舱内装有座椅、仪表、照明灯和通信装置等必需的设备。推进舱紧接在返回舱下部,用于安装推进系统、电源、气瓶和水箱等设备,起保障和服务作用,为飞船提供动力,为航天员提供氧气和水。轨道舱位于返回舱上部,是航天员在太空中工作和生活的场所,里面装有多种实验设备和实验仪器。飞船在返回地三舱“神舟”飞船面时,为了减速、防热及结构上的需要,返回舱质量越小越好。为此一般真正返回地面的只有座舱,这也是分舱设计的重要原因。它像飞机在空中抛掉空油箱和多级火箭抛掉熄火后的子级火箭一样,轻装上阵。
看大家对此争论不休,航空航天部领导决定成立一个5人专家小组,把决定权交给他们。组长是任新民,他是可行性论证的评审组组长。大家经过一段时间的准备,任新民主持了5人小组开会讨论,让大家表态。结果出来了,4位组员的意见是两票对两票,二比二。
力主三舱方案的王永志再一次强调说:“直接瞄准俄罗斯最先进的‘联盟TM’飞船,上三舱方案,轨道舱既可以留轨应用,提高效益;又可以作为将来的交会对接目标,是富于中国特色和创造力的方案。虽然研制难度较大,却体现了技术创新,有利于工程实现高起点、高效益、跨越式发展。”
任新民有些左右为难,说:“这事今天就到这里,等等再议。”令人欣喜的是,任新民最终投了三舱方案一票,这意味着我国一起步就站在了一个高起点上。
“三垂一远”并不是中国的发明,俄罗斯有“水平整体模式”:水平状态下整体总装、整体测试、整体起竖;美国有“固定模式”,也有垂直整体转运模式,但技术难度复杂、耗资巨大。
飞船火箭组合体从厂房运出我国过去的航天发射采用的都是水平测试、水平分级运输、发射工位垂直组装的发射方式,这种发射模式与世界先进水平相比有一定差距。在论证时,大家提出:工程有必要采用垂直总装、垂直测试、垂直整体运输上架的“三垂”模式,并借助现代信息技术,在整个测试发射流程中实施远距离控制,以适应载人航天的需要,缩短发射工位占用时间,提高发射的可靠性。但也有不同意见,一些专家认为“三垂”模式虽然先进,但是耗资巨大。为此,王永志和航天部门、国防科工委有关单位的专家进行了详细研究。得出结论:飞船火箭组合体垂直运输中美国“阿波罗”飞船发射场有4个总装测试工位,我们有两个就够。高度也不必像他们一样建到160多米,我们可以建90多米即可。在戈壁滩上建垂直测试厂房,不必用价格昂贵的钢结构,只需用坚固耐用的钢筋水泥建造就可以满足设计要求,而且稳定性、密封性好。至于垂直转运车,美国用庞大的履带车,它平稳、减震好,能够携带脐带塔、前置设备和沉重的地面电源。我们可以使用轻型铁轨转运车,不带前置设备,不搞悬挂,不搞减震装置,只用电车驱动,既简单实用同时也能够实现“垂直转运”。
飞船火箭组合体运向发射架这样,技术难度、经费都降下来了,解决关键技术的路径也找到了,“三垂一远”方案,得到了各大系统的赞同。
从“平躺”到“站立”,一个技术模式的突破冥冥之中似乎也昭示着中国载人航天事业的“雄起”。在“三垂”新模式下,火箭和飞船在技术区垂直组装、测试之后,整体垂直运输到发射区加注发射。由于组装测试一直在垂直工作状态完成,避免了重复组装测试和状态改变。在室内进行组装测试,能够较好地满足航天飞行器对环境的要求,提高了测试质量。“三垂一远”既提高了发射的可靠性,又提高了发射操作人员的安全性,使发射工位占用缩短到三四天。
测试发射模式确定了,还需要选好飞船的着陆场。航天员经过一段时间飞行,返回地球,必须要在一个合适的地方降落、着陆。根据飞船运行轨道特点,着陆场必须具备4个条件:一是飞船将从这个地区上空多圈次通过;二是场地要开阔;三是地势要平缓,地表要足够坚硬;四是气象条件要好。
航天员的安全,是王永志倾注心血最多的环节。我国曾有一颗返回式卫星程序出了差错,卫星几年之后才回收。这件事对王永志刺激很大:要是将来我们的飞船也出现这样的情况,那太危险了!
纵观世界上其他两个宇宙飞船发射成功的国家,俄罗斯拥有辽阔的草原和平原,所以采用在其国内陆上着陆。美国国土东西两边均濒临大海,拥有一支训练有素的海岸救生队伍和先进的海上救生技术和装备,所以选用海上着陆。
为了在神州大地上,找到使飞行员安全重返祖国母亲怀抱的场地,王永志建议要尽快对预选的地区进行详细的地面勘察。
1993年2月,王永志一行来到可行性论证时所预选的河南省开封至驻马店以东长约200公里、宽约100公里的地区。一路上,王永志的目光一刻不停地审视着,像为将要出嫁的女儿挑选如意郎君一样精心和细致。他发现这一区域内村庄星罗棋布,人口密度大,房前屋后不仅栽有许多树木,且堆有柴草等生活杂物。飞船降落前势必要疏散群众,给这里百姓的生活带来许多麻烦不说,而且对飞船安全着陆带来了许多隐患,他感觉这不是一处理想之所,决意更改着陆场。
面对有人提出的飞船降落时撞到房屋和树木的概率比较小,也许没有必要再兴师动众去改变方案的说法,王永志坚定地说:“不怕一万,就怕万一。一旦赶上万里的那个一,也许会带来百分之百的我们不想看到的意外。人命关天,不安全因素的概率再小,也要把它消灭在萌芽状态。从全局出发,把着陆场与飞行轨道优化设计联系在一起考虑,不仅可以解决着陆的安全性问题,更主要的收获是飞船返回主着陆场的机会增大,航天员的生命安全得以保障。为此,我们花再大的代价都值得去做这件事。”
最终,大家统一了思想,决定重新选址。
1993年6月,王永志一行14人踏上内蒙古大草原,开始了艰难而又缜密的寻址之旅。虽然烈日当头,莽莽草原抑或茫茫戈壁空旷得无遮无拦,裸露在外的皮肤被晒得油黑,他们还是满怀极大的兴致考察了四子王旗阿木古郎牧场地区和鄂尔多斯西部的广大区域。
着陆场选址——乘车深入戈壁进行实地勘察王永志看中了四子王旗阿木古郎牧场地区,这里具有飞船主着陆场的7个必备条件。沙质草地,地势平坦开阔,区内没有大河,属于中温带大陆气候,全年干燥,少雨多风,能见度高;森林覆盖率低于1%;地势平坦,地面没有高压线路;没有铁路;无三层以上建筑物;而且当地人烟稀少,平均每平方公里不超过10人。综合考虑,王永志觉得把这里当作飞船当仁不让的“娘家”再合适不过。此外,考虑到主着陆场可能遇上恶劣天气,影响飞船正常着陆,又在甘肃酒泉附近建设了一个备用着陆场。
专家们都很满意,这一方案得到了中央专委的批准。
为解决上升段火箭发生故障时,航天员海上应急搜救的难题,王永志创造性地采用了飞船利用自身能力,就近飞往3个海上预定落水区,实现海上选点再入的救生方案,使得海上可能的落水区从约5200公里缩小到约2100公里,既降低了海上搜救力量配置要求,又提高了海上搜救的可操作性和搜救成功率。
美国实施载人航天早期,曾在16个海上可能落水区布设了3艘航空母舰、21艘舰船和126架飞机,动用2.6万人;苏联曾布置7艘舰船和100多架飞机,动用4500人。而我国只动用6艘舰船、3架飞机、约1000人即可。为国家节省了大量资金及人力物力,这一做法为国际首创。