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发信人: dxmxqe (在等待●李登辉同志永垂不朽), 信区: Aero
标  题: 飞天的雅典娜
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Nov 25 15:31:03 2003), 站内信件

——我国载人航天应用系统工程纪实  
 
科学时报     作者：刘振坤  
 
 
 
　　由中国科学院负责的我国载人航天应用系统，以科学院为主力军的全国50多个研究所
，一千多名科技工作者，经过十年的创新拼搏，研制出了135种、188件科学仪器和设备。
这些仪器和设备解决了国家急需的空间对地观测战略需求，开创了我国空间科学新领域。
翱翔太空的“神舟五号”，实现了中华民族几千年的梦想，是中国几代科学家心血与智慧
的结晶，是一个飞天的美丽智慧的雅典娜。  

     2003年10月16日6时23分，我国第一位航天员杨利伟乘坐我国研制的“神舟五号”载
人飞船，在太空遨游一天，绕地球14圈后，成功地返回祖国大地。中国人上天了,中国人从
天上回来了。这不是一般的太空旅游，这是中华民族的腾飞，这是中国人民的跨越，同时
也是一次太空探宝。

    遨游太空的载人飞船是一个天地往返的运输系统,犹如一个小型的太空观测站、太空实
验室。人们在地面观测站看不到的东西，在这里可以一览无余，纤毫毕现；人们在地面实
验室做不到的事，在这里可能只是举手之劳。这是一个真实的童话中的“宝葫芦”。由中
国科学院负责的我国载人航天应用系统，以科学院为主力军的全国50多个研究所，一千多
名科技工作者、管理和服务人员，经过十年的创新拼搏，用他们的勇敢和勤劳，用他们的
智慧和忠诚，用他们燃烧着的生命，开展了大量的科学研究、关键技术攻关，精心设计，
反复试验，研制出了135种、188件科学仪器和设备。这些仪器和设备解决了国家急需的空
间对地观测战略需求；开创了我国空间科学新领域。不但填补了我国在这些领域的空白，
带动了相关领域科技的发展；而且实现了我国空间科研水平整体的跃升，一步达到和接近
了世界先进水平。

    它用钢铁般的事实向世界宣告：中华民族千年的飞天梦想，今天变成了美好的现实!这
是我国继“两弹一星”以后，又一次伟大的成功实践。这标志着我们中国是继俄、美之后
，世界上第三个用自己的飞行器实现载人航天的大国。翱翔太空的“神舟五号”，那是中
华民族几千年的梦想，那是中国几代科学家的心血与智慧，那是一个飞天的美丽智慧的雅
典娜。

    决策篇：欲上九天揽明月

    中国是火药的祖先，也是火箭的故乡。早在1000多年前就有了飞天的梦想。嫦娥奔月
、夸父射日等神话故事更是妇孺皆知、耳熟能详。在明朝时我国还出现了万户飞天的壮举
，虽然以失败告终，却使他成为世界公认的人类飞天第一人。在当代载人航天更成为人类
开发和利用空间资源的重要手段，成为世界大国综合国力的标志，成为世界科技史上最动
人心魄的乐章。具有5000多年文明历史的中华民族决不能在太空缺席，为了现实飞天的梦
想，我们想了很久，盼了很久,等了很久，奋斗了很久。终于依靠党中央三代领导集体的英
明决策，依靠三代科学家的科学运筹，依靠广大科技工作者艰苦卓绝的努力，依靠全国人
民的理解和支持，使我国在突破了载人航天的同时，也获得了空间科学应用和实验的圆满
成功。

    让历史将我们带回到1958年春季的一天，北京西郊昔日的皇家园林--颐和园里游人如
织。这天阳光明媚，轻风拂柳。人在园中游，如在画图中。美丽的昆明湖面微波荡漾着一
叶轻舟，上面坐着三位看似平常的游客，他们是中国科学院力学研究所所长钱学森、副所
长郭永怀、党委书记杨刚毅。他们无暇欣赏那醉人的春色和如诗如画的美景，却在船上谋
划出我国科技发展“上天、入地、下海”的大计。“上天”，就是搞人造卫星；入地就是
开发地下宝藏；下海，就是建立中国的海防和开发海洋资源。消息不胫而走。特别是搞人
造卫星，得到了中国科学院科学家们的热烈响应。应用地球物理所所长赵九章最积极，第
一个拿出了我国人造卫星方案。中科院院长郭沫若很支持科学家们的意见。院党组书记、
副院长张劲夫将科学家们搞卫星的建议，带到了在武汉召开的党的八大二次代表大会上。
毛泽东主席把他那开天辟地的大手一挥：“我们也要搞人造卫星。”还幽默地说：“要抛
就抛大的，鸡蛋大的我们不抛。”中央政治局拨2亿元巨款支持科学院搞人造卫星；并决定
卖掉300万两黄金，从西欧秘密引进尖端仪器设备。毛泽东深情地说：“只要生产发展、国
家富强、人民幸福，不要说300万两黄金，就是3000万两，我毛泽东也舍得，也愿意!不
过，要注意，这么多黄金，不能被外国资本家骗了，也不能被贪污分子吃了。刘青山、张
子善们过去有，将来还会有。”这是新中国第一次动用国库黄金。

    在中国共产党的英明领导下，蕴藏在中国人民中间的创造力得到了极大的解放。就在
我国卫星研制开始不久的1959年，前苏联撤走专家，国家又遇到了三年经济困难，搞卫星
与国力不适应，科学院按照中央指示“大腿变小腿，卫星变探空”。1965年国家经济好转
，赵九章上书周恩来总理，中科院卫星重新上马。1966年5月11日至25日我国召开系列规划
论证准备会，提出“在返回式卫星基础上发展载人飞船”的规划设想。在全院广大科技工
作者的努力下，攻克了道道技术难关，研制出了“东方红一号”卫星初样，后来，中科院
承担的卫星研制工作整体并给国防部门，即现在的航天工业总公司。1968年1月8日，在有
关部门召开的“我国第一艘载人飞船总体方案设想论证会”上，将我国的第一艘载人飞船
命名为“曙光一号”。1970年4月24日，经过国防部门的继续努力，我国第一颗人造卫星-
-“东方红1号”发射成功。然而，卫星与载人飞船，不仅是几百公斤与几千公斤重量的差
别，而且有本质的不同。它是一个国家综合国力和科技实力的体现，也因“文化革命”动
乱影响了经济和技术的发展，载人航天工程只能停留在图纸上，尘封在科学的档案里。“
文革”结束后，我国改革开放的总设计师邓小平提出，以经济建设为中心，实行改革开
放，使我国科技和经济实力迅速得到恢复和发展。在发达国家争相发展空间科学技术的大
背景下，我国的空间科学技术怎么办，成为政治家和科学家共同关注的热点。邓小平同志
说“我国在世界高技术领域一定要占有一席之地。”中国幅员辽阔，更不能在太空缺席。
1986年3月，由邓小平同志亲自批准的我国《高技术研究发展计划纲要》，简称“863”计
划，理所当然地将载人航天技术预先研究列为重点发展项目。1986年10月，中共中央政治
局召开会议批准了这个计划，并决定拨出100亿元实施这一计划。一天早上，张劲夫把王大
珩、陈芳允、王淦昌、杨嘉墀四人叫到中南海商量，问需要多少经费，当时谁也说不准多
少。王淦昌说了个1000万。张劲夫马上说，这个经费肯定是不够的，国家批准了100个亿。
他们四个人都惊诧不已。

    以江泽民同志为核心的党的第三代领导集体，继续扩大改革开放，实施“科教兴国”
战略，使国家综合国力和科技实力得到了新的提升，我国载人航天工程呼之欲出。1992年
9月21日，江泽民总书记主持召开中央政治局常委(扩大)会议，为了增强综合国力和国防实
力，促进科技进步，培养壮大科技队伍，提高国家威望，增强民族自豪感和凝聚力，决定
搞载人航天工程，这是一个跨世纪的伟大战略决策，是我国高科技领域继“两弹一星”之
后，规模最大、系统最复杂、技术难度最高的大型工程，也是一个高投入、高风险、高效
益的伟大事业。江泽民、李鹏、乔石、姚依林、李瑞环等中央政治局五位常委本着对历史
负责的态度，都在决定上郑重地签上了自己的名字。中国的载人航天工程，由此掀开了崭
新的一页。

    运筹篇：鲲鹏振翅八万里

    中国科学院第四任院长周光召把承担国家载人航天应用任务作为国家战略和为国民经
济服务的重要内容。第五任院长路甬祥更是将载人应用系统作为知识创新工程的重中之重
。为了不负历史重任，科学运筹。 1992年1月，为集中广大科技人员的智慧，中科院决定
胡启恒副院长负责组建了“载人飞船应用系统技术经济可行性论证组”，集科学家、工程
技术专家20余人，由力学研究所国家微重力重点实验室主任胡文瑞研究员任我国载人航天
工程应用系统项目论证组组长，姜景山、赵双林任副组长，总共用半年时间，召开了几十
次有数百位有关专家参加的载人航天应用项目方案论证会。专家们在分析了国外航天高科
技发展趋势，研究航天高科技对政治、军事、经济、外交，包括科技发展总的思考之下，
将其明确为：解决国家战略需求，瞄准国际科学前沿，为我国载人航天应用系统论证了：
航天遥感和空间对地观测、地球环境监测、空间生命科学、材料科学、天文探测、流体物
理、空间环境预报，以及天地联网的技术支持系统。这一论证成为我国航天应用系统任务
的依据。同年，中科院成立了空间科学应用领导小组，先是副院长严义埙任组长，2000年
以后由江绵恒副院长任组长，加强对载人航天应用系统的领导。并推荐参与北京正负电子
对撞机科学工程、组织全面工作的张厚英出任航天应用系统总指挥，龚惠兴任总设计师。
1994年4月起，由顾逸东任总设计师。张厚英经验丰富，组织协调能力强，在他的主持下奠
定了空间总体部组织形式，建立了具有中国特色的中国科学院载人航天工程体系。空间总
体部在中科院和总装备部的领导和支持下，在管理体制和管理方法上采取了许多革新措
施，建起了工程体制框架：包括工程管理规范，技术流程、计划流程，工程总体技术队
伍，按照分级负责的办法，各负其责，互相配合。举办了质量和工程等培训班达数十次，
使仅熟悉科学院科研管理和财务管理的人员，掌握了航天工程质量管理和财务管理的各项
规定和程序。使科学院这支过去只有科研观念和习惯的队伍，经过摩擦、磨合，甚至是比
较激烈的碰撞，比较快地适应了载人航天工程的需要，迅速成为我国航天工程完全可以信
赖的新的生力军。空间总体部在系统设计、单位之间，以及单位内部技术协调，组织系统
级综合实验，以及各艘飞船应用任务系统测试、发射，在轨运行中，都发挥了核心和主导
作用。1999年初张厚英退休后，经中科院推荐总装备部任命顾逸东做总指挥兼总设计师。
顾逸东1993参加我国载人航天应用系统的方案论证、工程设计和组织领导工作。他知识面
宽广深厚，组织能力强，是大家是公认的“工作狂”，是一位专家型总指挥。在科学院注
重学术的氛围中，他不惜放弃自己的优势专业，义无返顾地投入工作。他认为自己能够参
加国家载人航天工程是机遇，更是责任。他满脑子考虑地是怎样利用有限的科研经费、宝
贵的载荷资源，给国家给人民做更多的事情。空间应用的仪器和设备，件件都是高技术，
样样都是新产品。几乎全都是从概念，从实验室做起，一步做到航天工程产品。真可谓一
步登天。工程涉及的学科之多，难度之大，难关之多，要求之高，前所未有。

    工程进入关键阶段，面对四年内发射五艘飞船的繁重任务和计划安排十分紧张的严峻
形势，总体部提出了“顽强拼搏，背水一战”的号召，使全体参研参试人员全面动员起来
。总体部学习航天工程管理的经验，从1999年1月31日起全面实行调度会制度。五艘飞船应
用任务所处的阶段不一样，有的在初样阶段，有的在正样阶段，有的进发射场了。每艘飞
船在不同的节点上，都要集成起来做实验。做实验需要有条件，有硬件的条件、软件的条
件，各家互相之间怎么来配合，技术问题怎么协调统一，都把它理得非常清晰。还有些专
项的工作调度，对各家工作要求也非常明确。工程千头万绪，有时一次调度会就是几十个
、上百个问题，总体部都要通过调度把它理得很清楚。由于调度会制度严格，任务明确，
执行任务的结果和出现的问题都要求及时反馈。到2002年底总体部召开调度例会就达89次
，专题调度会20多次。这个制度对于实现阶段性目标，为扭转可能出现的被动局面，全面
完成应用系统的各项任务发挥了重要的作用。空间生命、材料、和流体科学实验设备都是
在天上工作的，空间与地面环境截然不同，为了降低风险，提高空间科学实验的成功率，
在我国空间实验的机会极少的情况下，总体部大力推动增加国内空间搭载实验机会，积极
争取国际搭载合作，收到了预期的效果。空间总体部组织的比较大的空间搭载实验有：
1996年，在我国尖兵一号乙返回式卫星上，进行了第一次生命、材料综合性的搭载实验。
积极促进成了实践5号空间环境效应和防护对策卫星的立项。该卫星进行了空间微重力两层
流热毛细双流试验获得成功，并对元器件防护和公用设备进行了全面的在轨考核。1998
年，组织了中国和德国的微重力气球高空落舱实验，研究了火焰在微重力情况下的燃烧现
象，并进行了空间细胞电融合试验。同时，还利用我国在俄罗斯培训航天员的条件，主动
提出和参加失重飞机的微重力实验，并为此研制了有关的实验平台，获得了许多有价值的
实验数据。为了确保在人飞行的安全性及有效载荷的可靠性，还成立了安全可靠性分系
统，并在北京、上海、长春建立了可靠性试验中心，在研制过程中狠抓了电子元器件的质
量，进行了开学的冗余设计，严格进行了环模试验和老练试验，出长前做了可靠性评估。
由于采取了上述措施，确保了各艘“神舟”飞船有效载荷的圆满成功。

    观测篇：巡天遥看一千河

    巡天遥看一千河，过去只是诗人的畅想。地球轨道距地面达数百公里，人的视野才8公
里，用肉眼是根本看不到的，必须借助于先进的科学仪器和设备。我国的科技工作者为此
研制出中分辨率成像光谱仪、多模态微波遥感器，构建起了我国全天候天上慧眼，它对维
护我国天疆的安全、天气预报、防灾减灾、矿产资源勘察、农业估产、环境保护等，提供
了新的装备和高技术手段。

    中科院上海技物所由郑亲波研究员为主任设计师，龚惠兴院士给予了悉心的指导研制
成功的中分辨成像光谱仪，是新一代“图谱合一”，既有图像又有光谱的遥感仪器。它能
在拍摄地面图像的过程中，同时获取靶目标的连续光谱。中分辨成像光谱仪地面分辨率为
数百米，特别适合获取较大范围的地球目标：海洋、大气、陆地的详细光谱影像，具有快
速全球覆盖的能力。它所获得的地球目标的不同光谱影像可以为农业估产、可再生资源的
动态调查，为实时自然灾害的监测、海洋环境、海洋初级生产力调查提供服务；并为军事
气象预报提供环境参数。安装在神舟3号飞船上的中分辨率成像光谱仪，是继美国和欧洲之
后，第三台进入空间的仪器。其信噪比、空间分辨率等技术指标和定标精度、获取图像信
息质量，与美国正在运行的500米分辨率的水平相当；获得的地物目标光谱曲线与地物特征
相符，图像清晰、纹理分明，图像质量处世界同类仪器水平。在轨运行期间得到大量的高
质量的光谱图像资料。

    中科院空间中心微波遥感技术重点实验室，在姜景山院士的主持下研制成功的多模态
微波遥感器，是将高度、散射、辐射三种模态组合成一体的先进遥感仪器，在国际也属首
创。它有效地降低了载荷重量，缩小了体积，和国际上具有相同功能的设备相比，具有体
积小、重量轻、功耗低的优点。在神舟四号飞船上装载的多模态微波遥感器主要执行海洋
观测任务，同时兼顾对大气和陆地的观测，在太空上演了一场好戏。在轨运行：微波辐射
计得到了随地物目标变化的亮温曲线，可用于探测土壤温度、降水、大气水汽含量、积雪
、土壤成分，海面温度；还可以得到植被生长情况，对农作物进行估产。高度模态得到了
海面波高曲线，根据高度计的测量数据可获得海浪的有效波高、海洋环流等海洋动力学参
数；这种测量方法是目前能对全球范围的海水和海冰表面进行全天候、连续、实时高精度
测量的唯一手段，对全球自然灾害研究有十分重大的意义。根据散射计获得的数据得到了
海面向量风场。这些都为我国进一步发展微波遥感器奠定了基础。

    多模态微波遥感器的成功，也凝结着中科院电子所脉冲行波管放大器研制人员的心血
。为了实现这个部件的国产化，从1995年开始，主管设计师王兆申研究员带领的研究室，
把攻克这个技术堡垒，看得比自己的生命还重要。他呕心沥血，积劳成疾，体质明显下降
，面容消瘦，双腿浮肿，满嘴口疮，一天只能勉强吃饭一顿饭，连走路都没有力气，仍然
坚持和大家一起加班加点工作。同志们劝他赶快到医院看看，他总是说：“等航天任务完
成以后，再去。”可这一等，就是几年。2001年3月下旬的一天，在实验室工作时他便血不
止，大家将他送进医院。仅10多天，他就带着交出一台正样满意的安慰和未见到天上成功
的遗憾，于4月5日15时逝世，终年59岁。医院对他的死亡没有查出病因，可研究室同志们
最清楚，他长期超负荷工作身体过度虚弱，完全失去了免疫力，他是为我国航天应用事业
累死的。

    遥感应用分系统分系统由国家海洋局卫星遥感中心主任蒋兴伟任主任设计师，组织国
家海洋局和中科院遥感所等单位，在中分辨率成像光谱仪和多模态微波遥感器的航空校飞
中、特别是在轨飞行中，进行了天、空、地、海实地数据采集和比对，证明上述两台仪器
数据与实地数据吻合。他们根据中分辨率成像光谱仪和多模态微波遥感器获得的遥感图像
情况，现已经完成：首幅全国空间遥感影像镶嵌图，包括祖国宝岛台湾的影像图；京津渤
地区CMODIS图像；长江口、黄河口表面泥沙浓度分布图。特别是在电子图集中，你可以清
楚地看到：祖国不同地域的城市布局；长江沿线的水灾状况；鄱阳湖水情的涨落；“风神
”台风逼近我国东海的结构态势，令人惊叹科技带来的神奇。

    特别是由于我国航天平台和传感器的特殊性以及实施的工程性，不仅促进了我国遥感
工作模式有了较大的改变，也促进我国发展了一批专用的分析处理模型和几何纠正、镶嵌
、数据转换、发现处理等，多种专用算法以及相关支持数据库：生态环境变化调查与监测
研究；土壤水分和融雪径流监测研究；大型地质环境与成矿背景遥感探测研究等数据库。
如：大型地质环境与成矿背景遥感探测研究数据库。建立了区域成矿地质背景预测研究模
型，岩石实验室光谱测量，岩石光谱数据库，岩、矿石介电常数的测试分析，雷达后向散
射数据在大型地质环境中的应用研究，完成了蚀变岩分带特征分析，确定了含金石英脉、
含金蚀变岩特征识别光谱、并与TM数据对比分析，建立了金矿成像光谱数据的识别模型，
为寻找金矿提供了新的科学手段。

    实验篇：无限风光在九霄

    以人造卫星上天为标志，人类进入了空间时代。人们可以在天上对发生在空间的物理
、化学和生命等自然现象进行深入的了解，也可以对地球进行研究，于是就形成了一门综
合性的学科--空间科学。短短40年，空间科学就形成了70多个学科和技术门类交叉性的科
学技术。因为它对推动一个国家或地区政治、经济、科学、教育、社会进步的巨大作用，
所以是当前世界科学技术发展，最活跃的热点或前沿领域。

    材料是人类文明进步的标志，是现代工业高新技术领域的重要支柱之一，材料的进步
推动了科学技术的不断发展，并一直在其中扮演着重要的角色。因为在空间微重力条件下
开展材料科学研究，有助于加深对材料物理过程本质的认识，指导改进地面材料的制备工
艺，制备各种优质材料，有潜在的重大经济效益和巨大的商业价值，已受到世界各先进国
家的高度重视。材料分系统主任设计师中科院物理所研究员聂玉昕，副主任设计师中科院
上海硅酸盐所王锦昌，团结由中科院物理所、半导体所、金属所、上海硅酸盐所、上海技
术物理所，空间科学和应用中心，以及兰州物理所百多科研和工程技术人员联合研制成功
“多工位空间晶体生长炉”和“晶体生长观测装置”。其中多工位晶体生长炉，直径227毫
米、高580毫米，重量仅28公斤，功耗仅有百瓦，炉温却高达900度以上，炉表温度不超过
40度，有6个工位，能够在空间熔炼直径22毫米，长度100毫米单晶。与美、俄的同类炉比
较：除规模上较小，在装置的总体结构与使用功能上，基本和美国及前苏联使用的炉子相
同。该炉装载在神舟飞船上，通过在轨飞行实验熔炼出多种合金材料和优质单晶。取得了
一批重要的空间材料科学研究成果。如在神舟3号飞船上，生长出一根直径10mm、长度40m
m、重27克的掺铈硅酸铋单晶，硅酸铋是一种很有用的电光晶体。空间生长的晶表面光
滑透明，和仔晶有明显的颜色差异。地面相同条件下生长的晶体表面有沟槽。因为空间微
重力条件下熔融的晶体和坩埚壁不粘连，表面光滑。研究人员对空间和地面生长的晶体的
尾部晶片进行了X射线的衍射测试，空间生长的晶体摇摆曲线峰宽较窄，峰高较高；而地面
生长的晶体的摇摆曲线峰宽较宽、峰高较低。这意味着和地面生长的晶体相比较，空间生
长的晶体完整性更好。

    21世纪被公认为是“生命科学世纪”。生命的大解密，注定对人类生存与发展产生革
命性影响。1992年我国实施载人航天工程空间生命科学立项。参加空间生命科学研究的单
位有：中科院植物所、动物所、生物物理所、遗传所、微生物所、水生生物所、生化所、
细胞所、昆虫所、脑神经所、生理所、植生所、空间中心和技术物理所等14个单位，参加
科技人员数百名。经过十年的努力，中科院上海技术物理所刘学明、张涛组织研制出：通
用生物培养箱、蛋白质结晶装置、细胞培养装置、细胞电融合仪等，空间中心研制出自由
流电泳仪，为了实现应用总体部提出的“产品100%完好上天，技术安全、质量隐患为零”
的目标”。科技工作者从80多种植物、动物、水生生物和微生物生物材料调整为19种，计
25种生命形态，保证了我国空间生命科学研究总体目标的实现。通过神舟2、3、4号飞船飞
行试验，空间生长的蛋白质晶体质量明显高于地面生长的质量，出晶率高达70%以上。空间
培养的TE细胞获得了较高的抗体分泌量。空间蛋白质电泳分离获得了更好的分离效果。回
收分解在空间取得的细胞生物样品：4种细胞生长良好，在微重力下细胞骨架松散，无序性
增强，呈弥散性分布；细胞的能量消耗普遍减少，对葡萄糖的利用率下降；人大颗粒淋巴
细胞在空间生长繁殖良好，其增速率为地面的12.5倍，并且对肿瘤靶细胞仍具有一定的杀
伤活性；抗天花粉蛋白抗体的分泌量较地面增多，达到了国际先进水平。刘承宪研究员和
郑慧琼博士的黄花号和革新一号烟草细胞搭载在我国神舟号飞船上电融合获得了全新的烟
草品种，现在已经在地面长出的新植株。从叶形和花型、花色看，综合了两种烟草的优良
性状。因为空间细胞电融合具有高效无毒、简便易行、通用性强、能够实施遥控，可克服
远缘杂交不孕性，能够培育新品种等特点，为其他植物细胞空间电融合展现了革命性的前
景。在试验取得成功后不久，空间生命科学分系统的主任设计师刘承宪研究员，这位我国
空间生命科学的重要带头人，于2003年9月3日因癌症久治无效逝世，这是我国空间生命科
学领域的一大损失，令人非常痛心。空间生命科学分系统开展的空间生物效应研究是我国
航天领域首次进行的多物种、多种生物综合性生物学研究，已经发表论文60多篇，在当前
国际空间生物学研究领域比较热点的8个问题上，提出了中国人的看法和实验数据。这标志
着我国初步掌握了这一领域的实验技术，为后续空间生命科学研究奠定了基础。世界科学
界不少人认为，东方在知识经济时代要有一个突破。我们中国生物资源非常丰富，是个大
基因库。我们是包括亚热带、温带、寒带、高寒带气候大国，细胞空间电融合的成功预示
着：再过若干年，中国的生物工程可能要大放异彩!

    空间(高能)天文是人类突破地球屏障后，开拓的心的天文观测窗口，是空间科学的一
个前沿领域，经过反复论证确立开展探测γ射线暴--一种来自宇宙空间的短时标、突发性
、高能量(是太阳耀斑的1--1000亿倍，相当于千亿颗原子弹爆炸的能量)的天文现象和太阳
耀斑中质子耀斑(质子事件)产生的高能辐射，对载人飞船有很大威胁，对短波通讯、洪涝
灾害也有直接影响，具有重要科学意义和对载人航天器安全保障作用的这两种天文现象作
为我国载人航天工程应用项目之一。由中科院高能物理研究马宇倩任分系统主任设计师,由
中科院高能物理研究所和紫金山天文台用10年时间,两个单位数十名科研人员合作研制了3
台探测器，在神舟2号上的空间天文观测获得了圆满成功。在近半年的飞行观测中, X射线
探测器获得科学观测数据644组，发现和认证了30余个宇宙伽玛射线暴候选者，占世界测到
总数的1%，部分已获国际星际网络IPN确认；发现和认证了近百例太阳X射线耀斑，特别是
观测到本太阳活动峰年最大的两个X20，X14.4级太阳耀斑；还出乎意料地获得了太阳活动
第23峰年，近地轨道较低纬度上地磁粒子沉降的全球分布及其变化的第一手资料。我国的
空间天文观测取得的成果，得到了国际同行的肯定。莫斯科工程物理学院MEPhI天体物理研
究室副主任Dr. Yurov Vitaly, 在京访期问,看到我国研制的空间X射线探测器，对探测器
的设计和封装技术赞叹不已, 并写了如下一封信：“亲爱的X射线探测器组的同事们：我很
高兴你们建造了极好的伽玛射线暴探测器。你们高水平地完成了大量建设性的工作和复杂
的封装工艺技术。祝贺你们在卫星探测器研制实验领域取得的成就。并希望发展我们的合
作。” 国际行星网络IPN负责人Hurley Kevin说，中国科学家帮助他们证认了多个宇宙伽
玛射线暴事例。美国UAH大学Dr. Zhang Shuangnan 教授指出，这是一个里程碑性质的成
功，用较小设备也可作较多成果，代表着中国可行的空间天文研究特点。

    空间流体物理科学实验是世界上前沿的科学实验，但要在微重力情况下做成不是一件
容易的事，中科院力学所在神舟4号飞船上，开展了热毛细对流驱动液滴迁移的巧妙实验。
在太空不同大小液滴或气泡，由于摆脱了地球引力和浮力的羁绊，像一个个自由的“舞者
”，它们的“舞场”是一个有连续温度梯度的硅油液体；“舞者”将经历从冷到热的变化
，依靠温度差产生的液滴表面张力梯度的驱动，在“舞场”中翩翩起舞，专业上称作热毛
细迁移的独特太空舞步。研究人员将利用自行设计的仪器将每一个“舞者”的“舞步”精
确记录下来，并传回到地面进行研究，以认识和掌握微重力流体物理的基本规律。1992年
，鉴于该研究具有重要的基础理论意义和应用背景，我国在载人航天工程中将其立项。由
中国科学院力学所国家微重力实验室负责承担此项任务。在胡文瑞院士的领导下，解京昌
研究员等利用俄罗斯“和平号”空间站、“实践5号”科学卫星、失重飞机和落井微重力设
施进行的微重力实验研究，积累了丰富的空间和地基微重力实验研究经验。在此基础上经
过多年的努力攻关，解决了微重力环境下液滴注入及与注入装置的分离，这个关系到此类
空间实验成败的关键技术难题(国际上曾发生过由此导致整个空间实验任务失败的事例)。
他们自行研制的“通用流体实验装置”，采用自己发明的“双套管式程控微量注滴/液装
置”以及“无增压储/补液技术”等专利技术，完满地解决了这一难题。2002年12月30日，
通用流体物理实验装置搭载神舟4号飞船，进行了液滴热毛细迁移空间实验。由中科院力学
所和空间中心研制的空间通用流体实验装置突破了高精度液滴加注、温度场测量、光学诊
断、空间CCD摄像和视频记录等关键技术，在轨飞行期间设备工作全部正常，飞船下传了全
部工程参数、科学数据以及液滴迁移图像和温度场干涉图像。随返回舱回收的视频录像记
录完整、图像清晰，可供进行深入的分析研究，实验获得圆满成功。这次实验的成功不仅
为今后的空间流体物理实验提供了宝贵的知识积累和经验，也标志着我国的微重力流体物
理科学研究和实验技术达到了国际先进水平。实验通过对液滴尺寸及实验过程的精确控
制、对液滴和母液实验体系物性参数的选择匹配及合理施加母液的温度梯度，成功地对大
雷诺数热毛细液滴迁移的非线性力学特征进行了实验研究，丰富了研究内容，在学科方面
获得了有价值的学术结果，推动了这一领域研究的发展；在空间流体实验技术方面取得突
破进展，将为我国今后空间流体科学实验研究提供有力的技术支持。

    保障篇：茫茫太空有哨兵

    从科学意义上说人类发展到今天，对地有多厚是知道了；但是对天有多高仍然是个未
解之迷。如果问地球温度是不是变化的，天上的环境怎么样？更是很少有人说得清楚。人
类要在地球上长期生存下去，进而征服宇宙，对此，就不能不研究清楚。然而，在地球上
由于大气层的包围又很难研究，我国载人航天工程给我国科学家在天上开展地球环境监测
和空间环境预报创造了条件。经过科技工作者十几年的不懈努力，我国空间环境预报和空
间地球环境一步赶上和达到了国际先进水平。

    在“天上”不但没有我们生活不可缺少的空气和水，而且存在着大量致命的因素：强
度极大的高能电磁辐射、能量极高的带电粒子、速度极高破坏力极大的流星体和空间碎片
、直接威胁载人飞船的等离子体、剥蚀飞船表面的原子氧、对飞船产生阻力并迫使其陨落
的高层大气、干扰飞船通信的电离层等等。如何克服恶劣的空间环境，保障宇航员的安全
，是任何国家载人航天必须首先要考虑和解决的问题。为了做好空间环境安全保障工作，
在前空间中心副主任都亨研究员、空间环境预报与监测分系统主任设计师叶宗海研究员、
副主任设计师朱光武、空间环境预报中心主任龚建村研究员等人的带领下，进行了深入细
致的调研工作，提出了“边研究、边建设、边服务”的方针，得到总装机关、工程总部和
应用系统领导的大力支持。短短几年时间，完成了国际航天大国几十年才完成的工作，初
步建立起我国第一个，目前也是国内唯一的空间环境预报中心，培养了一支高水平、有经
验的专业保障服务队伍，为“神舟”1号至5号飞船全程提供了优质的空间环境保障服务，
为确保载人航天工程任务的安全，确保载人飞行和各项科研任务的圆满完成作出了贡献。
特别是“神舟”1号发射前，都亨与弟子刘静副研究员及时发现，原定的发射日期与狮子座
流星雨峰值时间不期而遇，届时将有大量从彗星抛撒出来的物质--流星体穿越地球空间，
以平均每小时72000公里的速度(最高每小时将近26万公里)撞击地球和在地球周围运动的卫
星和载人飞船，只要有一颗流星体，哪怕它只有1毫米大小，撞击载人飞船就将造成机毁人
亡的灾难性后果。如果按照预定时间发射，“神州一号”将冒极大的风险。在他的带领下
经过刘静副研究员会同有关专家的细致研究和计算，空间环境预报中心迅速向领导机关呈
报了预警报告，如实报告了存在的风险，提出了对策建议以及可能的效果，引起了高度重
视。顾逸东总指挥向921工程副总指挥沈荣骏汇报了预报中心的建议，推迟24小时，碰撞的
危险性可以下降到6%，如果推迟48小时，将下降到千分之几，建议推迟48小时。沈荣骏将
军当即表示：“6%的险我们也不冒。”事后的探测结果表明与预测的结果十分吻合，上级
领导推迟48小时发射的决策十分正确，如果不改变发射时间是非常危险的。这也是我国第
一次因空间环境预报而改变发射计划，标志着我国成为世界上少数几个将空间环境预报应
用到航天工程的国家之一。国际空间环境预报界有句名言：“No news is a good news.
(没有新闻，就是好新闻!)”每次神舟飞船发射任务圆满完成的背后，都有着空间环境预报
人员汗水和努力，适逢太阳活动高年的恶劣空间环境，着实让预报中心的全体科研人员紧
张不已。 “神舟”1号任务结束后，总装备部副部长胡世祥在视察预报中心时，特别指出
推迟发射的建议为圆满完成任务作出重大贡献，陪同的科学院副院长严义埙、江绵恒等领
导称赞他们为科学院增了光。“神舟”3号任务完成后，总装备部部长曹刚川、政委李继耐
亲临空间中心和空间总体视察了神舟三号取得的应用成果，并专门到环境预报中心视察，
与全体预报人员一一握手，并合影留念，感谢他们为921工程所做的贡献。在多艘神舟飞船
上都安装有空间环境监测设备，在朱光武研究员带领下，研制了8种空间环境监测仪器，在
神舟四号飞行中进行了综合性环境监测，为我国首次载人飞行探路，取得了丰硕的成果。
“神舟”4号任务完成后，科学院院长路甬祥和总装备部部长李继耐再次视察预报中心，称
赞预报中心的工作真正做到了“保障有力”。路甬祥院长还指示提升预报中心的层次，扩
大预报中心的规模，进一步发挥科学院在空间环境保障方面的优势，为我国航天事业作出
更大的贡献。

    地球是人类赖以生存的家园，爱护地球环境，保护自己的家园，已经成为人们的共识
，空间火箭和卫星的成功发展，为科学家从空间大尺度开展地球环境监测成为可能。从上
世纪七十年代初，空间地球环境监测研究进入了活跃期。1987年2月,在这样的国际背景下
，我国在北京召开了“中国空间站应用讨论会”，酝酿构建中国的空间地球环境监测系统
。1992年，我国的载人航天工程将空间地球环境监测作为重要课题立项。地球环境分系统
主任设计师中科院长春光机所李福田研究员，负责研制“太阳紫外光谱监视器”，中科院
上海技术物理所王模昌副主任设计师负责研制“地球辐射收支状态监测仪”,长春光机所禹
炳熙副主任设计师负责研制“太阳常数监测器”，中科院大气物理所进行综合研究，目的
是组成我国的地球环境探测系统。经过十年攻关，终于取得成功。

    长春光机所研制出的太阳紫外光谱监视器，飞行试验结果表明：所测得的太阳紫外光
谱辐照度与国际地外太阳紫外光谱辐照度观测平均值相比，在测量误差范围内一致(±10%
)。中科院大气所利用地外太阳/大气紫外光谱数据，进一步求得大气臭氧总量及垂直分布
。这一系列工作开创了国内星载臭氧总量及垂直分布观测研究的新领域。太阳/大气紫外光
谱研究对国内太阳物理、大气物理及气象学研究有重要的意义。目前，该课题组在这个基
础上承接了FY-3气象卫星“臭氧垂直探测仪”的研制任务，有可能将其提高到国际同类仪
器的先进水平。上海技术物理所研制的地球辐射收支状态监测仪，可以连续不断地监测地
球气候及其变化。地球的能量绝大部分来自太阳辐射到地球的能量。如果地球只吸收太阳
辐射能而不将之散去，地表与大气的温度将会一直升高。好在地球也会向太空散出辐射能
，而且是温度愈高辐射出去的能量也愈多，最后地球向外散发的辐射能与所接收的太阳辐
射能处于平衡状态。“地球辐射收支仪”是通过特殊装置，一方面能测出太阳对地球辐射
多少热量，特别是大气层的紫外光情况，另一方面能测出地球反射出多少热量，通过计算
便可得出每天地球吸收的热量。特别是长春光机所研制机成功的太阳辐射绝对辐射计，能
够精确测量和长期检测太阳辐照度，而且还可以换算出太阳常数(即太阳与地球的平均距
离)。由于太阳本身的活动，太阳常数也是变化的。太阳常数的微小变化，也将对地球环境
和气候产生很大的影响。因此研究和监测太阳常数，成为国际地球环境监测的重要课题。
2000年，我国的太阳辐照绝对辐射计参加瑞士达沃斯世界辐射中心举办的第九届国际日射
强度计比对。这犹如一次科学的奥运会，有60多个国家 80多台同类性质仪器参加比对。结
果我们的太阳常数监测器精度为万分之八(国际标准是千分之一)，达到了国际先进水平。
根据世界辐射中心的要求，我国制作出两台太阳辐照绝对辐射计，于2002年9月安装在了该
中心，作为保持和传递世界辐射基准的世界标准，辐射组群的标准辐射计使用。从此，世
界辐射中心有了中国标准。高技术业内人士都懂得，一流国家做标准，这等于我国在这次
世界科技大赛中，夺得了一枚闪闪发光的金牌。

    我国上述三台仪器安装在神舟3号飞船上。设备在轨运行正常，获得了太阳紫外光谱图
，地球大气对太阳紫外辐射后向散射光谱图，以及地球红外和可见光辐射流随时间变化的
完整资料。我国得到的太阳常数平均值为1366.2W\m2，同美国同期测量数据一致，与世界
气象组织的推荐值相吻合。

    天地篇：科学精神满乾坤

    技术支持系统是空间科研的基础设施，是联系天地之间的信息网络，犹如人的中枢神
经。人们要把这么多科研仪器设备放到天上去，要能够得到结果，必须有完整的技术设备
支持系统。一个是天上支撑系统，一个是地面支撑系统，使天地联网、信息畅行无阻。中
国科学院空间科学与应用中心，在载人航天工程的支持下，建立起了具有世界先进水平的
载人航天科学实验和应用技术支撑系统，也是我国进行遥科学研究的技术平台。

    天上技术支持系统，学名叫有效载荷公用设备分系统，是将飞船上分散的有效载荷(科
学观测和实验的仪器设备)，联结为一个有机的整体，完成对有效载荷的供配电、数据采集
、存储、处理与传输任务。它包括三个子系统：电源子系统，负责供电配电。数据管理子
系统(总线控制器、总线监视器、大容量存储器、远置终端和高速多路复接器)；数据传输
子系统，通过发射机将数据下行到地面数据控制中心，实现天地畅通的控制网络。1992年
底，空间中心空间综合电子技术研究室主任孙辉先，老主任高宜桂及陈小敏、王平连、于
沛玲等骨干商量，决心拿下这个任务!而且，不做则已，要做，就一定做到国际最先进水平
。在他的组织下全室20多人满怀为国争光的雄心壮志，开始向这一领域发起攻击，接连突
破了四大工程技术关键：首先是总体方案的选择。他们从当时的国防科工委情报所查出几
百张有关的卡片。又从缩微胶卷，复印出来的资料足有一公尺多厚。从中研究搞清楚了国
际上所采取的技术思路，找到与我国任务最接近的一个，就是欧空局空间站的哥伦布载荷
舱。它的主要有效载荷也包括材料科学、生命科学、地球科学、对地观测等方面的实验，
而且也需要更换。从技术上说，是一个分布式系统。这在当时是非常超前、非常先进的方
案。再就是找到和研制出一个很可靠的网络联接--1553总线。战斗机电子部分用这个总线
改造以后，飞行的性能大大提高，在格斗当中都能够很灵活。通信机制是 “中央集权制
”，即指令响应式。网络中有一个核心机器，负责通信管理，这就保证了相互之间的通
信，对飞船系统采用相似方案起到了积极影响。后来的发展也说明了该方案选择的正确
性：国际上航天领域大量采用这种总线，国内许多卫星也采用了这种总线。为了保证1553
总线的高质量，陈小敏研究员对1553总线用的芯片改了两次。一个更大的拦路虎，就是各
种各样的载荷产生的数据率有很大差别，而且，各种仪器不一样，如何把复杂要求的不同
数据，通过一个信道传下来呢？这就需要数据复接器。他们从国外资料上只是了解到这个
名字，知道它是干这个事的，但是找不到资料。孙辉先发动大家动脑子，自己更是殚精竭
虑。这位训练有素的中华学子，经过不停的思考突然想出一个非常有效的解决方案，领导
大家研制出中国自己的高速多路复接器，攻克了这个最大的难题。

    地面技术支持系统，学名叫有效载荷应用中心。它由有效载荷在轨监控管理系统、科
学数据地面接收站、有效载荷综合测试系统构成。该系统与飞船上的技术支持系统构成天
地一体化的完整体系，可在地面对飞船有效载荷的在轨运行进行控制和管理，对有效载荷
应用资料产品进行预处理。通过执行神舟1、2、3、4、5号飞船的飞行任务，证明系统具有
完善的功能，与美国、欧空局等下属的中心比较，达到了国际先进水平。据有效载荷应用
中心原主任设计师胡行毅，现主任孟新告诉笔者，他们之所以能够取得这样好的结果，主
要是：首先，论证出一个先进的方案。它分为四个部分：第一部分是数据的接收系统，需
要建设一个地面数据接收站，也就是现在建成的密云站；第二部分是监控管理系统；第三
部分就是下行得到的应用数据，要把它们放在数据库里存档，做成0级产品，就是经过预处
理以后的产品。分发到最终用户手里，让他们做数据应用。第四部分是在有效载荷发射升
空以前，将若干有效载荷汇总在一块，集成在一起，进行联调。这项巨大的工程任务，你
很难想象是最初不到20人，现在不到30人，经过10年超负荷地做工作完成的。二是，聘请
国内一线一流专家帮助把关。他们广纳国内有经验的专家，特别聘请国内第一线第一流的
专家作顾问，给予指导、把关，起了很大的作用。三是，大胆培育和启用青年骨干。数据
管理中心最重要的是软件工程化管理与开发。他们实行了国内和国外两条腿走路的方针：
在国内培养自己的骨干，送工作人员到国外学习。1995至1996利用与发达国家工作合作的
机会，胡行毅主任设计师果断安排科技骨干孟新、李绪志、张立荣、李保和等到国外学
习，特别学习软件工程化管理与开发的具体经验。从事后取得的效果来看很有远见。如果
没有那次学习也许能做，但是周期要长得多。通过这样一个系统工程，他们培育了一支自
己能做系统分析设计、开发、测试的软件工程骨干队伍。这个室老同志逐渐退休了，现在
的主力是1998年以后毕业的本科生和研究生。孟新和李绪志都是1993年来的研究生，现在
已经是室的正副主任了。就连俄罗斯宇航专家看到我国如此多的年轻人做航天工程都赞叹
不已。在几次飞船的飞行任务中，有效载荷应用中心都出色地完成了接受任务，先后获得
总装备部、总参和载人飞船应用系统总体部等的嘉奖。

    国际宇航科学院专门工作小组的报告中说：“为了保存人类的生命和改进我们在地球
上的生活质量，人类必然要开发太空”。科学没有尽头，探索没有尽头。我们愿意和世界
上所有的科学家开展太空科技合作，共创人类光辉灿烂的明天。

    不停地转动着的地球，无限浩淼的宇宙。天机无限，前程无限!  
  

[ 2003年11月21日 ]  

http://www.cas.ac.cn/


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※ 修改:．dxmxqe 於 Nov 25 15:39:42 2003 修改本文．[FROM: 202.118.226.28]