1.1　探索太空的壮举

在古代，由于当时技术水平的限制，向往终究只能是向往，人类都未能真正地实现飞天。例如：中国明朝初期，万户成为第一个想到利用火箭飞天的人，后被称为“世界航天第一人”（图1-1）。万户晚年时，他把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在上面，双手举着2只大风筝，然后叫人点火发射。他设想利用火箭的推力和风筝的力量飞起，不料火箭爆炸，万户也为此献出了生命。为纪念万户，国际天文学联合会将月球上的一座环形山以这位古代中国人的名字命名。

（1）液体火箭诞生

人类对太空真正意义上的探索和利用，始于液体火箭的发明。以液体推进剂为燃料的运载火箭是探索太空的最重要工具，人类对太空的探索离不开运载火箭的发展。

19世纪末到20世纪初，涌现出许多富有探索精神的航天先驱者。有三位科学家的名字将被永远铭记，他们是：俄国的康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基、美国的罗伯特·戈达德和德国的赫尔曼·奥伯特。

俄国的齐奥尔科夫斯基（图1-2）首次阐述了利用多级火箭克服地球引力实现宇宙航行的构想，并提出了许多相关的理论，他的许多英明预见后来都变成了现实。

美国的戈达德自1920年起潜心研究液体火箭，是美国最早的火箭发动机专家，被公认为液体火箭的创始人（图1-3）。1926年3月16日戈达德试飞了第一枚液体火箭，从此拉开了近现代人类探索太空的大幕。

德国的奥伯特提出了空间火箭点火的理论和脱离地球引力的方法，主持设计了火箭发动机，开创了欧洲火箭研制的先河。德国的冯·布劳恩领导研制成功了“V-2”火箭（图1-4），虽然“V-2”火箭在战争中的角色并不光彩，但它在技术上却使人类的飞天梦向前迈进了一大步，它是现代大型火箭的鼻祖，构筑了航天史上的重要里程碑。

第二次世界大战结束以后，苏联和美国都通过仿制“V-2”火箭建立了自己的火箭和导弹工业。一些有远见的政治家和科学家已经认识到，利用“V-2”火箭的技术成果，一方面可以发展洲际导弹，建立军事威慑力量；另一方面可以发射人造地球卫星，有效地开展空间科学研究。

（2）人造卫星上天

苏联的卫星研制和发射一直在政府支持下秘密地进行着。1946年，苏联成立了火箭科学研究所，到1948年卫星运载工具的理论问题基本解决。1954年召开的地球物理学国际会议决定，1957年下半年到1958年底为国际地球物理年，建议有关国家在此期间发射人造地球卫星。从此，美苏两国都开始着手实施各自的卫星发射计划。

1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星——“斯普特尼克”1号（图1-5）从苏联的领土上发射成功。这颗卫星正常工作了3个月，在此期间人们可以从广播中听到它从太空通过无线电信号发回来的声音。一个月后，苏联又宣称，载着一只小狗的第二颗人造地球卫星发射成功。

苏联的创举引起了美国朝野的哗然，为摆脱落后局面，美国决定采用陆军的“轨道器计划”迅速把卫星送上天，终于在1958年1月31日，用冯·布劳恩设计的“丘比特C”火箭把美国第一颗人造地球卫星“探险者” 1号送进了太空。

继苏美之后，法国、日本、中国、英国、欧洲空间局（欧洲航天局）和印度都用自己研制的火箭，成功发射了各自的第一颗人造地球卫星。

早期的人造地球卫星主要具有一种象征意义，没有实用价值。20世纪60年代中期，各国开始重视开发具有经济和社会效益的应用卫星，人造地球卫星的发展也随之从探索试验阶段进入实用阶段。例如：通信卫星是人类最先使用的应用卫星，现在全世界有上千颗通信卫星在为我们的日常生活服务。另外对地观测卫星在气象预报、自然灾害预警等方面发挥了重要作用；导航卫星通过导航仪上的GPS装置等形式提供位置服务，已经进入了普通民众的生活。

（3）空间探测器探索宇宙

1958年起人类就开始了空间探测活动。空间探测从地球的邻居月球开始，发展到太阳系的各个行星和卫星。早期进行空间探测的国家主要是苏联和美国。

从1958年开始的18年间，苏联和美国共向月球发射了81个探测器，其中成功了59个。苏联的探月过程为拍摄拍照、软着陆、钻孔取样、带回月球的土壤和岩石，并完成月球车在月球上的行驶。美国在对月球的探测中，先后执行了“徘徊者”（图1-6）、“勘探者”和“月球轨道环行器”计划，最后完成了“阿波罗”飞船载人登月的伟大创举。

人类对太阳系各行星的探测始于20世纪60年代初。苏联的探测器主要有“金星”号、“火星”号和“探测器”号，“金星”号一共发射了16个，其中10个在金星软着陆；“火星”号发射了7个，其中3个绕火星飞行、4个飞越火星；“探测器”号共发射了8个，分别探测了金星、火星、月球和月地空间。美国的探测器比较多，主要有“先驱者”号、“水手”号、“海盗”号、“旅行者”号、“伽利略”号、“麦哲伦”号、“尤里西斯”号、“卡西尼－惠更斯”号、“朱诺”号、“新视野”号等，探测的范围也比苏联大，涉及水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星和太阳等，其中“先驱者”10号和11号于1986年6月飞过了冥王星的轨道，向太阳系外飞去。1996年开始，美国、俄罗斯和欧洲空间局又开始了对火星的新一轮探测。美国于1996年12月4日发射了“火星探路者”号探测器，它于1997年7月4日在火星的阿瑞斯谷地登陆，并用其携带的“索杰纳”火星车在火星上实地考察，获得很大成功。此后美国还发射了“机遇”号、“勇气”号、“凤凰”号（图1-7）和“好奇”号（图1-8）等火星探测器。

（4）人类进入太空

载人航天一直以来都是人们最为关注的航空航天活动，因为它代表了人类的综合科技水平，也代表着一个国家的综合国力。人类成功实现载人航天飞行以来，载人航天技术的进步使大众一次次兴奋，但有时也有令人惋惜的失败。但不论成功与失败，这其中的惊天壮举都值得人们去感动和缅怀。

载人航天器包括载人飞船、航天飞机和空间站。载人飞船和航天飞机是实现载人航天的工具。空间站是航天员（又称宇航员）在太空轨道上生活和工作的基地。

苏联和美国开创了全世界载人航天活动的先河，这两个国家的载人航天活动是在相互竞争的基础上交替发展的。其他国家的载人航天活动则是后来逐渐开展的。苏联和美国通过发展载人飞船、试验性空间站、航天飞机和长期载人空间站，掌握了人在空间环境中生活和工作的技术，并利用宇宙空间的特殊环境进行了大量的科学研究和应用试验，取得了一些有价值的成果和经验，展示了载人航天的应用潜力。苏美的首次载人航天发射对人类的航天事业具有深远影响。随着我国综合国力的增强，我国也成为世界上第三个能够通过自主研制的飞船和空间站进行载人航天活动的国家。

1961年4月12日，苏联航天员加加林乘坐世界上第一艘载人飞船——“东方”1号飞船（图1-9、图1-10），从拜科努尔航天发射场起飞，在绕地球一圈（在轨飞行108分钟）后，用降落伞在萨拉托夫附近降落，从此拉开了人类载人航天的序幕。为确保首次载人飞行的成功，苏联在1960～1961年间进行了7次“卫星式飞船”试验，它们实际上是不载人的“东方”号飞船。除首次飞行不载动物外，其余的飞行都载有狗和其他动物，以取得生命有机体在失重环境中的数据，为后来的载人飞行积累了非常宝贵的经验。到1970年，苏联完成了早期的载人环地球轨道飞行计划。共发射各种飞船16艘，把25名航天员送入地球轨道，还完成了太空行走（图1-11）、飞船对接、航天员移乘等复杂动作。

苏联的载人航天的道路并不平坦，除了有成功之外，也有不少失败，包括导致航天员牺牲的惨痛失败。但这些失败也使得载人航天技术更加完善。

在载人飞船取得成功后，苏联在20世纪70年代适时调整了其载人活动重点，建造载人空间站成为其载人航天活动的首要目标。1971年4月，苏联发射了第一座空间站——“礼炮”号空间站。1986年2月，苏联发射了第三代空间站，即“和平”号空间站（图1-12），它是世界上第一个长期性、多功能的载人空间站；1999年8月28日起，俄罗斯接管的该空间站进入无人自动飞行状态；2001年3月23日，“和平”号空间站平安坠落在南太平洋预定海域。

加加林乘坐飞船上天后，美国实施了“水星”和“双子星座”载人飞行计划。1962年2月20日，美国宇航员约翰·格伦乘坐“水星”6号载人飞船从卡纳维拉尔角发射场起飞，成功实现了美国的首次载人航天飞行，在轨飞行3圈。为确保这次载人飞行的成功，美国在1960～1962年间进行了多次“水星”号飞船试验，均为无人或载有动物的飞行。1961年5月美国还进行了首次载人亚轨道飞行。这些努力，为美国载人飞船的成功飞行奠定了基础。到1966年，美国已经把24名航天员送上太空，也实现了太空行走和飞船对接。载人航天最激动人心的篇章是“阿波罗”登月：1969年7月16日，“阿波罗”11号飞船首次把两名航天员送上月球（图1-13）。6艘“阿波罗”飞船前后共载有12名航天员涉足月球表面。

美国在1973年5月发射了试验性空间站“天空实验室”，与此同时开始研制可重复使用的航天飞机，作为天地往返运输系统与空间站配套。1981年4月12日，世界上第一架航天飞机“哥伦比亚”号试飞成功，随后美国又成功研制了“挑战者”号、“发现”号、“亚特兰蒂斯”号和“奋进”号航天飞机。图1-14为像飞机一样着陆的航天飞机。2011年7月22日，随着“亚特兰蒂斯”号的最后一次航天飞行任务结束，美国仅剩的3架航天飞机全部正式退役，结束了航天飞机的时代。

美国航天飞机的发展取得了巨大的成就，但也历经磨难。1986年1月28日，“挑战者”号发射升空不久即爆炸，7名宇航员全部罹难，这次悲剧致使航天飞机暂停飞行32个月。2003年2月1日，载有7名宇航员的“哥伦比亚”号航天飞机结束任务返回地球，在着陆前发生意外，航天飞机解体坠毁，机上宇航员全部罹难。

美苏两国在载人航天领域的发展是在冷战中你追我赶不断发展的，促进了载人航天技术的快速发展，但两国也付出了巨大的代价。为了结束冷战中的这种对峙，1975年7月美国的“阿波罗”18号飞船与苏联“联盟”19号飞船在地球轨道上对接（图1-15），开创了国际太空飞行合作的先河。冷战结束后，美国和俄罗斯从各自的利益出发，同意在空间技术上合作，联合多个国家建立新型空间站，这就是后来的国际空间站（图1-16）。