今年6—8月，神舟十號飛船將擇機發射，與天宮一號目標飛行器再次進行有人交會對接，三名航天員將在太空中工作、生活一段較長的時間。這也是神舟飛船開展首次應用飛行。
神舟飛船的首次應用飛行，其重大意義在於：神舟八號、神舟九號和神舟十號的狀態基本是一致的，本次任務取得成功後，這種狀態的神舟飛船和長徵2F運載火箭將構成我國標準的天地往返運輸系統。這一系統不但能夠用於空間實驗室的航天員往返運輸，未來也將作為我國空間站的運輸工具，承擔航天員天地往返運輸系統和空間站救生船的職能。
在人類奔向太空的50餘年歷史中，天地往返運輸系統始終支撐和書寫著太空之旅的傳奇故事。我們特邀中國航天科工集團公司二院研究員楊宇光博士撰文，為讀者介紹人類天地往返工具的發展歷程。
回顧人類載人航天曆程，太空時代的到來，就是從載人天地往返運輸系統的研製與試驗開始的。在太空競賽時期，前蘇聯和美國分別研製了三個系列的載人飛船，即東方號、上升號、聯盟號和水星號、雙子星號、阿波羅號。聯盟號飛船經過不斷改進，直到今天仍作為天地往返運輸工具在使用。美國研製並使用了太空梭，未來各航天大國還將研製新一代載人飛船。
研究這些載人天地往返運輸工具的歷史，可以更清楚地讓我們了解人類航天技術的發展進程，並且更好地把握未來，讓航天技術更加有效地為人類造福。
早期的天地往返運輸工具
回答了「人能否進入太空」的問題，最大意義在於開創了載人航天的新紀元
1961年4月12日，前蘇聯航天員尤裡·加加林乘坐東方一號飛船，從位於哈薩克斯坦的拜科努爾航天中心飛上太空，宣告了人類載人航天時代的到來。雖然加加林乘坐東方一號飛船僅環繞地球飛行一周，卻完整地驗證了天地往返運輸系統發射入軌、在軌運行、生命保障、測控通信、安全返回所需要的關鍵技術，證明了人類有能力實現可靠的天地往返。
東方號飛船是由前蘇聯航天技術的先驅謝爾蓋·科羅廖夫領導的團隊研製成功的，它由載人艙和設備艙構成，東方一號的重量大約4.7噸。載人艙是一個直徑約2.3米的球體，也是在天地往返過程中唯一回收的艙段，因此在表面塗有燒蝕材料，確保返回過程中的高溫不會傳到飛船內部。而設備艙承載了飛船在軌姿態控制和返回所需的火箭、電源、測控設備和為航天員提供類似地面大氣環境的氣瓶等。實踐證明，東方號飛船的這種分艙設計理念是比較合理的技術途徑，除了美國最早的水星號飛船外，後來的載人飛船都採用了分艙設計。
東方號的發展歷程並不順利，前蘇聯在加加林進入太空前進行了多次飛船發射試驗，有時還攜帶試驗用的狗進入太空。從1960年開始，在經歷了多次飛行試驗失敗後，終於取得了連續兩次無人飛行試驗成功，才決定由加加林進行首次載人飛行。東方號飛船一共執行了6次載人飛行任務。其中包括人類首次編隊飛行的東方三號和東方四號，以及乘坐東方六號的人類歷史上第一位女航天員瓦連金娜·捷列什科娃的飛行任務。
美國的第一代載人飛船是在前蘇聯取得巨大成就的情況下奮起直追的產物。當時美國運載火箭的能力還遠不如蘇聯，所以第一艘和第二艘載人的水星號飛船只能用經過改造的紅石彈道飛彈送到亞軌道，不能環繞地球，只能在上升到最高點後像彈道飛彈一樣返回地球。1961年5月5日，艾倫B·謝潑德乘坐水星3號，成為美國第一位乘坐飛船升空的人，到達186公裡的高空。之後乘坐水星4號的格裡索姆也採用了亞軌道飛行方式。這種方式最大的問題是航天員在返回過程中要承受類似彈道飛彈彈頭的巨大過載，達到身體重量的11倍，其驚險程度可想而知。
在水星4號任務之後，因為有了更大的宇宙神運載火箭，美國才得以將水星號飛船送入環繞地球的軌道。1962年2月20日，約翰·格倫乘坐水星6號飛船繞地球飛行3圈，成為美國第一個進入地球軌道的人。此後的3次水星號飛行任務均取得了成功。
在載人航天的最初階段，因為運載能力問題，美國的水星號飛船非常小，其發射質量只有大約2噸，在軌質量約1.3噸，內部容積只有大約1.7立方米，且採用了單艙結構。不過，由於水星號飛船返回大氣層時底部朝下，可以產生一定的升力，使航天員能夠通過手動控制調整飛行路線，這種受控再入的方式有利於提高落點精度，被後來所有的載人飛船採納。
東方號飛船和水星號飛船的飛行，是人類初次進入太空的嘗試，回答了「人能否進入太空」的問題，其最大意義在於開創了載人航天的新紀元。