我国新一代载人运载火箭的预先研究项目，历经多轮论证和研制，获阶段性成果。近日，中国航天科技集团有限公司一院“5米直径模块新一代载人火箭总体技术与工程应用”项目，顺利通过中国载人航天工程办公室组织的验收评审。这意味着，根据我国载人航天工程长远任务规划构想的新一代运载火箭体系初步描绘成形，将成为支撑航天强国建设的重要手段。那么，载人火箭和不载人的火箭在设计和要求上有哪些不同之处呢？
可靠是第一要务
目前，世界上只有俄罗斯、美国和中国拥有载人运载火箭。作为载人航天系统的关键组成部分，载人运载火箭确保超高的可靠性是其第一要务。
一般来说，对于不载人的运载火箭来说，可靠性只要超过0.91就行；而载人运载火箭，可靠性应达到0.97。这么高的要求，就是要尽可能保证参加航天飞行航天员的安全，保证飞行任务的成功。
众所周知，发射一般的无人航天器，即使发射失败，造成的损失最主要的是在金钱上。而发射载人飞船，一旦发射失败就会导致人员伤亡，造成的损失是无法用金钱来衡量的，有时甚至会导致整个计划的夭折。因此，高可靠是载人运载火箭与普通商用火箭最大的不同之处。
从历史的情况来看，世界各国用于发射载人飞船的载人运载火箭一般都不是专门研制的，而是在洲际导弹或其他类型运载火箭的基础上改进而来，主要是为了最大程度地继承起它们可靠性的成果。在改进过程中，最重要的还是进一步提高火箭的可靠性，为此科研人员会采取种种措施。
在设计上，可以采用冗余、消除单点故障模式、提高裕度、提高结构安全系数等方法。
在试验上，火箭还会做一系列地面试验进行验证，充分暴露缺陷，依次开展逃逸飞行验证、芯一级飞行演示验证、两级状态飞行演示验证、全箭飞行验证等工作，确保载人火箭安全可靠，载人飞行万无一失。
目前，各国一般都会对载人运载火箭采取多种措施并举来提高它的可靠性。
比如，对火箭元器件、部件进行严格筛选和测试；对关键部件采取备份措施，控制器的CPU及电路采用三冗余；增加故障诊断系统；火箭整体测试与试验更加严格，能及早在地面发现问题并及时解决……
安全更必不可少
火箭的可靠性每向前迈进一步，都要付出相当大的努力。而已经达到极高可靠性水平的载人运载火箭，继续提高可靠性的代价将会以指数级上升。再好的可靠性设计，在现实中也没法做到绝对可靠。那么，如何进一步提高航天员的安全性水平呢？
世界各国普遍采取的办法就是为航天员留一条“后路”，即万一载人运载火箭无法正常工作，面临坠毁、爆炸等风险时，航天员可以借此逃生，确保人员安全。
众所周知，在飞机上，这样的“后路”可能是降落伞或弹射座椅。而在载人运载火箭上，这样的“后路”就是逃逸救生系统。
上个世纪，在载人运载火箭发轫之初，美国用宇宙神D运载火箭首次成功发射水星飞船和苏联发射联盟号火箭都是运用了这种“后路”装置——在飞船上部安装了逃逸救生塔，以备在火箭发射出现问题时供航天员应急救生。我国的“长征二号F”载人运载火箭也采取了同样的措施。
去年10月11日就发生了这样的惊魂一幕。当时，联盟号载人运载火箭升空100多秒，第一级与第二级分离时发生故障，导致火箭第二级的发动机关闭。在感知危险后，火箭上的逃逸救生系统在升空第123秒时自动启动，使火箭整流罩上的4台分离发动机一起点火，将飞船上的俄、美两名航天员安全带离险境。
而在此前的1983年9月27日，苏联发射联盟T10A载人飞船时，运载火箭在发射台上爆炸，两名航天员也是借助逃逸救生系统死里逃生。
在更早的1975年4月5日，联盟号火箭在高度145公里，二三级分离失败，航天员也是借此逃生的。
舒适度也要着力保证
由于运载火箭是一种利用火箭发动机这种高功率引擎推动，急剧加速，快速穿过整个大气层的飞行器，其力学环境并不那么友好。
这个环境对于金属制造的航天器来说，还可以通过特殊加固予以承受。可对于脆弱的人体来说，这种高强度的振动、冲击、过载、噪音，则可能造成极度的不舒适。
载人航天史上着力解决的纵向耦合振动问题，就是一个典型的例子。
在上世纪60年代，预备用于发射双子座飞船的大力神2运载火箭，在其首飞中就出现了30秒左右的振动，振幅达到2.5g。
美国大力神2火箭发射双子座飞船
美国宇航局为此进行了航天员的振动试验。该试验是在一个叠加了11赫兹振动的离心机上进行的。
研究人员发现，此振动频率会造成人体内脏的晃动，振动频率在标准的脑电波范围之内，会使人的大脑决策混乱，手和胳膊运动困难，甚至出现语言受阻。而振动量级达2g时，人体就会感觉十分痛苦了，5g是人体能够承受的极限。基于这个试验，最终，美国宇航局认为低频振动0.25g是载人航天的上限。
为了解决这个人体舒适性的问题，美国宇航局对载人运载火箭的结构和推进系统动力学进行了深入的研究和建模。最终，他们提出了包括安装蓄压器在内的一整套解决方案，将纵向耦合振动的量级控制到了极低的水平，满足了运载火箭进行载人的要求。
载人航天是人类拓展自身能力边界的最高疆域，载人航天事业是人类历史上最为复杂的系统工程之一，而将人类从地球表面送入宇宙空间的载人运载火箭无疑是其重中之重。如今，随着人类科技水平的不断发展，载人运载火箭的研制也在日新月异。在不久的未来，载人火箭的可靠性、安全性、舒适性也必将越来越好，可以将更多、更普通的人，送入令人向往的宇宙空间。
10月18日获奖名单公布：@Peter；@ZZXKW；@于长海，每人获得《新型开放大国》（迟福林主编 中国工人出版社2019年10月出版）精美图书一本，请三位留意后台信息，小编将于本周寄送。
本文经「原本」原创认证，作者中国航天报社，点击“阅读原文”或访问yuanben.io查询【5JX6XWJ7】获取授权