挺进太空的蓝图
1992年年末，按照中央“静静地、坚持不懈地、锲而不舍地去搞，多干少说、只干不说，不报道、不宣传”的要求，载人航天工程悄无声息地开始了实实在在的行动。工程立项时由工程总体和七大系统组成，七大系统分别是：航天员、空间应用、载人飞船、长征二号F运载火箭、发射场、测控通信和着陆场系统，这七大系统相互关联，成为整体。11月3日，载人航天工程第一次会议召开，中央专委任命了工程的负责人：工程总指挥丁衡高，副总指挥沈荣骏、刘纪原，总设计师王永志。随后，各系统也分别建立了行政和技术两条指挥线和总指挥、总设计师联席会议制度。
工程启动后的第一道程序就是方案设计，主要任务是：攻关键，定方案，抓短线，建立协作配套网，创建研制条件。为了将方案做得踏实可靠，工程“两总”决定先用3个月的时间，对可行性论证时提出的方案进行复议确认。之所以有这个安排，是因为在可行性论证期间，航天员系统提出的载人飞行前应安排动物搭载试验的建议，尚未达成共识；发射场系统上报的“三垂”方案还是“暂定”；着陆场系统将河南黄泛区作为主着陆场的方案，还没有实地勘察；飞船系统的轨道设计还没有完成……工程研制即将启动，这些悬而未决的问题，必须做出明确的回答。
苏联在首次载人飞行前，发射了7艘试验飞船；美国在载人飞行前进行了8次无人飞行试验。两国在载人飞行之前，都进行了动物搭载试验。我们怎么办？航天员系统的技术负责人认为先送大动物上天试验比较保险。而王永志却认为，人能不能上天，国外的实践已经证明过了。世界上有几百位航天员都上过天，而且，从太空返回后照样能够生儿育女。这就说明，人可以适应升空和返回段的过载，也能适应飞船在轨运行的失重状态。我们没有必要从猴子、从狗开始试验。上动物能起到的作用，无非是两个：一是测定耐受失重、超重的能力；二是依靠动物不断消耗氧气，排出二氧化碳，来考核飞船自动补充氧气和消除二氧化碳的能力。而根据当今的科技水平，要实现这个目的，不用非上动物不可。只要做一个模拟人代谢的装置就足够了。这样，不仅可以节省经费，更重要的是节省时间。如果不创造性地前进，和发达国家航天技术40年的差距，什么时候才能赶上！听了王永志的这番分析，时任航天员系统总指挥魏金河和总设计师杨天德也同意了这一意见。
在进一步进行调研和论证的基础上，确定由中国科学院大连化学物理研究所研制安装在飞船上的拟人代谢装置。这个装置利用物理和化学原理，可以模拟3个人的代谢规律，不断地消耗氧气并释放出二氧化碳。这样在无人飞行试验中，就可以全面在轨考核飞船的环境控制能力。这套装置仅耗费了600万元人民币，大大地节省了开支。
中国载人航天工程原副总指挥沈荣骏（左）与中国载人航天工程原副总指挥栾恩杰（中）、总设计师王永志（右）在酒泉卫星发射中心
1994年10月28日，在北京北郊一个叫“唐家岭”的地方，开始奠基兴建一座现代化的航天城，负责总体建设的是原国防科工委副主任、载人航天工程副总指挥沈荣骏。
沈荣骏是我国航天测控网和电子对抗技术试验场建设的主要奠基人之一，为我国航天测控网的建设并跨入世界先进行列做出了突出贡献，也是中国航天走向国际市场的主要开创者之一。
航天城怎么建？工程总体明确，国防科工委负责建两个中心：航天员训练中心和航天指挥控制中心；航空航天部负责建飞船总装测试中心。这三个中心如何建设，在沈荣骏的脑海里早有一幅宏伟的蓝图。他认为，一定要把三个中心建在一起，这样有利于工作协调，而且人员生活方便。为此，他拟定了三条选址原则：一是不准移民；二是三个中心按照一个整体统一规划；三是方便生活。依据这个指导思想，沈荣骏选定了北京北郊的唐家岭。地址选好以后，他又找到北京市政府的领导，得到北京市党政机关的大力支持，同意征地3000亩，并预留1400亩。在工程建设的程序上，北京市人民政府特事特办，边报批、边规划、边建设，为工程顺利推进争取了大量时间。
1998年5月，在距离我国第一艘飞船发射只剩下1年5个月时，一座现代化的北京航天城宣告建成，其宏伟壮观的程度可以和欧洲的航天试验中心相媲美。
中国载人航天的发射场选在哪里，对工程的发展来说，是一个重要的问题。经过1年多的地理考察，专家们一致认为，酒泉卫星发射中心最为合适。
酒泉卫星发射中心的前身曾经是我国首个陆上综合试验靶场，始建于1958年，位于内蒙古自治区额济纳旗境内，是中国建设最早、规模最大的航天发射场。我国第一枚导弹在这里起飞，第一颗人造卫星从这里上天，第一枚洲际运载火箭从这里飞向太平洋，积累了丰富的实践经验和雄厚的技术基础，拥有完善的测量、控制、通信、气象、计量、铁路运输、发供电设施设备，可完成多种轨道卫星的测试发射任务，具有良好的载人航天发射试验基础。而且，这里处于戈壁平原地带，人烟稀少，地势平坦，视野开阔，气象条件优越，对跟踪测量的限制小，发射前后航天员应急救生条件极好，年可发射时间长达300多天。还有一点，酒泉卫星发射中心距离城市远，环境艰苦，利于保密，符合“只干不说”的原则。
1993年，王永志（左四）、李元正（右三）、王建蒙（左三）等专家在日本种子岛航天发射场考察
但是，原有的发射场已不适应今后的载人航天发射，需要新建一座专门用于载人航天的新发射场。
1993年3月4日，是发射场系统向工程总体提供发射点建议决策的日子。国防科工委派出一个定点勘察组，载人航天工程技术经济可行性论证组办公室副主任王建蒙带队来到发射场。工作人员拿来一根一米多长包裹着红绸子的木桩。发射中心主任李凤洲兴奋地说：“这里将是我们向上级建议的未来载人火箭的发射点。我提议由王建蒙同志举锤砸桩。”王建蒙接过大锤，落下了具有历史意义的一锤。
王建蒙等勘察组成员回到北京后，立即向丁衡高和沈荣骏做了汇报，他们表示赞同，随即向中央请示获得批准。不久后，一望无际的大漠戈壁上开始了热火朝天的工程建设。
1994年7月3日，载人航天发射场在大漠深处奠基。时任发射中心主任、发射场系统总指挥李元正把方案设计工作交给了发射场系统总设计师徐克俊。他对徐克俊说：“一定要拿出一个具有世界先进水平的发射场方案。”
徐克俊不负众望，归纳了世界上工艺流程最先进的技术资料，并拿出了当时具有国际先进水平的垂直组装、垂直测试、垂直整体运输和远距离测试发射控制的“三垂一远”发射模式。这种发射模式可以最大限度地减少技术状态的变化，大幅度提高载人发射的安全性和可靠性，而且具备短时间内连续发射的能力，同时满足未来空间站应急救援发射的需求。
1998年春节刚过，空旷的戈壁滩上奇迹般地矗立起一座巍峨的厂房。雄伟的发射塔和蓝白相间的双工位垂直测试厂房遥遥相对。两条相隔十多米的铁轨从垂直测试厂房大门一直延伸到发射塔下的导流槽两旁，这就是用于火箭垂直转运的铁轨，笔直而光滑。
1998年5月，载人航天工程在发射场进行第一次合练，所有的大型地面测试设备、庞大的电缆中枢在合练中铺设完成，工作人员通过合练，掌握了基本的发射流程，合练取得成功。
航天员和飞船返回是载人航天飞行的最后一个环节，如果把载人飞行比作一场太空接力，那么着陆场就是最后一棒。工程立项之初，在中国960万平方千米的疆域中，选择一块2000平方千米的平坦区域不难，但要找到一块既能够满足着陆条件，又符合飞船轨道要求的区域并不简单。1993年2月至1996年10月，工程指挥部组织人员对河南、四川、内蒙古、辽宁、甘肃、新疆等省区境内所有理论上适宜飞船着陆的地方，经过6次大规模的实地勘察，动用直升机17架次，车辆行程23500千米，勘察面积达18万平方千米，初步将主着陆场选在河南开封至驻马店以东长约200千米、宽约100千米的范围内。
1993年2月初，王永志前往河南进行地面详细勘察。望着星罗密布的村庄、茂密的树林和随处可见的柴草堆，他意识到，树木和建筑多，势必会影响飞船的降落，而村庄多意味着人口密度大，飞船降落前就要疏散群众，不仅存在安全隐患，而且还扰民。这里不是王永志心目中理想的着陆场，他想另选新址。但原方案中央已经批准，这个“马后炮”要不要放？王永志考虑再三，为了对国家负责，对工程负责，他还是提出了改址的建议。有人提醒他说，着陆场的位置变化会带来一系列技术上的变化，轨道倾角、搜索救援回收的设施和设备配置、测控通信系统的布局都要改变。而且，原定着陆场尽管存在隐患，但飞船降落时撞到建筑物和树木的概率很小，稍加注意就可以避免。更重要的是，选址方案已经向中央报告过了，如果这时提出要改，中央会怎么想？
这些话并没有动摇王永志的决心：“我们干载人航天不是打几艘飞船就完了，降落一两次很可能不会出问题，但要是方案留有隐患，迟早会出事。如果因为选址不当，造成的后果是人命关天的，那时我们又怎么向中央交代？”王永志认为，如果从全局出发，把着陆场调整与飞行轨道优化设计联系到一起考虑，不仅可以解决着陆的安全问题，更重要的收获是飞船返回主着陆场的机会增大了，航天员的安全性更高了，花再大的代价都是值得的。
回到北京后，王永志向有关领导做了汇报，丁衡高和沈荣骏都支持他的意见，决定主着陆场改址。
1993年6月，王永志一行14人直奔内蒙古大草原。他们的视野聚焦在了四子王旗的阿木古郎草原。这片草原处在大青山北麓，南高北低，海拔1000—1200米，地势宽阔平坦，人烟稀少，由此向西将近1000千米也是同样地形的平原地区，为飞船弹道式返回提供了极为难得的安全走廊。主着陆场如果选在这里，每次任务之后，飞船按计划返回四子王旗，并将原定52°左右的轨道倾角减小到42°—44°，使主着陆场能够位于船下点轨迹的弧顶，增加飞船正常返回的机会。如果四子王旗不具备气象条件，飞船返回舱还可以在返回主着陆场的途中在酒泉卫星发射中心南边的副着陆场着陆。王永志将这一想法向中央专委做了汇报，获得同意。另外，为了保证飞船出现故障应急着陆时，能够迅速找到返回舱并保证航天员的生命安全，王永志还建议，在陕西榆林、河北邯郸、四川遂宁及国外有关地区布设多个陆上应急救生区和海上应急溅落区。
根据这些技术要求，一支装备精良的，具有高机动性、全天候飞船回收、航天员搜索能力的地面搜救力量应运而生。
飞船发射升空后，需要进行一系列的调姿、变轨，才能进入预定轨道，而且为避免空间各种干扰，保证飞船及轨道舱正常工作、返回舱顺利返回，必须对飞船轨道进行实时跟踪和控制。作为飞船和地面唯一的联系纽带，测控通信系统是载人航天工程中参与规模最庞大的系统。
载人航天工程启动时，测控通信系统首要的任务是解决测控体制问题。在这之前，我国原有的航天测控网是20世纪80年代建成的，主要是对中低轨卫星和少数地球同步卫星进行测控的超短波网系和支持高轨道地球同步卫星测控通信的C波段测控网系组成的“一网两系”的体制。前者曾在历次卫星测控任务中发挥了重要的作用，但设备老化，面临退役；后者则不符合国际电信联合会关于航天测控业务使用频段的划分，无法实现与国际标准的兼容。更重要的是，针对载人航天任务的测控，存在着航天员与地面联系等一系列新的问题。显然，无论是超短波还是C波段测控网都无法满足载人航天的需要，必须布设一张全新的测控网。
1989年，航天测控系统的总体设计单位—北京跟踪与通信技术研究所首次提出了建立S波段统一测控通信网的设想。这个研究所集中了我国航天测控领域的大部分专家。想法一提出，激烈的争论就开始了。在之后整整三年的概念性论证中，争论越来越激烈，到1992年工程立项时，争论也到了高潮。
在最后一次论证会上，专家们一致排除了使用C波段雷达的想法，但大多数老专家和测控一线的技术权威都赞同使用超短波测控网的方式，他们的理由非常充分：超短波技术我国已完全掌握，安全可靠，把握性大，很多设备经过维修改造后，还可以充分利用。
“那就按这个方案上报吧！”就在会议主持人要宣布散会时，有一位专家突然站起身来说：“等等，我不同意这个意见。”
这位专家是当时担任北京跟踪与通信技术研究所副所长的罗海银。罗海银是新一代S波段统一测控网的倡议者。在1990—1992年，罗海银对S波段的设想做了大量的论证，还同许多专家交换过意见，只不过没能说服大家。这一次，如果再不能得到大家的支持，也许他的这个想法就再没有机会成为现实了。
罗海银把国外S波段中存在的问题和我们设想中的S波段的特点进行解读和对比，一口气归纳出了S波段的五大优点：
一是功能全。具有精密跟踪、测距、测速，对飞行器遥控、遥测，双向话音及下行图像传输的功能。二是体制新。把测控和天地通信综合为一体，一体两用，化繁为简，省了设备，又消除了测控与通信之间的矛盾。三是一网多用。S波段不仅可以满足载人航天的要求，同时也可完成对近地卫星以及同步卫星的测控，并且采用新的设计标准，为将来与国际联网创造先决条件。四是规模大。我国S波段测控网建成后，将有陆基测控站、海上测量船以及车载测控站和三大中心共同组成的遍布全国和可航行于三大洋的庞大的S波段测控网。五是经济效益高。在设备的设计上采用多功能、多用途，如共用天线、共用通信信道等，仅此一项就可以节省上亿元的经费……当罗海银将这些理由一一摆到专家们面前时，一位持反对意见的专家站起身来，拍着桌子说：“老罗，你光说不行。怎么实施，能不能实施，得把具体方案拿出来！”
罗海银听了顿时火冒三丈，这不是强人所难吗？按照科学的程序，应当是航天员、火箭、飞船等系统的技术状态和指标都明确后，才可以向测控系统提要求。可七大系统的论证是同时展开的，火箭和飞船刚刚开始研制，航天员还没有选拔，根本无法拿到技术状态和指标要求，测控自然无法具体。
“没有具体方案，我不同意采用S波段的建议。”这位专家气呼呼地甩下这句话，转身离席而去。刚刚还胸有成竹的罗海银这时才感到了重重压力，原本以为只要概念清楚，就可以让大家接受他的观点。可如今必须得让方案具体化，不具体就无法说服人。
这一具体就是整整5个月。测控通信系统参加论证工作的11个人，罗海银给他们一一分了工，夏南银作为论证的牵头人，和其他合作单位比较熟悉，就到飞船、火箭等系统去收集各种技术指标；徐绍荣精通多国语言，专门负责文件资料的翻译；董光亮负责测控覆盖率的计算和飞行轨道图的绘制；上升段、运行段和返回段的具体方案也安排了专人负责。
5个月时间过去了，罗海银收集到了足够的数据、参数，基本掌握了飞船、火箭的具体技术状态和指标要求。
评审的时间到了，当论证组的专家们再次走进那间“不欢而散”的会议室时，迎面看到了一张整整占满一面墙的图纸。这幅形象、直观的飞船运行轨迹和测控站船示意图，是董光亮亲手绘制、标注而成的。那时的计算机性能差，绘图全靠手工进行。地图小了不行，董光亮就找来16张一米见方的图纸拼成一幅大的世界地图。飞船运行的轨道曲线、测控站点分布情况、担负什么任务，密密麻麻的数字和文字说明，几乎把整套的测控方案都端到了这张地图上。当得知这张巨幅图纸是用了三天三夜时间才拼接完成的，专家们都被深深地感动了。
精妙的设计、完美的规划，让评审组的专家们纷纷对S波段的方案表示赞同，就连上次强烈反对的那位专家也投了赞成票。
方案进入设计阶段后，罗海银被任命为测控通信系统的总设计师。他们首先要做的，就是在地面测控站、海上测量船数量最少的情况下，找出一套最佳的布站方案。受命担此重任的是青年专家于志坚。当时于志坚刚刚30岁出头，却有着敏锐的洞察力和缜密的思维能力，因为出色的科研设计能力和工作管理经验，被任命为测控系统的副总设计师。
于志坚结合以往的卫星测控任务，摸索出了载人航天对测控通信系统的高实时、高可靠、高覆盖的“三高”要求特点。可我国国力有限，最少用多少个测控站、多少条测量船，如何布设才能满足这样高的要求……带着这些大大小小的问题，于志坚和同事们又开始了不计其数的反复计算和比较工作。最终选择了综合效果最佳的4船9站，即4艘远洋测量船、6个陆地测控站和3个活动测控站的布站方式，构成我国规模庞大、布局合理的新一代综合性航天测控通信系统。除了具备常规的跟踪、通信与控制功能外，还具有天地话音、电视图像和高速数据传输能力，既能覆盖飞船的运行范围，还可支持所有中低轨道卫星以及部分同步卫星的测控任务。
罗海银关于S波段统一测控网的构想和于志坚的布站方式已经被大家认可和接受，下一步要解决的问题就是，如何让这张测控网真正实现“三高”的要求。于志坚和孙宝升、翟政安等年轻的技术骨干不约而同地想到了采用透明传输的工作模式。
透明传输工作模式是相对于过去多年沿用的测控中心与测控站共同负责航天器测量数据处理与控制决策的模式来说的。这种工作模式在国际上较为先进，在这种工作模式下，飞行控制中心可以直接对航天器进行监控，测控站只起沟通天地信道的作用。
作为一项先进的航天测控技术，透明传输模式已成为世界航天测控网建设的必然选择，远程监视和控制的优势在其中得到了充分显现。要建设我国的S波段新型航天测控网，如果依然沿用过去的测控方式，那就会使整个航天测控网的效率大打折扣，而采用透明工作方式，无疑会使S波段测控网如虎添翼，将会大大提高飞行控制中心实时掌握飞船和航天员状况的能力，加快故障判断、指挥决策和指令发送的速度，而且，可以适应多星测控任务的要求，一网多用，一举多得。
但是，如果采用透明传输的工作方式，将数据集中到指挥中心来，由指挥中心直接操作，测控站所扮演的角色就仅仅是数据信息传输高速公路上的一个“通道”而已，曾经在卫星任务中发挥了巨大作用的测控站就显得无足轻重了。而且，透明工作方式的选用还意味着测控站的规模和人员数量的减少，很多老专家、老同志从感情上难以接受。再者，以往的测控方式已经过30年的检验，可靠性毋庸置疑，新的方式从没有使用过，可靠性究竟怎样，也在大家心头打上了一个大大的问号。
面对重重压力和各种质疑，于志坚总是笑呵呵地利用各种机会去消除这些人的疑虑。他向大家反复说的主要是两点意思：一是载人航天任务要求具备高速的数据传输速率，减少中间环节本身就意味着速度的提高；另一点更为重要，任何一项大型工程，都需要各系统专家集体参与，将所有数据汇集到一个中心，有利于专家们共同决策。而且，从国外测控通信技术的发展情况来看，透明工作方式以及减少测控站的人员和规模都是发展趋势，国外甚至出现了很多无人值守的测控站……为了更有说服力，于志坚还特意带专家们到国际海事卫星北京测控站去实地参观，用海事站透明工作模式的成功经验现身说法，最终让大家达成了共识，使得透明工作模式被成功运用在新型的S波段统一测控通信系统之中。
世界上第一枚远程运载火箭发射的时候，一部雷达就能完成对它的全程跟踪和测量。随着航天技术的发展，远程运载火箭和人造卫星相继问世，它们的飞行全程达几万千米，任何一个国家都无法在本土上进行全程跟踪测控。
1962年，美国建造了世界上第一艘航天测量船“阿诺德将军号”；1963年，苏联建造了“德斯纳号”。之后，美、苏两国又相继建造了多艘航天远洋测量船，在火箭发射、卫星测控及后来的登月计划中发挥了重要的作用。在我国也一样，火箭、飞船都将远远飞出国界，设在国内的测控站无法满足需要，固定在陆地的测量设备也无法完成天涯追踪的使命。最理想的测控场所，必然是在占地球表面71%的辽阔海洋上。于是，我国便出现了一支拥有“神眼”之称的海上测控劲旅—中国航天远洋测量船队。
1977年8月，我国自行设计建造的第一艘远洋测量船建成下水。一年后，又有了第二艘。这两艘万吨航天测量巨轮，被称为“远望一号”和“远望二号”。载人航天工程立项时，我国只有这两艘“远望号”船。根据任务的需求，还应增加两艘测量船。
1994年，我国自行设计建造的第二代远洋航天测量船—“远望三号”船在上海江南造船厂建成下水，这条船汇集了当时船舶、机械、电子、气象、通信、计算机等方面的高新尖端技术，各项指标都达到了世界先进水平。1999年，由远洋科学考察船“向阳红十号”改装而成的综合性航天远洋测量船“远望四号”入列“远望号”船队。至此，这四条船构成了一个可移动的海上测控站，“远望号”也成为了这支远洋测量船队的共同名称。
经过陆地和海洋的相互补充，新世纪到来前夕，S波段统一测控系统基本布设完毕，形成了由北京、西安、东风三个中心和遍布国内外的测控站、船组成的载人航天测控网，不论是测控覆盖率还是测控精度都实现了大幅跃升。
