浅谈航天飞机

今年2月1日,世界上第一架航天飞机,美国的Columbia(哥伦比亚号)在返回地球途中解体,7名航天员遇难,这一震惊世界的悲剧,引起了世人对航天飞机的密切关注。本文简要介绍一下航天飞机。航天飞机是往返于地面和太空轨道之间运转旅客、给养或设备的飞行器。在上世纪60年代Apollo(阿波罗)登月工程接近完成时,美国NASA(国家航空航天局)就寻求美国航天计划的未来发展。当时把航天员和设备送上太空的火箭都是一次性使用的。于是可重复使用的航天器,即“航天飞机”(space shuttle)的概念想法就提出了。1972年Nixon(尼克松)总统宣布开发可重复使用的航天飞机,即太空运输系统(STS)的计划。NASA决定航天飞机由轨道器、固体火箭助推器和外置燃料箱组成,因为这个方案是比较安全和经济的。经过许多年的试验,美国建造了四架航天飞机,分别命名为Columbia、Discovery(发现号)、Atlantis(阿特兰蒂斯号)和Challenger(挑战者号)。1981年4月Columbia航天飞机由航天员John Young和Robert Crippen驾驶进行了第一次成功的飞行。随后其他航天飞机也相继进行了飞行。1986年Challenger航天飞机发生爆炸,此后又建造了Endeavour(奋进号)航天飞机来替代Challenger。航天飞机的预期寿命是100次飞行。迄今航天飞机已经历了许多次设计修改,其目的是更加安全,运载能力更大。一、航天飞机的构成航天飞机的总长度^①是56m,翼展是24m。起飞总质量是2000t。航天飞机由以下三个部分组成(图1)：固体火箭助推器(2个)、外置燃料箱、轨道器。图1 航天飞机的组成a.固体火箭助推器——两侧长柱体;b.外置燃料箱——中间长柱体;c.轨道器——类似飞机形状固体火箭助推器2个。在升空初期提供推力。长度46m,直径3.7m,质量590t。推力11700kN,在升空中占总推力的71%。在使用后分离出去,依靠降落伞减速,降落在海上,可以回收再用。外置燃料箱。储存主发动机所需的燃料。长度48m,直径8.4m,总容积2×10⁶L,可容纳燃料719t。箱内分隔成两部分：前储箱容纳液体氧,后储箱容纳液体氢。采用涡轮泵式输送系统。在使用后被抛弃,最后在大气中烧毁。轨道器(orbiter)。航天飞机的主体。外形像飞机(图2)。在固体火箭助推器和外置燃料箱分离出去以后,航天飞机就是轨道器。所以往往也把轨道器叫做航天飞机。它主要由以下几部分组成。图2 航天飞机的轨道器1.机身。分为前机身、中机身和后机身三段。2.机翼、垂直尾翼、舵面。3.航天员舱。位于前机身,容积为74m³,可容纳至多8名航天员。4.主发动机。是液体火箭发动机,共3台。位于后机身,安装在球形接头上,可调节推力方向,控制飞行。每台发动机长4.3m,直径2.3m,质量3040kg。燃料是液体氧和液体氢。燃烧产物水蒸气以2780m/s的速度排出。每台发动机的推力是1668～2091kN。为航天飞机升空提供29%的推力。在固体助推器分离后,主发动机继续工作,直到把轨道器送入轨道,随后外置燃料箱就脱离。5.轨道机动系统2个。在轨道器的后段,尾翼的两侧。该系统使轨道器精确进入轨道,进行轨道机动以及在最后使轨道器减速而脱离轨道。它们也是液体火箭发动机,利用氦气将燃烧剂和氧化剂从各自的储箱挤压到燃烧室,一接触就自动燃烧。每个轨道机动系统可产生推力26400N。可以起动和关机1000次,总工作时间可达15小时。6.反作用控制组件。在前机身和后机身各有一个,互相配合工作,实现轨道器姿态控制或轨道微调。由38个固定喷嘴和6个游动喷嘴组成。可控制轨道器移动以及滚转、俯仰和偏航转动。由于当航天飞机(轨道器)返回过程中,再入大气层时速度非常高,Mach(马赫)数高达20,产生的温度高达1650℃,为了保护航天飞机的结构和航天员,航天飞机的表面覆盖了陶瓷绝热材料,俗称绝热瓦。二、航天飞机的运行过程航天飞机一次飞行任务的时间是7～14天,必要时可以延长。典型的飞行任务分为三个主要阶段。第一阶段：发射和入轨。1.在发射台上预先点燃主发动机(液体火箭发动机)。当点燃固体火箭助推器时,总推力才超过重力,此时航天飞机离开发射台上升。2.升空20秒,航天飞机转身,达到滚转角180°,俯仰角78°。3.升空2分,固体火箭分离出去(此时高度45km),打开降落伞,降落在海上,将回收再用。4.升空8.5分,主发动机关机。5.升空9分,外置燃料箱被抛弃(将在再入大气层过程中烧毁)。从此以后,航天飞机就是轨道器。6.升空10.5分,轨道机动发动机开动,使航天飞机进入低轨道。7.升空45分,轨道机动发动机再次开动,使航天飞机进入较高的圆轨道。第二阶段：在轨道上执行任务阶段。航天飞机的典型轨道参数是：轨道高度350～650km,轨道倾角(即轨道平面与地球赤道平面之间的角)39°～51.6°。航天飞机可执行的任务包括：进行科学实验、对地球和天体观测、向太空站运送人员和物资、释放卫星、回收失效的卫星,修理其他航天器(例如Hubble(哈勃)太空望远镜)等。在执行这些任务时要进行许多次轨道机动和姿态机动。在正常情况下航天飞机的姿态是：机头向前,舱顶在下(近地球)。第三阶段：返回和着陆。在完成任务后航天飞机返回和着陆是十分复杂的过程。1.在离着陆场(Kennedy航天中心)大约半圈轨道距离时,地面控制中心发出返回指令。2.把飞机的姿态转成尾部向前,并开动轨道机动发动机,使航天飞机减速,从而离开运行轨道,进入返回轨道(这个动作叫做离轨)。3.经过大约25分,航天飞机到达大气上层。再次改变姿态,使得头部向前,且具有40°俯仰角。4.在大气中航天飞机能像飞机-滑翔机那样(没有动力)飞行,由机载计算机控制飞行。5.当航天飞机距离着陆场225km(高度45.7km)时,捕获到无线电信标,以后就由机长控制飞行,他要把航天飞机保持在一个直径为5.5km的虚拟管道内,因而能对准跑道。6.在放下起落架后不久,航天飞机就触地,除机轮刹车外,还利用垂直尾翼上的减速板和从尾部张开的减速伞,促使航天飞机停止。这样整个飞行任务就完成了。三、几点思考美国航天飞机的两次大的灾难性事故引发了人们对这类航天器的思考。目前,天地往返载人航天器有两个基本的类型：美国的航天飞机是一类,俄罗斯的Soyuz(联盟号)飞船是另一类。当然,全面地比较这两类飞行器的优点和缺点是十分困难的。这里作者想谈谈粗浅的看法。航天飞机是航空与航天技术圆满结合的产物,是杰出的技术成就。航天飞机的优点,第一是可部分重复使用。除外置燃料箱被抛弃和烧毁外,固体火箭助推器壳体可以回收再用,轨道器则返回地面,经过修理后可以重复使用,预计可以飞行100次。这样就可以降低载人飞行的成本。但事实上航天飞机每次飞行后的维护和修理费用很高,所以经济性并不像原来预期的那样好。第二是承载能力大,可乘坐8名航天员,还能运送大量物资。而Soyuz飞船只能乘坐3名航天员。第三是具有强大的轨道机动能力,能执行许多功能任务。航天飞机的缺点是构造太复杂,飞行过程也太复杂。这不仅造成研制费用的极其高昂,而且也引起可靠性的降低。这两次重大事故的发生本身是偶然的,但是否也暗藏着某种必然性呢？图1 航天飞机的组成a.固体火箭助推器——两侧长柱体;b.外置燃料箱——中间长柱体;c.轨道器——类似飞机形状; 图2 航天飞机的轨道器作者注：本文顺便反映了作者关于处理外国人名、地名及飞行器名字的主张。作为尝试,希望得到编者和读者的理解。 ①由于现有航天飞机型号不同,有些数据相互稍有差别,本文技术数据均为概数。     

美国航天飞机十大奇特乘客

据美国《连线》杂志报道,美国宇航局"亚特兰蒂斯"号航天飞机7月8日发射升空,最后一次执行航天飞机任务。此行中,"亚特兰蒂斯"号将搭载两位怪异乘客——iPhone和变异沙门氏菌。实际上,航天飞机史上的一些乘客要比这两位怪异的多。过年30年来,航天飞机共执行了134项任务,曾将哈勃太空望远镜、康普顿伽马射线太空望远镜和钱德拉X射线望远镜以及超过350名宇航员送入太空,同时执行金星、木星和太阳研究任务。除了运送设备和宇航员外,航     

弥天大谎这些太空谣言扯到天际

<正>太空中如果不穿航天服人体会爆炸,女航天员返回地球后会被禁止生育……这些听起来有鼻子有眼的谣言,你信了吗?日前,美国国家航空航天局(NASA)闻名已久的"太空双生子"实验在《科学》期刊上发表结果。随后关于这个实验,网上流传出这样的说法:"NASA航天员太空待340天,8.7%的DNA发生永久突变。"不过,很快这就被证实是误读。人类对太空的探索从未停歇,和太空旅行有关的谣言也随之而来。比如,太空中如果不穿航天服     

太空轨道上的奇怪现象

自从前苏联航天员尤里·加加林于1961年4月12日在世界上首次登上太空以后,至今世界各国已经有数百人到过太空. 航天员在太空中的所见所闻不少,而且经常会遇到各种奇怪的事情,例如听到一些莫名其妙的声音,看到一些幻影,甚至还会进入另外的世界. 不过,航天员们通常都是对这些无法解释的现象保持沉默,而且就因为这个原因建议航天员们不要随便说出去.据说,尤里·加加林好像有一次说漏了嘴,他说,如果上级允许的话,他可以讲出许多自己在太空飞行中的“趣闻轶事”.虽然如此,俄罗斯物理学会会员、联合国国际生态安全科学院院士基里尔·帕夫洛维奇·布图索夫教授通过收集航天员的点点滴滴证言,还是知道了不少这种禁止向外传的信息.     

神舟七号载人飞船相关术语

“载人飞船”不同于“航天飞机” 载人飞船（manned spacecraft）是一种可供一次性使用的往返飞行于地球与太空之间的载人航天器。俄罗斯的联盟系列飞船、美国的阿波罗号均属载人飞船。航天飞机（space shuttle）指往返于地面和近地轨道之间的可重复使用的太空飞行器。美国的哥伦比亚号、发现号和奋进号等都是航天飞机。航天飞机技术先进,     

神舟七号载人飞船相关术语

“载人飞船”不同于“航天飞机” 载人飞船（manned spacecraft）是一种可供一次性使用的往返飞行于地球与太空之间的载人航天器。俄罗斯的联盟系列飞船、美国的阿波罗号均属载人飞船。航天飞机（space shuttle）指往返于地面和近地轨道之间的可重复使用的太空飞行器。美国的哥伦比亚号、发现号和奋进号等都是航天飞机。航天飞机技术先进，     

载人航天器及其环境控制与生命保障系统

自从1961年4月12日前苏联航天员加加林乘坐“东方”号载人飞船进入太空以来,载人航天(manned spaceflight)已经42年有余了。其间,载人航天器(manned spacecraft)有了重大发展,而载人航天器乘员舱(crew module)的环境控制与生命保障系统(environment control and life support system;ECLSS)也与时俱进,有了很大改进。一、载人航天器能在地球大气层以外的宇宙空间运行的各类飞行器称为航天器(spacecraft)。航天器又可分为无人航天器(如各种人造卫星及太空探测器等)和载人航天器两种。从目前发展情况来看,载人航天器只有三种类型,即载人飞船(manned spaceship)、航天飞机(space shuttle)和太空站(space station)。1.载人飞船载人飞船是一种可供一次性使用的往返飞行于地球与太空之间的载人航天器。前苏联以及现在的俄罗斯先后研发了东方号、上升号、联盟号,以及联盟号逐步改型的联盟T号、联盟TM号和最近才投入使用的联盟TMA号飞船。其中东方号飞船是使人类迈出地球门槛的第一个运载工具,开创了载人航天的新纪元。2003年2月1日哥伦比亚号航天飞机返回时失事后,美国的航天飞机已全部停飞,致使联盟TMA号飞船成了当前从地球到国际太空站(international space station;ISS)之间的唯一交通工具。美国曾使用过的飞船有水星号、双子星座号和阿波罗号。其中阿波罗飞船6次登月成功,12名航天员登上了月球,实现了人类九天揽月的千年宿愿。我国研制的神舟号载人飞船已经成功地进行过4次试验飞行,今年神舟5号飞船将正式进行载人飞行。届时,我国就会成为世界第三个拥有独立发射载人航天器的国家了。2.航天飞机航天飞机是一种垂直发射、像飞机那样水平着陆的可供重复使用的载人航天器。美国先后制造了哥伦比亚号(返回时解体)、阿特兰蒂斯号、挑战者号(升空时爆炸焚毁)、发现号和奋进号5架航天飞机;前苏联研制了暴风雪号航天飞机,只进行过两次试验飞行,后来因为前苏联解体等原因而放弃使用。航天飞机虽然技术先进,载荷量大,但是维修经费昂贵,其综合效能不比载人飞船优越多少。3.太空站太空站又称航天站、空间站或轨道站(orbital station)。它是一种仅在地球轨道上运行不能作为返回地球使用的载人航天器。前苏联以及后来的俄罗斯曾经研制和使用过了礼炮号太空站以及和平号太空站,其中和平号太空站从1986年2月发射升空,到2001年3月坠落于太平洋,总共在地球轨道上运行了15年多,为空间科学的发展和长期载人航天活动立下了赫赫战绩。美国也曾利用阿波罗计划剩余物资研制了天空实验室(Skylab),1973年5月发射升空,1979年7月坠落于印度洋,在地球轨道上运行了6年多,进行了大量的科学实验,取得了辉煌的成果。目前正在建设的并且已经逐步投入使用的是国际太空站,主要参加者为美国、俄罗斯、德国、法国、日本、加拿大和意大利等17个国家。我国空间科学专家根据863计划的要求,正在试图建造我国自己的有人照料的太空站(space station tended),即航天员可以定期地到太空站上生活和工作,以适应我国发展载人航天和开发太空资源的需要。二、环境控制与生命保障系统(ECLSS)为了保证航天员的生命安全,载人航天系统必须拥有一套独立完整的救生设施,而无人航天器就无需考虑这个问题。因为载人航天是一项复杂而又艰险的活动,在整个飞行过程中,包括发射、上升、轨道运行,以及返回着陆过程中,都有可能发生紧急情况。万一载人航天器无法恢复到安全工作状态,则必须根据不同的飞行阶段,采用相应的应急救生设备和措施,使航天员得以逃生、逃避和营救。例如,为了解决发射台和低空救生问题,美国水星号和阿波罗号飞船、原苏联的和现在的俄罗斯联盟号飞船都采用了逃逸塔方式救生,我国的神舟号飞船也是采用这种救生方式;美国的双子星座号和前苏联的东方号飞船则采用了弹射座椅救生方式。但是,在正常情况下,航天员的安全、生活和工作,主要依靠载人航天器本身的设施来维持。载人航天器与无人航天器的最大区别在于前者必须创造适合于人类生活和工作的密闭舱室,采取各种确保航天员安全和健康的防护措施。其中,载人航天器的环境控制与生命保障系统(以下简称环控生保系统)是保障航天员在太空环境里生存、生活和工作的基础措施。1.环控生保系统的构成和主要功能环控生保系统是载人航天器的一个关键组成部分。随着载人航天技术的不断发展,环控生保系统也日臻完善,它的主要构成是供气调压分系统、气体净化和污染控制分系统、气体循环和温湿度控制分系统、水供给和管理分系统、食品供给与管理分系统、废物收集与处理分系统,以及航天服分系统。下图是水星号飞船的环控生保系统示意图。水星号飞船环控生保系统示意图1.悬浮材料过滤器 2.压力调节器 3.减压阀 4.风机 5.氧气罐 6.有害气体吸收器 7.二氧化碳吸收器 8.过滤器 9.热交换器 10.水蒸气出口 11.水分离器 12.冷却器环控生保系统的功能可以概括为以下8个方面：(1)环境控制功能：控制乘员舱内部的大气压力和气体成分;控制舱内的温度、湿度和空气流动速度;补充舱内泄漏的气体和监测大气。(2)循环和净化功能：利用高压氧储存器(pressure vessel)或超氧化物(如超氧化钾)等对乘员舱供氧;填充稀释性惰性气体(如氮气);消除(吸收或还原)因人体代谢等排放出的二氧化碳;检测和净化大气中各种污染物。(3)水处理功能：饮用水和其他生活用水的储存和供应;水的质量保障和监测;废水的回收、净化或处理。(4)废物处理功能：航天员大小便的收集和处理;生活垃圾的处理。(5)饮食供应功能：食品的储藏和供应;食品和饮料的调配和加工;进餐方式和餐具供给;饮用水的调配、加温或冷却。(6)卫生保健功能：提供衣物、用具和睡眠用品;乘员舱的清洁卫生设备与医学监督装置;运动与娱乐设施。(7)安全与消防功能：各种安全救护、报警和防火设备与措施。(8)舱内外活动保障功能：根据航天任务要求,要提供以下的装备和设施,主要有舱内与舱外活动航天服(space suit);过渡舱(air lock);便携式生保系统(portable life support system;PLSS);舱外活动机动装置(maneuvering movable unit;MMU)等。2.环控生保系统的分类载人航天器在太空的飞行时间有长有短,环控生保系统的工作模式也有所不同,主要从补给品的提供情况来看,可以划分为非再生式、半再生式和再生式三种系统,下面分别加以说明：(1)非再生式系统：这种环控生保系统又可以称为开放式或补给式系统。这是载人航天以来最为通用的方式,即属于消耗性的原材料全靠载人航天器自身携带,或者由其他航天器运送补给。乘员的代谢产物和生活垃圾不回收再生,而是抛出舱外或封存带回地面。该系统结构简单,适用于短期载人航天使用。现在无论是载人飞船还是航天飞机,由于飞行时间短,都是采用这种非再生式环控生保系统。(2)半再生式系统：该系统又可以称为部分再生式或物理化学再生式系统。这种环控生保系统能将乘员产生的二氧化碳和废水全部或部分回收处理,生成氧气和纯净水,提供给乘员循环使用,而地面只需补给食品以及部分氧气和饮用水。该系统结构比较复杂,属于第二代环控生保系统,适用于中长期太空飞行(几十天到一年左右)使用,现在太空站上装备的就是这种半再生式的环控生保系统。(3)再生式系统：又称为密闭生态生保系统或可控生态生保系统。顾名思义,在该系统里,除了人以外,还有动植物生存,犹如一个小自然界。在这个系统里,生物和非生物以闭路形式进行质量交换,不断地为乘员提供氧气、水分和食物,除了阳光以外,基本上无需系统外补给,维持人和动物的生存,建立一种稳定的动态平衡生态环境。这是一种最为复杂的第三代环控生保系统,适用于长期载人太空飞行,例如往返于火星的探险漫游。美国和俄罗斯等国家都在开展各种试验研究,许多关键技术还没获得突破。美国进行的多次生物圈试验,其目的就是要建成这种再生式系统,为火星飞行和飞向其他行星做好准备。几十年来,载人航天已经有了很大发展,参与载人航天的国家已有30多个,进入太空飞行的人数已经达到413名。我国的神舟5号飞船正在整装待发,我们坚信,中华儿女遨游太空的宿愿一定能够实现。     

当代宇宙飞船的发展

一、载人航天的利器载人航天是20世纪人类最伟大的壮举,它大大扩展了人类的活动范围,是进一步大规模开发与利用空间资源的重要手段,对国家的政治、军事、经济和科技等方面的发展均有重要的战略意义,因而受到越来越多的国家的重视。至今,人类已研制出了3种载人航天器,即宇宙飞船、航天飞机和空间站。它们各有所长,功能互补,其中前2种主要用作天地往返运输器,后者不返回地面,而是在太空轨道上长期运行,用于大规模科研和试验。在这3种载人航天器中,宇宙飞船是相对规模最小、技术最简单和费用最便宜的一种,因而也是被最先使用的载人航天器。但它还是比无人航天器(如卫星)复杂得多。麻雀虽小,五脏俱全。宇宙飞船与返回式卫星有相似之处,但因为载人,故增加了许多特设系统,以满足航天员在太空工作和生活的多种需要。例如,用于空气更新、废水处理和再生、通风、温度和湿度控制等的环境控制和生命保障系统,报话通信系统,仪表和照明系统,航天服,载人机动装置和逃逸救生系统等。空间交会对接技术是载人飞船工程的一项关键技术,因为只有这样才能为别的航天器提供运输功能。当然,掌握航天器再入大气层和安全返回技术也至关重要。尤其是宇宙飞船,除了要使飞船在返回过程中的制动过载限制在人的耐受范围内,还应使其落点精度比返回式卫星更高,从而及时发现和营救航天员。苏联载人宇宙飞船就曾因落点精度差,结果使航天员困在了冰天雪地的森林中差点被冻死。目前,掌握航天器返回技术的国家只有美国、俄罗斯和中国。人类上天有3个条件,除要研制出载人航天器外,还必须拥有运载力大、可靠性高的运载工具,并应弄清高空环境和飞行环境对人体的影响,并找到有效的防护措施。至今,人类已先后研制出了3种构型的宇宙飞船,即1舱式、2舱式和3舱式。其中1舱式最为简单,只有航天员的座舱。美国第一个航天员格伦就是乘1舱式飞船水星号上天的。2舱式飞船是由座舱和提供动力、电源、氧气和水的服务舱组成,它改善了航天员的工作和生活环境。世界第一个男、女航天员加加林和捷列什科娃乘坐的苏联东方号飞船,世界第一个出舱的航天员列昂诺夫乘坐的苏联上升号飞船,以及美国的双子星座号飞船均属于2舱式,最复杂的就是3舱式飞船。它是在2舱式飞船基础上或增加1个轨道舱(卫星式飞船),用于活动空间、进行科学试验等,如苏联/俄罗斯“联盟”系列飞船;或增加1个登月舱(登月式飞船),用于在月面着陆和离开月面,如美国阿波罗号飞船。上述这些飞船是载人航天器的先驱,拉开了载人航天的帷幕,在载人航天史上有着不可磨灭的作用,有的目前仍活跃在载人航天的第一线。二、大同小异种类多1961年4月12日,苏联航天员加加林乘坐东方号载人宇宙飞船升空,成为世界航天第一人,开创了载人航天的新纪元。此举不仅使加加林名扬四海,载人宇宙飞船也因此蜚声全球,使人类拥有第一种载人航天器。载人飞船是目前最小的一种载人船天器,仅能往返使用一次,在太空轨道上一般能单独飞行数天到十几天,也可作为往返于地面和空间站之间或地面和月球以及地面和行星之间的“渡船”,还能与空间站或其他航天器对接后进行联合飞行。至今,人类已发射了多种宇宙飞船。除了载人飞船外,还有货运飞船和载人货运混合飞船。按照飞行任务的不同,载人飞船又可分为卫星式载人飞船、登月式载人飞船和行星际式载人飞船。前2种在20世纪已经发射成功,后1种有望在21世纪实现。发射最多、用途最广的飞船是卫星式载人飞船。这种飞船像卫星一样在离地面几百千米的近地轨道上飞行,飞行速度为第一宇宙速度(7.9千米/秒,其他两种飞船的飞行速度接近或超过第二宇宙速度)。目前,俄罗斯的“联盟”系列飞船仍活跃在航天第一线,它是由座舱、服务舱和轨道舱组成的3舱式飞船。座舱又叫返回舱,是载人飞船发射和返回过程中航天员乘坐的舱段,也是飞船的控制中心。它不仅和其他舱段一样要承受起飞、上升和轨道运行段的各种应力和飞行环境,而且还要经受返回时再入大气层阶段的减速过载和气动加热。它装有座椅、仪表、照明灯和通信装置等最必需的设备。服务舱又叫推进舱、设备舱或仪器舱,它一般紧接在座舱后面,通常安装推进系统、电源、气瓶和水箱等设备,起保障和服务作用,为飞船提供动力,为航天员提供氧气和水。轨道舱也称工作舱,它位于座舱前面,是为了增加航天员的活动空间,一般是航天员在轨工作场所,里面装有多种试验设备和实验仪器。气闸舱是航天员在轨出舱时,保证飞船舱内气体不致全部漏到宇宙空间的设备,即供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置,在2舱式飞船中它是座舱的一部分,在3舱式飞船中它是轨道舱的一部分。对接机构也叫对接舱,它与座舱或轨道舱相连,用于与其他飞船或空间站对接和锁紧。载人飞船的应急救生装置,用于保障在紧急情况下使航天员安全返回地面,或转移到其他载人航天器上,现有弹射座椅、救生塔、分离座舱和载人机动装置几种。为了保证航天员能够进入太空和安全地返回地面,载人飞船一般设有结构分系统、生命保障分系统、热控制分系统、姿态控制与轨道控制分系统、推进分系统、无线电通信与测控分系统、电源分系统、仪表与照明分系统和返回着陆系统等多个分系统。其中生命保障分系统、应急救生分系统、仪表与照明分系统等为载人航天器特有的,因而比无人卫星复杂得多,是人类航天技术的一次突破性飞跃。三、简单又复杂虽说载人飞船是当今最简单的一种载人航天器,具有飞行时间短(最长自主飞行为14天)、沿弹道式或半弹道式路径返回、一次性使用等特点,其实它也很复杂,所以现只有俄、美、中三国拥有它。宇宙飞船在返回地面时,为了减速、防热及结构上的需要,返回质量越小越好。为此,一般真正返回地面的只有座舱,这也是分舱设计的重要原因,它像飞机在空中抛掉空油箱和多级飞箭抛掉熄火后的子级火箭似的“轻装下阵”。所以,飞船座舱的外形设计十分重要。座舱是载人飞船的核心,通常采用无翼的大钝头旋转体,有的是球形,有的是钟形。采用这种简单外形具有结构简单、工程上易于实现等特点。当飞船再入大气层时,座舱在距地面40km左右的高空就能急剧减速,造成的峰值减加速度(也叫最大过载)为8g左右(采用半弹道式路径返回方式可达3～4g)。这样的减加速度,经过选拔和训练的航天员是可以承受的。除了选择好外形,在座舱的结构设计中,要认真考虑航天员的进出方便,最好设有逃逸口。飞船在上升或返回过程中,若发生故障,需要应急弹射时,座舱门应可以迅速打开;而在轨运行或降落在海面时,则要求座舱门严格密封。航天员除可由座舱门进出以外,还能从应急逃逸口爬出座舱。座舱一般均有视野开阔的舷窗,以便航天员观察发射前的准备活动、在轨交会对接情况、返回点火时的姿态和再入着陆的地面情况等。俄罗斯航天员曾多次在自动对接系统失灵情况下,通过舷窗进行手动对接获得成功。在太空飞行时,光线的明暗对比度极大,交替变化也很快,一般很难适应,并有可能造成视觉的幻像,因此座舱均有特殊的照明系统,甚至有照度达500lx以上的摄影灯,以便对接、拍摄等。舱内柔和的光线和明亮的照度,可使航天员清楚地分辨仪表的读数。这些仪表通常只显示飞船的飞行高度等运动参数和氧气量等工程参数,而不显示航天员的生理参数。为保持航天员高效率工作,座舱内的大气压力和成分、供氧、二氧化碳和水汽的清除、水和食物、航天服等都要细致研究。在这方面有多种方法可供选择。例如,座舱既可保持海平面的大气压力,并维持普通空气成分,使航天员如履平地,也能采用低压纯氧的方法,后者可使座舱壁做得薄些,减轻飞船质量,但易着火。供氧也有高压气氧、低温液氧和固体化学供氧等多种方法。航天服是一种特制的衣服,通常由通风层、气密层、限制层、保暖层和外套等多层组成,具有防护作用和出舱两个功能。例如,当飞船座舱漏气时,航天员可由航天服继续供氧,而不至于马上出现生命危险。它主要用于飞船发射、返回或出舱的场合。飞船的气闸舱有两个闸门,一个与座舱连接叫内闸门,另一个是可通向太空的外闸门,航天员出舱前要在座舱内穿好航天服,然后走出内闸门,关闭内闸门,把气闸舱内的空气抽入座舱内,当气闸舱内和舱外压力相等时就可打开外闸门进入太空了。航天员返回气闸舱时按相反的顺序操作。内外闸门的气密性绝对可靠是气闸舱工作的基本条件,苏联上升－2飞船于1965年3月率先应用了气闸舱,航天员列昂诺夫通过它走出舱外,成为世界太空行走第一人。在载人飞船上升、轨道运行和返回地球3个不同的飞行阶段,有不同的飞行环境,所以其救生手段不同,例如,发射飞船的火箭起飞后发生危险,如果火箭飞行高度低于20km,航天员则可像飞机的飞行员一样启动弹射座椅从座舱弹出,再打开降落伞返回地面;若火箭的飞行高度超过20km,就只能启动飞船顶部的逃逸用的小火箭,用它把飞船拉离运载火箭,飞向安全区后,再打开飞船的降落伞,使飞船软着陆。由此可见,虽然载人飞船飞行时间短,规模小,但比无人卫星还是复杂得多,它增加了一系列特设系统。不过,由于它可由航天员直接操作,所以还是大大扩展了航天器的功能和用途。目前,载人飞船还是一次性的,要想重复使用须解决座舱热防护层能经受1000℃以上高温及返回着陆系统可保证准确着陆和很小的着陆速度这两大关键。国外正从这两方面入手研制可重复使用的载人飞船。四、用途广泛的一代天骄载人飞船在载人航天史上有着不可磨灭的功绩,它使人类实现了千百年的登天梦想。由于它在技术上较其他载人航天器易于实现,所需投资较少,研制周期也短,因而首先拉开了载人航天的帷幕。人类通过飞船突破并掌握了载人航天的基本技术,使人类千百年来的上天梦想得以实现。在送人上太空后,宇宙飞船被用于对地观测、航天员出舱作业和生物学研究等多种科学研究和各项航天技术试验,取得了巨大的成果。宇宙飞船最重要的用途之一就是为空间站和月球基地等接送航天员和物资,且费用较航天飞机低许多。若将载人飞船中的航天员座椅、环境控制与生命保障、返回着陆、应急救生等系统拆除,改装成不返回的、专门运货的飞船,就可以大大提高飞船的运载能力,其典型代表就是进步号货运飞船,它是由联盟号改进而成的。目前在轨的“国际空间站”和以前的和平号空间站、礼炮号系列空间站以及美国“天空实验室”空间站,都是用宇宙飞船作为天地往返交通工具的。苏联联盟－15飞船,曾在礼炮－7空间站与和平号空间站间来回飞行并对接,成为世界第一辆太空“公共汽车”。人在空间站内长期工作和生活,随时都可能出现危险,例如,航天员突发急病,太空碎片或流星击穿航天员生活的压力舱舱壁。这时就需要航天员马上撤离空间站,返回地面。由于宇宙飞船体积小、质量轻、成本低,因此很适于长期停靠在空间站上用作救生艇,它给空间站带来的负担也不大。若用价值连城的航天飞机作救生艇长期停留在空间站上,则得不偿失,使用效率太低了,并会给空间站背上一个大包袱,大大增加空间站姿态控制和保持轨道高度方面的费用。由于宇宙飞船带有推进系统,能机动变轨,因而还可以迅速降低高度进行侦察等军事活动。美国双子星座－7飞船在轨道飞行期间,飞船上航天员曾用红外遥感器监视和跟踪了1枚潜射导弹的发射,所获信息比潜艇上的观察人员报告的还要快。宇宙飞船在2001年和平号空间站坠落中也发挥重要作用。与和平号空间站对接的进步号货运飞船多次点火,使空间站的前进方向和轨迹不断改变,最终成功地将其推离原运行轨道坠入大气层。国外已开始用宇宙飞船进行太空旅游。自美国加州亿万富翁丹尼斯·蒂托2001年4月乘联盟TM飞船登上“国际空间站”,成为第一位登陆太空的旅行者之后,很多人都对太空之旅充满了期待。在飞船内,游客既能体验失重的感觉,又能透过舷窗博览群星,遥看大地。未来的太空旅客并不一定登陆“国际空间站”,而是在太空轨道上度过难忘的几天时光。未来的行星际载人飞行,从目前和可预见的将来来看,将由宇宙飞船率先实现,而且很可能是载人火星宇宙飞船。简言之,宇宙飞船无论在过去、现在,还是将来,都是大有作为的,因而可以说是方兴未艾。     

科学的需要 时代的责任——“太空”与“空间”之我见

宇宙是空间和时间的总和。在古代，根据明显的物理概念，将时间划分为年、月、日和小时，将空间区分为天和地，就完全可以满足工作和生活的需要。随着科学技术的发展，这种划分渐渐地不能满足需要。
我们先来看时间的划分。现代科学诞生后，首先在科学研究上，科学家需要将时间再细分为分和秒。随后，火车、汽车、轮船和飞机等交通工具相继出现，工业化时代到来了，又将分和秒的时间细分扩展为全社会的需要。而现代的科学研究，需要进一步将时间细分到微秒和毫秒。时间往大里划分还有年代(10年)、世纪(100年)和千年等。
我们再来看空间。直到飞机诞生和航空时代开始后，将宇宙空间划分为天和地仍然能满足需要。但航天技术诞生后，人们不仅可以离开地面进入空中，而且可以冲出地球大气层进入更广阔的宇宙空间，天和地的划分已不能满足需要了。从人们都接受的航空和航天的区分来看，实际上已把宇宙空间划分为“空”和“天”。对此似乎没有多少歧见。这除了有约定俗成的一面外，主要是因为有严格的物理概念界定，“空”就是地球大气层空间，“天”就是地球大气层以外的广大宇宙空间。
可能是由于“天”这个词过于生硬和缺乏口头语言的韵味，在不同场合，人们又采用太空、空间、外层空间和深空等多种称谓。“天”的范围过于广大，细分一下是必要的，但上述称谓实际上都是指“天”——地球大气层以外的广大宇宙空间。
与时间的划分一样，空间的划分也必须有精确的物理概念界定，给人们以清晰的思路，这既是科学的需要，也是时代的责任。
在已有的关于大气层以外宇宙空间的称谓中，“深空”和“外层空间”中的“深”和“外”都没有确定的物理性质界定，过于模糊和笼统。而“空间”与组成宇宙的总空间一词相同，空间的一部分不宜再叫空间，同时它也与日常语言中惯于使用的有形的和无形的“空间”相混同。本人拙见，采用“太空”一词为宜，理由有以下5点：
1.“太空”一词我国古来有之，有深远的历史渊源，而且其含义是指极高的天空，与“天”的含义相近，含有一定的约定俗成的成份；
2.对“太空”一词，我们可以赋予它“太阳系宇宙空间”的简称的含义，这样就有了明确的物理概念。目前我们的航天活动，也正限于太阳系宇宙空间；
3.可为空间的进一步划分留有余地。当人类冲出太阳系在银河系乃至河外星系活动时，我们可以相应地将“银河系宇宙空间”简称为“银空”，将“河外星系宇宙空间”简称为“外空”；
4.“太空”一词非常优美，具有诗的韵味；
5.这样明确的空间划分，完全可以与精确的时间划分相呼应。
下面谈一下关于“航天员”一词的看法。
在中国大陆，将驾驶航天器和在太空工作的人员称为“航天员”或“宇航员”。在港、台地区也有称为“太空人”的。我国著名科学家钱学森将宇宙航行划分为航天(在太阳系范围内活动)和航宇(在银河系乃至河外星系活动)两个阶段，因此，称“航天员”和“宇航员”均无不可。“太空人”的称谓则过于含混，容易歧解为“太空中的人”，那就与外星人混同了。
目前，“航天”这个词已被广泛地接受和使用，如航天事业、航天活动、航天技术、航天部、航天总公司和航天局，航天(空间)站、航天(宇宙)飞船和航天飞机等等。以此类推，将驾驶航天器和在太空工作的人称为“航天员”更顺理成章，“航天飞机上的航天员”似乎比“航天飞机上的宇航员”更一致一些。
有人将整个宇宙航行也称作“航天”，那么，“航天员”的称谓就更理所当然了。     

关于space译名的商榷

Space译作空间是一般常用词的译法,但在空间技术专业范围内随名词的不同,具有特殊的含义。太空(space)是指地球大气层以外的宇宙空间,也称空间或外层空间。宇宙空间是无限大的,为便于划分,可将太阳系内的宇宙空间称之为太空,太阳系外的宇宙空间称为宇空。有时人们把地球静止卫星轨道高度(约3.58万公里)以下的空间称为近地空间,把大于地球至月球距离(约38.4万公里)的空间称为深空。航天(space flight)是指航天器在地球大气层外的太空航行活动。而航空(aviation)是指航空器在地球大气层内的航行活动。钱学森院士曾提出,航天器在太阳系以内的航行活动称航天,在太阳系以外的航行活动称航宇。这样区分是恰当的。航天器(space vehicle)是在地球大气层以外的宇宙空间航行的各类飞行器。现有航天器包括：人造地球卫星(artificial earth satellite),航天飞船(space-craft),航天站(space station),航天飞机(space plane),航空航天飞机(aerospace plane),航天探测器(space probe)等。为统一起见,各种航天器尽可能冠以航天称谓,而不另给空间、太空、外空和宇宙等称谓。如航天站不需再叫空间站、太空站和宇宙站等。驾驶、维修和管理航天器并在航天过程中从事科研、生产和军事等活动的人员可称为航天员(astronaut)而不宜称宇航员。因为在今后很长时期内,人们还只能在太阳系内航行,故在太空内航行称航天较合适。将来到太阳系外的宇空去航行称航宇较合适。* 赵梦熊研究员是航天名词审定委员会委员。     

关于space的译法

1984年我在参加《中国大百科全书·航空航天》卷的编写时,就深感space的译法值得深入研讨。1997年我在参加《高技术辞典》的编写时,更觉得应该把space的译法通过全国科学技术名词审定委员会,将其规范下来,便于正确地使用。无疑,这样做,对我国航天技术和太空科学的发展,很有建设意义。在《中国大百科全书·航空航天》卷中,将space flight译为航天,spacecraft译为航天器,space shuttle译为航天飞机,space station译为航天站,space remote sensing译为航天遥感,aerospace译为航空航天;而space technology译为空间技术(也可译为航天技术),space probe译为空间探测器,space environmental simulator译为空间环境模拟器,space communications译为空间通信,space law译为空间法,space defence译为空间防御等。在这些译法中,存在两个问题。首先是space译成空间好不好？由于space和空间都是多义词,space译成空间容易产生误解。例如空间法,就可能误解为它是关于人的活动空间的法律。根据Longman英文字典(1978年版)space的注释第4条what is outside the earth's air,我觉得将space译成太空较好。太空是一个单义词,是指地球大气层外的空间,从而不易引起误解。其次是space在什么地方译成太空好,在什么地方译成航天好？我在实际工作中的体会是：航天是对应航空、航海而言的,是指载人或不载人的航天器在太空的航行活动,对应的英文是space flight。当space译成航天时,实际上包含space flight的意思。因此,在强调到太空或在太空中的航行活动时,译成航天较好;在强调航天器或研究对象所处的位置和环境时,译成太空较好。当然,在翻译时还要尽可能考虑我国的习惯用法。以下将根据上述考虑,讨论前述一些名词的具体译法。在强调到太空或在太空中的航行活动时,spacecraft应译为航天器。space transportation systems由于它既包括由地面到太空的运输系统,也包括在太空中的运输系统,译为航天运输系统较好。space shuttle的译法需进一步讨论。space shuttle直译为航天往返运输器,大写的Space Shuttle可认为是美国哥伦比亚号这种构形(包括轨道器、外部燃料箱和固体火箭助推器)的航天往返运输器,航天飞机的英文为space plane,可以认为Space Shuttle是航天飞机的一种型式。目前我国已习惯把space shuttle称为航天飞机,我认为也可接受。台湾将space shuttle译为太空梭,是有其特点的,但这里的space变成强调它的位置了。aerospace译为航空航天,因此美国的NASA(National Aeronautics and Space Administration)应译为美国国家航空航天局,不宜译为美国国家宇航局。aerospace plane应译为航空航天飞机,我国已习惯称为空天飞机。在强调航天器或研究对象所处的位置和环境时,space station应译为太空站,space probe译为太空探测器,space environmental simulator译为太空环境模拟器,space remote sensing译为太空遥感,space communications译为太空通信,space law译为太空法,space defence译为太空防御等。我倾向space technology译为航天技术,因为目前space technology主要是指到太空或在太空中进行航行活动的技术;space science译为太空科学,因为目前space science主要是指研究太空本身和利用太空资源的科学。而研究太空本身和利用太空资源的技术,是不是称为太空技术,可以进一步讨论。     

介入放射学

介入放射学 (ＩｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌＲａｄｉｏｌｏｇｙ ,ＩＶＲ)是以影像诊断为基础 ,在医学影像诊断设备 (ＤＳＡ、ＵＳ、ＣＴ、ＭＲＩ等 )的引导下 ,利用穿刺针、导管及其他介入器材 ,对疾病进行治疗或采集组织学、细菌学及生理、生化资料进行诊断的学科。介入放射学的创立与发展是基于 2 0世纪 60年代塞尔丁格 (Ｓｅｌｄｉｎｇｅｒ)创用的经皮穿刺插管技术和 70年代初逐步完善起来的经皮穿刺针技术。 1 967年美国放射学家马古利斯 (Ｍａｒｇｕｌｉｓ)在《美国放射学杂志》 (ＡＪＲ )上最早提出《ＩｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌＤ…     

揭秘发现号机组的百宝箱

美宇航局“发现”号航天飞机执行STS-121任务的7名宇航员已经平安归来,可你了解每位宇航员都随身携带了哪些物品吗?“发现”号是美宇航局第115次发射的航天飞机,也是自2003年“哥伦比亚”号失事以来第二次航天飞机飞行。这次飞行,除了将7名宇航员送入太空,还向国际空间站提供了5100吨补给和设备,同时还测试了航天飞机的安全技术,对国际空间站进行了修复。另外,与“发现”号太空英雄们同行的还有数千只果蝇,它们被用于从事了解人类免疫系统的实验。在航天飞机一个角落处放着一个柜子,被称为“正式飞行用具箱”,里面装着美宇航局及其合作伙…     

太空行走

太空行走的概念有些人以为太空行走是航天员在太空散步,其实太空行走是一种不是行走的"行走",原因有二:一是太空无路可走;二是由于航天员在太空处于失重状态,因而无法用腿行走。他们在宇宙真空中主要是靠手、机械臂或机动装置。为了方便航天员的行动,航天器的内外都装有扶手,使航天员通过扶手来回移动身     

世界上第一位航天飞机女机长

2005年7月26日，美国东部时间10时39分，满载7名太空勇士的“发现号”航天飞机在巨大的轰鸣声中冲入太空。这次飞行承载了停飞两年半积聚的沉重压力，还承载了全世界人们殷切关注的目光……这是一次只能成功不能失败的飞行。而勇挑这一重担的飞行指令长就是航天飞机第一位女机长——艾琳·柯林斯。     

缔造"平民化"de 太空之旅

人们现在能够负担起到太空旅行的昂贵费用吗?日前,美国安德鲁航天技术研究所已研制出一种新型推进方案,取名为“炼金师”。该方案能够大幅度降低航天飞机起飞和飞行的费用,因而,几年来一直停留在宣传阶段的太空旅行不久将成为现实。与以往的设计不同,航天飞机将不再凭借自己的力量起飞,而是由一架类     

载人航天器及其环境控制与生命保障系统

自从 1 96 1年 4月 1 2日前苏联航天员加加林乘坐“东方”号载人飞船进入太空以来 ,载人航天 (mannedspaceflight)已经 4 2年有余了。其间 ,载人航天器 (mannedspacecraft)有了重大发展 ,而载人航天器乘员舱 (crewmodule)的环境控制与生命保障系统 (environ mentcontrolandlifesupportsystem ;ECLSS)也与时俱进 ,有了很大改进。　　一、载人航天器能在地球大气层以外的宇宙空间运行的各类飞行器称为航天器 (spacecraft)。航天器又可分为无人航天器 (如各种人造卫星及太空探测器等 )和载人航天器两种。从目前发展情况来看 ,载人航天器只有…     

哈勃望远镜

哈勃望远镜长13.3米,直径4.3米,重11.6吨,造价近30亿美元,于1990年4月25日由美国航天飞机送上高590千米的太空轨道。哈勃望远镜以时速2.8万千米沿寂静的太空轨道运行,默默地窥探着太空的秘密。哈勃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片,其清     

中国航天第一港:酒泉卫星发射中心

在中国西北部的大漠深处,有一处具有世界级规模和水平的卫星发射场,这就是创建于1958年的酒泉卫星发射中心。中国航天人经过数十年的艰苦奋斗,在这里为中国的航天事业创造了多个第一的纪录,即中国第一颗原子弹爆炸成功,第一枚运载火箭、第一颗人造卫星和第一艘载人飞船发射升空。2003年10月15日,“神舟”五号载人飞船将中国航天员杨利伟送入太空,并于16日安全返回地球,这是中国继苏/俄罗斯、美国之后,世界上第三个独立掌握载人航天技术的航天大国。     

探索科学的真相

神舟十三号载人飞船于10月16日成功发射升空,三名航天员开始了他们为期6个月的太空生活. 你知道航天员在太空中生活一段时间之后,身体会变高吗?这是因为,人类的脊柱是由许多块椎骨组成的,在椎骨间有一层果冻状的盘状间质.当我们在地球上生活时,重力会一直挤压这层盘状间质,压缩你的脊柱使它变短.