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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6 0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”(ｓｐａｃｅｓｈｕｔｔｌｅ)的概念想法就提出了。 1 … 相似文献
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1926年3月16日,美国火箭研制的先驱者、科学家罗伯特·戈达德制造的世界上第一枚液体火箭升空。汽车、轮船、飞机的发动机简单来说都是利用转动产生能量来驱动车轮,获得动能。而飞上太空则需要利用完全不同的原理获得。就像把吹满气体的气球放开,气球就被喷出的气体推得满屋乱飞一样,飞向太空的火箭也是利用气体产生的推力获得第一宇宙速度甚至第二宇宙速度脱离地球的束缚。最早发明火箭的中国,就是运用 相似文献
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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。 相似文献
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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。 相似文献
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美军的第二架X-37B空天飞机2011年3月5日从位于佛罗里达卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射升空。这是该机型第二次执行空间测试任务。由美国波音公司负责研制的X-37B是一种无人驾驶的太空飞行器,外形与即将退役的美国航天飞机颇为＂神似＂,只是身材尺寸较小。这种飞机最早由美国宇航局负责开发,后因经费有限转给了美国空军管理。据悉,由火箭送入轨道的无人驾驶的X-37B,升空后所有运转都会＂自动进行＂,无需地面技术人员遥控。 相似文献
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我国定于2003年第4季度发射第1艘载人飞船——神舟5号,它将在全球产生巨大影响,使我国成为世界第3个发射自主研制开发载人航天器的国家。一、 我国载人航天为什么要从飞船起步载人航天是当今高技术中最具挑战性的领域,体现了一个国家的综合国力和整体科技水平。随着我国国民经济和科学技术的不断发展,1992年1月,党中央批准研制载人飞船工程。自此,我国的载人航天工程正式启动。1999年11月20日我国成功发射了自行研制的第1艘飞船神舟1号,成为世界上第3个发射宇宙飞船的国家。此后,又分别把神舟2、3、4号送上九重天。那么,至今,人类已研制出宇宙飞船、航天飞机和太空站3种航天器,我国为什么要从载人飞船起步呢？在1992年开始研制载人飞船之前,我国“863”高技术航天领域的专家们曾为这个问题进行了几年的研究,对从研制飞船起步和越过载人飞船直接发展航天飞机的多种技术方案进行了充分的论证、比较和分析,甚至激烈的争论过。最后,根据我国的国情和国力,决定从飞船起步,并起了一个有中国特色而且非常动听的名字——神舟号。同时,考虑到我国在运载火箭和返回式卫星方面已拥有相当坚实的技术基础和丰富的研制经验,以及有可能借鉴国外研制载人飞船的经验,所以,我国飞船的起点非常高,一开始就瞄准了当代最先进的第3代飞船——3舱式载人飞船。二、 先进的神舟号载人飞船神舟号飞船由轨道舱(也叫工作舱)、返回舱(又称座舱)、推进舱(或叫服务舱、设备舱、仪器舱)和1个过渡段组成。轨道舱位于返回舱前面,这是为了增加航天员的活动空间。它里面装有多种试验设备和实验仪器,可进行对地观测。其两侧装有可收放的大型太阳能电池翼、太阳敏感器和各种天线以及各种对接机构。返回舱位于飞船中部,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,因而必不可少。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。舱内设置了可供3名航天员斜躺的座椅,座椅前下方设有仪表盘和控制手柄、光学瞄准镜,还装有照明灯和通信设备等必需的设备。其为密闭结构,前端有舱门,供航天员进出轨道舱使用。推进舱紧接在返回舱后面,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,即为飞船提供动力,进行姿态控制、变轨和制动,并为航天员提供氧气和水。推进舱的两侧还装有20多平方米的主太阳能电池翼。过渡段在飞船顶部,用于与其他航天器对接或空间探测。飞船顶部还有1个高8米的逃逸救生塔,它装有10台发动机。在发射飞船的火箭起飞前900秒到起飞后160秒期间(0～110千米),如发生故障,它能拽着返回舱和轨道舱与火箭分离,并落到安全地带,使船上的航天员转危为安。神舟号飞船返回时,返回舱落到地面,推进舱被抛弃,而轨道舱则留轨工作半年。这是我国飞船与众不同之处。国外的做法是：航天员返回后,飞船的轨道舱就废弃在轨道上了。我国的神舟号飞船却具有“留轨利用”的功能。留在轨道上的轨道舱由太阳能电池翼继续供电,舱内的仪器设备能在无人值守的情况下,像卫星一样自主地工作半年左右,因此能充分发挥飞船的“余热”。三、 载人航天的7大系统进行载人航天仅有载人飞船是远远不够的。载人飞船的发射、运行和返回,离不开运载火箭、航天员选拔与训练、载人航天发射场、航天测控网和返回着陆场等系统的支持与保障。所以,我国载人飞船工程是由载人飞船系统、运载火箭系统、航天员系统、应用系统、发射场系统、测控通信系统和着陆场系统7个系统组成。运载火箭的可靠性是影响航天员安全最主要的因素。载人航天用的运载火箭除了要有足够大的推力外,还必须保证高可靠性。发射我国神舟号飞船的长征-2F火箭能把飞船送入200～450千米高的轨道。其上增加了故障检测系统和逃逸救生系统。火箭飞行的可靠性达97%,航天员的安全性达99.7%。航天员系统具有较大的特殊性,这是一个以航天员为中心的医学和工程相结合的复杂系统,涉及到航天生命科学和航天医学工程等许多重要领域。航天员系统一般包括航天员的选拔与训练、航天员的医学监督与保障、航天环境医学、航天工效学、航天员个人装备、航天员的营养与食品、航天员选训中心等。应用系统的主要任务是利用载人飞船的空间实验支持能力,开展对地观测、环境监测,进行材料科学、生命科学、空间天文学和流体科学等实验。载人飞船的发射场在选址时,除应具有发射其他航天器的条件之外,还必须更多考虑人的安全问题,如雷电天气较少,有较好的空中和地面电磁环境;火箭的发射方向上近百千米范围内最好没有高山密林和较集中的居民点等。当航天员乘坐飞船在太空飞行时,还需要强大的地面支持,靠测控通信系统保持天地之间的经常性联系。我国的载人航天测控网包括北京航天指挥控制中心、西安卫星测控中心、陆地测控站、海上测控船以及连接它们的通信网,其技术达到了世界先进水平。西安测控中心、各地的测控台站和测控船在北京航天指挥控制中心的指挥调度下,可保证神舟号在上升段的测控通信覆盖率达到100%,并能完成在轨运行和返回阶段的重点弧段的测控通信。载人飞行必需建设可供返回用的着陆场。由于飞船使用降落伞回收,所以着陆场的要求不像机场那样高。其主要任务是完成飞船着陆前后的测量通信、飞船着陆后的搜索回收、营救航天员和对舱内的有效载荷进行处置。着陆场要有足够大的面积以适应较大落点偏差的情况。我国根据国情和飞船运行轨道特点,在内蒙古草原上建造了主着陆场,并备有酒泉副着陆场,还设立了若干陆上应急救生区和海上应急救生区,以防备出现各种特殊情况,保证飞船安全着陆和顺利回收。四、 4艘飞船步步高至今,中国已成功发射了4艘神舟号试验飞船。神舟1号首次采用了“三垂”新模式,即在厂房完成对飞船、火箭联合体进行的垂直总装和测试,然后将其整体垂直运至发射场,最后进行垂直测试与发射。中国在原有的航天测控网基础上新建的符合国际标准体制的陆海基航天测控网,也在这次发射试验中首次投入使用。与神舟1号试验飞船相比,神舟2号飞船的系统结构有了新的扩展,技术性能有了新的提高,飞船技术状态与载人飞船基本一致。神舟2号首次在飞船上进行了空间天文和空间物理及微重力环境下的空间生命科学和空间材料等领域的实验。神舟3号的飞船技术状态与载人状态完全一致,提高了载人航天的安全性和可靠性。飞船上装有能模拟人体代谢和人生理信号等的“模拟人”,它能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数,这也是我国一个创新。神舟3号还增加了逃逸与应急救生功能。在飞船的待发和上升段,一旦出现危及航天员生命的情况,可以由地面或飞船发出指令,把装载航天员的舱体与火箭分离开来,让航天员得以逃生。神舟4号飞行试验是无人状态下考核最全面的一次。在充分继承前3艘无人飞船成熟技术的基础上,这艘飞船增加了人工控制和在轨自主应急返回等多项功能。科技人员共设计了8种救生模式,以确保飞船发射后的不同阶段若出现意外都能保证航天员安全返回地面。神舟4号飞船搭载了两个穿航天服的“模拟人”,旨在对船内环境控制与生命保障系统进行更全面考核,以便对获得的大量数据进行分析,进一步验证船内载人的安全性、可靠性,为中国今后真正实施载人飞行奠定基础。以“模拟人”这种无生命载荷取代动物,在飞船内模拟、检验飞船载人状态,这是中国科学家在世界上的首创。在飞行中,载人航天应用系统、航天员系统、飞船环境控制与生命保障分系统全面参加了试验,先后在太空进行了对地观测、材料科学、生命科学试验及空间天文和空间环境探测等研究项目;预备航天员在发射前也进入飞船进行了实际体验。飞船在轨飞行期间,船上各种仪器设备性能稳定,工作正常,取得了大量宝贵的飞行试验数据和科学资料。我国已经成功发射的4艘“神舟”飞船,基本上都是在相对较为寒冷的季节发射升空的。这种情况不是巧合,主要原因如下：航天发射是一项庞大的系统工程,飞船上天后,要由航天测控网对飞船实施测控管理和回收。这个测控网由多个国内测控站、国外测控站和我国的4艘远望号远洋航天测量船组成。在对飞船实施测控的过程中,远望1、2、3和4号远洋航天测量船同时分布在太平洋、印度洋和大西洋的指定海域,除了远望1号外,其他3艘测量船的任务海域都在纬度相对较高的南半球。那里的海况在南半球的春夏季节要好一些,秋冬季节则极为恶劣,尤其是在冬季,不要说在海上执行航天测控任务,就是正常航行都难保安全。为此,“神舟”飞船的发射要尽量避免安排在南半球的冬季。五、 新船更上一层楼中国已经基本建成高安全、高可靠载人航天研制试验体系,神舟5号飞船各项准备工作进展顺利,飞船已完成总装总测阶段,搭载的科研设备都通过验收,现正整装待发。中国的载人航天梦想即将实现。据悉,神舟5号拟在白天发射。以往神舟号飞船的发射时间一般在凌晨和子夜,其最重要的原因是便于飞船发射升空时,地面的光学跟踪测量仪易于捕捉到目标。而神舟5号将在白天发射主要是考虑到白天温度将有利于发射人员工作,也易于在意外情况发生时,充分保障航天员的人身安全。神舟5号与神舟4号基本相似,所不同的是神舟5号的头部是圆柱体,而神舟4号的头部是半球体;神舟5号舱内比较空,为的是尽可能给航天员留出空间,神舟4号里面则装满了实验仪器和物品。实现载人飞行,确保航天员安全是关键。针对航天员的安全问题,神舟5号总设计师戚发轫院士说,中国有信心保证航天员的安全。他说：“我们在设计飞船时有一个原则,就是飞船的每一个系统要做到‘一次故障,正常飞行;二次故障,安全返回’。换句话说,当一个系统第一次出现故障时,要做到飞船能正常运行,出现第二次故障时,能保证航天员安全返回。”神舟5号飞船认真汲取前4艘飞船的研制经验,在诸多关键技术方面又进了一步,安全性、可靠性万无一失。比如,轨道舱和返回舱连接处需要多个螺栓来加固,但当两个舱在太空分离时,螺栓需要立即“松绑”,也就是“连要连得可靠,断要断得干脆”。这就是舱段之间的连锁技术。通过前几次上天测试,这项技术将在神舟5号得到升华。此外,像飞船如何进行空中姿态调整,穿过稠密大气层时如何不被烧蚀,如何利用空气作用安全着陆等技术环节,在总结以往经验的基础上都一一得到完善。六、 中国载人航天的“三步走”战略中国载人航天将实施“三步走”的发展战略。中国在成功发射4艘无人试验飞船的基础上,即将实现载人飞船的历史性突破,然而这只是第一步。第二步是除继续用载人飞船进行对地观测和空间试验外,重点要完成出舱活动、太空交会对接试验和发射长期自主飞行、长期有人照料的空间实验室,尽早建成中国完整配套的空间工程大系统,解决中国一定规模的空间应用问题。第三步是建造更大的长期有人照料的太空站。因此,未来几年中国将突破以飞船交会对接、空间实验室、卫星组网和月球探测等为代表的一批航天关键技术。这批关键技术的突破,不仅为实现载人航天,还将为中国今后进行深空探测、和平利用外层空间做准备。 相似文献
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2015年1月7日,SpaceX公司在卡纳维拉尔角的空军基地进行一次前无古人的发射任务,令人遗憾的是“猎鹰9号”火箭在进入倒计时1分钟时被紧急中止,原因在于火箭上面的推力矢量装置发生了故障,第二次发射日期为1月10日.其实“猎鹰9号”火箭非常普通,但SpaceX公司赋予了它不走寻常路的特点,这次发射验证了此火箭的可重复使用性能,第一级发动机在完成工作后会自主返回,最终要垂直降落在位于大西洋预定海域的海上移动平台上,但最终功亏一篑. 相似文献
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正美国东部时间5月30日下午3时22分(北京时间31日凌晨3时22分),载有两名宇航员的太空探索技术公司(SpaceX)载人版"龙"(Crew Dragon)飞船,搭载"猎鹰9号"火箭在佛罗里达州肯尼迪航天中心顺利升空,并在飞行12分钟后进入预定轨道,奔赴国际空间站。经过近19个小时飞行后,"龙"飞船于北京时间31日22时16分与空间站自动对接。乘坐载人"龙"飞船的两名美国宇航员道格拉斯·赫尔利和罗伯特·本肯随后进入空间站,与空间站内 相似文献