书城科普读物你一定想知道,航空航天卷
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第15章 载人航天(2)

当1961年美国制定了“阿波罗”登月计划后,这一计划的任务更加明确起来,即为完成登月任务探索,试验新技术,最重要的有两方面:一是将载人飞行时间延长到2周,以充分研究人在太空生活和工作的适应性;二是完成两个航天器在轨机动、交会和对接。这两大任务在登月期间都会遇到。这样“双子星座”计划就变成“阿波罗”计划的辅助项目。1965年3月“双子星座”飞船首次载人发射,到1966年11月,其先后进行了9次载人飞行,圆满完成了预定任务。

此外,“双子星座”计划还取得了大量对地观测,空间科学试验成果:航天员共进行了52项实验,其中27项是新技术实验,8项是医学实验,另外,17项是科学实验。

“双子星座”飞船还在不同的高度上拍摄到了1400张地球彩色照片。飞船完成了空间交会和对接工作,航天员在开放空间活动长达2小时,最长飞行时间达14天,实现了飞船姿态控制、机动、变轨飞行和受控再入,发展了新型燃料电池,积累了长时间飞行的经验,包括生理、医学、生活等。

“双子星座”计划为“阿波罗”计划提供了极其宝贵的经验和科学技术成果。

双子星座号是美国第二代载人飞船,它可以容纳两名宇航员,重约3吨,飞船基本呈圆锥钟形重约3.2~3.9吨,全长5.7米,底部最大直径3米。飞船由再入舱和连接舱两部分组成,飞船再入前抛弃连接舱,仅回收再入舱。

再入舱有3个舱段:①变会和回收段:内装交会雷达,交会和对接装置制动伞、导伞和主伞;②再入控制段内装再入控制系统的燃料和氧化剂箱,16台再入控制发动机以及阀门管路等;③座舱段:内装生保系统、仪器、电子设备以及各种实验装置。座舱内还装有供两名航天员使用的应急弹射座椅,一旦飞船在发射台上,起飞过程中,返回地面时发生事故,弹射座椅就为航天员提。供救生措施。

连接舱有两个舱段:①制动段:内装4台固体制动发动机;②设备段:内装各种通信电子设备、燃料电池、氧气冷却剂、贮水箱和轨道姿态发动机和机动发动机各8台及其推进剂贮箱等。

“双子星座”号飞船和“水星”号飞船相比,增加了可机动飞行与其它航天器交会,对接的功能,航天员也可以进行出舱活动,同时在轨道飞行时间也延长了许多。

从1961年11月开始到1966年11月结束,“双子星座”号飞船历时5年,共研制了12艘飞船。最初的两艘(“双子星座”1-2号)没有载人,目的是检测火箭和飞船是否匹配,它们分别于1964年和1965年发射成功。之后,1965年又相继发射了“双子星座”3-7号5艘飞船,并且实现了航天员出舱在太空漫步。这为以后的登月和上空间站打下坚实的技术基础。

作为一项独立又有过渡性的计划“双子星座”计划取得了许多开创性成就,为“阿波罗”计划提供了极其宝贵的经验和技术成果,这些经验和成果主要包括:一,提供了足够执行“阿波罗”计划的长时间飞行经验,包括生理、医学、生活等方面,二,验证了飞船载人条件下温度、供氧、压力长期工作的可靠性和寿命,三,完成了最重要的飞行器交会与对接,为载人登月球轨道对接方案提供了有力的证据。四,完成了长达2小时以上的舱外活动,为航天员在月面活动积累了经验,五,实现了飞行器姿态控制,机动和变轨飞行,这是“阿波罗”计划必不可少的任务。六,实现了受控载入,提高了落点的精度,为航天员的安全提供了更大的保证。七,飞船分成几段,在再入时只回收载人舱,“阿波罗”飞船也采用了这种格局,“双子星座”飞船的新型燃料电池获得了验证和改进,并成功用于“阿波罗”飞船。九,“双子星座”飞船存在的一些问题,如姿态控制系统的可靠性、救生系统故障、宇航服笨重、太空行走困难等被“阿波罗”计划广泛吸取并加以改进。十,“双子星座”计划还提供了航天员训练、太空生活等方面的经验。此外,“双子星座”计划的历次飞行对“阿波罗”计划任务的确定提供了直接的指导。十一,远距离对地通讯获得发展和验证。十二,地面各控制台站的工作满足了远程太空飞行的要求。此外,该计划还在对地观测,科学试验方面取得了大量成果。

“联盟”号系列宇宙飞船

“联盟”号是苏联使用时间最长的载人飞船系列,俄罗斯沿用至今,分为“联盟”号、“联盟T”和“联盟TM”三个发展阶段,技术日益成熟。“联盟”号能载3名航天员,具有轨道机动、交汇和对接能力,可为空间站接送航天员,又能在对接后与空间站一起飞行,是苏联和俄罗斯载人航天计划中重要的天地往返运输系统。

“联盟”号的结构

“联盟”号飞船由轨道舱,指令舱和设备舱3部分组成,总重量约6.5吨,全长约7米,宇航员在轨道舱中工作和生活;设备舱呈圆柱形,长2.3米,直径2.3米,重约2.6吨,装有遥测,通信,能源,温控等设备;指令舱呈钟形,底部直径3米,长约2.3米,重约2.8吨。飞船在返回大气层之前,将轨道舱和设备舱抛掉,指令舱装载着宇航员返回地面。

“联盟T”号飞船

“联盟T”号飞船是“联盟”号飞船的改进型。船上装备了太阳能电池组、新型无线电通信系统、导航定位系统飞行控制系统和计算机系统。1979年12月26日“联盟T”号飞船首次试飞此次飞行主要用于实验,因此没有载人航行。完成“联盟T”号飞船载人首航任务的是航天员尤·弗·马雷谢夫和弗·弗·阿克森诺夫。他们驾驶着飞船与“礼炮-6”轨道站,“联盟-35”号飞船复合体实现了轨道对接。

“联盟M”飞船

“联盟M”飞船是种改进型载人飞船。首次乘坐这种新型飞船的航天员是尤·弗·罗曼年科和阿·拉维金。他们于1987年2月6日乘“联盟TM-2”起飞,是“和平”号轨道站的第二批主乘务组成员。1987年12月29日尤·弗·罗曼年科乘“联盟TM-3”顺利返回。

“联盟-TMA”的优势

与“联盟-TM”飞船相比,“联盟一TMA”的整体工作效率更高,拥有更完善的控制台,更多的计算机和新式座椅,飞船内空间更加宽敞舒适。乘坐“联盟-TM”飞船的宇航员身高不能超过1.85米,体重须在85千克以下。而“联盟-TMA”飞船内却可容纳身高2米,体重100千克的宇航员。

“联盟TM”号飞船

1986年5月21日,“联盟TM”首次试飞时没有载人。截止到2002年4月,“联盟TM”飞船总共进行33次载人飞行,创造了载人到空间站上长期生活的一系列新纪录。实践证明,这是种经久耐用、性能良好的运输飞船,目前它仍没有被淘汰的趋势。

“联盟-TMA”飞船

“联盟-TMA”是“联盟”系列飞船的最新产物,是俄罗斯航天部门现在拥有的唯一种可载人航天器,也是可以向国际空间站输送宇航员的仅有的两种工具之一(另一种是美国的航天飞机)。现在,在航天飞机屡次发生事故的情况下,“联盟-TMA”的意义将变得更为重大。

“阿波罗”系列宇宙飞船

20世纪60年代以来,美国在人造地球卫星和载人太空技术方面一直落在苏联后面,美国因而制订了实班人类登月的“阿波罗计划”,加紧人类登月方面的研究与实验。1965至1966年,美国实验了25次载人宇宙飞行的“冰星计划”和2次不载人、10次载人飞行的“双子星计划”,为“阿波罗”飞行提供了宝贵的经验和资料数据。这些努力终于有了成果,美国宇宙飞船“阿波罗”11号于1969年7月21日登上月球,首次实现了人类登上月球的梦想。

“土星”号运载火箭

“阿波罗”号飞船使用大推力的“土星”号运载火箭发射。该运载火箭研制分两个阶段进行:第一阶段,研制“土星”1号和1B号,用以获取大型运载火箭的研制经验并进行“阿波罗”号飞船的飞行试验;第二阶段将“土星”5号巨型3级运载火箭作为飞船登月的运载工具。

“阿波罗”号飞船的组成

“阿波罗”号飞船由指令舱、服务舱和登月舱3部分组成,每发载3名宇航员,登月飞行结束后,返回地球的只有指令舱和3名宇航员。

不载人飞行试验

在正式实现载人登月之前,1956年至1968年美国航天局进行了6发不载人飞行试验。从“阿波罗”1号到“阿波罗”6号相继发射升空,并在近地轨道上鉴定飞船的指挥舱,服务舱和登月舱,考验登月舱的动力装置。

指挥舱

宇航员在太空中生活和工作的座舱被称为指挥舱,它是全飞船的控制中心,也是唯一再人大气层返回地面的着陆舱。“阿波罗”系列宇宙飞船的指挥舱一般为圆锥形,高3.2米,重约6吨分为前舱,宇航员舱和后舱3部分。飞船的前舱内有姿态控制发动机、回收设备等;宇航员舱为密封舱,里面有供宇航员生活14天所需的生活用品和救生设备;后舱装有各种精密仪器和存储箱还有制导系统以及飞船计算机和无线电系统等。

登月舱

登月舱由下降级和上升级两部分组成,最大高度约7米宽约4.3米。上升级是登月舱的主要部分,内有宇航员座椅,返回地面发动机推进燃料存储箱和控制系统。下降级有4个着陆机械腿、4个仪器舱和着陆发动机。当宇航员在完成月球表面的探索活动后,会驾驶上升级返回绕月轨道并与指挥舱对接。

服务舱

服务舱可以供给宇航员电力、氧气和其他生命保障,形状为圆筒形,高6.7米,直径4米,重约25吨。它的前部与指挥舱相连,后端有推进系统的主发动机和姿态控制系统。其中主发动机用于轨道的转移和变轨运动,姿态控制系统用于飞船与第三级火箭分离,登月舱和指挥舱对接以及指挥舱与服务舱分离等。

“阿波罗”号登月后的活动

从1969年11月至1972年12月美国相继发射了“阿波罗”12、13、14、15、16、17号飞船,其中除“阿波罗”13号因服务舱液氧箱爆炸而中止登月任务(两名宇航员驾驶飞船安全返回地面)外,均登月成功。

“神舟”系列宇宙飞船

从“神舟”1号宇宙飞船升空成功到“神舟”6号载人遨游宇宙、中国的航天事业一路前行。我国的“神舟”之旅已经掌握和突破了载人航天的摹本技术,完成和实现了中国载人航天工程的第一步计划和目标,并且使中国成为世界上第三个、发展中国家中第一个能够独立开展载人航天活动的国家。

“神舟”1号飞船

1999年11月20日,“神舟”1号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,飞船返回舱于次日在内蒙古自治区中部地区成功着陆。这次发射,首次采用了在技术厂房中对飞船、火箭联合体垂直总装与测试,然后整体垂直运输发射场,进行远距离测试发射控制的新模式。

“神舟”2号飞船

“神舟”2号飞船于2001年1月10日在酒泉卫星发射中心发射升空,飞行7天后成功返回地面。我国首次在飞船上进行了微重力环境下的空间生命科学空间材料,空间天文和物理等领域的实验,各种仪器设备性能稳定,工作正常,取得了大量数据。与神舟”1号飞船相比,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”3号飞船

“神舟”3号飞船于2002年3月25日发射。飞船搭载了人体代谢模拟装置,拟人生理信号设备以及形体假人,能够定量模拟宇航员呼吸和血液循环的重要生理活动参数。“神舟”3号轨道舱在太空运行180多天,成功进行了一系列空间科学实验。

“神舟”4号飞船

“神舟”4号飞船于2002年12月30日成功发射,在完成预定空间科学技术实验任务后,于2003年1月5日在内蒙古中部地区准确着陆。这艘飞船除没有载人外,技术状态与载人飞船完全一致。飞行中,先后进行了对地观测、材料科学、生命科学实验及空间天文和空间环境控测等。

“神舟”5号飞船

“神舟”5号飞船于2003年10月15日成功发射,将中国第一位宇航员杨利伟送入太空。飞船绕地球运行14圈以后于10月16日6点23分在内蒙古阿木古郎草原安全着陆,航天员自行走出返回舱状态良好。

“神舟”6号飞船

继“神舟”号飞船成功飞行之后载有费俊龙和聂海胜两名宇航员的“神舟”6号飞船,于2005年10月12日白酒泉卫星发射中心升空。两位宇航员搭乘“神舟”6号在太空运行了119个小时完成了多项科学实验,为中国的航天事业作出了杰出的贡献。

2008年9月25日,我国航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏同志乘坐神舟七号载人航天飞船成功进入太空,在顺利完成空间出舱活动和空间科学实验任务后,于9月28日安全返回地面。与“神五”、“神六”不同,“神舟”七号火箭在研制上的关键点是宇航服和气门闸。因为“神舟”七号将实现太空行走航天员能否从舱内气压骤然适应真空环境,气门闸和宇航服扮演了重要角色。

杨利伟

1965年6月,杨利伟出生在辽宁省绥中县。绥中县靠近渤海湾,大海养育了杨利伟,同时也塑造了他刚毅质朴、沉静温雅的性格。从小杨利伟就梦想着能向着蓝天飞去。1987年杨利伟以优异的成绩从空军第八飞行学院毕业,1998年1月正式成为我国首批宇航员。2003年10月15日,杨利伟驾乘“神舟”5号飞船飞向太空。面对考验,面对挑战,他不辱使命、英勇顽强、沉着冷静、果敢坚毅、圆满完成了首次载人航天飞行任务,为实现中华民族的千年飞天梦想作出了巨大贡献。

载人飞船的返回与着陆

载人航天飞行的最后一关是返回与着陆。载人飞船返回地而时,因为它的飞行速度远比普通飞机快得多,而且它又要从外太空穿过地球的整个大气层,所以它的返航过程非常复杂,要求有十分精确的技术。载人航天返回着陆过程主要包括航天器从停靠的空间站分离、制功进入返回轨道,再人大气层,进行落点控制、着陆及着陆后的处置等程序。在整个返回着陆过程中,地而控制中心对航天器进行跟踪、测量,并与航天员保持联系。

分离

停靠在空间站上的载人航天器与空间站分离,是航天器返回的第一道程序。为了保证分离的成功,设置了自动分离和航天员人工控制分离两种方式。自动分离失效时,航天员实施人工控制分离;如果人工控制分离又失效,则可以启动连接机构上的爆炸装置,将连接机构炸断,实现分离。航天飞机轨道器在返回过程中没有自身分离问题,避免了因自身分离故障产生的危险性。

制动