更新时间:2024-09-29 15:52
航天飞船(space ship):能单独进行航天活动,也能往返于地面和空间站之间运送人员或物资、设备的航天器。沿地心轨道飞行的航天飞船称为卫星式飞船,是一次性使用航天飞船;飞往其他天体的航天飞船称为星际飞船或远征飞船。运送人员的航天飞船称为载人飞船,运送物资、设备的航天飞船称为货运飞船.
载人航天飞船一般包括为飞船提供电源和动力支持的推进舱、为航天员提供安全可靠环境支持的返回舱、在轨道运行中为航天员提供工作生活环境的轨道舱和为科学试验提供各种保障的附加段。
载人航天飞船和宇宙空间站是供航天员、科研人员生活和工作的航天器,因此必须提供航天员在空间安全、工作和生活的生命保障系统,其设施与人造卫星有明显不同,除无人飞行的分系统外,还必须包括环境控制生物保障系统和应急救生系统。载人航天飞船又分为卫星式载人飞船和登月式载人飞船。
载人航天工程主要由七部分组成:
一、航天员的培训和锻炼;
二、有效载荷的各种科学试验;
三、载人航天飞船的研制;
四、可靠的运载火箭保障系统;
五、载人航天发射场的建设和保障;
六、海基陆基联合测控网的建设和保障;
七、可靠的着陆场的建设和保障。
载人飞船一般由乘员、返回座舱、轨道舱、服务舱、对接舱和应急救生装置等部分组成,登月飞船还具有登月舱。返回座舱是载人飞船的核心舱段,也是整个飞船的控制中心。返回座舱不仅和其它舱段一样要承受起飞、上升和轨道运行阶段的各种应力和环境条件,而且还要承受再入大气层和运回地面阶段的减速过载和气动加热。轨道舱是宇航员在轨道上的工作场所,里面装有各种实验仪器和设备。服务舱通常安装推进系统、电源和气源等设备,对飞船起服务保障作用。对接舱是用来与太空站或其它航天器对接的舱段。
试验飞船为何不载人就在于对火箭、飞船的安全可靠性的极高要求。人命关天,由于技术难度高,因此在宇航员上天之前,必经进行无人试验或动物试验。前苏联在加加林上天前一共进行了5次无人飞船的试验,美国则发射了8艘无人飞船。
飞船的外形其实并不像船,只因要在陆地与茫茫天海之间飞来飞去,充当舟楫之用,故取此名。飞船有载人与载货之分。一般来讲,载人飞船有3个舱段,一个叫推进舱,主管飞船的动力,位于飞船的底部;一个叫返回舱,是宇航员升空、返回及生活工作的座舱,也是飞船的控制中心及与地面联络的通信中心,它是载人飞船的核心舱段,位于飞船的中部;还有一个叫轨道舱,它内部安装了各种仪器,可用于科学实验及对地观测。如果需要在太空与别的航天器对接,则还需要有一个对接机构。
飞船返回时并不是所有的舱段都返回,只有返回舱才返回地面,其他的舱段都留在了太空上。
“避雷针”其实是一种宇航员救生系统,学名叫“逃逸塔”。苏美发射载人飞船的火箭上都有逃逸塔装置。它的作用是在火箭起飞前15分钟到起飞后160秒钟期间,也就是飞行高度在110公里以内时,万一火箭发生故障,帮助飞船里的宇航员脱离危险区安全着陆。逃逸塔的技术难度很大。一旦险情发生,逃逸塔必须迅速拉着飞船脱离火箭,如果速度太快,产生的巨大过载会使人体根本无法忍受;而速度慢了,又会产生高度太低降落伞无法打开的危险。如何取得一个适当的平衡点,这是一大难题。早在神舟号载人飞船发射前,中国航天科技工作者就已成功完成了逃逸塔的飞行试验。
此次发射首次采用了“三垂模式”,即垂直总装、垂直测试、整体垂直运输的模式。以往的火箭总装、测试、运输都是“躺”着进行的,到了发射塔架再把一节节火箭以及整流罩、卫星等吊接组装,然后再次进行测试。专家介绍说,此次改“躺”为“站”,可以使火箭少受拆卸组装之苦。保证火箭的技术状态与发射时的状态相同,火箭在发射塔架上的“停留”时间也可以大大缩短,一般3天即可实施发射,减少了外界环境对火箭产生的不利影响。
人类载人航天事业起步于20世纪60年代。1961年4月12日,前苏联航天员加加林驾驶人类第一艘载人航天飞船绕地球一周后,安全返回地面,从此揭开了人类载人航天的历史。
1969年7月20日,美国航天员阿姆斯特朗和奥尔德林乘“阿波罗号”航天飞船,实现了人类首次登上月球的奇迹。
1971年4月,前苏联发射了人类第一个宇宙空间站“礼炮号”。“礼炮号”宇宙空间站总重量约18吨,总长约14米。
1973年5月,美国发射了名为“天空实验室”的宇宙空间站,总重量约为82吨,总长约36米。
1970年4月,中国成功发射了第一颗人造地球卫星,从此开始了中国的航天事业。
1999年11月20日和2001年1月10日,“神舟号”试验飞船和“神舟二号”无人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。在刚刚成功的“神舟三号”发射中,还首次试验了逃逸系统,该系统可在火箭发射和升空阶段出现意外故障等紧急情况下,将飞船带离危险区域,以确保航天员的生命安全。
2003年10月15日,“神舟五号”载人航天飞船发射成功,这是中国一大喜讯。
“生命之塔”专为航天员打造
“神舟”系列载人飞船发射时,在火箭的最顶端有一个由多个异形发动机组成的“四爪鱼”模样的设备。火箭发射约2分钟后,它喷出几道绚丽的火焰,形成一条完美的弧线,脱离火箭,消失天际。这就是中国航天四院为航天员打造的“生命之塔”――逃逸塔。逃逸救生系统是载人航天工程运载火箭系统的重要组成部分,被形象地称为火箭上的“救生艇”。它的作用是在火箭发生危及航天员生命安全的故障时,帮助航天员安全脱离险境。
保护航天员的生命说来简单,其实是一个世界性的难题,而逃逸塔的诞生,被列为运载火箭系统最难啃的骨头。之所以被称为“生命之塔”,就因为逃逸塔代表了载人航天技术不同于一般航天技术的地方:必须确保航天员的绝对安全。针对可能会有的事故概率,逃逸塔应运而生。
“飞天救生艇”技术国际领先
逃逸塔位于火箭的顶端,共由四种型号10台发动机组成,结构十分复杂,制造的材质是特制的超高强度钢,燃料为固体推进剂。平时所说的“逃逸塔”就是低空发动机,高8米,位于箭船顶部,而高空发动机则安装在飞船整流罩上。
从火箭发射前30分钟到起飞后120秒、飞行高度在39千米时逃逸塔分离,以及从120秒到200秒左右、飞行高度115千米时整流罩分离这两个时间空间段内,万一发生意外紧急状况时,逃逸塔就会启动,靠固体燃料火箭发动机提供巨大的瞬间推力,将航天员所在的飞船从火箭上拉出来,带着航天员偏离火箭的运行轨道,逃离险境,然后借助降落伞和缓冲装置安全降落到地面。由于增加了逃逸系统,长征二号F火箭的安全性指标由过去发射100次可能出现3次危及航天员生命的问题,减少到现在发射1000次才可能发生3次这样的事故,达到了国际先进水平。
逃逸塔“舍己为人”不能失败
国际上若干次火箭发射失败的例子证明,威胁航天员生命的故障大多数发生在火箭上升阶段,而最直接的保护办法就是让航天员脱离危险区域,这正是逃逸塔的主要作用。但除了拯救航天员的生命,逃逸塔还背负着另一个“舍己为人”的使命。即使火箭发射顺利,逃逸塔还必须点火工作,让自身脱离火箭,俗称“抛塔”,使得飞船后续飞行得以继续进行。也就是“神舟”系列飞船发射后约2分钟时看到的一幕,这就意味着无论发射成功与否,逃逸塔都必须脱离火箭,不能存在失败的机会。