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[载人宇宙飞船]神舟系列载人宇宙飞船

日期:2017-07-06 10:33:20编辑作者:澳门金沙官网

  

  神舟系列载人宇宙飞船

  ——中国探索太空计划的关键一步

  工程总投资:200亿元

  工程期限:1992年——2020年

  神舟系列载人宇宙飞船

  1999年11月20日是我国航天史上一个划时代的日子。这一天,由江泽民总书记题写船名、我国自主研制的第一艘载人航天试验飞船“神舟一号”发射成功,并在经过21小时11分的太空飞行后,顺利返回地球。中国载人航天工程首次飞行试验取得圆满成功!一年后,“神舟”二号无人飞船又成功飞向天宇,按照预定轨道在太空飞行近七天,环绕地球108圈,并顺利完成预定空间科学和技术试验任务!2002年3月25日,“神舟”三号无人飞船在酒泉卫星发射中心再一次发射成功!

  1961年4月12日,前苏联首先将人送上太空;1969年7月,美国率先实现人类登月。40多年来,虽然参与载人航天研究的国家越来越多,但在世界上还只有美、俄能够独立开展载人航天项目。

  “神舟”系列无人飞船的相继成功发射,标志着中国载人航天事业取得了重大进展,向实现载人航天飞行迈出了关键的一步,更向全世界展现了我国的太空科技能力,表明中国人民完全有能力独立自主地攻克尖端技术,在世界高科技领域占有一席之地!

  回顾我国科技史,载人航天研究始于上世纪70年代初。在我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”上天之后,有关部门就开展过关于载人航天的研究。进入80年代,我国逐步具备了返回式卫星、气象卫星、资源卫星和通信卫星等多种应用太空飞行器的研制和发射能力,并成为世界上第三个掌握卫星回收技术的国家。随着技术和经济条件的成熟,1992年9月中央决定正式实施载人航天工程。这是中国航天历史上迄今为止规模最大、系统最复杂、技术难度最高的工程。

  神舟系列载人宇宙飞船

  70年代中国研制"曙光"号宇宙飞船内幕

  1970年4月24日,“长征一号”火箭成功地把中国第一颗人造卫星“东方红一号”送入了太空。就在“东方红一号”卫星发射的第二年,一个乍暖还寒的4月间,在有全副武装军人把门的北京京西宾馆里,聚集了全国80多个单位的400多名专家学者。虽然大家都身着便衣,但保密的气氛却让人感到这里是在开什么军事会议。此时,专家学者们正在讨论着中国未来的飞船该是什么样。由于时值1971年4月,因此,飞船便有了一个代号:“714工程”。代表们兴致勃勃地品尝了我国自己研制的航天食品:高热量的巧克力、压缩饼干和美味的鸡汤等。有一种牙膏状的食品名叫鸡蛋炒米饭,挤入口中还真有鸡蛋炒米饭的味道,这让专家们也感到了新奇。

  一切似乎都很顺利。“714工程”还诞生了一个全尺寸的模型,它的名字非常动听,叫“曙光号”。“曙光号”是一个类似美国第二代飞船“双子星座号”的飞船,外形像个倒扣的大漏斗,由座舱和设备舱两大舱段组成,座舱里放置两把宇航员坐的弹射座椅。

  1967年4月,前苏联的“联盟1号”出师未捷,飞船首次返回就因降落伞未打开,摔死了优秀的宇航员科马罗夫,这是人类载人航天历史上牺牲的第一位宇航员,“联盟号”也因此停飞了1年半。而“阿波罗号”是美国的登月飞船,中国初搞飞船便一步登月有些不切实际,所以,中国的飞船选型目标便指向了“双子星座号”。

  美国“双子星座号”的研制始于1961年11月,结束于1966年11月,历时5年。共建造了12艘飞船,其中2艘不载人,10艘载人,全部获得成功。飞船每次乘坐2人,不仅实现了宇航员出舱太空行走,还实现了与另一艘飞船的对接和联合飞行,飞船的飞行时间也创纪录地达到了13天18小时。但是由于当时国家的经济基础薄弱、科技水平低下,1975年中央决定“714”工程下马,“曙光一号”最终尘封在一张张的构思草图中。周恩来总理实事求是地专门就中国载人航天的发展讲了几条原则,其大意是:要先把地球上的事搞好,要搞国家建设急需的应用卫星。自此,中国暂时停止了对载人航天的探索,而把精力和重点放在了各种类型的应用卫星方面,这一停就是10年。

  20世纪80年代,又是一个世界强国划天为疆的“战国”时代。1984年1月,美国总统宣布要用10年的时间建造“自由号”大型空间站,前苏联正在秣马厉兵把永久性空间站——“和平号”推上太空,欧洲开始讨论研制“哥伦布”空间站和小型航天飞机,日本也在计划研制“希望号”航天飞机和大型运载火箭……在这场争夺空间优势的激烈竞争中,中国航天科学家坐不住了。

  1986年初春,由著名科学家、科学院学部委员王大珩、王淦昌、杨家墀、陈芳允联名向中央上书而引发的著名的“863计划”,对中国的第二轮载人航天探索起到了直接的催产作用。“863计划”包括生物、航天、信息、先进防御、自动化、能源和新材料等7大领域、15个主题项目。航天技术是其中的第二大领域,简称为“863-2”领域。该领域要研究的是两大主题项目,一是大型运载火箭及天地往返运输系统,代号“863-204”;二是载人空间站系统及其应用,代号“863-205”。

  1989年,载人航天的议题似乎没有摆上国家最高层的议事日程。那么,再下一步棋该怎么走呢?航空航天部的领导有点坐不住了。眼瞧着前面有苏美在太空中不断翻着新花样的竞争,旁边的欧洲一下子揽走了航天商业发射市场的半壁江山,后有日本、印度、巴西拼命争抢本来应当属于我们的航天第四把交椅,如果国家对日后的发展战略不下决心、没有后续任务接茬的话,那些20世纪60年代参加工作的一大批技术骨干很快就到了退休年龄。

  小平同志说,自己平生有两件事未了,一件是三峡工程,一件是载人航天。在小平同志的关心下,事情发展得非常迅速,1991年3月14日,航空航天部办公厅的保密电话响了,传来的是国务院秘书局的通知:“明天下3点至5点,李鹏总理要约见任新民和了解飞船情况的同志,听汇报。”任新民,即那位1985年就提出要搞载人航天的老专家,中国的“航天四老”之一,时任航空航天部高级技术顾问。一同前去的还有“863-204”专家组组长、载人飞船方案的重要参与者钱振业。

  李鹏总理说:“今天主要是想听一听有关载人飞船方面的情况。主要有几个具体问题:1.先谈谈小型航天飞机和载人飞船,以及飞船可否利用‘长征二号E’运载火箭发射?2.载人航天工程要花多少钱?发展速度和投资有没有关系?”李鹏总理听后说:“看来我国在航天技术方面,已掌握了卫星发射技术、卫星定点技术和卫星返回技术。现在只剩下载人技术,这种技术我们也应当掌握。”1991年3月20日,航空航天部收到了中办秘书局转来的中央领导在《航空航天重大情况》上的批示。

  此后,航空航天部领导责成部机关着手研究载人飞船工程的研制分工。从此,我国载人航天的工程论证工作进入了全面、紧张、有序的状态。

  1992年9月21日,决定性的日子来到了,中央政治局常委在中南海勤政殿听取汇报。大家讨论了整整一个上午,最后决定,要像当年抓“两弹一星”一样抓载人航天工程,有事可直报中央。这次会议是中共中央十三届常委会第195次会议,会议一致同意了中央专委《关于开展我国载人飞船工程研制的请示》。此后中国载人航天计划正式进入实施阶段。

  1999年11月20日6时30分,中国第一艘不载人的试验飞船——神舟一号,从酒泉卫星发射中心发射升空。经过21小时的飞行,在完成预定的科学试验后,在内蒙古中部地区成功着陆,中国人成功实现了天地往返的重大突破!

  神舟系列载人宇宙飞船

  神舟系列载人宇宙飞船

  神舟飞船的特点

  第一,起点高,一步到位。虽然中国载人航太工程起步较晚,但并不是从“加加林”时代的飞船起步:先搞无人飞船,再搞单人飞船,最后才是多人飞船,而是一步迈过美苏的40年发展历程,实现了跨越式的发展。神舟飞船第一步就可载3人。第一次载人飞行,前苏联加加林只绕地球飞行一圈,而杨利伟却飞行了一天。国外载人飞船是从搭载小动物开始试验航太员环境控制与生命保障系统的,我国则采用了先进的现代装置──模拟人,模拟“航太员”所消耗的氧气与二氧化碳,透过先进的地面医监台测试“航太员”的生理信号变化。

  第二,性能先进,智能化程度较高。神舟飞船是人类目前绕地飞船中最大的,仅返回舱就比俄罗斯的“联盟TMA”大30%。神舟起步晚的后发优势,是可能利用资讯技术的最新成果。从自动化控制、制导与导航到数据管理,从应对故障的冗余设计到液晶显示设备,神舟的电子技术和智慧化水准远远领先。推进舱和轨道舱各有一对太阳能电池翼,并能自动对准太阳,保证飞船的充足供电,这也是神舟的一大特色,国外类似飞船或使用一次性电池,或完全依靠推进舱供电,电力供应水准较弱。

  第三,用途广泛。神舟飞船是世界上惟一真正实现人货合运的载人飞船。飞船轨道舱在航太员返回后可以留轨工作半年,开展各种科学试验。飞船预留了交会对接机构和出舱活动部件的介面,可以作为空间站的救生艇,同时轨道舱也能作为未来空间交会对接的一个目标飞行器。国外发射飞船一次是连续发射两艘,而我国的方案中是先发射一艘,其轨道舱与下一个飞船进行交会对接。具体来说,为实现交会对接,国外的发射是2N次,而我国的飞船发射是N+1次,以N等于5为例,国外需发射10艘飞船,而我国只要发射6艘飞船。

  第四,投入少。飞船每发射一次所需经费达20亿元。神舟飞船由于设计合理,使得一船能够多用,节省了钜额的发射费用。中国走着一条低成本、高效益的载人航太发展道路。

  第五,准备周期长,单件生产。俄罗斯的载人飞船几乎可以随时发射,而神舟飞船目前的准备周期在一年左右,每艘飞船都是单件生产并还在不断改进。预计到神舟八号左右,飞船将从试验性产品转为成熟产品,生产周期也将大大缩短。

  人类目前有宇宙飞船和穿梭机两种用于天地往返运输的载人航太器。迄今为止,俄罗斯(前苏联)和美国先后研制了9个系列的载人飞船,分别是东方号、上升号、联盟号、联盟T、联盟TM、联盟TMA,和水星号、双子星座号、阿波罗号。目前正在使用的载人飞船除中国的神舟外,就是俄罗斯的联盟号系列飞船。联盟号飞船能载3名航太员,也是采用三舱结构,重7吨,比神舟轻约1吨。

  神舟系列载人宇宙飞船

  宇航员逃生训练

  飞船发射的瞬间可以说是千钧一发。设计师们根据世界载人航天历史上的失败教训认定,此时的危险源主要是火箭或飞船推进剂泄漏、着火,火箭发生故障等,航天员该如何尽快逃离。发射前最后5分钟。航天员系好束带,关闭头盔面罩,戴好手套,两手抱膝静坐等待升空。突然故障检测系统报告出现紧急情况,航天员迅速从座椅处攀上近2米高的舱口,快速打开飞船舱门,以最快速度钻出飞船。飞船舱门正对着第九层发射塔架,旁边有一个航天员专用防爆电梯,但是没电。航天员快速跑到撤离滑道口,纵身向几十米的紧急撤离滑道跳下去……

  这是逃生演习中的一幕。

  紧急撤离滑道是一个钢套管和高弹力阻燃材料救生袋制造的高约50米的细长的尼龙口袋,航天员叉开双腿,用肘部及手使劲撑住袋壁,以便下滑得慢一点。尼龙口袋里层是张力为钢材的10倍特殊纤维层,只要用力撑,就可以控制下滑速度或者停止,防止溜得太快太远而摔伤。尼龙滑道是湿的。这是为了磨擦产生静电面浇湿的,航天员从口袋里钻出来,到达发射架下的地下掩蔽室,至此,航天员就安全了。

  但这只是在时间允许的情况下的逃离办法,火箭一旦点火,就不可能再停下来。神舟五号的救生办法是:火箭顶端的逃逸塔迅速点火,拉着飞船以超过火箭几倍的速度逃离火箭。逃逸塔上四个又轻又薄不会变型的栅翼格会自动打开,控制飞船稳定飞行。逃逸塔的作用是火箭点火的前5分钟到起飞后120秒钟,也就是飞行高度0公里至39公里,帮助航天员脱离危险区。在世界载人航天史上,逃逸塔只被使用过两次。

  飞行中如何逃生?

  用于发射神舟飞船的长征二号F型火箭,有三种模式保证航天员在发生意外时能够安全逃生。这三种模式是:低空逃逸、高空逃逸和船箭应急分离。

  低空逃逸是指起飞前30分钟到起飞后120秒即火箭抛逃逸塔前,包括在发射台上的逃逸。低空逃逸是通过逃逸塔来实现的,故称“有塔逃逸”。逃逸塔安置在火箭最顶端,长约8米,形状酷似一根巨大的避雷针。当发射阶段火箭出现灾难性故障时,它可携带轨道舱和返回舱迅速飞离火箭,飞行至安全区域,然后抛掉逃逸塔和轨道舱,返回舱乘降落伞自行返回着陆。此次火箭成功升空后的第一个关键动作就是抛掉逃逸塔,这是为了避免白白消耗运载火箭推力。

  火箭抛逃逸塔(起飞后120秒)到整流罩分离前(起飞后200秒),可实施高空逃逸即“无塔逃逸”,由4个高空逃逸发动机和两个高空分离发动机为整流罩提供动力,从而带飞船离开箭体。

  整流罩分离后到船箭分离前(起飞后约584秒)如发生故障,可实施船箭应急分离。飞船成功逃逸后,将降落在内蒙古巴丹吉林沙漠到陕西榆林约800公里的范围内。

  专家介绍,载人航天飞行中若出现致命故障,最大的可能是在火箭点火、起飞、上升和返回阶段。

  返回阶段,航天史上最典型的救生成功的例子是美国阿波罗13号飞船起死回生。1970年4月11日,美国阿波罗13号飞船从肯尼迪航天中心顺利升空56小时后,服务舱储氧箱发生爆炸,3名航天员面临葬身太空之灾。但他们临危不惧,按地面科学家们精确计算的轨道和地面指挥员的命令,手动操纵飞船,使用登月舱的氧气和动力,于4月17日成功返回,创造了航天史上死里逃生的奇迹。

  神舟系列载人宇宙飞船

  中国航天员着舱外航天服在水槽进行模拟失重训练和出舱活动任务训练

  返回:闯过死亡关口

  飞上207公里的飞船就进入入轨轨道了。浩淼的太空离地球很远,但并不意味着没有危险。一个可能是飞船失去控制,飞向更远的太空回不了家;第二个可能是飞船的航天员座舱被流星或太空垃圾击穿;第三个可能是飞船上的某个阀门泄漏。1960年5月15日,前苏联首次发射了无人驾驶的卫星式飞船1号,飞船姿态控制系统故障,制动火箭点火后将返回舱推向了更高的轨道,1962年9月5日飞船才返回大气层并烧毁。返回和上天,一样充满风险。返回是载人飞船的事故多发段,不少航天员在回家途中死去。

  飞船控制专家陈祖贵的四个摞起来有30厘米厚大本子上写满了计算公式。他要给飞船安上“眼睛”和“大脑”。他习惯了人们这样和他见面打招呼:“飞船能不能回来?”

  2001年1月,神舟二号飞船返回的前一圈,突然发生飞船发生震荡,返回姿态不稳,轨道舱泄压,此时距离飞船的返回只有一个半钟头了。指挥大厅的空气几乎凝固。陈祖贵拿出可信的数据,说明飞船完全在控制之中,可以发出“回收”命令。果然,一切如常。神舟飞船的落点范围精确在了正负10公里左右,这相当于打靶发十环的水平,而俄罗斯的水平是30多公里。

  假如返回座舱发生泄漏,神州五号的控制面板会发出压力报警信号,航天员必须在10分钟内穿好航天服,接通供气管。航天服可连续6个小时保证航天员的氧气供应。在这6小时内,飞船可以在10个应急着陆场中选择着陆。

  假如险情十分紧急,飞船可以启动立即返回功能,设计师保证飞船有2个小时的时间,瞄准第一个来得及着陆的地区着陆。

  假如2台变轨发动机发生放障,另两台会立即补上;假如4台发动机者停火,另有8台小发动机,足以让飞船完成自动调姿,顺利返回。

  假如着陆缓冲发动机不工作,返回舱底部安装的Y高度仪会使缓冲发动机点火,给飞船一个向上抬的力,足以让航天员安然着陆。万一发动机不点火,航天员的座椅下部胀环式缓冲器,能够起到“弹簧”的作用。

  返回舱里为航天员准备了所有能够想到的救生物品:远距离呼救电台、Cpp定位仪、信号枪、闪光标位器、太阳反光镜、光烟信号管、海水染色剂,急救药包、蛇伤自救盒、蚊虫驱避剂、食品、饮水、指北针、抗风火柴、防尘太阳镜、引火物、救生船、渔具、驱鲨鱼剂、抗浸防寒飘浮装备、救生手册等、救生手枪、生存刀。飞船落地后其顶端的闪光灯以每分钟闪动55下的频率发出白色的闪亮,可以连续闪光25小时;假如落在海里飞船上配备的染色剂会把飞船周围的海域染成绿色荧光区,便于飞机搜索。

  飞船防热瓦问题

  2003年2月1日,美国哥伦比亚号航天飞机返回地面时在空中解体,机上7名宇航员全部遇难。5月14日,事故调查委员会称,哥伦比亚号起飞时遭到外力撞击,结果导致防热瓦出现裂缝,超高温气流乘虚而入,造成飞机解体。2005年7月26日,发现号航天飞机几经推迟后终于发射升空,却不幸又在防热瓦上出了问题。一块防热瓦被撞失效,全世界都为之担忧,好在发现及时,宇航员通过太空行走对其进行了修复。

  “防热瓦”一度成为国际航天界使用频率最高的一个词汇。飞船系统热控制分系统主任设计师范含林指出,神舟六号载人飞船返回舱采用一次性烧蚀材料防热,而航天飞机上的防热瓦是重复使用,我们不会出现类似故障。飞船防热层乃至整个飞船都是一次性使用,从这一点上说,飞船的功能虽然不及航天飞机,但可靠性却远远超出航天飞机。神舟飞船以及俄罗斯的联盟系列飞船,返回舱返回时也会与大气产生磨擦,在表面产生数千摄氏度高温,这个过程要比航天飞机剧烈。不过,飞船上使用的是成分和工艺都极为复杂的烧蚀材料,通过它的燃烧把热量带走。烧蚀材料都留有较大的余量,不会出现烧光的情况。据了解,这种材料,我国在生产工艺等方面已经大大超过了美国,在很多技术指标上也领先于俄罗斯。

  细节:洞开生之门

  1967年1用月27日,美国阿波罗4A飞船和土星5号火箭进入了倒计时,突然通话器传来密封舱员呼救:“着火了!”“快放我们出去!”但等救援人员跑去打开舱门时,飞船里的3名航天虽已全部被烧死。这只是—次地面联会模拟飞行试验,就让美国损失了3名航天员。阿波罗飞船座舱里气压较低,着火后,舱内形成负压,无论里面还是外面在短时间里都无法打开门。

  生之大门因为一个小小的细节而洞开。但是这个门可能有几百上千种方案和样式,你必须有能力和智慧选择出最佳的一种。

  这个门如果宽—点航天员逃生可能更为顺利,但它可能因为大而密封不严从而造成隐患;这个门可能因为密封很好而让人放心,但它可能因为过于密封而开启困难。矛盾、芜杂、纷乱,有时候可能你向左了就不能向右,这时候就必须在针锋相对中进行趋利避害的选择。

  航天员从返回舱进出轨道舱,是神六区别于神五的一个重要特点。因此,打开和关好返回舱舱门就成了成功飞行、甚至保障航天员生命的关键。神舟六号飞船舱门设计了多道“门槛”,以拒意外于“门”外。

  第一道坎———防误开锁。门会不会因振动被振开?航天员会不会把关好的舱门误打开?防误开锁解决了这些问题。航天员须把拉手转到一个固定位置,门才能被打开。

  第二道坎———多道密封措施。太空中没有空气,如果舱门密封性能不好,导致舱内气体泄漏,压力变异,会危及航天员的生命安全。因此,设计师在舱门上采取了多道密封圈措施,密封性百分百达到要求。

  第三道坎———助力点。处于失重状态下的航天员能使出的力气是很有限的,舱门稍微重一点,都可能影响其开关,于是设计人员在舱门附近为航天员设计了助力点。

  第四道坎———快速检漏。设计师研制了快速检漏设备,可以在关闭舱门10分钟左右的时间内,确认舱门是否关好。

  第五道坎———舱门清洁布。设计师们花了三个月时间研制成功一块“太空抹布”,以防舱门密封面上一个微小多余物———头发、皮屑、小纤维影响其密封性能。

  世界最大的降落伞

  选择的智慧不是天生的,它来自于反复的实践。神舟飞船的降落伞是目前世界上正在使用的降落伞中最大的一种。它展开有1200平方米,它的每一个针脚都要求一致、细密,为了保持一致性,有的活必须一个人从头到底。一个缝纫女工一年只能缝一面伞。降落伞对于航天员的生命是至关重要的。1948年6月11日,美国发射的—只猴子在回收过程中,由于降落伞无法张开被活活摔死。

  大沙漠试验场上,伊尔76大型运输机从1万米的高空把模拟返回舱抛下。主伞先开一个小口,慢慢地全部撑开,此时五彩缤纷的主伞铺开在蓝天上,返回船悠悠然地向下飘落。在落地的一刹那,返回舱上的切割器“咔喳”一声切断伞绳吊带,1200平方米的降落伞如一片彩云随风而走。如此情景反复实验了70多次,但科学家们还是不放心,特意配备了2名“大刀手”,一旦伞绳不能自动切断,大刀手就要冲上前去飞刀断绳。

  如果返回舱落在水里,伞舱正在航天员头部的上方,水就会涌进伞舱里,使返回舱沉没。设计师妙思解难,设计出一种特殊的排水功能。伞舱底部被装了一个气囊,返回舱落水里气囊就会自动充气,膨胀成一个体积为150升的大气包,不仅能把水挤出伞舱,还能24小时充当浮筏,让返回舱漂浮起来。一个细节和一个细节之间如连环锁一样紧紧相扣,它托起的是航天员的生命。

  飞船环境:承载生命重量

  内蒙古大沙漠,“神舟”五号空投实验。飞船返回舱从高空抛下,溅起一股沙尘。科技人员跑过去开舱门,一股刺鼻的白烟窜出来。“像火药燃烧的味道。”一位科技人员回忆。这是一次偶然发现,但这个发现是致命的。返回舱舱内有害气体严重超标,其主要成分是一氧化碳。飞船必须给人提供一个像地球一样的生存、生活和工作的小环境,否则,人在太空是连一分钟也不能生存的,

  飞船舱内的空气必须是新鲜的,这是第一要素。航天员所呼吸的空气是由飞船自身携带有氧气瓶和氮气瓶提供的,通过舱内安装的压力调节系统,不断地为座舱补充氧气和氮气。使舱内的大气成分和压力始终保持在适当的范围内,同时,舱内的通风净化设备不停地将航天员呼出的二氧化碳等废气进行过滤和净化。这股意外的臭气从何而来,为什么神舟一号、神舟二号没有发现?后来一分析。发射无人飞船时,返回舱要在落地一段时间后才开舱。那时味道已散开了,所以问题没有进入研究的视野。

  飞船总指挥袁家军、总设计师戚发韧的亲自带领盘查,发现气体来自两处一是火工品工作时间舱内泄漏的燃气,二是从舱内非金属材料排泄出有害气体。改进是必然的,但这意味着所有的密封结构设计、垫圈选择和安装工艺等都要重新来过。“堵”是重要的,但更重要的是要把有害的气体排出去。他们在飞船返回舱身上钻通一个个的小孔,这些小孔的奥秘是,既能把有害气体排出舱外,又能保证舱外的气体流不进舱内来,保持密封。就这样的一个问题,攻关小组竟工作了两年才完全解决。

  飞船上有了人,湿度问题随之而来。人呼吸、排汗每天可产生1公斤多的水汽。这些水汽在飞船的舱壁、仪表表面凝成雾,电气设备就会短路。因为没有载过人,所以没有考虑到人的呼吸和汗气会造成如此大的影响,原先的设计中,许多电缆接插件没有防水功能。所有电缆接插件都做了模拟结露结水试验,以找出会出问题部位。有趣的是科技人员发现,婴儿尿不湿的纤维织物对吸水吸湿很有作用,于是类似的材料被聪明的用在飞船上。

  一个飞船有20多个“窗口”,它们有舷窗、伞舱、发动机舱口,每一个窗口都是一种考验,都可能隐藏着一种危险。这些窗口必须是密闭的,又要是防热的。舷窗在设计者的手里变成了多层,最外层采用耐高温的材料,这种外层玻璃只隔热但不密封,中间多层玻璃之间采用真空密封设计,类似于暖水瓶。

  神舟系列载人宇宙飞船

  太空卧室:让机器更加舒适

  飞船座舱内仪表是黑色的、走电线的内壁是铁灰色,座椅的四周是乳白色的舱内的照明灯也是乳白色的,灯管的外面还罩漂亮花纹的灯罩。但是每一样材料的选用完全不同于家庭装修,材料的用与不用,都有科学依据。舱内照明舍弃了白炽灯,因为它可以产生热量,现在用的是冷光源的U形荧光灯,既明亮又不刺眼。灯罩的作用是收集灯管破裂后的碎片,并使亮度二次均匀分布。

  航天员在飞船上的坐姿始终是窝着的,身体被紧紧地束缚在太空椅上,手臂能够到的地方有限,飞船上的仪表台、控制台、按钮的安放都比较矮,航天员不用改变身体的姿式就能碰到。太空椅边还放置了一根小棒,如果手臂够不到,就用小棒,就可以控制开关。

  航天员因为戴了手套,手指要比一般人粗些,因此飞船上各种按钮和开关的尺寸都做得比地面上的大,之间的间隙也很大。

  何宇、朱光辰、柯伦被称为“飞船工程师”。何宇坐上宇航椅,立即发现从这个位置上够到操作板是不容易的。于是进行了改进。从飞船轨道舱到返回舱,都安有扶手、脚蹬子,便于航天员经过时使用。但当飞船工程师们穿上笨重的航天服时,发现腿打不了弯儿,脚蹬子的距离就显得太大了,脚蹬子因此多了几个,不用的时候还可折叠收起,方便了航天员的进出。

  飞船报警的时候屏幕上的汉字,字体是仿宋体而没有用黑体。仿宋字比较柔和,可以缓解感官上的刺激,报警语句最多不会超过9个字,用的是女中音,让人听起来会感觉到沉稳和踏实。飞船发射前的几小时,何宇等人最后一次进入飞船,检查阀门、按键、照明灯、仪表显示,然后郑重地在确认单上签上自己的名字。

  长箭之美——10万人的科技结晶

  七大系统构成了中国载人航天工程(参见相关资料表格),运载火箭系统是其中之一。火箭与飞船的关系最密切,因为箭、船要对接,像乘客和公交车的关系。

  珠联壁合的对接要协调好三种接口---机械接口、供电系统接口及软件接口。连接直径的数值是多少?卡头是怎样的?接点又是什么样的?……这些是前两种接口需要解决的问题,对于第三种接口,则需要信息的有效传递——比如火箭出了问题,必须由逃逸系统指令飞船尽快脱离险区。

  每个火箭实验队员都知道:在七个系统中,火箭是最基础的部分。一旦这个系统发生了问题,一切将灰飞烟灭。

  很难确切统计,共有多少人参与到‘长二F火箭’的设计和生产中。如果算上生产元件的90多个厂家,恐怕不下10万人。所以,尽管其中一个人认真工能起到的作用微乎其微,但只要某个人有一点疏忽,就可能给火前乃至七大系统带来灭顶之灾。

  当“长二F”竖立在厂房里时,你看不到它的全貌。火箭太庞大了,从基座到顶端,需要坐电梯跨越7个楼层。它长达58.3米,直径2.25-3.35米,起飞总质量为580多吨,身上装有4万多只元器件,价值约2亿人民币。它的身体呈明亮的乳白色。这与绘在上面的五星红旗,构成了一幅完美图画。

  神舟飞船进行哪些空间试验研究?

  在近几年陆续发射上天的“神舟”飞船里,安装大大小小几十件科学实验设备,这些设备和仪器简直就是一个设备繁多的“太空实验室”。这些设备各有各的用途。有进行空间材料科学试验的多工位空间晶体生长炉;有空间晶体生长观察装置;有进行空间生命科学试验的空间蛋白质结晶装置和空间通用生物培养箱;有进行空间天文观测的太阳和宇宙天体高能辐射监测仪,包括超软X射线探测器和γ射线探测器;有进行空间环境探测的大气成份探测器、大气密度探测器和固体径迹探测器;有有效载荷公用系统,还有微重力测量仪等。科学家试图通过这些设备进行材料科学、生命科学、空间天文、环境监测等试验任务。这些任务由中国科学院为主,全国几十个科研院所和大学承担。

  神舟系列载人宇宙飞船

  神舟飞船结构

  “神舟”载人飞船全长8.86米,最大处直径2.8米,总重量达到7790公斤。从构型上来说,由轨道舱,返回舱和推进舱以及一个附加段组成。采用的是典型的“三舱一段”式结构。整个飞船按照功能还能分为13个不同的分系统。这13个分系统都是用它的功能来命名的,它们是:有效载荷、结构与机构、热控制、指导导航与控制、推进、电源、数据管理、测控与通信、环境控制与生命保障、乘员、回收与着陆、仪表与照明和应急救生分系统。这些系统分别布置在这“三舱一段”式结构的神舟飞船中,相互分工合作,完成一次太空遨游。下面分别介绍各个舱段的情况:

  轨道舱——航天员的“家”

  尺寸:长2.8米,直径2.2米。

  轨道舱:也叫工作舱。其外形为两端带有锥角的圆柱体,它是航天员的“太空卧室”兼“工作间”。它还兼有航天员生活舱和留轨实验舱两种功能,所以也称留轨舱。轨道舱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帆翼、太阳敏感器和各种天线以及各种对接结构,用来把太阳能转换为飞船的能源、与地面进行通讯等。作为航天员的“太空卧室”,轨道舱的环境很舒适,舱内温度一般在17至25摄氏度之间。

  神舟飞船的轨道舱的外形为圆柱形的。为了使轨道舱在独自飞行的阶段可以获得电力,轨道舱的两侧安装了太阳电池翼,每块太阳翼除去三角部分面积为2.0×3.4米,轨道舱自由飞行时,可以由它提供0.5千瓦以上的电力。轨道舱尾部有4组小的推进发动机,每组4个,为飞船提供辅助推力和轨道舱分离后继续保持轨道运动的能力;轨道舱一侧靠近返回舱部分有一个圆形的舱门,为航天员进出轨道舱提供了通道,不过,该舱门的最到直径仅65厘米,只有身体灵巧、受过专门训练的人才能进出自由。舱门的上面有轨道舱的观察窗。

  轨道舱是飞船进入轨道后航天员工作、生活的场所。舱内除备有食物、饮水和大小便收集器等生活装置外,还有空间应用和科学试验用的仪器设备。

  返回舱返回后,轨道舱相当于一颗对地观察卫星或太空实验室,它将继续留在轨道上工作半年左右。轨道舱留轨利用是中国飞船的一大特色,俄罗斯和美国飞船的轨道舱和返回舱分离后,一般是废弃不用的。

  返回舱——航天员的“驾驶室”

  尺寸:长2.00米,直径2.40米(不包括防热层)。

  返回舱:又称座舱,它是航天员的“驾驶室”。是航天员往返太空时乘坐的舱段,为密闭结构,前端有舱门。“神舟六号”完成绕地飞行任务后,两名航天员就是乘坐返回舱回归地球的。

  返回舱高2.2米,相当于一个六平方米的房间,是目前世界上最大的飞船返回舱。为了确保三吨重的返回舱安全返回地面,研制人员还专门为飞船降落减速时设计了一个面积为1200平方米的世界最大的返回着陆伞,使返回舱的降落速度在十几分钟的时间里减少20多倍。

  神舟飞船的返回舱呈钟形,有舱门与轨道舱相通。放回舱式飞船的指挥控制中心,内设可供3名航天员斜躺的座椅,共航天员起飞、上升和返回阶段乘坐。座椅前下方是仪表板、手控操纵手柄和光学瞄准镜等,显示飞船上个系统机器设备的状况。航天员通过这些仪表进行监视,并在必要时控制飞船上系统机器设备的工作。轨道舱和返回舱均是密闭的舱段,内有环境控制和生命保障系统,确保舱内充满一个大气压力的氧氮混合气体,并将温度和湿度调节到人体合适的范围,确保航天员在整个飞行任务过程中的生命安全。

  另外,舱内还安装了供着陆用的主、备两具降落伞。神舟好飞船的返回舱侧壁上开设了两个圆形窗口,一个用于航天员观测窗外的情景,另一个共航天员操作光学瞄准镜观测地面驾驶飞船。返回舱的底座是金属架层密封结构,上面安装了返回舱的仪器设备,该底座重量轻便,且十分坚固,在返回舱返回地面进入大气层时,保护返回舱不被炙热的大气烧毁。

  返回舱外壁防热材料技术是神舟飞船上多项关键技术之一,为使航天员能够在返回舱内拥有一个舒适安全的环境,研制人员经过多次的实验最终选定了一种低密度的烧蚀防热材料,使得飞船外部即使是在零下100度到零上3000度的时候,舱内温度仍能保持在零上20度左右。”

  推进舱

  尺寸:长3.05米,直径2.50米底部直径2.80米

  神舟飞船的推进舱又称仪器舱,通常安装推进系统、电源、轨道制动,并为航天员提供氧气和水。推进舱的两侧还装有面积达20多平方米的主太阳能电池帆翼。

  它呈圆柱形,内部装载推进系统的发动机和推进剂,为飞船提供调整姿态和轨道以及制动减速所需要的动力,还有电源、环境控制和通信等系统的部分设备。两侧各有一对太阳翼,除去三角部分,太阳翼的面积为2.0×7.5米。与前面轨道舱的电池翼加起来,产生的电力将三倍于联盟号,平均1.5千瓦以上,差不多相当于家庭小汽车的电源所提供功率。这几块电池翼除了所提供的电力较大之外,它还可以绕连接点转动,这样不管飞船怎样运动,它始终可以保持最佳方向获得最大电力,免去了“翘向太阳”所要进行的大量机动,这样可以在保证太阳电池阵对日定向的同时进行飞船对地的不间断观测。

  仪器舱的尾部是飞船的推进系统。主推进系统由4个大型主发动机组成,它们在推进舱的底部正中。在推进舱侧裙内四周又分别布置了4对纠正姿态用的小推进器,说它们小是和主推进器比,与其他辅助推进器比它们可大很多。另外推进舱侧裙外还有辅助用的小型推进器。

  附加段

  附加段也叫过渡段,是为将来与另一艘飞船或空间站交会对接做准备用的。在载人飞行及交会对接前,他也可以安装各种仪器用于空间探测。

  对于附加段现阶段的设备没有官方介绍,但是一些业内人士进行了大胆的推测,如:其中一个半环型装置,据推测是用来安装方形的仪器装置。而三个相互垂直并可伸出的0.4米的探针被推测为可能是导航系统的一部分或对接系统的一部分。因为美国的阿波罗飞船上曾有类似的装置用来进行对接。神舟飞船轨道舱前端可能装有俄罗斯式的对接系统。但这些装置可能只是一种试验型,在将来执行与太空站对接的任务时肯定会被新型对接系统所替换。

  神舟一号——第一艘无人实验飞船

  发射时间:1999年11月20日6时30分7秒

  发射火箭:新型长征二号F捆绑式火箭,这次发射,是长征系列运载火箭的第59次飞行,也是最近3年连续17次获得成功。

  入轨时间:火箭起飞约10分钟,飞船与火箭分离,进入预定轨道。

  返回时间:1999年11月21日3时41分

  发射地点:酒泉卫星发射中心

  着陆地点:内蒙古自治区中部地区

  飞行时间:21小时11分/14圈

  神舟二号——第一艘正样无人航天飞船

  发射时间:2001年1月10日1时0分3秒

  发射火箭:新型长征二号F捆绑式火箭,此次发射是长征系列运载火箭第65次飞行,连续第23次获得成功。

  入轨时间:飞船起飞13分钟后,进入预定轨道

  返回时间:2001年1月16日晚上7时22分

  发射地点:酒泉卫星发射中心

  着陆地点:内蒙古自治区中部地区

  飞行时间:6天零18小时/108圈

  神舟三号——第二艘正样无人飞船

  发射时间:2002年3月25日22时15分

  发射火箭:新型长征二号F捆绑式火箭,这次发射是长征系列运载火箭第66次飞行,连续24次获得成功。

  入轨时间:火箭点火升空10分钟后,飞船成功进入预定轨道

  返回时间:2002年4月1日

  发射地点:酒泉卫星发射中心

  着陆地点:内蒙古自治区中部地区

  飞行时间:6天零18小时/108圈

  神舟四号——第三艘正样无人飞船

  发射时间:2002年12月30日0时40分

  发射火箭: 新型长征二号F捆绑式火箭,此次是长征系列运载火箭的第69次飞行,连续第27次获得成功。

  入轨时间:火箭点火升空十几分钟后,飞船成功进入预定轨道

  返回时间:2003年1月5日19时16分

  发射地点:酒泉卫星发射中心

  着陆地点:内蒙古自治区中部地区

  飞行时间:6天零18小时/108圈

  神舟五号——首次发射的载人航天飞行器,将航天员杨利伟送入太空。

  发射时间:2003年10月15日9时整

  发射火箭: 新型长征二号F捆绑式火箭,此次是长征系列运载火箭第71次飞行,连续第29次获得成功。

  入轨时间:9时10分,船箭分离,“神舟”五号载人飞船准确进入预定轨道。

  返回时间:2003年10月16日6时28分

  发射地点:酒泉卫星发射中心

  着陆地点:内蒙古中部阿木古朗草原地区

  飞行时间:21小时/14圈

  神舟六号——中国第二艘搭载太空人的飞船,将两名航天员送入太空。

  发射时间:2005年10月12日9时0分0秒

  发射火箭:神箭--长征二号F运载火箭

  入轨时间:584秒

  返回时间:10月17日凌晨4时32分

  发射地点:酒泉卫星发射中心

  着陆地点:四子王草原秋韵

  飞行时间:115小时32分钟/飞行77圈

  执行任务宇航员

  指挥长:费俊龙

  操作手:聂海胜

  神舟七号

  即将发射

  通过数字看神舟飞船

  7.5公里:火箭入轨点速度为每秒7.5公里,这个速度是音速的22倍。

  8米:飞船总长8米多。

  8吨:飞船重量为8吨多,占船箭组合体起飞重量的六十二分之一。要把一公斤的东西送入轨道,就得消耗62公斤的火箭材料。

  9:飞船轨道舱航天员有效空间约为9立方米,可以较为自如地转身,做各种操作。

  13:飞船系统共有13个分系统组成,按照功能分别被命名为有效载荷、结构与机构、热控制、制导导航与控制、推进、电源、数据管理、测控与通信、环境控制与生命保障、乘员、回收与着陆、仪表照明、应急救生。

  21摄氏度:飞船舱内温度始终保持在21摄氏度,上下偏差各为4摄氏度。

  60分贝:航天医学研究表明,飞船飞行时绝对安静会对航天员心理产生影响,但也不能太高。神舟飞船太空飞行时舱内仪器噪声约为60分贝,相当于站在没有汽车行驶的普通商业街上。

  52台:飞船的三个舱上共有52台发动机,其中推进舱有28台发动机,返回舱有8台发动机,轨道舱有16台。各舱发动机都是偶数,其中都有主机和备份机。

  90分钟:飞船每绕地球一圈需要90分钟,圆形轨道时每圈飞行距离约为4.2万多公里,每天飞行距离约68万公里。

  300公斤:飞船共有电缆线300余公斤,总长度约30公里。

  343公里:飞船飞行时距地面的距离。

  479吨:火箭起飞重量为479吨。火箭加上飞船重量约44吨,其他的都是液体推进剂。因此,火箭的90%都是液体。

  600台:全船共有设备600余台。

  10万:飞船共有10余万个元器件,来自数千家工厂。

  视频:神舟1号至6号飞船发射过程回顾

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