逐梦太空
载人飞船简介

载人飞船,是一种运送航天员到达太空并安全返回的一次性使用的航天器。它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几天到半个月,一般乘2到3名航天员。
至今,人类已先后研究制出三种构型的载人飞船,即单舱型、双舱型和三舱型。其中单舱式最为简单,只有宇航员的座舱,美国第1个宇航员格伦就是乘单舱型的“水星号”飞船上天的;双舱型飞船是由座舱和提供动力、电源、氧气和水的服务舱组成,它改善了宇航员的工作和生活环境,世界第1个女宇航员乘坐的前苏联“东方号”飞船、世界第1个出舱宇航员乘坐的前苏联“上升号”飞船以及美国的“双子星座号”飞船均属于双舱型;最复杂的就是三舱型飞船,它是在双舱型飞船基础上增加1个轨道舱(卫星或飞船),用于增加活动空间、进行科学实验等,或增加1个登月舱(登月式飞船),用于在月面着陆或离开月面,前苏联/俄罗斯的联盟系列和美国“阿波罗号”飞船是典型的三舱型。联盟系列飞船至今还在使用。
从东方号到联盟号——世界载人飞船早期发展历程

载人飞船是能保障航天员在外层空间生活和工作以执行航天任务并返回地面的航天器,又称宇宙飞船。它是运行时间有限,仅能一次使用的返回型载人航天器。
40年来,世界载人航天共经历了5个阶段。而处于60年代的第二个阶段以发展载人飞船为主。作为人类载人航天的起步阶段,载人航天以美国和前苏联互相竞赛式的发展为主线。
前苏联/俄罗斯的载人飞船发展历程
A.东方号
东方号是苏联最早的载人飞船系列,也是世界上第一个载人航天器。东方号载人航天工程始于20世纪50年代后期,在载人之前,共发射了5艘无人试验飞船。从1961年4月到1963年6月共发射6艘载人飞船。1961年4月12日,世界上第一艘载人飞船东方-1飞上太空,开始了载人航天的时代。苏联航天员加加林乘飞船绕地飞行108分钟,安全返回地面,成为世界上进入太空飞行的第一人。
东方号飞船由密封座舱(呈球形,重2.4t,内径2.3m)和工作舱(由一个短圆柱体和两个截锥体组成,最大直径2.43m,重2.265t)组成,总长:4.41m,最大直径:2.43m,总质量4.7t,座舱自由空间:1.6m3,只能乘坐一名航天员。座舱里有可供飞行10天的生保系统以及各种仪器设备和弹射座椅。返回前,抛掉末级火箭和工作舱,座舱单独再入大气层。待座舱下降到距地面约7km时,航天员弹出座舱,然后用降落伞着陆。
B.上升号
苏联的上升号载人飞船是以东方号飞船为基础改造而成的,其形状和尺寸大体上与东方号相似,长约5m,直径2.4m,重约5.5t,舱内自由空间1.6 m3。和东方号载人飞船比,其主要变化有:
·为了能容纳3名航天员,去掉了弹射座椅,换上了3个带有减震器的座椅,但即使这样3个人穿航天服也挤不进去,为此把航天服改成了普通的飞行服。
·去掉弹射座椅后,着陆方式改为座舱整体着陆,主伞由两具面积为574m2的伞组成。座舱增加了着陆缓冲器,当飞船距地面1m时,由触杆式触地开关控制缓冲火箭点火,实现软着陆。
·为了实现出舱活动,增加了一个可伸缩气闸舱。气闸舱收缩后高度为0.7m,伸长后高度为2.5m,内经1m。有两个闸门,一个和飞船相连,一个与外界相通,出舱活动完成后,将它抛掉。
·将生保系统的10天储备减为3天。
上升号一共只发射了2艘。
C.联盟号
联盟号系列是苏联/俄罗斯使用历史最悠久的载人飞船系列,它分为联盟号、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、交会和对接能力,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/俄罗斯载人航天计划中重要的天地往返运输系统。
联盟号
联盟号飞船于1967年4月23日首次发射,至1981年5月,共发射了40艘联盟号飞船,其中22艘与礼炮号空间站实现对接。
联盟号能乘坐3名航天员,长9.0m,最大直径2.72m,发射重量6600kg,着陆重量3000kg,航天员活动空间9.0 m3。
返回舱:重2800kg
轨道舱:重1224kg
服务舱:重2654kg
太阳电池板翼展:8.4m
轨道舱前段有一个和礼炮号空间站对接的对接口。飞船返回前抛弃轨道舱和设备舱,返回舱单独再入大气层。早期的联盟号飞船虽然有许多成功的辉煌,但也发生了2次重大技术故障,造成4名航天员以身殉职。
联盟-T
联盟-T飞船于1980年6月5日首次发射,共发射15艘。
联盟-T飞船能乘坐3名航天员,设计寿命14天,与礼炮号空间站停靠180天。总长度7.5m,最大直径2.7m,航天员活动空间9.0 m3,总重量6850kg,总推进剂700kg。
返回舱:能乘坐3名航天员,长2.2m,最大直径2.2m,航天员活动空间4.0 m3,总重量3000kg。
轨道舱:长3.0m,最大直径2.3m,航天员活动空间5.0 m3,总重量1100kg。
联盟-T飞船是联盟号的改进型,虽然它的外形、容量和重量与联盟号大体相同,但技术上做了许多改进。由于联盟-10飞船3名航天员从礼炮-1返回时窒息死亡,联盟号航天员从3人不着航天服返回状态改为2人着航天服返回状态,能源由太阳帆板状态改为不装太阳帆板状态。联盟-T改善了航天服使其更为轻、薄和柔软,从而使返回舱能载3名着航天服的航天员,恢复了太阳帆板和采用了捷联惯导系统;其他改进,如采用了可无人操作的自动计算机设备和带显示屏的数字计算机;飞船上的发动机系统同礼炮-6空间站上的发动机使用同样的推进剂,提高了推力和机动能力;采用了更轻、更结实的壳体材料,以及新式的降落伞系统等。联盟-T飞船设计成可载2或3人,也可无人飞行,从1979年12月至1986年3月共发射了15艘。
联盟-TM
它是联盟-T的改进型,改进主要涉及飞船的对接系统、通信系统、推进系统、应急救生系统和降落伞系统。飞船起飞质量7070kg;返回质量约2900kg;可送达的有效载荷100kg以下;可返回的有效载荷20~50kg;飞行持续时间:自主飞行5昼夜,加入空间站飞行180昼夜;工作轨道参数:倾角51.6o,高度300~400km;飞船外型尺寸:长约7m,最大直径2.7m,太阳电池翼翼展10.7m;生活舱总容积约103m;太阳电池功率约1kW。
3044am永利集团它的主要任务是把航天员送入和平号空间站,待航天员完成任务后再把航天员送回地面。从1986年5月至2002年4月底共发射了34艘,其中联盟-TM-1为不载人试飞。
美国的载人飞船发展历程
A.水星号
水星飞船是美国的第一代载人飞船,总共进行了25次飞行试验,其中6次是载人飞行试验。水星飞船计划始于1958年10月,结束于1963年5月,历时4年8个月。水星计划共耗资3.926亿美元,其中飞船为1.353亿美元,占总费用的34.5%;运载火箭为0.829亿美元,占总费用的21.1%;地面跟踪网为0.719%亿美元,占18.34%;运行和回收操作费用为0.493亿美元,占12.6%;其他设施为0.532亿美元,占13.46%。
水星计划的主要目的是实现载人空间飞行的突破,把载一名航天员的飞船送入地球轨道,飞行几圈后安全返回地面,并考察失重环境对人体的影响、人在失重环境中的工作能力。重点是解决飞船的再入气动力学、热动力学和人为差错对以往从未遇到过的高加速度和零重力的影响等问题。
水星飞船总长约2.9m,底部最大直径1.86m,重约1.3~1.8t,由圆台形座舱和圆柱形伞舱组成。座舱内只能坐一名航天员,设计最长飞行时间为2天,飞行时间最长的一次为34小时20分,绕地22周(1963年5月15日~16日水星-9飞船飞行)。水星计划的6次载人飞行共历时54小时25分钟。
水星飞船的姿态控制系统以自控为主,另有两种手控方式作为备份。航天员仅在必要时使用手控装置控制飞船的飞行姿态,在飞船操纵方面仅起到辅助作用,基本上是一名供地面研究人员了解人对空间飞行环境适应能力的受试验者。但在飞行中也表现出了人的主观能动性。
B.双子星座号
双子星座号系列飞船是美国的第二代载人飞船,总共进行了12次飞行试验,其中2次无人飞行和10次载人飞行。水星号飞船计划始于1961年11月,结束于1966年11月,历时5年。双子星座计划共耗资12.834亿美元,其中飞船为7.974亿美元,占总费用的62%;运载火箭为4.098亿美元,占总费用的31.93%;支援设施为0.762亿美元(其中用于改造全球通讯设备为5600万美元),占总费用的5.94%。双子星座计划主要是为阿波罗载人登月计划提供飞行经验、准备各种技术条件。
双子星座号飞船形状与水星号飞船相似,基本呈圆锥-钟形,全长5.7m,底部最大直径3m,重约3.0~3.9t。
返回舱:乘2名航天员,全长3.4m,最大直径2.3m,航天员活动空间2.55m3。总重量1982kg,其中包括2名航天员的体重144kg和座倚的重量426kg。舱内用纯氧,压力340mPa。
设备舱:长1.4m,最大直径3.05m,重1278kg,其中环控生保系统的重量为117kg。
飞船结构采用分舱段布局原则,把每个分系统的所有部件都放置在一个紧凑的舱体内,这样既便于检查和组装又便于出故障时更换;从第5艘到第12艘双子星座飞船都是用了燃料电池,这种电池结构较简单、紧凑,能耐冲击和振动,体积小、重量轻、比功率高;飞船还采用弹射座椅作为紧急救生手段,它不仅在发射阶段而且在着陆阶段可为航天员提供一种救生手段。
双子星座号飞船与水星号飞船相比,作了较大的改进,实现了载2名航天员飞行。飞船设计为手控操纵为主,成为至今为止美国载人空间飞行器中受控程度最高者,在双子星座飞行中,航天员真正成为飞船的驾驶与操纵人员,并且除人对空间环境的适应情况的实验外,还进行了一些技术试验,实现了一些新的空间技术方面的突破,主要包括航天员舱外活动技术和空间飞行器的交会/对接技术,以及使用计算机的自动飞行控制技术。
双子星座计划共进行了10次载人飞行,总计飞行时间971小时48分。
C阿波罗
美国的阿波罗计划是人类第一次登上月球的伟大工程,始于1961年5月,结束于1972年12月,历时11年7个月。阿波罗计划的目的是把人送上月球,实现人对月球的实地考察,并为载人行星探险做技术准备。
阿波罗飞船由指挥舱、服务舱和登月舱3部分组成,发射上升段时还有救生塔。飞船总重量约50t,高约16m连同救生塔约25m。其中指挥舱为圆锥形,高3.5m,底部直径3.9m,重约6t;服务舱是一个直径为3.9m、高7.6m的圆柱体,重约25 t;而登月舱高6.9m,宽4.3m,质量14t。
阿波罗计划载人登月的技术途径是选用月球轨道交会方案,即将一艘载有3名航天员的飞船发射到月球轨道上,然后2名航天员乘登月舱在月面上降落,进行月面探险。另一名航天员仍留在指挥舱中绕月球轨道飞行,并进行科学实验。返回时,在月面上的2名航天员启动登月舱的上升段发动机,飞上月球轨道,与指挥舱交会对接。2名航天员进入指挥舱后,抛弃登月舱的上升段,脱离月球轨道返回地球。在再入大气层前,抛弃服务舱,仅指挥舱在太平洋上溅落。
阿波罗飞船研制出来后,相继进行过6次无人亚轨道和环地轨道飞行、一次环地飞行、3次载人环月飞行,最后才正式进行了登月飞行。1968年10月11日发射的阿波罗-7是第一艘载3名航天员的阿波罗飞船。在此之前,阿波罗计划中只做了不载人的飞行试验。自阿波罗-7起,到阿波罗-18为止,美国发射了12艘载人阿波罗飞船。
欧洲ATV的命名和由来
1、欧洲首艘自动货运飞船ATV-1 “儒勒 凡尔纳”号
Automated Transfer Vehicle(ATV)-1 Jules Verne
图:“儒勒 凡尔纳”号货运飞船
这艘飞船以法国著名科幻作家儒勒 凡尔纳(Jules Verne)的名字命名。2008年3月9日,法属圭亚那库鲁航天中心升空首飞时,“儒勒 凡尔纳”号的货舱里装满了清水、燃料、太空食品和科研用品,还有一本儒勒 凡尔纳的科幻小说《从地球到月亮》。
这艘飞船重约20吨,飞船呈圆筒状,全长约10.3米,最大直径约4.5米,体积相当于英国伦敦街头常见的双层公共汽车。飞船由推进舱、电子设备舱和加压舱3部分构成。它的外部有4个“太阳翼”,每个“太阳翼”由4块太阳能电池板构成,翼展可达22米,看上去就像两对“翅膀”。
2、欧洲第二艘货运飞船ATV-2 “约翰内斯 开普勒”号
Automated Transfer Vehicle(ATV)-2 Johannes Kepler
图:“约翰内斯 开普勒”号
欧洲第二艘自动转移飞行器(ATV)飞船“约翰尼斯 开普勒”号于2011年2月16日在法属圭纳亚的库鲁航天中心发。ATV-2以德国航天员约翰内斯 开普勒(Johannes Kepler)命名,全长约10米,最大直径4.5米。该ATV的重量超过20吨,其有效载荷是欧洲航天局发射史上最大的。飞船由推进舱、电子设备舱和加压舱组成,外部有4个“太阳翼”,每个“太阳翼”由4块太阳能电池板构成,翼展可达22米。
3、欧洲第三艘货运飞船ATV-3 “爱德阿多 阿玛尔迪”号
Automated Transfer Vehicle(ATV)-3 Edoardo Amaldi
欧洲宇航局的第三艘ATV已经命名“爱德华多 阿玛尔迪”(Edoardo Amaldi)。以纪念这为二战后意大利物理学领军人物和航天领域的先驱。爱德华多 阿玛尔迪事费米学派的物理学家,他因推动了物理实验学何对引力波的认识而闻名。
俄罗斯宇宙飞船概览
(1)“东方”号飞船俄语:Восток 意为“东方” 英语 Vostok
图:进入太空第一人加加林所乘坐的“东方”-1号载人飞船
“东方”号是苏联最早的载人飞船系列,也是世界上第一个载人航天器。东方号载人航天工程始于20世纪50年代后期,在载人之前,共发射了5艘无人试验飞船。从1961年4月到1963年6月共发射6艘载人飞船。1961年4月12日,世界上第一艘载人飞船“东方”-1飞上太空,开始了载人航天的时代。苏联航天员加加林乘飞船绕地飞行108分钟,安全返回地面,成为世界上进入太空飞行的第一人。
“东方”号飞船由密封座舱(呈球形,重2.4t,内径2.3m)和工作舱(由一个短圆柱体和两个截锥体组成,最大直径2.43m,重2.265t)组成,总长:4.41m,最大直径:2.43m,总质量4.7t,座舱自由空间:1.6m3,只能乘坐一名航天员。座舱里有可供飞行10天的生保系统以及各种仪器设备和弹射座椅。返回前,抛掉末级火箭和工作舱,座舱单独再入大气层。待座舱下降到距地面约7km时,航天员弹出座舱,然后用降落伞着陆。
(2)“上升”号飞船 俄语:Восход,意思为“上升”或者“日出”
图:“上升”号宇宙飞船
“上升”号宇宙飞船重5.32吨,球形乘员舱直径与东方号飞船大体相同,改进之处是提高了舱体的密封性和可靠性。宇航员在座舱内可以不穿宇航服,返回时不再采用弹射方式,而是随乘员舱一起软着陆。
上升号一共只发射了2艘。上升1号载3名宇航员,在太空飞行24小时17分钟;上升2号载两名宇航员,在太空飞行26小时2分钟。计划的主要目的,是试验载2人的飞船系统,继续考察航天员在太空中的工作能力,以及考察航天员之间相互配合的能力。“上升”号飞船的匆忙研制和飞行,其命名折射出了在当时苏美太空争霸背景下,赫鲁晓夫对争取第一的竞争心态。
(3)“联盟”号飞船 俄语:Союз 英语:Soyuz
“联盟”号飞船是前苏联在积累了多年经验之后,所开发出来的一种最成熟的载人航天器。“联盟”号飞船于1967年4月23日首次发射,至1981年5月,共发射了40艘“联盟”号飞船,其中22艘与“礼炮”号空间站实现对接。
图:“联盟”号宇宙飞船
1969年1月 “联盟4号”飞船同“联盟5号”飞船实行了人类历史上第一次接近和对接。“联盟5号”上的宇航员阿列克谢 叶利谢耶夫和叶夫根尼 赫鲁诺夫穿上宇宙服进入了“联盟4号”。苏联人把对接后的组合飞船称为“世界上第一个宇宙空间站”。由“联盟”号飞船衍生出的其它航天器包括:
“联盟”T,这是联盟号的直接升级物和替代品。相对“联盟”-T进行了更多的改进,主要执行向和平号空间站和国际空间站运送宇航员工作组的任务。联盟-T飞船设计成可载2或3人,也可无人飞行,从1979年12月至1986年3月共发射了15艘。
“联盟”-TM,它是联盟-T的改进型,改进主要涉及飞船的对接系统、通信系统、推进系统、应急救生系统和降落伞系统。它的主要任务是把航天员送入和平号空间站,待航天员完成任务后再把航天员送回地面。从1986年5月至2002年4月底共发射了34艘,其中“联盟”-TM-1为不载人试飞。
“联盟”-TMA,联盟系列的最新产物。由于俄罗斯的航天员身高比美国航天员矮,为满足建造“国际空间站”的需求,应美国的要求,俄罗斯对“联盟”TM飞船进行了改进,改进后的“联盟”TMA飞船于2002年10月29日升空,从而,可以运送个子更高、体重更重的航天员。是俄罗斯航天部门现在拥有的唯一一种可载人航天器,也是可以向国际空间站输送航天员的仅有的两种工具之一(另一种是美国的航天飞机)。在航天飞机屡次发生事故的情况下,“联盟”-TMA的意义变得更为重大。
(4)“进步”号飞船 俄语:Прогресс 英语:Progress
图:“进步”号飞船
为适应为空间站运送货物的需要,从1978年开始,苏联把“联盟”飞船的环境与生命保障系统返回着陆、应急救生等与人有关的系统去掉,改装成货运飞船,改装后的货运飞船称为“进步”飞船,每次可以为空间站运送2吨货物。从第五艘“进步”M飞船开始,还可以带回一个再入小舱,以便运回在空间站上生产的材料样品以及其他科学资料。
2001年,新型货运飞船“进步”M1投入使用,其燃料储备比“进步”M增加一倍,载货量大大提高,通信联系功能更强,与空间站对接后飞行时间也增加到180天。
日本HTV的命名由来
图:日本HTV货运飞船
简介:HTV货运飞船(H-II Transfer Vehicle,HTV)是日本航空航天探索局(JAXA)专门为国际空间站(ISS)计划研发、由三菱重工制造的不载人货运飞行器。其低轨货运能力6吨,配置非压力密封舱和舱门足够宽的压力密封舱,它以机械臂方式与ISS对接,它能够将6吨的补给运送到国际空间站,然后将废物运回地球并在大气层内燃烧掉。HTV是目前唯一可向空间站运送加压与非加压货物的无人飞行器,也是当今世界上最大的货运飞船。日本计划到2015年以每年一艘的速度发射7艘HTV。
2009年9月11日,日本首艘货运飞船HTV-1(KOUNOTORI-1)由H-IIB火箭从日本种子岛空间中心(TNSC)发射升空。2
2009年11月1日HTV-1携带着国际空间站上的垃圾,成功再入大气层,在太平洋上空划出一道耀眼的弧线后坠入海中。
2011年1月22日报道,日本第二艘货运飞船HTV2(KOUNOTORI-2),为国际空间站送去重约5吨的物资,包括食物、水与供航天员使用的实验设备。并于日本时间30日正午后返回大气层内烧毁。
命名:日本两艘HTV货运飞船均命名为“白鹳”(KOUNOTORI)。在日本传统文化中,白鹳表达了这样一种意象:它在向人们运送一件非常重要的东西(孩子,幸福,或者其它快乐的东西)。这恰好体现了HTV货运飞船的使命——向国际空间站运送必需物资。
JAXA在2010年8月27日至9月30间,举办了HTV货运飞船的命名征集活动,并向民众普及和宣传日本首艘飞船。JAXA收集到命名方案总计17,236件,共选取了17,026件作为候选方案,其中提到“白鹳”的有217件。JAXA向所有参选者发放了纪念证书,并赠送精美商业礼品。所提方案获选者,还获得了赴种子岛航天中心观看HTV飞船现场发射的机会。
美国宇宙飞船的历史
阿波罗飞船
水星是美国第一代飞船型号。从1958年开始,美国历经了四年八个月,进行了14次飞行试验,这之中有六次不载人飞行,两次动物飞行,六次载人飞行。水星飞船一般只有一吨半左右,高约三米,外形呈圆锥形。飞船具有定向、保障生命安全、控制飞行姿态的系统,部分的还有临险逃脱的能力。它的最后一次发射是在1963年5月15日,飞船在太平洋中途岛附近的海上溅落。
双子星座是美国第二代载人飞船。可以容纳两名宇航员,重约三吨,双子星座载人飞船外形像一个圆锥,它由服务段和再入段两部分构成。服务段设在飞船后部,由制动火箭系统和仪器设备舱组成;再入段有三个舱室,这之中有座舱。座舱也呈锥形,底部直径为2.3米,顶部直径为一米,可以乘坐两人,舱内有食品、水、仪表、制导和通信设备。座舱侧面还有三层玻璃的观察窗口。
双子星座飞船采用弹射座椅救生系统,这和一般战斗机上的弹射座椅救生系统大同小异。据说,双子星座飞船曾经拍摄过我国的长江口、湖南等地的一些照片。
“阿波罗”是希腊神话的一个太阳神的名字。美国用它来为飞船和火箭命名,意义深远。美国的登月计划也称阿波罗计划,首次登月的“阿波罗11号”也只是登月飞船中的一艘。
从1969年5月25日开始,到1972年12月底,美国为实施阿波罗计划总共进行了17次飞行试验。阿波罗计划也并非一帆风顺。1967年1月27日,“阿波罗4号”宇宙飞船的三名宇航员,在当地时间13点进入飞船座舱时,由于电短路产生火花,使座舱起火,三名身着不能防火宇宙服的宇航员被烧死。
阿波罗1~10号飞船进行登月试验活动。11号到17号均采取实践登月行动,有六艘飞船到达了月球,它们是:
阿波罗11号,1967年7月16日~24日,在月球静海降落;
阿波罗12号,1969年11月14日~24日,在月球风暴海降落;
阿波罗14号,1971年1月31日~2月9日,在月球薄拉莫勒地区降落;
阿波罗15号,1971年7月26日~8月7日,在月球亚平宁山哈得利峡谷降落;
阿波罗16号,1974年4月16日~27日,在月球迪卡尔高地降落;
阿波罗17号,1972年12月6日~19日,在月球曹拉斯利特罗山脉降落。
阿波罗飞船登月并非是直奔而去,而是采用月球轨道交合法,即:宇宙飞船从地球轨道进入月球轨道,再推向月球背面;然后从月球背面进入月球轨道,并转入地球轨道,回到地球。“阿波罗11”号宇宙飞船也不例外。
阿波罗计划总共花了11年半时间,耗费了250亿美元,收集了384.2公斤的月球土壤岩石样品,并在月球上设置了一些仪器设备,但它是美苏冷战时期的表演仪式,实用价值不大。
美国的载人飞船
1. “水星”号
美国水星飞船计划于1958年10月,结束于1963年5月,历时4年8个月。水星计划共耗资3.926亿美元,其中飞船为1.353亿美元,占总费用的34.5%;运载火箭为0.829亿美元,占总费用的21.1%;地面跟踪网为0.719亿美元,占总费用的18.34%;运行和回收操作费用为0.493亿美元,占总费用的12.6%;其它设施为0.532亿美元,占总费用的13.46%。水星计划的主要目的是把载一名航天员的飞船送入地球轨道,飞行几圈后安全返回地面,并考察失重环境对人体的影响、人在失重环境中的工作能力。重点是解决飞船的再入气动力学、热动力学和人为差错对以往从未遇到过的高加速度和零重力的影响等问题。
组成情况:飞船总长约2.9米,底部最大直径1.86米,重约1.3~1.8吨,由圆台形座舱和圆柱形伞舱组成。在发射时水星飞船的顶端还有一个高约5米的救生塔。设计的最长飞行时间为2天。采用弹道再入方式,航天员与飞船一起在海上回收。飞船由6部分组成:
①逃逸系统 是针对美国当时的运载火箭可靠性不高而专门设置的,该系统由逃逸火箭、逃逸塔和逃逸塔抛射火箭组成。逃逸火箭的推力为2340公斤,燃烧时间为1秒。逃逸塔抛射火箭推力为360公斤,燃烧时间为1.5秒。在飞船发射期间,一旦运载火箭发生故障,逃逸火箭在1秒钟内能把飞船从运载火箭上推开75米。若刚离发射台,1秒钟内能推开约38米,当宇宙神助推级分离后便抛弃逃逸系统。
②天线容器 装有指令、遥测和通信天线,两台红外水平扫描器以及制动伞等。制动伞直径1.83米,在6.3公里高空打开。
③回收部件 设有回收信标、天线和闪光灯辅助设备以及主伞和备用伞等。伞的直径均为19.2米,在3.05公里高空打开,将飞船降落速度减少到9米/秒。
④座舱 双层密封。设有通信、环境控制系统、仪表、导航设备等。航天员乘坐的躺椅是按体型制作的,可提高航天员对加速度的耐力。舱内环境使用100%氧气,气压0.63公斤/厘米2,温度保持在10~30℃。
⑤反推与分离火箭 在组件内装有反推火箭和正推火箭。反推火箭有3台,每台推力450公斤,燃烧时间10秒,其中任意两台都能实施安全再入。能将飞船速度从28165公里/小时降至563公里/小时,使飞船离开轨道;正推火箭也有3台,每台推力180公斤,燃烧时间为1秒。当宇宙主发动机燃烧终止,将飞船送入轨道后,正推火箭使飞船与火箭分离,分离速度为6米/秒。
⑥防热层 在飞船再入时承受气加热。亚轨道飞行时防热层采用铍,轨道飞行时采用玻璃和树脂混合物。
2.“双子星座”号
双子星座计划始于1961年11月,1966年11月结束,历时5年,共进行了12次轨道飞行试验,其中2次无人飞行和10次载人飞行。1961年5月25日肯尼迪总统宣布了阿波罗载人登月计划。从弹道式水星载人飞船到载人登月飞行,有许多象交会与对接、航天员出舱活动之类的技术问题和操纵飞船完成机动、再入溅落等一系列操纵训练问题都有待解决,因此需要一个过渡性飞船计划,即双子星座载人飞船计划。该计划的总费用为12.834亿美元,其中飞船为7.974亿美元,占总费用的62%;运载火箭为4.098亿美元,占总费用的31.93%;支援设施为0.762亿美元(其中用于改造全球通讯设备为5600万美元),占总费用的5.94%。双子星座计划是为阿波罗计划提供飞行经验,准备各种技术条件,提供经过训练并富有实际飞行经验的航天员。其具体目标:①研究试验登月所需的长达两星期的载人轨道飞行;②发展交会、对接技术,掌握机动飞行能力;③发展和练习飞船准确再入、溅落和回收技术;④发展航天员在天上进行舱外活动的能力;⑤进行科学、医学和军事技术实验;⑥为航天员和地面工作人员提供实际的飞行训练机会,使他们掌握阿波罗登月所必需的技术。
组成情况: 双子星座飞船基本呈圆锥一钟形,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交会和回收段: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。连接舱内壁还有许多流动冷却液的管子,因此它又是个空间热辐射器。双子星座飞船以半弹道式再入大气层,升阻比为0.125。飞船着陆系统包括降落伞系统、标位系统和控制机构等。双子星座飞船都是用“大力神”-2导弹改进型作为运载工具,因为在当时它的推力最大,且采用可贮推进剂。从发射双子星座-5飞船以后,为发展交会和对接技术,曾用宇宙神火箭先后发射了5颗阿金纳目标卫星。双子星座计划共进行了10次载人飞行,总计飞行971小时48分。
3.“阿波罗”号
举世闻名的阿波罗登月计划始于1961年5月,结束于1972年12月,历时11年7个月。其目的是实现载人登月飞行和人对月球的实地考察,在该计划执行的高峰时期,参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数超过3万人。为载人登月飞行美国还完成了4项辅助计划,它们是:①“徘徊者”号探测器计划(1961~1965年);共发射9个探测器,在不同的月球轨道上拍摄月球表面状况的照片1.8万张,以了解飞船在月面着陆的可能性。②“勘测者”号探测计划(1966~1968年);共发射5个自动探测器在月球表面软着陆,通过电视发回8.6万张月面照片,并探测了月球土壤的理化特性。③“月球轨道环行器”计划(1966~1967年):共发射3个绕月飞行的探测器,对40多个预选着陆区拍摄高分辨率照片,获得1000多张小比例尺高清晰度的月面照片,据此选出约10个预计的登月点。④“双子星座”号飞船计划。阿波罗计划载人登月的技术途径是选用月球轨道交会方案,即将一艘载有3名航天员的飞船发射到月球轨道上,然后2名航天员乘登月舱在月面上降落,进行月面探险。另一名航天员仍留在指挥舱中绕月球轨道飞行,并进行科学实验。返回时,在月面上的2名航天员启动登月舱的上升段发动机,飞上月球轨道,与指挥舱交会对接,2名航天员进入指挥舱后,抛弃登月舱的上升段,脱离月球轨道返回地球。在再入大气层前,抛弃服务舱,仅指挥舱在太平洋上溅落。
组成情况: 阿波罗飞船由指挥舱、服务舱和登月舱三部分组成。
(1)指挥舱;航天员在飞行中生活和工作的座舱,也是整个飞船的控制中心,它是整艘飞船中唯一回收的部件。该舱呈圆锥形;高3.2米,重5.85吨,可居住容积5.95米3。指挥舱壳体结构分为3层:内层为铝合金蜂窝夹层结构,中层为不锈钢蜂窝夹层隔热层,外层为环氧-酚醛树脂烧蚀防热层。舱内充以0.35大气层的纯氧,温度保持在21~24℃。指挥舱分为前舱、航天员和后舱三部分。前舱装有与登月舱的对接探头,该舱内放置着陆部件、回收设备和2台姿态控制发动机等。航天员舱为密封舱,存有供航天员生活14天的必需品和救生设备。后舱内装有10台姿态控制发动机,各种仪器和贮箱,还有制导导航系统以及船载计算机和无线电分系统等。指挥舱有两个舱门,一个在侧面供航天员出入:一个在顶端供航天员爬进登月舱。另有五个窗口,其中2个供航天员摄影和观察,两个三角形窗供交会用,一个放置六分仪和扫描望远镜。
(2)服务舱:服务舱呈圆柱形,是为指挥舱和航天员服务的舱室。该舱高6.7米,直径4米,重约25吨。该舱采用轻金属蜂窝结构,分为6个隔舱,装有主发动机、姿态控制系统、推进剂贮箱、环境控制系统以及通信系统和电源等。环境控制系统保证3名航天员14天的生活环境。能源系统采用三组燃料电池。从发射直到再入大气层前,服务舱与指挥舱一直连接在一起,大约于两者主前15分钟服务舱才与指挥舱分离,并在大气层中烧毁。
(3)登月舱;登月舱用于把2名航天员从月球轨道下降到月球表面,任务完成后再把他们送回在月球轨道上运行的指挥舱。在探测月面期间该舱又是航天员的短期探险基地。登月舱由下降级和上升级组成,地面起飞时重14.7吨,宽4.3米,最大高度约7米。
为发射阿波罗飞船美国专门研制了土星运载火箭,运载火箭研制分两个阶段进行:第一阶段研制“土星”1和“土星”IB,用于获取大型运载火箭的研制经验,并进行阿波罗飞船的飞行试验;第二阶段研制“土星”5巨型3级运载火箭作为飞船登月的运载工具。
飞行试验概况: 美国通过发射10艘阿波罗飞船(其中有的只有服务舱或登月舱)才实现第一次载人登月。从“阿波罗”-1至“阿波罗”-6进行了6次不载人飞行试验,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。“阿波罗”7、8、9号飞船进行了载人飞行试验。主要作环绕地球、月球飞行和登月舱脱离环月轨道的降落模拟试验、轨道机动飞行和模拟交会、模拟登月舱和指挥舱的分离和对接。按登月所需时间进行了持续11天的飞行,检验飞船的可靠性。1969年5月18日发射的“阿波罗”10号飞船进行了从地面发射到登月全过程的演练飞行。
苏联/俄罗斯的载人飞船
1. “东方”号:
前苏联在第一颗人造卫星上天后不久,就着手载人航天计划。1958年8月,前苏联进行了载人飞船方案的可行性研究。当时有人建议先研制一个飞行器进行载人亚轨道飞行,以获得有限的失重环境的经验。但总设计师科罗廖夫认为亚轨道飞行只能获得2~4分钟的失重环境,与飞机作抛物线飞行可获得半分钟失重环境相比,不可能会获得实质性的结果。前苏联还认为,进行亚轨道飞行会使设计和研究工作分散,计划的进度会放慢。前苏联决定在卫星式飞船试验成功后,直接进行载人的轨道飞行。1958年11月,该方案得到设计局主任委员会的批准,此计划就是“东方号”计划。“东方号”计划于1958年末批准,1959年初开始设计。前苏联为抢在美国之前实现载人航天,设计和一些制造工作同时进行。前苏联从可行性研究到1961年4月“东方”-1号载人飞船上天只花了2年半的时间,比美国的首次载人轨道飞行早了10个月。
组成情况: “东方号”飞船由球形返回舱和双锥形仪器舱组成。
返回舱:东方号飞船返回舱呈圆球体,直径2.3米,重量为2460公斤,内部密封舱容积为1.6立方米;基本结构为铝合金受力式结构,其外部是由烧蚀材料组成的防热层,重量约800公斤,在再入大气过程中保护着铝合金基本结构。在防热层外面,还包裹着一层温控层由多层镀铝薄膜组成,每层之间隔以玻璃丝网。在轨道上的真空条件下,可以有效地隔离辐射传热。在舱内设有航天员的座椅,生命保障系统设备,控制、监测和通讯仪器,着陆系统等,还有需要返回和与保证安全返回有关的仪器设备。
仪器舱:仪器舱的结构是由一短圆柱段和两个截锥体组合而成,最大直径为2.43米,重量为2265公斤。仪器舱内安装着那些仅在轨道上飞行所需的而不需要返回的仪器设备,如遥测、通讯、轨道控制、电源、姿态控制系统和动力装置等。
东方号载人飞船的运行轨道大约是180×250公里左右的近地轨道。根据飞行计划安排空间飞行时间。需要返回时,在给定时刻,启动制动发动机,向飞船提供一定的冲量。据计算此冲量在给定的方向上对飞船提供了100~140米/秒的速度增量。结果不仅降低了速度值,同时也改变了速度方向。臻使飞船脱离了原运行轨道而进入返回轨道。飞船沿返回轨道下降,在达到100公里左右高度时便开始进入稠密的大气层。东方号飞船是以弹道式再入的,其上只有阻力作用,无升力或有限的无控升力作用。飞船再入最大制动过载为8~12g,而过载大于5g的持续时间约有100秒。地面试验也证明了人能承受这样的过载条件。当返回舱下降到20公里高度时,速度已减慢到亚音速。到10公里左右时,速度趋近于一个稳定值,大约为200~220米/秒。以后,其速度值变化甚小。为了进一步减慢到安全着陆速度,必须利用降落伞系统提供更大的阻力面积。在正常返回的情况下,东方号飞船的航天员有两种不同的着陆方式可供选择:一是坐在返回舱的座椅内着陆,另一是利用弹射座椅将航天员弹出舱外,分别着陆。
飞行试验概况: “东方号”计划的目的是把1人送上天并安全返回以及考察人在天上的自我感觉和工作能力。为确保首次载人飞行的安全可靠,前苏联从1960年5月至1961年3月,在将近1年的时间里进行了7次卫星式飞船的发射,其中两次因运载火箭故障未入轨道。这些卫星式飞船中载有假人、狗和生物,进行了航天医学和生物学试验,证明了人可经受住航天环境中各种因素的影响。事实上也是对飞船和运载火箭的性能进行试验。前苏联在卫星式飞船连续两次获得成功之后,开始进行载人飞行。自1961年4月至1963年6月,共发射了6艘“东方号”载人飞船。“东方号”飞船从绕地球1圈增加到81圈,还试验了两艘飞船相互接近的技术。其中,“东方”-3号和4号相互接近到6.5公里,“东方”-5号和6号相互接近到5公里。
2. “上升”号
早在1962年科罗廖夫就开始了联盟号飞船系统的方案研究,以期作为东方号飞船的后继型号。但是1964年末美国载2名航天员的双子星座飞船成功发射入轨,出于政治上的考虑,前苏联需要有一项与双子星座相抗衡的飞船计划。前苏联当局临时改变计划取消了原定的“东方号”-7飞行任务,推迟了联盟号飞船研制计划,开始上升号的研制与飞行,该计划从1964年10月至1965年3月历时五个月。上升号计划的主要任务是试验承载多人的飞船系统,考查航天员之间的配合能力,并试验舱外活动的能力。既然是临时性计划,按科罗廖夫的计划,将在1964年末进行历时一天的3人轨道飞行;在1965年初进行历时一天的2人轨道飞行;在1965年末进行历时2周的2人轨道飞行。但实际上仅进行了2次载人飞行。
组成情况: 上升号与东方号的主要不同点有以下各点:
(1)去掉了弹射座椅和航天服。苏联研制上升号飞船的任务就是为了在原来的东方号飞船那样的返回舱容纳下三名航天员,因而取消了弹射座椅,换上了三个带有减震器的座椅。由于航天服体积较大而又笨重,三名航天员都穿着它,也挤不进去座舱,只好穿普通的飞行服坐在座椅上。在着陆时,航天员只能采用坐在座舱内着陆,而不能采用弹射座椅到舱外分别着陆的方案。返回舱带有两个主伞下降,着陆火箭若不工作,垂直着陆速度为10米/秒;此时,着陆冲击载荷大部分由座椅减震器吸收。座椅在航天员肩部附近的减震器的行程为0.2~0.3米,这样使座舱的着陆冲击过载减少到20~30g,作用时间约0.05秒。这样强度的冲击过载,航天员是可以承受的。
(2)增加一个备份制动火箭。上升号飞船的运动轨道较高,轨道飞行时间只有一天,万一制动火箭失效,不能指望依靠其轨道的自然衰减来实现返回。又由于舱内容积狭小,三名宇航员挤在其中,生保和环境条件控制系统负荷很重,因此不能在轨道上进行较长时间的飞行,为了确保在返回飞船能及时可靠地转入返回轨道,除了东方号飞船原有的制动动力系统外,增加了一台固体火箭发动机。它被安装在返回舱的顶部,由宇航员手动控制点火。总重量为143公斤,其中包括固体火药87公斤,最大推力为12200公斤,总冲量为19600公斤秒,燃烧时间为2秒。
(3)增加了一个出舱闸道。为了实现太空行走,在上升二号飞船的侧壁上安装了一个可伸展的出舱闸道。其外部直径为1.2米,内装直径为1米,收缩后的高度为0.7米,伸开后的长度为2.5米。两端各装有一个密封的闸门。下端闸门向舱内开,直径为0.65米,上端闸门开向闸道内,直径为0.7米。闸道系统重量为250公斤。上升二号飞船的宇航员出舱活动要穿着专用软结构式宇航服,为了有活动空间,上升二号只有两名宇航员。飞船入轨后的第一圈末至第二圈初,闸道伸展出去。1965年3月18日,宇航员别利亚耶夫和列昂诺夫进入轨道后,列昂诺夫通过闸道出舱活动约24分钟,实现了世界上首次太空行走。宇航员在舱外活动时,由五米长的绳索系在船上,活动完毕之后,返回舱中,关闭密封舱门、抛掉闸道。
(4)以软着陆实现返回。上升二号不仅改进了降落伞系统,并且在着陆前增加了着陆反推火箭,组成降落伞-反推火箭系统来实现软着陆。主伞系统由两具面积为574平方米的主伞组成,保证返回舱以7.4±0.3米/秒的垂直速度着陆,如有一具主伞失效,返回舱也能以10.5米/秒的速度着陆。反推火箭用连接绳和连接索固定在主伞和返回舱之中,它有四个喷口,其轴线与发动机轴线呈30度的倾角。其点火由触杆式触地开关控制。这是机械式高度控制器,触杆由两条薄钢带组成,其两边缘互相固定,伸出时中间呈空心状,有一定刚度。触杆象钢卷尺那样卷在滚筒上,在释放时首先由火药作动器弹掉盒盖,解轴螺栓动作,滚筒解锁从壳体中坠出;触杆靠自身弹性伸直。当触杆的下端接触地面时,上端顶住行开程关,接通着陆反推火箭点火线路。
(5)关于救生问题。由于SL-03运载火箭没有救生塔,上升号飞船又取消了弹射座椅。上升号两次轨道飞行中,若在起飞后44秒内出现危急情况,飞船没有任何手段进行救急。显然,上升号飞船的飞行带有相当大的冒险性。两次上升号载人飞行之前,都发射了一艘结构相同的无人试验飞船。值得一提的是,1965年3月19日,上升二号飞船在轨道运行第十六圈即将开始返回程序时,姿态控制系统出现故障,飞船被迫多运行了一圈,并改用手动调整返回姿态。结果返回舱降落在乌拉尔山西坡,彼尔姆州境内大雪覆盖的森林里,离预定的回收区有800公里以上,险些出了严重故障。
3. “联盟”号
联盟号飞船的主要任务是给空间站运送人员和少量物资,联盟号飞船主要活动包括:1)试验飞船本身的性能;2)试验并实现飞船与飞船之间,飞船与空间站之间的交会对接技术;3)为空间站定期运送人员、设备、材料,进行必要的维护照料;4)进行军事侦察。联盟号载人飞船是继东方号和上升号载人飞船之后的一种新型的载人飞船。联盟号载人飞船于1967年4月23日进行第一次发射。目前,它已经发展为4个序列:第一个是“联盟”序列;第二个是“联盟T”序列;第三个是“联盟TM”序列;第四个是“联盟TMA”序列。
组成情况: 联盟号载人飞船有三个隔舱:轨道舱、返回舱和仪器舱。
返回舱:它在轨道舱和仪器舱之间,其外形是一个钟形体,这种外形可以确保空气动力的升力要求。为了防止再入时的气动加热的影响,在舱内采用了隔热的绝缘措施,外部采用了涂层来提供热和声保护。在再入大气层期间舱内的温度保持不超过25度到30度。在通常情况下,东方号和上升号飞船内的航天员在再入飞行期间要经受8g到10g的负载荷(负加速度)的作用,而联盟号上的乘员在再入飞行期间所经受的负载荷作用只不过是3g到4g减小了一半多。在发射之前两小时航天员便在舱内就座,在指令长面前的显示板上装有保证飞船正常飞行的各种仪器仪表、开关、电视屏幕。在板下的特殊舱口上还安装了光定向探测器。指令长的右侧装有航向控制,系统,左侧装有飞行控制系统。在飞船的左、右舷上都开有窗口以便于目测观察和照像侦察。有四套电视摄像机,舱内、外各安装两套,每秒能够传输625行和25张画面。大气再生系统使用强咸金属吸收二氧化碳,同时放出氧气,来维持正常的大气中的氮和氧的比例(这与阿波罗的大气和氧气之比相同)。热变换器用来减少过量的湿气并把它送到收集器中。飞船内的用水是用容器携带上来的,因为联盟号飞船不像阿波罗那样使用燃料电池的付产品来供水。上边的舱口在发射前作为乘员的入口,发射后是到轨道舱的通路。制动发动机点火持续大约146秒便开始了再入飞行阶段。一个主降落伞在8000米的高空被展开进行减速,在地面上约0.91公里时,固体燃料的反推火箭点火,使速度在着陆时不超过每秒3米。信标机在下降期间不断地发出信号,着陆后发出另一个信号以便帮助搜索用。
轨道舱:它安装在整个飞船的最前端,估计体积为6.26立方米,这样提供了足够的空间让宇航员站立、工作、休息和睡眠。有四个舱口用来进行观察和照像,在舱内装有控制和通讯系统、便携式的电视摄像机、普通照像机和电影摄像机。在“侧甲板”上安装了食品存贮器、科学设备、医药箱和洗漱器。通讯和交会雷达的天线都装在外部,同时它也作为一个关闭和密封通信舱口和再入舱之间的气密封盖,降低轨道舱的压力,能够打开外部舱口,乘员可以外出到宇宙空间。为了进入礼炮号空间站,可以使用前端的舱口。对于“主动的”飞船,其前端要加一个2.74米的对接针;对“被动的”飞行器而言,要装一个锥形的与对接针相匹配的接配器。
仪器舱:它位于飞船的尾部,外形为圆柱形,舱内分成两部分,一部分是气密封闭的仪器舱,其中装有热调节(温控)管理系统、姿态和轨道控制系统、计算机、长距离无线电通讯和遥测系统;另一部分是非密封的动力系统舱,两台液体火箭发动机装在其中,一台是主发动机,另一台作为备份,它们各自能提供400公斤的推力,其主要用途是轨道机动(变轨)和再入飞行前的制动飞行,还有一台单独的低推力发动机系统用于姿态控制。在飞船的尾段的两侧各装有一块翼状的太阳能电池板,每块长度为3.36米。在轨道运行时,太阳能电池板展开后的宽度为10.06米,它提供了14平方米的太阳能电池的面积。太阳能电池板的两侧边缘都装有鞭状天线,用于地球通讯和遥测系统。在空间飞行时,航天员不能进入到仪器舱内。
联盟号飞船的动力系统是KTDU-35发动机。在1966年11月的一次非载人的飞行中进行了首次飞行试验。一般情况下,制动火箭燃烧要求15秒,点火次数在地面和空间要求有4000多次点火试验才能验证发动机是合格的。轨道机动/制动主发动机是单燃烧室,其真实推力为415公斤,真实比推力为280秒,燃烧室的工作压力为40公斤/平方厘米,备份用的发动机有两个燃烧室分别安装在两边,其真实推力为410公斤,其比推力为270秒。输送推进剂系统使用涡轮泵,开路循环。采用过氧化氢分解通过30个小推力器组成的独立网络来驱动涡轮。自燃推进剂是硝酸和偏二甲肼。在多次起动情况下,燃烧时间大于1000秒。在联盟-33号飞船飞行时,主发动机出现故障工作失败,而使用了备份发动机系统,从而保证了飞行。
新一代宇宙飞船——俄罗斯“快船”系列
俄罗斯的带翼型“快船”模型
俄罗斯的“快船”系列是新一代宇宙飞船。它是第一种可回收性飞船,能重复使用25次。它的起飞重量达14.5吨(为“联盟”号的2倍),返回舱质量为9.8吨,长度10米,直径(最大处)为3.06米,飞船可用容积20米’,返回地面的货运量500千克,返回地面的最大加速度为2.5g。
它由可多次使用的返回舱和一次使用的设备舱组成(所有最贵重的装备和多次使用的电子设备都集中在返回舱内),外形很像一个尖头的无柄熨斗,飞行时平底朝下。它一次最多能载6人和700千克的货物,比现有最先进的“联盟”TMA运载量大一倍。
它还具有多种用途,不仅能够往来于“国际空间站”,还可用于登陆月球、火星等星球(俄罗斯政府2005年7月14日通过了“俄罗斯未来10年的太空发展计划”,这项计划包括向火星发射一艘载人飞船),因此将成为美国CEV的有力挑战者。它能够自动飞行10~15天,一旦“国际空间站”遇到什么紧急情况,“快船”系列能够迅速安全地将航天员撤回地球。它有飞船型和飞机型(带翼型)两种返回方式,可以满足不同的需要。
俄罗斯计划制造4艘“快船”,将填补2010~2014年的航天飞机空缺,因为到2010年航天飞机将全部退役,而美国新的运输工具CEV要到2010年才进入飞行试验阶段,2014年开始载人飞行,接替航天飞机。
俄罗斯联盟号系列(TMA)宇宙飞船简介
资料图片:2003年4月26日,俄罗斯“联盟”号载人飞船在哈萨克斯坦的巴克努尔发射成功。
俄罗斯联盟号飞船升空
联盟号(俄语:Союз)是前苏联研制的第三代载人飞船的名字。与之相对应的载人航天计划称为联盟计划。
联盟号飞船的改进产品和衍生物:
联盟号飞船是前苏联在积累了多年经验之后,所开发出来的一种最成熟的载人航天器。由联盟号飞船衍生出的其它航天器包括:联盟-T,这是联盟号的直接升级物和替代品;联盟-TM,相对联盟T进行了更多的改进,主要执行向和平号空间站和国际空间站运送宇航员工作组的任务;联盟-TMA,联盟系列的最新产物,是俄罗斯航天部门现在拥有的唯一一种可载人航天器,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)。在航天飞机屡次发生事故的情况下,联盟-TMA的意义变得更为重大。
其他衍生物包括进步号货运飞船,这是一种设计的十分成功的无人货物运输飞船,在维持和平号空间站和国际空间站的正常运转中发挥了巨大的作用。一般认为,中国的神舟系列宇宙飞船也至少是借鉴了联盟号的设计,或直接得到了联盟号的相关技术。这两种飞船之间的相似度非常高。
位于联盟号顶部的逃逸塔
联盟号飞船的返回舱
前苏联的第一次飞船死亡事故:
1967年4月3日,原苏联第一艘载人的联盟号飞船顺利发射,而且完成了第13圈的轨道飞行,飞船宇航员向地面报告工作顺利。在飞到第18圈时,操纵和稳定飞船明显发生了困难,即在从地面起飞26小时45分钟后,航天员开始做再入大气层的定向操纵和启动反推火箭的时候。事故发生了……当飞船以每小时644公里的速度撞到地面时,宇航员弗拉基米尔·科马罗夫上校当即死亡。后来究竟发生了什么事故可能永远不得而知。
可以这样设想:由于轨道机动或者在再入大气层过程中出现的旋转,使回收降落伞的吊伞索缠在一起,因而在打开降落伞时不能展开,降落伞变成了一条“飘带”,造成了悲剧的发生。
俄大剪刀号登月船
俄罗斯“联盟号”飞船。
“大剪刀”太空飞船。
据俄罗斯《真理报》16日援引塔斯社报道,由俄航天设计师自行研制的新式登月飞船“大剪刀”号将于今年夏天首次试飞。不过,本次“处女航”并不飞出大气层,而是由莫斯科飞往巴黎。与其前身“联盟”号飞船相比,“大剪刀”的体积小巧但力量惊人。
今夏巴黎“露脸”
据俄罗斯联邦宇航局官员考斯坦丁?克雷丹科宣布,“大剪刀”号新式太空飞船将于今年夏天进行首航,不过这次飞行并不会飞离大气层,飞行路线由莫斯科直飞巴黎。
克雷丹科称:“届时将由一架重型运输飞机搭载这款新式飞船,前往法国勒布日机场参加航展,向世人展示这种由俄罗斯Energia火箭航天公司研制的最新产品。运输环节相信不会存在任何问题。在此之前我们已经数次动用飞机运输过国际空间站的登月舱,而那些登月舱的体积都比‘大剪刀’大得多。”
舒适堪比普通客机
俄罗斯联邦宇航局局长安纳托利·普米诺夫表示,“大剪刀”号的一大亮点在于其太空舱内舒适的生活环境。“一直以来,我们非常注意解决太空飞船舱内的空间狭窄问题。当我第一次亲自登上宇航培训中心的飞船时,便切身体会到3名机组人员的生活条件是何其艰苦。而现在‘大剪刀’号的太空舱则由于最新配备了可供6名机组人员乘坐的扶椅,其舒适程度简直堪比普通客机。此外,这种新式飞船还可以像传统飞机那样,在铺有一级沥青路面的机场随意降落。”
据普米诺夫透露,当正式发射的时候,“大剪刀”号预计将由“顶点”号运载火箭送入预定太空轨道。“与当初‘能源’号火箭在边缘捆绑‘暴风雪’号飞船不同,‘大剪刀’号飞船则是被固定在运载火箭的顶端。这种固定方式的最大好处在于更加经济。”“大剪刀”号新式飞船不仅可以飞赴国际空间站,而且就连登月也不在话下。
可多次重复使用
据报道,由俄航天设计师自行研制的新式登月飞船“大剪刀”号是一种可重复使用的多用途太空飞船。与其前身已有40多年历史的“联盟”号飞船相比,“大剪刀”号的特点是起飞重量大,多达16吨(是“联盟”号的3倍);太空舱容量大,可同时容纳6名机组人员(“联盟”号只能容纳3人),包括两名驾驶人员和4名宇航员(或游客);可重复多次使用,至少可以飞行25次(“联盟”号只能使用一次)。此外,由于当“大剪刀”号重返大气层时机上人员的重力较“联盟”号大大减小,所以乘坐起来自然也更舒适。
按照设计规划,“大剪刀”号飞船体长10米,自身重达14.5吨。当它由地面出发飞往国际空间站时最多可以搭载700公斤重的货物,而当它返航时则最多可以搭载500公斤的货物。
前苏联宇宙飞船的历史
联盟号飞船进入大气层
东方号是前苏联第一代载人飞船,轨道载人飞行。东方号是在60年代以前载有动物的飞船基础上发展起来的。
1961年9月12日,俄罗斯宇航员加加林乘坐的东方1号飞船发射成功,从而使它成为第一个进入太空的宇航员;四个月后,乌克兰族宇航员季托夫乘坐东方2号飞船飞行了48个小时;1962年8月11日~12日,东方3号、4号载人飞船进行了编队飞行。1963年6月14日、16日,东方5号、6号载人飞船进行了编队飞行;其中6号飞船宇航员为女性。前苏联第一代飞船只有定向、导航、着陆、遥测等系统,没有姿态控制系统。
上升号是前苏联第二个型号的载人飞船。由于美国决定在1965年初发射载有两名宇航员的双子星座飞船,该飞船具有交合、对接、机动飞行、舱外活动等能力。这使一心想争做第一的苏联人大为恼火,于是不惜血本将东方号进行了改进,让本来只能乘坐二人的飞船硬塞进了三人,这就使上升号飞船带有极大的冒险色彩。
上升1号飞船没有交合、对接、机动飞行的能力,甚至连宇宙服都取消了。上升2号飞船有舱外活动能力,但安全性能仍然打上了折扣。上升2号飞船返回地面时出了故障,两名宇航员只得改用手工操纵,飞船落在远离回收区800公里以外的森林,宇航员几乎毙命。
联盟号是前苏联的第三个载人飞船型号,它分原型和改进型。联盟11号以前的为原型,改进型约有二十多艘。它们均是为建立空间站作准备的。
联盟号飞船由轨道舱、返回舱、服务舱三部分组成,总质量为六吨左右,全长七米多,呈圆筒型,直径约2.3米。轨道舱内部容积有五立方米,它是宇航员工作和休息的地方。服务舱分仪器舱和发动机舱,这两个舱在返回途中都会被抛掉。返回舱也叫座舱,两壁有舱窗,带有缓冲火箭和降落伞。
联盟号飞船的发展史充满了艰辛与灾难,数名宇航员死于非命。1967年4月,联盟1号载人飞船由于姿控发动机漏了燃料,飞船无法平衡;宇航员想尽了办法进行返降,但由于降落伞没有打开而使优秀宇航员格马洛夫摔死。1971年6月29日,联盟11号在返回时,由于返回舱与轨道舱连接处的密封出了问题,舱内空气泄漏,三名未穿宇宙服的宇航员因爆炸性减压而死亡。
联盟号飞船做过国际合作的飞行,曾有七个国家七名宇航员通过飞船进入过空间站。联盟T号飞船从1978年开始进行不载人飞行试验,它使用了新宇宙服、新的燃料推进剂。从1979年12月到1985年9月
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