http://kadhoai.com.cn 2026-04-26 17:13:28 《中華工控網》原創
莫斯科時間1961年4月12日9點07分,在蘇聯拜科努爾宇航中心,尤裏·加加林乘坐東方一號宇宙飛船進入太空,實現了他的先輩齊奧爾科夫斯基的偉大預言。而另一個世界強國--美國,也不甘落後,在緊鑼密鼓的準備之後,於1962年2月20日將水星6號載人飛船送入地
球軌道。由此,揭開了人類曆史上波瀾壯闊的征服太空的競賽。32年過去了,美蘇(俄)兩國的航天發射技術都得到了長足的進步,而廣袤的宇宙又將張開雙臂迎接新的來訪者--2003年10月中旬,在經過4次成功的無人實驗發射之後,中國將使用長征2F運載火箭將載有宇航員的神舟5號飛船送入地球軌道。那麼,神舟5號比起它的前輩東方號和水星號究竟有什麼不同呢?讓我們再回過來看人類蹣跚學步進入太空的那段曆史。
東方號飛船世界上第一種宇宙飛船。是蘇聯宇航先驅謝爾蓋·р·科羅廖夫主持設計的。由座艙和服務艙組成,總長4。41米,最大直徑為2。43米,重4725公斤,座艙自由空間1.6立方米,可以搭載一名宇航員,在軌時間最長為5天。
座艙是宇航員工作、生活是乘坐的艙段,它同時也是搭載宇航員返回地麵的部分,所以也叫返回艙。該艙呈球形,重2460公斤,內徑2.3米。飛行員的座椅就放在中央位置。航行期間航天員穿著宇航服坐在座椅上工作和休息。座椅與座艙的中軸線成64度,背靠和座椅夾角為110度。艙內有手控裝置、導航儀表、無線電通信設備、生命保障係統、著陸係統,還有科學實驗儀器、攝像機、照相機,有足夠的水和食品。服務艙又叫推進艙,也稱設備艙或儀器艙。外形為一個短圓柱段和兩個錐體組成,它的最大直徑是2.43米,重達2265公斤。艙內安裝的儀器設備僅在運行中使用,而不再返回地麵。如遙測、軌道控製、姿態控製、變軌發動機、姿控氣瓶、電源等。
為了保證宇航員在飛船中的正常生命活動、飛船座艙內載有環境控製和生命保障係統。飛船內充滿一個大氣壓下的氮氧混合氣體,其中氧氣占21%,氮氣占79%,接近地球上的大氣環境。艙內溫度為17--26攝氏度,相對濕度為45--65%,二氧化碳濃度不超過0.5%。
為在意外條件下挽救宇航員的生命,座椅下麵裝有兩台固體火箭,緊急情況可以將座椅彈射出艙。座椅裏備有救生包、食品、水、藥品和防身槍支,供應急救生著陸使用。座艙裝有3套降落傘係統,一套供整艙降落用,兩套(其中一套備份)供座椅彈射降落時用。由於彈射救生座椅隻能用於7公裏以下,中高空用彈射座椅救生會損傷宇航員,在航天器起飛的前40秒如果出意外,直接將宇航員探出艙外,如果意外發生在40--150秒,則先關閉運載火箭,等降落至7公裏後再將飛行員彈出,如果在更高的軌道段出故障,則將返回艙分離,直接返回地球。
東(dong)方(fang)號(hao)的(de)姿(zi)態(tai)控(kong)製(zhi)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong),也(ye)可(ke)以(yi)由(you)航(hang)天(tian)員(yuan)手(shou)動(dong),航(hang)天(tian)員(yuan)用(yong)右(you)手(shou)操(cao)縱(zong)手(shou)控(kong)器(qi)控(kong)製(zhi)飛(fei)船(chuan)的(de)方(fang)位(wei),左(zuo)手(shou)操(cao)縱(zong)緊(jin)急(ji)開(kai)關(guan)打(da)開(kai)座(zuo)艙(cang)的(de)逃(tao)離(li)艙(cang)口(kou)和(he)操(cao)縱(zong)彈(dan)射(she)座(zuo)椅(yi),控(kong)製(zhi)飛(fei)行(xing)姿(zi)態(tai)的(de)力(li)矩(ju)由(you)東(dong)方(fang)1-C氣體火箭發動機提供,該發動機係統分成兩族獨立的半係統,每組有8個冷氮氣推力器。安裝在儀器艙上端與返回艙對接處四周的12個球形氣瓶配置成3個獨立的高壓氮氣瓶組,像兩組推力器供氣,其中兩組氣瓶保證自動狀態控製推進供氣,另一瓶組保證手動姿態控製推進供氣。
當飛船返回時,先將服務艙分離,然後製動火箭點火,使返回艙進入過渡軌道。再入方式為彈道式,無升力控製,因而過載較大,達8--12g,大於5g過載的持續時間達到100秒。在正常返回情況下,東方號飛船有兩種著陸方式:第一種是坐在艙內的座椅上和整艙一起著陸,第二種方法是將航天員彈出艙外單獨著陸。利用第一種方式時,在返回艙下降到4公裏時膜盒式高度表發出指令,拋掉傘艙蓋,先後拉出引導傘、減速傘、主傘。最後著陸時返回艙的速度不大於10米/秒。當采用彈射座椅方式著陸時,返回艙下降到7公裏高度時,高度計發出指令,將座艙門分離。航天員頭盔的玻璃罩自動蓋上,收緊背帶,借統供氧係統。2秒後,座艙門已經離開到了安全距離以外,彈射座椅的彈射機構動作,將座椅連航天員一起沿導軌彈到艙外,減速傘打開。3秒後,座椅分離。減速傘拉帶主傘後分離。在過10秒,放下救生包,係於一根15米長的繩子下端。航天員乘主傘降落,速度約為5--6米/秒。第二種方式相比第一種,由於無需在飛船高速進入大氣層後控製飛船的姿態,更加簡單一些。因此被第一次載人航天飛行所選中。
與蘇聯的飛船類似,美國的第一型宇宙飛船水星號也采用了兩艙段結構,分為座艙和傘艙,飛船外形呈圓錐形,高2.9米,底部直徑1.83米,頂部直徑0.5米。包括救生塔在內,總長7.92米。飛船質量每次發射時不太一樣,以首次軌道飛行的水星6號為例,起飛質量1934公斤,在軌質量1355公斤,濺落時為1130公斤。水星號傘艙呈圓柱體,下部圓錐體為座艙。座艙裏隻能乘坐一名宇航員,設計最長飛行時間為2天。航天員躺在座椅上,通過舷窗和潛望鏡可以觀察到空間的景象。
水星號飛船上裝有通信、姿態控製、供配電、熱防護、環境控製和生命保障以及回收著陸等係統,配置有座椅、手控裝置、攝像機、降落傘、xiangpitingdengshebei。shuixinghaofeichuanzhuangyouliangtaoxianghudulideyaocefenxitong,yonglaichuanshuzuocanggongchengcanshuhehangtianyuanshenglicanshu。lianggeleidaxinbiaojiyongyudimiangenzongceliang。feichuanshanghaisheyouliangluwuxiandianhualu,youjiluyaoceshujudecijilu。feichuandezhidonghuojiananzhuangzaizuocangdefangrezhaoshang,zairudaqicenghoujipaodiao。feichuanzitaikongzhiyizidongweizhu,lingyouliangzhongshoukongfangshizuoweibeifen。
水星號的座艙環境與東方號不同,艙內大氣采用采用1/3大da氣qi壓ya的de純chun氧yang。這zhe種zhong方fang式shi比bi東dong方fang號hao的de要yao簡jian單dan許xu多duo,壓ya力li低di,成cheng份fen單dan一yi,所suo以yi容rong易yi調tiao壓ya,不bu需xu要yao向xiang東dong方fang號hao一yi樣yang堅jian固gu的de艙cang體ti結jie構gou和he那na麼me複fu雜za的de調tiao壓ya係xi統tong,降jiang低di了le飛fei船chuan的de重zhong量liang,泄xie露lu量liang也ye小xiao。同tong時shi,穿chuan低di壓ya航hang天tian服fu出chu艙cang活huo動dong是shi不bu許xu吸xi氧yang排pai氮dan,減jian少shao了le準zhun備bei時shi間jian。但dan是shi副fu作zuo用yong也ye很hen明ming顯xian,首shou先xian長chang期qi呼hu吸xi純chun氧yang會hui抑yi製zhi紅hong細xi胞bao生sheng長chang,對dui眼yan鼻bi也ye有you刺ci激ji作zuo用yong,其qi次ci座zuo艙cang的de純chun氧yang環huan境jing是shi一yi旦dan發fa生sheng火huo災zai時shi很hen難nan控kong製zhi,1967年1月27日美國阿波羅4A飛船在地麵測試中由於電路短路引起火災,3名宇航員在15秒內被燒死,所以此後美國飛船發射時會向其中注入一些氮氣。水星號飛船中溫度為26度(最高不超過43.4攝氏度)。
水星號飛船和逃逸塔連接在一起後組成逃逸救生係統。整個係統由安裝在飛船頂部的逃逸發動機、救生塔分離發動機、救生塔塔架組成。逃逸發動機推力為22.9千牛,工作時間1.2秒,3個噴管向外傾斜19du,shituilifangxianghefeichuanzongzhoulveyouqingxie,yibiantaoyijiushengguidaohengpian,bimianhehoumianzhuilaidehuojianxiangzhuang。fenlifadongjianzhuangzaifeichuandibufangrezhaoshang,tuili3.53千牛,工作時間1.5秒。救生塔塔架是個三米高的三角形鋼架結構,用3個爆炸螺栓固定在飛船上。逃逸時,救生塔將座艙牽引離開危險區。當運載火箭正常運行至主發動機停機後,逃逸塔即被拋掉。1961年4月25日一次無人亞軌道試驗中,當火箭起飛43.4秒miao之zhi後hou,控kong製zhi係xi統tong發fa生sheng故gu障zhang,救jiu生sheng程cheng序xu被bei啟qi動dong,逃tao逸yi塔ta點dian火huo,將jiang飛fei船chuan座zuo艙cang牽qian引yin離li開kai火huo箭jian爆bao炸zha危wei險xian區qu,並bing且qie回hui收shou成cheng功gong。救jiu生sheng塔ta和he彈dan射she座zuo椅yi方fang式shi各ge有you利li弊bi。救jiu生sheng塔ta對dui宇yu航hang員yuan來lai說shuo比bi較jiao安an全quan,缺que點dian是shi如ru果guo座zuo艙cang內nei發fa生sheng危wei險xian,救jiu生sheng塔ta就jiu無wu能neng為wei力li了le。而er且qie救jiu生sheng塔ta占zhan用yong了le過guo多duo的de有you效xiao載zai荷he,也ye不bu如ru彈dan射she座zuo椅yi來lai經jing濟ji。但dan是shi彈dan射she過guo程cheng對dui宇yu航hang員yuan來lai說shuo實shi在zai很hen危wei險xian,而er且qie救jiu生sheng塔ta有you過guo數shu次ci良liang好hao的de表biao現xian,所suo以yi從cong聯lian盟meng飛fei船chuan開kai始shi蘇su聯lian飛fei船chuan都dou裝zhuang有you逃tao逸yi塔ta。
水星號的控製係統也是采用自動為主,手動備份的方式,通過噴管向外噴射氣體來控製飛船的俯仰、偏航、滾動等動作。由於計算機設備的原始,水星號在航行的時候還鼓勵宇航員通過手動方式控製飛船。1963年水星9號在飛行時自動控製係統故障,宇航員庫帕從舷窗觀察地平線,手動控製飛船姿態,成功返回地球。
shuixinghaodefanhuifangshihedongfanghaodazhixiangtong,caiyongdandaoshizairu,shuixingfeichuandichaoxiajinrudaqiceng,youyufeichuanxingzhuangdeguanxi,keyihuodeyidingshengli,congerdedaoyidingdeqidongkongzhi。yuhangyuanshiyongshoudongfangshikeyigaibianhangxingluxian,feixiangjianluodidian。zaijiangluodezuihoujieduan,dakaijiangluosan,shifeichuanqingqingluozaihaimianshang。zhezhongfangshibiqidongfanghaozaidimianjiangluo,duifeixingqidejiegouqiangduyaoqiujiangdi,danshiduizuocangmifengxingnengyaoqiugenggao,1961年水星4號飛船在亞軌道飛行後濺落大洋中,座艙進水,航天員格裏索姆差點淹死。
在zai運yun載zai工gong具ju上shang,兩liang國guo的de運yun載zai火huo箭jian都dou是shi在zai液ye體ti洲zhou際ji導dao彈dan基ji礎chu上shang發fa展zhan而er來lai。東dong方fang號hao火huo箭jian由you月yue號hao火huo箭jian發fa展zhan而er來lai,增zeng加jia了le第di一yi級ji的de推tui進jin劑ji質zhi量liang和he二er級ji子zi發fa動dong機ji的de性xing能neng。火huo箭jian為wei二er級ji液ye體ti捆kun綁bang火huo箭jian,由you芯xin級ji、四個助推器、第二子級、桁架式級間段、整流罩組成。尾段裝有4個三角形穩定尾翼。火箭全長38.46米,底部最大直徑10.3米,起飛質量287噸,起飛推力4002.5千牛,近地運載能力4730千克,太陽同步軌道運載能力1840千克(650公裏,98度)。其第一級芯級原型是р-7型液體洲際導彈,級長28.75米,直徑2.95米,起飛質量101噸,其中結構質量7.8噸,推進劑質量93.2噸,工作時間320秒。火箭發動機為рд-108,由動力機械科研生產聯合體設計,其特點是比衝大(真空比衝達到3090米/秒),該發動機結構重量1250公斤,直徑1950毫米,長2850毫米。采用液氧和煤油為推進劑。海平麵總推力745千牛,真空總推力941.8千牛。助推器長19.8米,直徑2.68米,起飛質量每台43噸,其中推進劑有39.5噸,工作時間120-140秒,發動機為рд-107型發動機,發動機質量1155千克,直徑2580毫米,長1860毫米,同樣使用液氧/煤油為推進劑,4台發動機產生的海平麵總推力為3284千牛。二級火箭級長2.98米,直徑2.58米,子級結構質量1.1噸,裝有5.9噸液氧/煤油推進劑,采用рд-448型發動機,發動機直徑766毫米,長1600毫米,工作時間440秒,真空推力為54.9千牛,這種發動機分兩步關機,先將推力降低至45%,持續4秒後在關機,這樣可以減輕關機造成的幹擾,有利於提高有效載荷的入軌精度。
東方號火箭裝有兩套控製係統。其中一套在芯級儀器艙內,為全慣性控製係統,主要有慣性平台。第二套裝在2級(ji)上(shang),是(shi)捷(jie)聯(lian)式(shi)慣(guan)性(xing)製(zhi)導(dao)係(xi)統(tong),有(you)一(yi)個(ge)積(ji)分(fen)加(jia)速(su)度(du)表(biao)裝(zhuang)在(zai)箭(jian)體(ti)縱(zong)向(xiang),測(ce)量(liang)飛(fei)行(xing)時(shi)軸(zhou)向(xiang)的(de)視(shi)加(jia)速(su)度(du)。飛(fei)行(xing)中(zhong),由(you)芯(xin)級(ji)火(huo)箭(jian)和(he)助(zhu)推(tui)器(qi)的(de)遊(you)動(dong)推(tui)力(li)室(shi)提(ti)供(gong)姿(zi)態(tai)控(kong)製(zhi)力(li)矩(ju),4個尾翼起穩定作用,當芯級分離後,二級火箭利用以渦輪廢氣為動力的4個小噴管控製姿態。東方號運載火箭近地軌道高度偏差在正負40公裏,周期偏差22秒。東方號火箭最後一次發射是在1991年,共發射了149次,成功率超過99%。在東方號的基礎上,又發展出了上升號、聯盟號、閃電號和進步號,成為一係龐大的運載火箭家族。
美國在試驗水星號宇宙飛船時,最早采用了水星-紅石運載火箭進行了載人亞軌道試驗,這種火箭由"紅石"導彈發展而來,采用NA-75-110-A7液氧/酒精發動機,推力347千(qian)牛(niu),它(ta)曾(zeng)成(cheng)功(gong)地(di)將(jiang)美(mei)國(guo)第(di)一(yi)顆(ke)人(ren)造(zao)地(di)球(qiu)衛(wei)星(xing)送(song)入(ru)太(tai)空(kong),也(ye)具(ju)備(bei)把(ba)水(shui)星(xing)號(hao)送(song)入(ru)軌(gui)道(dao)的(de)能(neng)力(li),但(dan)是(shi)這(zhe)種(zhong)火(huo)箭(jian)達(da)不(bu)到(dao)絕(jue)對(dui)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)的(de)要(yao)求(qiu)和(he)足(zu)夠(gou)的(de)性(xing)能(neng)裕(yu)量(liang)。真(zhen)正(zheng)把(ba)美(mei)國(guo)人(ren)送(song)入(ru)地(di)球(qiu)軌(gui)道(dao)的(de)是(shi)"水星--宇宙神"運載火箭。
宇宙神D型火箭,是在宇宙神D型洲際導彈基礎上改裝而成的,是一種單級運載火箭。"水星--宇宙神"火箭在宇宙神D上再進行了一些改進。火箭全長29.07米,最大直徑4.876米,起飛質量117.93噸,起飛推力1610.26千(qian)牛(niu)。火(huo)箭(jian)由(you)中(zhong)心(xin)一(yi)子(zi)級(ji)和(he)尾(wei)段(duan)的(de)助(zhu)推(tui)器(qi)組(zu)成(cheng),中(zhong)心(xin)級(ji)包(bao)括(kuo)貯(zhu)箱(xiang)和(he)主(zhu)發(fa)動(dong)機(ji)。貯(zhu)箱(xiang)前(qian)麵(mian)的(de)截(jie)錐(zhui)形(xing)對(dui)接(jie)段(duan)將(jiang)飛(fei)船(chuan)和(he)火(huo)箭(jian)連(lian)成(cheng)一(yi)個(ge)整(zheng)體(ti)。貯(zhu)箱(xiang)兩(liang)側(ce)的(de)上(shang)、下兩個儀器艙中安裝製導、控kong製zhi和he電dian子zi裝zhuang置zhi。助zhu推tui器qi的de兩liang台tai助zhu推tui發fa動dong機ji借jie助zhu可ke分fen離li的de機ji械xie係xi統tong安an裝zhuang在zai一yi子zi級ji推tui力li環huan上shang,外wai邊bian用yong錐zhui形xing整zheng流liu罩zhao保bao護hu。助zhu推tui發fa動dong機ji完wan成cheng飛fei行xing任ren務wu後hou與yu尾wei段duan一yi起qi沿yan縱zong向xiang與yu一yi子zi級ji分fen離li。
基礎級火箭長20.52米,芯級直徑3.05米,結構質量7.854噸,推進係統采用MA-2發動機係統,該係統由兩台助推發動機、一台主發動機、兩台遊動發動機組成。5台發動機均由萬向支架支撐,可進行擺動以控製火箭飛行姿態。助推發動機為LR-89-NA5液氧/煤油發動機,推力共1334.47千牛,燃燒時間145s,發動機可沿俯仰和偏航方向擺動,以保持火箭飛行穩定。主發動機為LR-105-NA3發動機,地麵推力為266.89千牛,燃燒時間280秒。兩台遊動發動機LR-101,每台推力約4.448千牛。在整個飛行階段他們提供滾動控製力。燃燒時間約為280秒。
宇宙神D火箭的飛行軌道由兩套互相關聯的係統進行製導和控製:即無線電-慣性混合製導係統和自動駕駛儀飛行控製係統。這型火箭共飛行了18次,失敗了6次,成功率僅有67%。
水shui星xing號hao和he東dong方fang號hao都dou屬shu於yu早zao期qi的de載zai人ren航hang天tian器qi,設she計ji目mu的de僅jin僅jin是shi為wei了le證zheng實shi人ren類lei可ke以yi進jin入ru太tai空kong而er且qie安an全quan的de返fan回hui。這zhe些xie飛fei船chuan結jie構gou比bi較jiao簡jian單dan,留liu空kong時shi間jian短duan,計ji算suan機ji係xi統tong也ye僅jin限xian於yu最zui基ji本ben的de設she備bei。飛fei船chuan的de可ke靠kao性xing不bu高gao,在zai幾ji次ci飛fei行xing中zhong出chu現xian了le這zhe樣yang那na樣yang的de事shi故gu。更geng重zhong要yao的de是shi,很hen多duo早zao期qi發fa射she並bing不bu是shi由you於yu技ji術shu發fa展zhan水shui到dao渠qu成cheng,而er是shi出chu於yu政zheng治zhi原yuan因yin的de需xu要yao倉cang促cu間jian飛fei上shang天tian的de,美mei國guo的de水shui星xing號hao就jiu是shi如ru此ci,相xiang對dui於yu東dong方fang號hao,它ta更geng加jia簡jian陋lou,大da多duo數shu性xing能neng指zhi標biao都dou遠yuan遠yuan落luo後hou。蘇su聯lian後hou來lai的de上shang升sheng號hao飛fei船chuan也ye是shi如ru此ci,為wei了le搶qiang在zai美mei國guo人ren前qian麵mian發fa射she多duo人ren的de飛fei船chuan,竟jing然ran連lian救jiu生sheng設she施shi和he航hang天tian服fu都dou取qu消xiao掉diao了le。盡jin管guan如ru此ci,這zhe些xie早zao期qi發fa射she還hai是shi取qu得de了le重zhong大da的de成cheng就jiu,蘇su聯lian宇yu航hang員yuan列lie昂ang諾nuo夫fu在zai太tai空kong中zhong走zou出chu了le上shang升sheng2號hao的de座zuo艙cang,成cheng為wei第di一yi個ge進jin行xing太tai空kong行xing走zou的de地di球qiu人ren。隨sui後hou,美mei國guo人ren設she計ji出chu了le全quan新xin的de完wan善shan的de雙shuang子zi座zuo飛fei船chuan和he大da力li神shen運yun載zai火huo箭jian,蘇su聯lian製zhi造zao了le聯lian盟meng飛fei船chuan和he運yun載zai火huo箭jian。幾ji年nian後hou,巨ju大da的de火huo星xingⅤ火箭將阿波羅11號hao飛fei船chuan送song上shang了le月yue球qiu。如ru今jin,兩liang國guo在zai載zai人ren航hang天tian領ling域yu都dou取qu得de了le長chang足zu的de進jin步bu,分fen別bie以yi大da型xing空kong間jian站zhan和he航hang天tian飛fei機ji為wei標biao誌zhi,代dai表biao了le當dang今jin世shi界jie最zui先xian進jin的de航hang天tian技ji術shu。
1992年1月(yue),經(jing)過(guo)反(fan)複(fu)論(lun)證(zheng),我(wo)國(guo)的(de)載(zai)人(ren)航(hang)天(tian)工(gong)程(cheng)也(ye)正(zheng)式(shi)上(shang)馬(ma)。通(tong)過(guo)技(ji)術(shu)經(jing)濟(ji)可(ke)行(xing)性(xing)的(de)分(fen)析(xi),最(zui)後(hou)決(jue)定(ding)采(cai)用(yong)宇(yu)宙(zhou)飛(fei)船(chuan)而(er)不(bu)是(shi)航(hang)天(tian)飛(fei)機(ji)作(zuo)為(wei)天(tian)地(di)往(wang)返(fan)運(yun)輸(shu)工(gong)具(ju)。這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)因(yin)為(wei),航(hang)天(tian)飛(fei)機(ji)的(de)技(ji)術(shu)極(ji)為(wei)複(fu)雜(za),質(zhi)量(liang)也(ye)大(da)大(da)增(zeng)加(jia)。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)氣(qi)動(dong)力(li)控(kong)製(zhi)有(you)效(xiao),飛(fei)行(xing)器(qi)必(bi)須(xu)配(pei)備(bei)尾(wei)翼(yi)、機翼、空氣動力舵和空氣動力舵的專用運動控製係統。為了在跑道上無衝擊的著陸和減速,必須被有帶減震裝置的收放式起落架、製動係統和在著陸滑跑時沿跑道運動的控製係統。從而大大增加了他的設計、製zhi造zao成cheng本ben。當dang然ran,航hang天tian飛fei機ji的de好hao處chu很hen明ming顯xian,它ta可ke以yi在zai大da氣qi層ceng中zhong下xia降jiang時shi完wan成cheng較jiao大da的de起qi動dong機ji動dong飛fei行xing,下xia降jiang過guo程cheng平ping穩wen,過guo載zai小xiao,精jing度du高gao,已yi與yu控kong製zhi,更geng重zhong要yao的de是shi,航hang天tian飛fei機ji屬shu於yu重zhong複fu使shi用yong的de飛fei行xing器qi,使shi用yong成cheng本ben要yao低di於yu飛fei船chuan,使shi用yong越yue多duo,成cheng本ben越yue低di。但dan是shi,與yu航hang天tian飛fei機ji相xiang關guan的de各ge種zhong航hang空kong技ji術shu正zheng是shi我wo國guo的de弱ruo項xiang,而er對dui於yu彈dan道dao式shi再zai入ru的de宇yu宙zhou飛fei船chuan,我wo們men有you返fan回hui式shi衛wei星xing的de足zu夠gou的de技ji術shu基ji礎chu。除chu了le技ji術shu上shang的de原yuan因yin,由you於yu我wo國guo的de載zai人ren航hang天tian工gong程cheng隻zhi是shi出chu於yu技ji術shu上shang積ji累lei的de需xu要yao,而er不bu是shi像xiang美mei俄e一yi樣yang有you一yi整zheng套tao的de太tai空kong開kai發fa計ji劃hua,我wo國guo的de國guo力li也ye不bu可ke能neng支zhi持chi這zhe樣yang龐pang大da的de太tai空kong計ji劃hua,所suo以yi不bu需xu要yao像xiang美mei蘇su一yi樣yang頻pin繁fan載zai人ren航hang天tian發fa射she,這zhe使shi得de航hang天tian飛fei機ji低di成cheng本ben的de優you勢shi無wu法fa顯xian示shi出chu來lai。因yin此ci,研yan製zhi載zai人ren飛fei船chuan在zai技ji術shu上shang和he經jing濟ji上shang都dou成cheng為wei最zui好hao的de選xuan擇ze。
在神舟號飛船的設計中,引進了聯盟TM17飛船,這使得神舟的外觀和聯盟看起來十分相似。和聯盟TM飛船相同,神舟采用3艙段結構,從上向下依次是軌道艙、返回艙、推進艙。軌道艙是宇航員在太空中生活和工作的艙室,也是外觀上神舟飛船和聯盟TM差別對大的艙段。軌道艙高3米mi,呈cheng圓yuan柱zhu形xing,兩liang邊bian用yong錐zhui形xing密mi封feng。上shang方fang裝zhuang有you雷lei達da天tian線xian,用yong於yu空kong間jian對dui接jie,在zai返fan回hui艙cang返fan回hui後hou,可ke以yi留liu軌gui作zuo為wei空kong間jian實shi驗yan室shi,由you側ce麵mian的de太tai陽yang電dian池chi陣zhen提ti供gong能neng源yuan,而er聯lian盟meng飛fei船chuan的de軌gui道dao艙cang呈cheng球qiu形xing,也ye沒mei有you側ce麵mian太tai陽yang電dian池chi陣zhen,在zai返fan回hui艙cang返fan回hui後hou即ji廢fei棄qi了le。返fan回hui艙cang內nei裝zhuang有you宇yu航hang員yuan座zuo椅yi,各ge種zhong儀yi表biao。返fan回hui艙cang由you鈦tai框kuang組zu件jian、側壁結構、密mi封feng大da底di和he防fang熱re大da底di四si大da部bu件jian組zu成cheng。其qi中zhong側ce壁bi結jie構gou內nei層ceng采cai用yong鋁lv合he金jin焊han接jie的de承cheng力li密mi封feng結jie構gou,外wai層ceng為wei防fang熱re結jie構gou,兩liang層ceng膠jiao接jie在zai一yi起qi。密mi封feng大da底di由you金jin屬shu承cheng力li結jie構gou、內外蒙皮、端框、反推發動機組成。防熱大底在飛船載入大氣層後,距地麵10公裏的高空被整體拋掉。這些設計特性,都與聯盟TM類似。但是神舟飛船在體積上要比聯盟飛船大13%,船內裝有先進的GNC係(xi)統(tong),神(shen)舟(zhou)飛(fei)船(chuan)內(nei)裝(zhuang)有(you)完(wan)善(shan)的(de)設(she)備(bei)儀(yi)器(qi),稍(shao)加(jia)改(gai)裝(zhuang)就(jiu)可(ke)以(yi)完(wan)成(cheng)對(dui)接(jie)任(ren)務(wu)或(huo)者(zhe)作(zuo)為(wei)貨(huo)運(yun)飛(fei)船(chuan)往(wang)返(fan)於(yu)地(di)麵(mian)與(yu)太(tai)空(kong)站(zhan)之(zhi)間(jian),同(tong)時(shi),神(shen)舟(zhou)飛(fei)船(chuan)的(de)結(jie)構(gou)也(ye)比(bi)聯(lian)盟(meng)飛(fei)船(chuan)複(fu)雜(za),光(guang)密(mi)封(feng)接(jie)口(kou)就(jiu)多(duo)達(da)200多處,遠多於聯盟。原因在於神舟是一型起點很高的試驗飛船,他需要在有限的發射次數內驗證多種技術的可能性。
用於發射神舟飛船的是在長征2E基礎上全新設計的長征2F運載火箭。火箭全長58.343m,起飛質量479.8t,芯級直徑3.35m,助推器直徑2.25m,整流罩最大直徑3.8m。火箭的芯級和助推器發動機均使用四氧化二氮和偏二甲肼作為推進劑。它可把8t重的有效載荷送入近地點高度200km、遠地點高度350km、傾角42.4°~42.7°的軌道。它在長征-2E基礎上增加了2個新係統,即逃逸係統和故障檢測處理係統,以保證載人航天的安全性。芯級第一級發動機代號為DaFY10-1,由4台單機DaFY11-1通過機架並聯組成。芯級第二級發動機代號為DaFY20-2,由主機DaFY21-2及遊動發動機DaFY22-1通過機架並聯組成主機采用大噴管,遊機采用短噴管(再生冷卻方式)。助推器發動機的代號為DaFY5-2。其中DaFY10-1是新研製的,而DaFY21-2有DaFY5-2由YF20B發展而來曾經作為長征2E,長征3B的助推火箭使用。逃逸係統與聯盟火箭十分相似,由逃逸塔、上部整流罩、柵格翼及其釋放裝置、上支撐機構、下支撐機構和滅火裝置組成。逃逸係統的動力裝置由逃逸主發動機、分離發動機、偏航俯仰發動機、高空逃逸發動機和高空分離發動機組成,其中逃逸主發動機、分離發動機、偏航俯仰發動機和配重段、尾裙儀器組成逃逸塔。在逃逸係統的工作範圍(起飛至整流罩分離)內,逃逸模式分為兩種,即有塔逃逸模式(模式Ⅰ)和無塔逃逸模式(模式Ⅱ)。模式Ⅰ適用於火箭飛行0~120s,模式Ⅱ適用於火箭飛行120~200.87s。在模式Ⅰ中,60s之前火箭發動機不關機,60s之後火箭發動機關機。火箭製導係統采用平台(捷聯)-計算機方案。為了提高可靠性,采用以平台為主、故障時切換到捷聯慣組的工作方式。計算機上實現了部件冗餘,增加了冗餘管理,采用CPU、A/D和D/A三冗餘。姿態控製係統采用姿態角-姿態角速率-數字網絡-搖擺發動機方案。為了提高可靠性采取了以下冗餘措施:相敏檢波濾波裝置、箭載計算機A/D變換采用三冗餘,按2/1表決方式進行工作;箭載計算機D/A、綜合放大器與伺服機構伺服閥前置級、反fan饋kui電dian位wei計ji均jun采cai用yong三san冗rong餘yu。故gu障zhang檢jian測ce處chu理li係xi統tong有you兩liang個ge主zhu要yao任ren務wu,一yi是shi檢jian測ce火huo箭jian的de重zhong要yao參can數shu,判pan斷duan火huo箭jian故gu障zhang,出chu現xian故gu障zhang時shi向xiang有you關guan係xi統tong發fa出chu逃tao逸yi指zhi令ling和he中zhong止zhi飛fei行xing指zhi令ling;二是逃逸時完成逃逸飛行器的時序控製和火工品配電。其箭上設備包括故障檢測處理器、指令控製器、逃逸程序控製器、火工品配電器和電池。故障檢測參數分別由遙測係統和控製係統提供,它包括姿態角偏差、箭體角速率、軸向過載、逃逸塔分離信號、助推器分離信號、整流罩橫縱向分離信號和平台切換信號等。
由此可見,神舟--長征2F係統與美俄首次載人發射的倉促和簡陋不同,神舟飛船基本代表了上個世紀90年代的世界先進水平,他參考了目前世界上最成熟的飛船技術,是一種技術先進、設備完善的、功能強大的載人飛行器。而長征2F運載火箭是在現有的、執行過多次發射任務、且有著良好的安全紀錄的長征2E火箭上發展而來,技術成熟可靠。再加上有前4次成功的無人飛行試驗所積累的經驗,我們完全有理由相信,神舟5號將能夠以完美的表現,幫助國人實現飛天的夢想。(沈淩/文)
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