載人飛船

載人飛船

載人飛船(manned spacecraft) 能保障航天員在外層空間生活和工作以執行航天任務並返回地面的航天器。又稱宇宙飛船。載人飛船可以獨立進行航天活動,也可用為往返于地面和空間站之間的“渡船”,還能與空間站或其他航天器對接後進行聯合飛行。載人飛船容積較小,受到所載消耗性物質數量的限製,不具備再補給的能力,而且不能重復使用。1961年蘇聯發射了第一艘東方號飛船,後來又發射了上升號和聯盟號飛船。美國也相繼發射了水星號、雙子星座號、阿波羅號等載人飛船。阿波羅號是登月載人飛船。

  • 中文名稱
    載人飛船
  • 外文名稱
    manned spacecraft
  • 主要功能
    保障航天員外層空間生活和工作
  • 別名
    宇宙飛船、航天器
  • 最早研製國家
    蘇聯
  • 中國代表飛船
    神舟

簡介

載人飛船又稱載人航天飛船,它借助于運載火箭發射進入太空,繞地球軌道運行或進行軌道機動飛行;飛船內有適合人工作和生活的人造環境;完成任務後,飛船的一部分返回大氣層,用降落傘和緩沖裝置實現軟著陸。

載人飛船載人飛船

載人飛船按照其飛行任務的不同分為:衛星式載人飛船、登月載人飛船和行星際載人飛船。載人飛船可以獨立進行航天活動,也可以作為往返于地面和空間站之間的"渡船",還能與空間站或其它航天器對接後進行聯合飛行。載人飛船容積較小,受到所載消耗性物資數量限製,不具備再補給的能力,而且不能重復使用。

1961年4月12日前蘇聯發射了的第一艘"東方號飛船",後來又發射了"上升號飛船"和"聯盟號飛船"。于此同時,美國也相繼研製成功"水星號飛船"、 "雙子星座號飛船"和"阿波羅"號飛船,"阿波羅"號飛船是登月飛船,把人送上了月球。

組成

載人艙

飛船的主要結構特點是有載人艙。它的主要結構可分為幾個艙段,例如,可採用兩艙式結構和三艙式結構。如有對接任務時則有對接機構,它放在飛船的最前邊。蘇聯第一代飛船東方號的結構很簡單,是兩艙式,飛船隻載1個人。第二代飛船飛行時,蘇聯的上升號多了一個出艙用的氣閘艙,且能載2~3人;而美國雙子星座號飛船仍為二艙式加對接機構。第三代飛船是三艙式結構,如蘇聯的聯盟號飛船。這種飛船的最前端是對接機構,然後接軌道艙,再接返回艙和服務艙,最後與運載火箭相連。有的艙之間有過渡艙段相接連。有出艙任務的載人航天器都增設出艙用的氣閘艙。美國阿波羅號飛船除有兩艙段結構外還增設登月艙。

載人飛船載人飛船

軌道艙

飛船的軌道艙是飛船重點的艙段。它前端的對接機構供飛船與其它飛船或空間站對接用,其下端通過密封艙門與返回艙相連。它是航天員在太空飛行中,進行科學實驗、進餐、體育鍛煉、睡覺和休息的空間,其中備有食物、水和睡袋、廢物收集裝置、觀察儀器和通信設備等。軌道艙還可兼作航天員出艙活動的氣閘艙。

返回艙

也是密閉座艙,在軌道飛行時與軌道艙連在一起稱為航天員居住艙。在起飛階段和再入大氣層階段,航天員都是半躺在該艙內的座椅上,並有一定角度克服超重的壓力。座椅前方是儀表板,以監控飛行情況;座椅上安裝姿態控製手柄,以備自控失靈時,用手控進行調整。美國水星號飛船在返回地面時自控失靈,就是靠航天員手控使飛船返回地面的。在飛船返回地面之前,軌道艙和服務艙分別與返回艙分離,並在再入大氣層過程中焚毀,隻有返回艙載著航天員返回地面。

服務艙

飛船的服務艙也可稱"儀器設備艙"。它的前端通過過渡艙段與返回艙相連,後端與運載火箭相接。聯盟號飛船的這個艙又分前後兩部分,前段是密封增壓的,內部裝有電子設備,以及環境控製、推進系統和通訊等設備;後段是非密封性的、主要是安裝變軌發動機和貯箱等物。服務艙外部裝有環境控製系統的輻射散熱器和太陽能電池板

作用

常規用途

進行近地軌道飛行;試驗各種載人航天技術;如軌道交會和對接、航天員出艙進入太空;考察軌道上失重和空間輻射等因素對人體的影響;發展航天醫學;為航天站接送人員和運送物資;利用各種遙感設備進行對地球的觀測;進行空間探測和天文觀測;進行登月飛行或行星際飛行。

考察失重對人體的影響

載人飛船繞地球飛行並安全返回,可以研究人在空間飛行過程中的反應能力,研究人如何才能經受住飛船起飛、軌道飛行時以及返回大氣層時重力變化的影響,研究人在太空環境中長期生存所必須的條件與設備,進行這一研究,將有助于了解太空環境對人身體的影響,為人類開發和利用太空資源,實現長時間的太空航行,以至于實現外星移民,積累經驗。

進行微重力實驗

載人航天是人類對太空的認識進一步加深,利用空間微重力、高真空和強宇宙粒子輻射等太空資源,進行微重力條件下的科學試驗,生產地面所不能生產的材料,是人類實現載人航天以來一直所夢寐以求的。幾十年來航天員在"太空工廠"裏所取得的成果,給人類開發和利用太空資源帶來了曙光。

多年來,航天員在太空中進行了大量的空間材料科學實驗,其目的是利用空間獨特的微重力條件,在無重力幹擾的情況下,研究材料的特徵和生產出地面所無法生產的各種材料。空間材料加工和技術發展,是載人航天發展的必然產物。自載人航天實現以來,航天員在太空研究了微重力條件下材料加工過程中的物理規律,生產出許多新材料,同時,還對空間材料加工工藝的研究,也得到了快速發展。

生命科學和生物技術試驗

人類實現載人航天以來所進行的一系列生物技術、生命科學實驗,在加深對人類生命自身的研究、合成新的葯物、抵御各種疾病的影響、延續生命和提高生命質量上,取得了重要的成果,同時,又為未來在空間站或外星上建立長期居住基地,提供受控生態環境及生命保障體系,作了理論上和技術上的準備。

幾十年來,航天員在太空中進行了一系列生物學實驗,主要是對生物體物質、能量迴圈及調節研究的生物圈研究;利用微重力促進生命進程研究及對微重力環境如何影響地球上生物機體的形成、功能與行為研究的重量生物學研究;對暴露在空間高能環境中的生物體損傷與防護研究的輻射生物學研究;此外,還有生物體組織培養實驗,即用于在不能使用整個生物體做試驗的情況下,進行各種生理學研究的生物體體外細胞和組織培養。

進行工程與技術試驗

未實現載人航天以前,人類圍繞征服太空所需要的新技術、新材料等試驗隻能在地面進行,載人航天實現後,就可以在太空中進行各種試驗了。利用載人航天進行工程與技術實驗,具有方便準確等特點,因此,無論是美國的太空梭還是前蘇俄的空間站,都把進行工程技術實驗作為一個重要任務。多年來,為進行大規模的空間活動、空間維修、空間操作作準備,進行了大量的模擬試驗和硬體操作實驗,以證實其方法和技術的可行性。同時,進行了新型航天器研製中的新技術、新材料、新工藝的試驗。從而,載人航天為航天事業的進一步發展,充當了開路先鋒。

進行地球和宇宙天體觀測

在太空上觀察地球不僅有"一覽眾山小"之感,而且人類進入太空發現,在空間條件下,由于克服了大氣層的幹擾,進行對地面和天體的觀測效果遠優于地面條件,特別是在地面無法進行的X射線探測和紫外探測,在空間卻可以很方便的進行。更為重要的是載人空間飛行,可以充分發揮人的主觀能動性,因此,較之衛星觀測,能變被動觀測為主動觀測,因此,能獲得比衛星觀測更好的效果。

重要用途

載人飛船的重要用途是作為天地往返運輸器,為空間站接送航天員。前蘇聯/俄羅斯的"禮炮"號空間站及"和平號"空間站上的航天員都是由"聯盟"號載人飛船接送的。"國際空間站"的主要運載工具是也是飛船。

載人飛船也是救生船 航天員在空間站內長期工作,隨時都可能出現危險,例如,外層空間微流星或人造天體碎片擊穿壓力艙艙壁、空間站控製系統失穩或航天員突然生病等,當出現上述各種危急情況時,航天員需要立即離開空間站,返回地面。為此,當空間站內有航天員工作時,至少有一艘載人飛船與空間站對接在一起,作為軌道救生船,準備著隨時接航天員離開空間站,返回地面。

各國飛船

蘇聯

蘇聯最早的載人飛船系列是"東方號",每艘隻能乘坐一名航天員,共發射6艘。1961年4月12日,世界上第一艘載人飛船東方-1飛上太空。蘇聯航天員加加林乘飛船繞地球飛行108分鍾安全返回地面,成為世界上進入太空飛行的第一人。1963年6月16日,蘇聯的捷列什科娃乘東方-6飛船進入太空,成為世界上第一名女航天員。以"東方號"飛船為基礎改造而成的"上升號"是蘇聯的第二代飛船,共發射2艘。1964年10月12日發射的上升-1飛船是世界上第一艘載3名航天員的飛船。航天員列昂諾夫乘坐上升-2號進行了人類首次太空行走,歷時10分鍾。

聯盟號聯盟號

前蘇聯、俄羅斯使用歷史最悠久的載人飛船系列是"聯盟號",分為聯盟號、聯盟T和聯盟TM三個階段,能載3名航天員,具有軌道機動、交會和對接能力,是蘇聯/俄羅斯載人航天計畫中重要的天地往返運輸系統。1969年1月15日,聯盟-4與聯盟-5首次進行了兩艘飛船的太空對接。

美國

"水星號"是美國第一個載人飛船系列,共發射6艘。1961年5月5日阿蘭·謝潑德乘第一艘水星號飛船進行了亞軌道飛行,揭開了美國載人航天的序幕。1962年2月20日,約翰·格倫乘第3艘水星號飛船進行了首次軌道飛行,成為第一個進入太空的美國人。

美國第二個載人飛船系列是"雙子星座號",共發射12艘,其中前2艘未載人。1965年3月23日發射的雙子星座位-3是美國第一艘載2名航天員的飛船。在1965年6月3日發射的雙子星座-4飛船上,懷特出艙21分鍾,成為美國首次太空行走的航天員。"阿波羅號"飛船是根據美國阿波羅計畫量身定做的載人航天飛船。1968年10月,第一艘載人的阿波羅-7號飛船發射升空。在此之前,阿波羅計畫中隻做了不載人的飛行試驗。從阿波羅-7號到阿波羅-18號,美國發射了12艘阿波羅載人飛船。其中1969年7月16日發射的阿波羅-11號于7月20日實現了人類歷史的首次登月,1971年7月26日發射的阿波羅-15號飛船首次把一輛月球車送上月球。在整個阿波羅計畫中,共有6次登月成功,12名宇航員登上月球。

阿波羅號阿波羅號

聯盟號與阿波羅對接:1975年7月15日發射的聯盟-19飛船與美國的阿波羅-18飛船在軌道上成功對接,實現了世界上首次太空國際飛行。

中國

中國載人航天工程正式起步于1992年,經過7年的努力,于1999年11月20日6時30分在酒泉衛星發射中心新增成的載人飛船發射場,中國第一艘試驗飛船"神舟1號"由新研製的長征二號F運載火箭發射升空,並準確進入軌道。經過21小時的軌道飛行,飛船返回艙在15圈時進入返回軌道,並于21日凌晨3時41分準確著陸于預定回收場,圓滿地完成了試驗任務。這項試驗任務的成功標志著中國的載人航天技術取得了重大突破,為中國載人航天技術的發展奠定了基礎。2001年1月和2002年3月"神舟2號"和"神舟3號"又相繼完成了無人試驗。尤其是2002年12月30日,"神舟4號"飛船搭載了2名模擬人又升入太空並安全返回,為實現載人航天打下了堅實的基礎。2003年10月15日9時,2005年10月12日9時中國"神舟5號"和" 神舟6號 "載人飛船在酒泉衛星發射中心發射成功,把中國第一為航天員楊利偉,以及費俊龍、聶海勝2位宇航員送上了太空,實現了中華民族千年的飛天夢想。載人飛船的發射成功,也是中國自1970年4月24日成功發射東方紅一號人造衛星以來,中國航天史上又一座新的裏程碑,中國成為繼美、俄之後,世界上第三個掌握載人航天技術,成功發射載人飛船的國家。

1992年,中國"921"載人航天工程正式立項研製。1999年11月20日,中國第一艘無人試驗飛船"神舟"一號飛船在酒泉起飛,21小時後在內蒙古中部回收場成功著陸,圓滿完成"處女之行"。這次飛行成功為中國載人飛船上天打下非常堅實的基礎。2003年,"神舟五號"搭載首位中國宇航員楊利偉前往太空;2008年,"神舟七號"搭載三名宇航員進入太空,翟志剛完成首次出艙行走。

飛船

發射日期

飛行目的

神舟一號

1999年11月20日

第一次測試飛行,成功實現天地往返。

神舟二號

2001年01月09日

第一艘正樣無人飛船。

飛行試驗的主要目的是對工程各系統從發射到運行、返回、留軌的全過程進行考核,

檢驗各技術方案的正確性與匹配性,取得與載人飛行有關的科學資料和實驗資料。

神舟三號

2002年03月25日

飛行試驗的主要目的是考核火箭逃逸功能、控製系統冗餘、飛船應急救生、

自主應急返回、人工控製等功能,這次任務載有模擬宇航員。

神舟四號

2002年12月29日

無人狀態下全面考核的一次飛行試驗,主要目的是確保宇航員絕對安全,

進一步完善和考核火箭、飛船、測控系統的可靠性。

神舟五號

2003年10月15日

首次載人飛行,承載的宇航員是楊利偉,成功圍繞地球十四圈。

神舟六號

2005年10月12日

首次進行多人多天的航天飛行,承載的宇航員是費俊龍聶海勝

神舟七號

2008年09月25日

首次承載三名宇航員進入太空,承載的宇航員是翟志剛、劉伯明和景海鵬,

成功進行出艙活動(又稱太空行走)。

神舟八號

2011年11月01日

由改進型"長征二號"F遙八火箭順利發射升空。2011年11月3日凌晨,與組合天宮一號成功實施首次交會對接任務,成為中國空間實驗室的一部分。

神舟九號

2012年6月16號

2012年6月18日與天宮一號首次載人交會對接對接,承載的宇航員是景海鵬劉旺劉洋

神舟十號

2013年6月11號

2013年6月11日17點38分發射,將與天宮一號對接,載人短期管理空間站,承載的宇航員是聶海勝張曉光王亞平

神舟十一號

未定

發射時間未定,將與天宮二號對接,為了更好地掌握空間交會對接技術。

事故

阿波羅飛船地驗起火

1967年1月27日,美國肯尼迪航天中心34號發射陣地上進行載人飛船地面聯合模擬飛行試驗。

乘坐有3名航天員的阿波羅4A飛船對接在土星1B運載火箭上。3名航天員是:曾參加過水星4號亞軌道飛行、雙子星座3號飛行且經驗非常豐富的弗吉爾·卜格裏索姆上校,曾參加過雙子星座4號飛行並是美國第一個到太空行走的愛德華·H·懷特中校,還有一名是準備第一次上天飛行的羅傑·B·查非少校。如果這次地面模擬試驗成功,這3名航天員即乘此飛船進入環地軌道飛行,以考驗登月飛行的程度。

後來查明,這次起火原因是飛船導線短路,電火花引燃了艙內塑膠製品。阿波羅飛船採用的是1/3大氣壓力的純氧方案,一些在正常空氣中本來是耐火的塑膠製品,在純氧中卻成了易燃物品。此外,艙門開啟時間設計為90秒,著火時船內形成負壓,無論在外面還是在裏面,艙門在極短的時間內都無法開啟。

聯盟1號飛船返回墜毀

1967年4月,前蘇聯擬用新研製的聯盟號飛船進行計畫中的登月飛行交會對接模擬試驗,安排聯盟1號、聯盟2號分別于4月23日、4月24日發射,然後于4月25-26日在地球軌道上交會對接,並實現空間轉移。

4月23日凌晨3時35分,弗拉基米爾·M·科馬羅夫上校乘坐聯盟1號飛船,在一片歡呼聲中,從拜科努爾發射場準時發射升空。

飛行到第2圈時,科馬羅夫報告說:"飛船左邊的太陽能電池帆板沒有開啟,電源供電不足,無線電短波發射機沒有工作。姿態穩定系統也受影響,飛船處于不規則運行之中。"到了第5圈時,飛船故障進一步加劇。科馬羅夫盡力排除故障,嘗試啓動飛船發動機以穩定飛行,但沒有成功。弄得精疲力盡的科馬羅夫在第10圈時,請求睡一覺。經允許後,中斷了與地面的通信聯絡。飛到13圈時,恢復了同地面飛控中心的通信聯絡。但飛船故障未消失,姿態仍不穩定。飛控中心決定,聯盟2號中止發射,聯盟1號立即應急返回。

第17圈時,飛船調姿失敗,未能返回。第19圈時,科馬羅夫手動控製返回,使飛船進入了返回軌道。當飛船按返回軌道降落至離地面10公裏高度,該開啟主降落傘時,地面指揮人員聽到了科馬羅夫說:"降落傘沒有開啟!"4月24日6時24分,飛船帶著一團火光,以每秒100多米的速度沖向地面,降落于烏拉爾地區奧爾斯克以東65公裏處,並發出幾聲猛烈的爆炸聲。科馬羅夫當場犧牲。

聯盟11號返回時空氣泄漏

1971年6月6日,聯盟11號飛船從拜科努爾發射場發射升空,載著肩負首批進入禮炮1號空間站重任的3名航天員,朝空間站飛去。這3名航天員是喬治·多勃羅沃爾斯基、弗拉基斯拉夫·沃爾科夫、維克多·帕查耶夫。飛船經變軌飛行後,在距空間站100米的地方開始交會對接,並獲得成功,3名航天員開啟艙門進入了空間站。

他們在空間站共停留了23天18小時22分,進行了一系列天文觀測、植物在失重條件下生長的實驗和一些醫學實驗,獲得不少寶貴資料,幹得相當出色。對接期間,還兩次將空間站的軌道抬高。

1971年6月29日下午9時,3名航天員離開禮炮1號返回。但3人都未穿航天服。飛船離開空間站後飛行了4個多小時,並保持著同地面上的聯系。1971年6月30日1時35分,飛船按程式啓動製動火箭。在再入大氣層前,返回艙和軌道艙分離。但連線兩艙的分離插頭分離後,返回艙的壓力閥門被震開,密封性能被破壞,返回艙內的空氣從該處泄漏,艙內迅速減壓,致使航天員因急性缺氧、體液沸騰而死亡。

這次事故的原因是飛船設計不合理,座艙擁擠,隻有脫掉臃腫的航天服才能坐下。當時聯盟號返回程式就明確規定,航天員在返回前必須脫掉航天服。對此設計和程式,不少科學家當時就反對,但航天部門的領導人不接受正確意見。為此,蘇聯航天負責人卡馬寧將軍被撤職。

時代終結

美國東部時間7月21日5時58分(台北時間21日17時58分),"阿特蘭蒂斯"號太空梭在肯尼迪航天中心安全著陸。由于這是最後一架穿梭于天際的太空梭,此次著陸也意味著美國為期30年的太空梭項目宣告終結。

美國未來的航天計畫將重啓載人航天飛船項目,新一代的MPCV飛船正在揭開神秘面紗。不過,在今後數年內,美國將缺乏自己的載人航天器,必須要依靠俄羅斯的"聯盟號"飛船將宇航員送往國際空間站。隻有俄羅斯的"聯盟"飛船能運載著宇航員與國際空間站交會對接,俄羅斯已成為國際空間站宇航員的唯一"承運人"。

相關詞條

相關搜尋