飛船 -一次性使用航天器

飛船

飛船是一種一次性使用的航天器。它能基本保證航天員在太空短期生活並進行一定的工作。它的運行時間一般是幾天到半個月,一般乘2到3名航天員。又稱宇宙飛船。

  • 中文名稱
    飛船
  • 別名
    宇宙飛船
  • 性質
    航天器
  • 作用
    運送航天員、貨物到達太空並返回
  • 特點
    一次性使用
  • 實例
    東方1號宇宙飛船等

技術要求

雖然宇宙飛船是最簡單的一種載人航天器,但它還是比無人航天器(例如衛星等)復雜得多。麻雀雖小,五髒俱全。宇宙飛船與返回式衛星有相似之處,但要載人,故增加了許多特設系統,以滿足宇航員在太空工作和生活的多種需要。例如,用于空氣更新、廢水處理和再生、通風、溫度和濕度控製等的環境控製和生命保障系統、報話通信系統、儀表和照明系統、航天服、載人機動裝置和逃逸生系統等。

當然,掌握航天器再入大氣層和安全返回技術也至關重要。尤其是宇宙飛船,除了要使飛船在返回過程中的製動過載限製在人的耐受範圍內,還應使其落點精度比返回式衛星要高,從而及時發現和營救宇航員。前蘇聯載人宇宙飛船就曾因落點精度差,結果使宇航員困在了冰天雪地的森林中差點被凍死。人上天有三個條件,除要研製出載人航天器外,還必須擁有運載力大、可靠性高的運載工具;應弄清高空環境和飛行環境對人體的影響,並找到有效的防護措施。

未來的宇宙飛船將朝三個方向發展:有多種功能和用途;返回落點的控製精度提高到百米級的範圍以內;返回地面的座艙經適當修理後可重復使用。

各國飛船

東方號

東方號飛船,所屬國家蘇聯,它由乘員艙和設備艙及末級火箭組成,總重6.17噸,長7.35米。 乘員艙呈球形,直徑2.3米,重2.4噸,外側覆蓋有耐高溫材料,能承受再入大氣層時因摩擦產生的攝氏5000℃左右的高溫。乘員艙隻能載一人,有三個艙口,一個是宇航員出入艙口,另一個是與設備艙連線的艙口,再一個是返回時乘降落傘的艙口,宇航員可通過舷窗觀察或拍攝艙外情景。宇航員的座椅裝有彈射裝置,在發生意外事故時可緊急彈出脫險。同時在飛船下降到距離地面7000米的地方,宇航員連同座椅一起彈出艙外,並張開降落傘下降,在達到4000米高度時,宇航員與座椅分離,隻身乘降落傘返回地面。設備艙為頂錐圓筒形,長2.25米,重2.27噸,在飛船返回大氣層之前,與乘員分離,棄留太空成為無用之物。東方1號宇宙飛船開啟了人類通往太空的道路。

進步號

進步號系列貨運飛船執行向空間站定期補給食品,貨物,燃料和儀器設備等任務。到1993年底,已發展兩代,共發射進步號42艘,進步M號20艘。它與空間站對接完成裝卸任務後即自行進入大氣層燒毀。這種飛船由儀器艙,燃料艙和貨艙組成,貨艙容積6.6立方米,可運送1.3噸貨物,燃料艙帶1噸燃料。它可自行飛行4天,與空間站對接飛行可達2個月

進步號進步號

上升號

上升號宇宙飛船,所屬國家蘇聯,重5.32噸,球形乘員艙直徑與東方號飛船大體相同,改進之處是提高了艙體的密封性和可靠性。宇航員在座艙內可以不穿宇航服,返回時不再採用彈射方式,而是隨乘員艙一起軟著陸。上升1號載三名宇航員,在太空飛行24小時17分鍾;上升2號載兩名宇航員,在太空飛行26小時2分鍾。

聯盟號

聯盟號飛船,所屬國家蘇聯,俄羅斯,它由軌道艙、指令艙和設備艙三部分組成,總重量約6.5噸,全長約7米,宇航員在軌道艙中工作和生活;設備艙呈圓柱形,長2.3米,直徑2.3米,重約2.6噸,裝有遙測、通信、能源、溫控等設備;指令艙呈鍾形,底部直徑3米,長約2.3米,重約2.8噸。飛船在返回大氣層之前,將軌道艙和設備艙拋掉,指令艙裝載著宇航員返回地面。從聯盟10號飛船開始,前蘇聯的宇宙飛船轉到與空間站對接載人飛行,把載人航天活動推向了更高的階段。

聯盟號聯盟號

除前蘇聯和俄羅斯的三種飛船外,美國曾研製和發射過三個型號的飛船, 分別是水星號, 雙子星座號和大名鼎鼎的阿波羅號. 其中水星號飛船是美國的第一種載人宇宙飛船, 阿波羅是登月飛船. 另外中國研製並發射的神舟系列飛船, 已成為世界上第七種載人宇宙飛船.

水星號

水星飛船是美國的第一代載人飛船,總共進行了25次飛行試驗,其中6次是載人飛行試驗。"水星"計畫始于1958年10月,結束于1963年5月,歷時4年8個月。"水星"計畫共耗資3.926億美元,其中飛船為1.353億美元,佔總費用的34.5%;運載火箭為0.829億美元,佔總費用的21.1%;地面跟蹤網為0.719億美元,佔18.34%;運行和回收操作費用為0.493億美元,佔12.6%;其他設施為0.532億美元,佔13.46%。

"水星"計畫的主要目的是實現載人空間飛行的突破,把載一名航天員的飛船送入地球軌道,飛行幾圈後安全返回地面,並考察失重環境對人體的影響、人在失重環境中的工作能力。重點是解決飛船的再入氣動力學、熱動力學和人為差錯對以往從未遇到過的高加速度和零重力的影響等問題。

"水星"飛船總長約2.9 m,底部最大直徑1.86 m,重約1.3~1.8 t,由圓台形座艙和圓柱形傘艙組成。座艙內隻能坐一名航天員,設計最長飛行時間為2天,飛行時間最長的一次為34小時20分,繞地22周(1963年5月15日~16日"水星-9"飛船飛行)。"水星"計畫的6次載人飛行共歷時54小時25分鍾。

水星號水星號

"水星"飛船的姿態控製系統以自控為主,另有兩種手控方式作為備份。航天員僅在必要時使用手控裝置控製飛船的飛行姿態,在飛船操縱方面僅起到輔助作用,基本上是一名供地面研究人員了解人對空間飛行環境適應能力的受試驗者。但在飛行中也表現出了人的主觀能動性。

神舟號

神舟一號飛船是中華人民共和國載人航天計畫中發射的第一艘無人實驗飛船,飛船于1999年11月20日凌晨6點在酒泉航天發射場發射升空,承擔發射任務的是在長征2號捆綁式火箭的基上改進研製的長征2號F載人航天火箭。在發射點火十分鍾後,船箭分離,並準確進入預定軌道。

飛船入軌後,地面的各測控中心和分布在太平洋、印度洋上的測量船對飛船進行了跟蹤測控,同地,還對飛船內的生命保障系統、姿態控製系統等進行了測試。

台北時間11月21日凌晨3時,地面指揮中心向飛船發出返回指令,神舟一號飛船于台北時間1999年11月21日15點41分順利降落在內蒙古中部地區的著陸場。飛船在太空中共飛行了21個小時。

神舟號神舟號

神舟二號飛船是中國發射的第二艘實驗飛船,它也是中國第一艘正樣無人航天飛船,飛船的技術狀態與載人飛船基本一致,由推進艙、返回艙、軌道艙三部分組成。

神舟二號飛船于台北時間2001年1月10日1時零分在酒泉航天發射中心發射升空,順利進入預定軌道。

神舟二號飛船飛行期間,各種試驗儀器設備性能穩定,工作正常,採集了大量寶貴的飛行試驗資料。此時飛行,還首次在飛船上進行了微重力環境下的空間生命科學、空間材料、空間天文和物理等多領域的科學實驗

神舟二號飛船在內蒙古中部的主著陸場成功著陸。飛船在太空中運行了近七天,繞地球飛行了108圈。

神舟三號是中國發射的第三艘無人實驗飛船,這也是一艘正樣無人飛船,飛船上除了沒搭載航天員之外,其技術狀態與載人狀態完全一致。飛船由推進艙、返回艙和軌道艙組成。飛船是在台北時間2002年3月25日22時15分,在酒泉衛星發射中心成功發射升空的。

飛船上搭載了一個模擬宇航員,該裝置可以模擬人體代謝、模擬人生理信號、能夠定量模擬航天員在太空中的重要生理活動參數。此外,神舟三號上還搭載有多個實驗裝置以及植物的種子等。

四套國際頻道宣傳四套國際頻道宣傳

2002年4月1日,神舟三號飛船在太空繞地球飛行108圈後,準確降落在內蒙古中部的著陸場。

神舟四號載人飛船是中國神舟號飛船系列之一,是中國第三艘正樣無人飛船,除了沒有搭載人以外,其技術狀態與載人飛船完全一樣。飛船由推進艙、返回艙、軌道艙和附加段組成。總長約7.4米,最大直徑2.8米,總質量7794公斤。

神舟四號飛船于2002年12月30日凌晨在酒泉航天發射場發射升空,飛船按照預定計畫在太空飛行了6天零18小時,飛船在環繞地球飛行了108圈後,于台北時間2003年1月5日19時16分,準確降落在內蒙古中部地區的著陸場。

神舟四號飛船是在前三艘飛船的基礎上,進一步改進和完善,並完全按照載人航天的安求進行設計製造,飛船的返回艙內增加了兩個座椅,坐著兩個模擬航天員,宇航員工作、生活、醫護所需物品,包括睡袋、壓力服、太空食品,以及著陸後遇到意外情況所需的各種救生物品一應俱全。

此外,神舟四號飛船在太空中進行發實施了展開太陽能帆板、調姿等一系動作,還成功地實施了變軌。同時,生命保障分系統、飛船環境控製分系統、載人航天套用分系統、航天員分系統都全面進行了試驗。此外,神舟四號飛船還有多項實驗項目,共有8項科學研究在飛船上展開,有55件配載物。

神舟5號神舟5號

神舟五號載人飛船,是中國神舟號飛船系列之一,為中國首次發射的載人航天飛行器,將航天員楊利偉送入太空。這次的成功發射標志著中國成為繼俄羅斯以及美國之後,第三個有能力獨自將人送上太空的國家。

神舟六號載人飛船,是中國神舟號飛船系列之一。"神舟六號"與"神舟五號"在外形上沒有差別,仍為推進艙、返回艙、軌道艙的三艙結構,重量基本保持在8噸左右,用長征二號F型運載火箭進行發射。它是中國第二艘搭載太空人的飛船,也是中國第一艘執行"多人多天"任務的載人飛船。

神舟七號載人飛船于2008年9月25日21點10分04秒988毫秒從中國酒泉衛星發射中心載人航天發射場用長征二號F火箭發射升空。神舟七號載人飛船是中國神舟號飛船系列之一,用長征二號F火箭發射升空。是中國第三個載人航天飛船。突破和掌握出艙活動相關技術。神舟七號載人飛船科研單位是中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院和上海航天技術研究院。長征二號F型運載火箭科研單位是中國航天科技集團公司所屬中國運載火箭技術研究院。

神舟7號神舟7號

神舟七號飛船全長9.19米,由軌道艙、返回艙和推進艙構成。神七載人飛船重達12噸。長征2F運載火箭和逃逸塔組合體整體高達58.3米。

軌道艙--作為航天員的工作和生活艙,以及用于出艙時的氣閘艙。配有泄復壓控製、艙外航天服支持等功能。內部有航天員生活設施。軌道艙頂部裝配有一顆伴飛小衛星和5個復壓氣瓶。無留軌功能。

返回艙--用于航天員返回地球的艙段,與軌道艙相連。裝有用以降落的降落傘和反推力火箭,施行軟著陸。

推進艙--裝有推進系統,以及一部分的電源、環境控製和通訊系統,裝有一對太陽能電池板。

阿波羅

美國的阿波羅計畫是人類第一次登上月球的偉大工程,始于1961年5月,結束于1972年12月,歷時11年7個月。阿波羅計畫的目的是把人送上月球,實現人對月球的實地考察,並為載人行星探險做技術準備。

"阿波羅"號飛船由指揮艙、服務艙和登月艙3個部分組成。

指揮艙

宇航員在飛行中生活和工作的座艙,也是全飛船的控製中心。指揮艙為圓錐形,高3.2米,重約6噸。指揮艙分前艙、宇航員艙和後艙3部分。前艙內放置著陸部件、回收設備和姿態控製發動機等。宇航員艙為密封艙,存有供宇航員生活14天的 必需品和救生設備。後艙內裝有10台姿態控製發動機,各種儀器和貯箱,還有姿態控製、製導導航系統以及船載電腦和無線電分系統等。

服務艙

前端與指揮艙對接,後端有推進系統主發動機噴管。艙體為圓筒形,高6.7米,直徑4米,重約25噸。主發動機用于軌道轉移和變軌機動。姿態控製系統由16台火箭發動機組成,它們還用于飛船與第三級火箭分離、登月艙與指揮艙對接和指揮艙與服務艙分離等。

登月艙

由下降級和上升級組成,地面起飛時重14.7噸,寬 4.3米,最大高度約7米。

①下降級:由著陸發動機、4條著陸腿和 4個儀器艙組成。

②上升級:為登月艙主體。宇航員完成月面活動後駕駛上升級返回環月軌道與指揮艙會合。上升級由宇航員座艙、返回發動機、推進劑貯箱、儀器艙和控製系統組成。宇航員座;艙可容納2名宇航員(但無座椅),有導航、控製、通信、生命保障和 電源等設備。

阿波羅11號

阿波羅11號(Apollo 11)是美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)的阿波羅計畫(Project Apollo)中的第五次載人任務,是人類第一次登月任務,三位執行此任務的宇航員分別為指令長阿姆斯特朗(Neil Armstrong)、指令艙駕駛員邁克爾·科林斯(Michael Collins)與登月艙駕駛員巴茲·奧爾德林(Buzz Aldrin)。1969年7月20日,阿姆斯特朗與奧爾德林成為了首次踏上月球的人類。

雙子星座

美國載人飛船 系列。從1965年3月到1966年11月共進行10次載人飛行。主要目的是在軌道上進行機動飛行、交會、對接和航天員試作艙外活動等。為"阿波羅"號飛船載人登月飛行作技術準備(見阿波羅工程)。"雙子星座"號飛船重約3.2~3.8噸,最大直徑3米,由座艙和設備艙兩個艙段組成。座艙分為密封和非密封兩部分。密封艙內安裝顯示儀表、控製設備、廢物處理裝置和供兩名航天員乘坐的兩把彈射座椅,還帶有食物和水。無線電設備、生命保障系統和降落傘等安裝在非密封艙內。座艙前端還有交會用的雷達和對接裝置,座艙底部覆蓋再入防熱材料。設備艙分上艙和下艙。上艙中主要安裝 4台製動發動機。下艙中有軌道機動發動機及其燃料、軌道通信設備、燃料電池等。設備艙內壁還有許多流動冷卻液的管子,因此設備艙又是個空間熱輻射器。飛船在返回以前先拋棄設備艙下艙,然後點燃4台製動火箭,再拋掉設備艙上艙,座艙再入大氣層,下降到低空時開啟降落傘,航天員與座艙一起在海面上濺落。

未來發展

快船號

依靠烏克蘭天頂號火箭發射快船號的建議,與俄羅斯將所有航天和國防項目的分承包契約從蘇聯加盟共和國轉移到俄羅斯的既定政策是相違背的。特別是在 2004 年歲末,烏克蘭發生政治騷亂的動蕩背景下, rkk 公司的這一提議尤其令人吃驚。但贊成使用天頂號的支持者們,其有說服力的辯解是快船號可以使用現存的運載火箭,而不需要研製原先為快船號建議使用的"奧涅加"( onega )火箭,這樣可使整個快船號計畫在技術和經費方面更具有現實性。

這艘像熨鬥形狀的快船號重 13t ,將可以做 25 次重復飛行。它設計的能力是可乘載 2 名駕駛員、 4 名旅客和多達 700kg 的貨物,而同為 rkk 公司研製的聯盟號系列飛船其乘員不能超過 3 人。快船號的外殼,即它的熱防護系統是基于為暴風雪號太空梭研製的材料。

具有20m 3 容積的、可重復使用的乘員艙被設計成一個獨立的艙段,它能夠與兩種可以改變氣動力的殼體組裝在一起:一種是太空梭型的帶翼滑翔體;另一種是所謂的升力體。後者的外形(不帶翼)能夠提供有效的氣動升力。這種升力在飛行器再入大氣層期間進行控製是必需的。

QQ飛船QQ飛船

飛機型(或帶翼型)快船號能夠在偏離所設計的著陸航線時可機動達到 2000km ;而採用升力體外形的飛船型(或叫無翼型)隻能夠機動 500km 。前者可以像飛機一樣在跑道上著陸,後者是用三件一套的降落傘著陸。

快船號能夠運送乘員和貨物到空間站上去或者進行 6 人、 10 天的遊覽旅行。一個可分離的生活艙安裝在主乘員座艙的後面,它是從聯盟號系列飛船借用過來的,可滿足部分乘員生活所需。生活艙裝有一個對接口、一個衛生間和生命保障系統。

奧賴恩號

新設計的"奧賴恩"融入了電腦、電子、生命支持、推進系統及熱防護系統等領域的諸多最新技術。它的外形為圓錐狀,這種形狀被認為是航天器重返地球大氣層時最為安全可靠的外形設計。

除了採取新技術,"奧賴恩"還與國際上正在使用的幾種航天器頗為相似,其中包括中國的"神舟"號飛船。第一個相似點是都採用了可回收技術,"奧賴恩"使用了降落傘和氣囊相結合的降落設計,使載人艙在落地後還可重復使用,另外也節省了在海上降落的昂貴搜救成本。俄羅斯的"聯盟"號飛船和中國的"神舟"飛船都採用這種設計。

第二點是隔熱層脫落技術。美國以前使用的"水星"號飛船、俄羅斯的"聯盟"號和中國的"神舟"飛船都使用這種技術,即覆蓋在飛船表面的隔熱層在飛船沖出大氣層後脫落,以減輕著陸重量。正因為此,"奧賴恩"號可重復使用10次。

這種飛船在2015年飛往國際空間站2020年開始登月 2031年開始飛往火星

外型

單艙型

其中單艙式最為簡單,隻有宇航員的座艙,美國第1個宇航員格倫就是乘單艙型的"水星號"飛船上天的;

雙艙型

雙艙型飛船是由座艙和提供動力、電源、氧氣和水的服務艙組成,它改善了宇航員的工作和生活環境,世界第1個男女宇航員乘坐的前蘇聯"東方號"飛船、世界第1個出艙宇航員乘坐的前蘇聯"上升號"飛船以及美國的"雙子星座號"飛船均屬于雙艙型;

現場返回艙CCTV現場報導現場返回艙CCTV現場報導

三艙型

最復雜的就是三艙型飛船,它是在雙艙型飛船基礎上或增加1個軌道艙(衛星或飛船),用于增加活動空間、進行科學實驗等,或增加1個登月艙(登月式飛船),用于在月面著陸或離開月面,中國的神舟號飛船,前蘇聯/俄羅斯的聯盟系列和美國"阿波羅號"飛船是典型的三艙型。聯盟系列飛船至今還在使用。

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