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第20章 宇宙飞船——向太空长征的地球守护者(2)

“上升2号”比“双子星座3号”早飞了五天,宇航员列昂诺夫在宇宙中“行走”了9分钟。谁知当他奉命重新返回宇宙飞船时,他的宇宙服如同气球似地膨胀起来,怎么也不能从轻便管道口进入飞船座舱。他费了九牛二虎之力,想了许多办法,一共用了8分钟才挤进座舱。当“上升2号”飞船绕地飞行17圈即将返回地面时,突然遥控装置失灵,制动发动机停止工作。于是按照地面指挥中心的指令,这两位苏联宇航员不得不多飞1圈并且改用手动操纵装置启动制动发动机,这样才得以安全返回。由于这个故障,“上升2号”飞船的实际飞行时间是26小时,而不是原定的24小时。飞船的降落地点也不是原定的苏联南半部地区,而是在北部的彼尔姆附近一个积雪很深且树木稀疏的林区。那天,苏联命令驻扎在远北和北极地区的苏军所有空军部队,随时准备救援。

美国第一代载人飞船:“水星号”

“水星号”是美国第一个载人飞船系列,主要目的是试验飞船各系统及失重对人体的影响。从1961年到1963年,“水星号”系列载人飞船共发射了6艘。1961年5月第一艘“水星号”飞船进行了载人亚轨道飞行,开始了美国的载人航天历程。

“水星”计划实现载人空间飞行的突破

“水星”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,其中飞船耗资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,乘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大气层动力学、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2.9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。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”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,目的是供地面研究人员了解人在空间飞行环境下的状态和适应能力,但在飞行中也表现出了人类的主观能动性。

水星号飞船为什么首先进行亚轨道飞行

在美苏太空竞赛中,苏联的加加林首次实现太空飞行,拔得头筹。这使得美国人的情绪有些不平衡,而当时美国的“水星”计划还有许多准备工作需要做。

1961年5月5日,命名为“自由7号”的“水星”飞船在卡纳维拉尔角由改装的红石火箭发射升空,飞船上乘坐的是美国第一位宇航员阿兰·谢帕德。这完全是一次弹道发射,飞船上升的最大高度为186千米。飞船正常分离后,又以弹道状进入大气层并安全回收。这种飞行方式被称为亚轨道飞行。据说在全部15分22秒的飞行过程中,谢帕德只有5分钟的失重经历。

时隔两个月,宇航员格里索姆于7月21日乘坐“自由钟7号”飞船又一次进行了亚轨道飞行,基本过程同帕德完全相同。

美国为什么首先选择进行亚轨道飞行呢?这主要是因为美国宇航界认为,载人航天技术难度大,在进行正式的轨道飞行之前,应当首先进行较简单的亚轨道飞行试验,以降低飞行的风险,为载人轨道飞行积累经验。另外,美国的载人航天计划一切从零开始,包括运载火箭都是在红石、宇宙神等导弹基础上研制的,进行亚轨道飞行易于取得成功,对在苏美载人航天竞赛中获胜也十分有利。

1959年12月,美国开始试验新研制的“水星号”飞船。为了测试座舱的性能,科学家们两次使用了猴子,并取得了回收的成功。第三次测试由一只猩猩来担当宇航员的角色。这只猩猩名叫汉姆,它在上天前经过了严格的训练。这次,汉姆进入飞船座舱后,“红石”火箭将座舱送入离地260千米的空间,座舱在空间划了一个660千米长的大圆弧后,安全降落在海面上。负责打捞的直升机很快把试验座舱从水面提起,送到一艘登陆艇上。当救护人员打开舱门时,汉姆若无其事地将两手交叉在胸前,兴奋地步出座舱,毫不客气地拿过慰劳它的一个大苹果大吃起来。

美国的第二代载人

飞船:“双子星座号”

美国于1961年11月至1966年11月实施了“双子星座”计划。其主要任务是研究、发展载人登月的技术和训练航天员长时间飞行及舱外活动的能力。

“双子星座”飞船

“水星”计划结束后,当时的美国总统肯尼迪很明确地提出,把登月作为载人航天的发展目标。因此,负责美国太空计划的机构,花了两年时间来设计第二代飞船,即“双子星座”飞船,作为“登月”计划和“水星”计划中间的过渡计划。而且这一计划的目的相当明确,主要是完善飞往月球所需的关键、但尚未经过测试的技术,包括:轨道变换、轨道会合、轨道对接以及在轨道上进行太空舱外活动。

为了准确地操纵飞船,设计人员为“双子星座”安装了几个火箭发动机,使它可以在轨道上做向前、向后和侧向的运动,以改变轨道。复杂的任务要求由两人来驾驶飞船,这就使得飞船的体积增大。而且“双子星座”飞船太空飞行的时间需要持续一到两周,以确定人体是否能够承受长时间的失重状态,所以需要大量的电力和能源。为了满足这个要求,“双子星座”飞船增加了设备舱,安装电源系统、推进剂储箱等设备。

当时使用的普通化学电池功率小、寿命短,不足以维持长期飞行,而太阳能电池技术上也不成熟,因此设计人员采用了燃料电池,这种电池依靠燃料的化学反应释放出来的能量转变成为电能输出。

两名航天员,加上增加的支持系统、补给及推进剂,使得“双子星座”飞船的重量比“水星号”增加了一倍。要把它送入太空,当初“水星号”所用的“宇宙神号”运载火箭已经无能为力,“大力神2号”运载火箭便成了“双子星”飞船的运载火箭。设计人员经过较长时间的考察发现运载火箭在发射时发生爆炸的机会极小,因此“双子星座”取消了逃逸救生塔,采用弹射座椅作为应急情况下的救生措施。

“双子星座”计划的主要内容

“双子星座”计划的一项主要内容是实现太空行走,设计人员考虑到如果为太空行走再设计一个过渡舱,势必会增加飞船的重量和大小,因此采用了一种简化的设计,不安装专门的出舱活动过渡舱,而直接将座舱作为过渡舱。

“双子星座”飞船的侧部各有一个矩形舱门,它具有极好的关闭密封性,可以在太空中打开和关闭。执行舱外任务时,航天员先使舱内氧气压力下降,采用航天服的供氧系统呼吸。当舱门打开时,任舱内氧气散发,出舱进行活动。当完成任务返回舱内时,关闭舱门后再重新放出氧气,使座舱增压。

1965年3月23日“双子星座3号”飞船进行了第一次载人太空飞行,航天员维吉尔·I.葛理森和约翰·W.杨完成了这次飞行。

两个月后,航天员詹姆士·A.麦克迪维特和爱德华·H.怀特乘坐“双子星座4号”进入太空飞行了5天,并且在绕轨道第三圈时,由怀特实现了美国人的首次太空行走。

1965年12月4日和12月15日,“双子星座7号”和“双子星座6号”分别进入太空,实现了太空会合,在间距只有40米的情况下持续飞行了7个多小时,最近时只有0.3米。而后“双子星座8号”和“双子星座9号”的飞行任务都是与“阿金纳”火箭实现对接,但都未能实现。

1966年7月18日,“双子星座10号”飞船载着约翰·杨和迈克尔·科林斯进入轨道,实现与“阿金纳3号”的对接任务,完成了登月计划的关键技术。

接着“双子星座11号”和“双子星座12号”飞船又分别实现了两次对接任务。

“神舟飞船”:中国的太空骄子

“神舟飞船”是中国自行研制,具有完全自主知识产权,达到或优于国际第三代载人飞船技术的飞船。它采用三舱一段,即由返回舱、轨道舱、推进舱和附加段构成,由13个分系统组成。

中国的第一艘无人实验飞船

1999年11月20日6时30分,“神舟一号”搭载着中国人的飞天梦想,运载有:中华人民共和国国旗、澳门特别行政区区旗、奥运会会旗等;还有各种邮票及神舟飞船纪念封;以及各10克左右的青椒、西瓜、玉米、大麦等农作物种子,此外还有甘草、板蓝根等中药材,在酒泉卫星发射中心由新型长征运载火箭发射升空,次日凌晨3时41分在内蒙古自治区中部地区成功着陆。飞船在太空中共飞行了21个小时。

这次发射首次采用了在技术厂房对飞船、火箭联合体垂直总装与测试,整体垂直运输至发射场,进行远距离测试发射控制的新模式。我国在原有的航天测控网基础上新建的符合国际标准体制的陆海基航天测控网,也在这次发射试验中首次投入使用。飞船在轨运行期间,地面测控系统和分布于公海的4艘远望号测量船对其进行了跟踪与测控,成功进行了一系列科学试验。

它是中国载人航天工程的首次飞行,标志着中国在载人航天飞行技术上有了重大突破,是中国航天史上的重要里程碑。

“神舟七号”:标志中国进入载人航天二期工程2008年9月24日下午14时30分在酒泉卫星发射中心的“神舟七号”载人航天飞行任务总指挥部新闻发布会上,“神舟七号”载人航天飞行总指挥部宣布:2008年9月25日21时07分至22时27分直接发射,进行载人航天飞行。届时,中国的航天员将首次出舱来进行太空行走。

北京时间2008年9月25日21时10分04秒988毫秒“神舟七号”飞船由“长征2号”F火箭发射升空。2008年9月27日16时30分,景海鹏留守返回舱,翟志刚(指令长)、刘伯明分别穿着中国制造的“飞天”舱外航天服和俄罗斯研制的“海鹰”舱外航天服进入“神舟七号”载人飞船兼气闸舱的轨道舱。翟志刚出舱作业,刘伯明在轨道舱内协助(刘伯明的头、手部分出舱),实现了中国历史上宇航员第一次的太空漫步,令中国成为第三个有能力把航天员送上太空并进行太空行走的国家。

北京时间2008年9月28日17时37分,“神舟七号”飞船成功着陆于中国内蒙古四子王旗。

从“神舟七号”开始,中国进入载人航天二期工程。在这一阶段里,将陆续实现航天员出舱行走、空间交会对接等科学目标。整个二期工程的所有发射任务全部由“长征2号”F火箭担任。

“神舟七号”:成就中国迈向太空的第一步

2008年27日16时30分左右,在医学专家确认航天员身体情况良好后,地面指挥人员向“神七”航天员下达了出舱命令。

16∶39分,身着舱外航天服的“神七”航天员翟志刚和刘伯明打开飞船轨道舱舱门,开始实施中国航天员的第一次空间出舱活动。

随后,翟志刚向地面报告:“神舟七号已出舱,身体感觉良好,向全国人民,向全世界人民问候。”

16∶45分,翟志刚身着中国研制的“飞天”舱外航天服,离开飞船轨道舱,迈出了中国人的太空第一步。

翟志刚挥舞中国国旗,然后开始进行太空行走。在轨道舱内,刘伯明身穿“海鹰”舱外航天服,支持配合翟志刚出舱活动。另一名航天员景海鹏则值守返回舱。

翟志刚在舱外共活动了约20分钟,回收了在舱外装载的试验样品装置,其间还与北京航天飞行控制中心进行了通话。

北京航天飞行控制中心宣布航天员返回轨道舱:“各号注意,我是北京,‘神州七号’已返回轨道舱。”

16∶58分,北京航天飞行控制中心宣布,中国航天员翟志刚完成舱外活动,从太空回到“神舟七号”载人飞船轨道舱。这标志着他已圆满完成中国航天员的第一次空间出舱活动。

这是中国人在太空中迈出的第一步。中国航天员首次太空出舱活动取得成功,将使中国突破和掌握出舱活动相关技术,这就意味着中国朝着建设太空实验室或空间站的目标又迈进了一大步。

“神舟七号”发射完后,中国在几年之内要自主研发空间站,“天宫一号”是第一步,将于最早发射,随后将发射其他的飞船完成对接。

“神舟八号”,是中国“神舟”系列飞船的第八个,是一个无人目标飞行器,是为中国的空间站作对接准备,也是中国神舟系列飞船进入批量生产的代表。

中国神舟系列飞船在“神舟八号”时基本定型“神舟八号”发射目标飞行器(专门用于对接),而后续发射的“神九”将与“神八”留在空中的轨道舱实现中国航天器的首次无人对接。

“神十”是载人航天工程的第二步第一阶段,是载人飞船天地往返运输系统定型阶段。

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