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第33章 进驻太空的太空探索(2)

神舟三号

发射时间:2002年3月25日22时15分

发射火箭:新型长征二号F捆绑式火箭,这次发射是长征系列运载火箭第66次飞行,自1996年10月以来,我国运载火箭发射已经连续24次获得成功。

飞船进入轨道所需飞行时间:火箭点火升空10分钟后,飞船成功进入预定轨道。

返回时间:2002年4月1日

发射地点:酒泉卫星发射中心

着陆地点:内蒙古自治区中部地区

飞行时间/圈数:6天零18小时/108圈

搭载物品:处于休眠状态的乌鸡蛋;进行空间试验的有效载荷公用设备十项,四十四件之多,包括:卷云探测仪、中分辨率成像光谱仪、地球辐射收支仪、太阳紫外线光谱监视仪器、太阳常数监测器、大气密度探测器、大气成分探测器、飞船轨道舱窗口组件、细胞生物反应器、多任务位空间晶体生长炉、空间蛋白质结晶装置、固体径迹探测器、微重力测量仪、有效载荷公用设备。据介绍,微重力测量仪、返回舱有效载荷公用设备是第三次参加飞船试验;空间蛋白质结晶装置、多任务位空间晶体生长炉和轨道舱有效载荷公用设备是第二次参加飞船试验;其余设备均是首次在太空作试验。

试验项目:“神舟”三号是一艘正样无人飞船,飞船技术状态与载人状态完全一致。这次发射试验,运载火箭、飞船和测控发射系统进一步完善,提高了载人航天的安全性和可靠性。飞船上装有人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人,能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数。这次发射,逃逸救生系统也进行了工作。这个系统是在应急情况下确保航天员安全的主要措施。飞船拟人载荷提供的生理信号和代谢指标正常,验证了与载人航天直接相关的座舱内环境控制和生命保障系统。

神舟四号

发射时间:2002年12月30日0时40分

发射火箭:新型长征二号F捆绑式火箭,此次是长征系列运载火箭的第69次飞行,也是自1996年10月以来,我国航天发射连续第27次获得成功。

飞船进入轨道所需飞行时间:火箭点火升空十几分钟后,飞船成功进入预定轨道返回时间:2003年1月5日19时16分

发射地点:酒泉卫星发射中心

着陆地点:内蒙古自治区中部地区

飞行时间/圈数:6天零18小时/108圈

搭载物品:除了大气成分探测器等19件设备已经参加过此前的飞行试验外,还有一面北京航空航天大学校旗,和其他的空间细胞电融合仪等33件科研设备都将是首次“上天”。一场筹备了10年之久的两对“细胞太空婚礼”也将在飞船上举行,一对动物细胞“新人”是B淋巴细胞和骨髓瘤细胞,另一对是植物细胞“新人”————黄花烟草原生质体和革新一号烟草原生质体。专家介绍说,在微重力条件下,细胞在融合液中的重力沉降现象将消失,更有利于细胞间进行配对与融合这些“亲热举动”,此项研究将为空间制药探索新方法。

神舟五号

发射时间:2003年10月15日9时整

发射火箭:新型长征二号F捆绑式火箭,此次是长征系列运载火箭第71次飞行,也是继1996年10月以来,我国航天发射连续第29次获得成功。

飞船进入轨道所需飞行时间:9时10分,船箭分离,“神舟”五号载人飞船准确进入预定轨道。

返回时间:2003年10月16日6时28分

发射地点:酒泉卫星发射中心

着陆地点:内蒙古中部阿木古朗草原地区

飞行时间/圈数:21小时/14圈

搭载物品:“神舟”五号载人飞船返回舱内搭载有一面具有特殊意义的中国国旗、一面北京2008年奥运会会徽旗、一面联合国国旗、人民币主币票样、中国首次载人航天飞行纪念邮票、中国载人航天工程纪念封和来自祖国宝岛台湾的农作物种子等。

试验项目:神舟5号将尽量减少机舱内的实验项目及仪器,以腾出更多空间来供航天员活动并执行科学观察任务,可以说这一次的任务主要是考察航天员在太空环境中的适应性。

新技术应用:首次增加了故障自动检测系统和逃逸系统。其中设定了几百种故障模式,一旦发生危险立即自动报警。即使在飞船升空一段时间之后,也能通过逃逸火箭而脱离险境。

备注:中国飞天第一人杨利伟就是乘“神舟”五号载人飞船成功飞行的。

神舟六号

发射时间:2005年10月12日9时0分0秒

发射火箭:神箭--长征二号F运载火箭

飞船进入轨道所需飞行时间:584秒

返回时间:10月17日凌晨4时32分

发射地点:酒泉卫星发射中心

着陆地点:四子王草原秋韵

飞行时间/圈数:115小时32分钟/飞行77圈

搭载物品:共有8类64种搭载物品,其中包括香港金利来、查氏集团等知名企业标识,搭载的生物菌种、植物组培苗和作物、植物、花卉种子则用于太空育种实验。在开舱仪式现场,6位特殊的“乘客”有机会精彩亮相,它们分别是极地考察时使用过的中国国旗、国际奥委会会旗五环旗、上海世博会会旗、《申报》百年纪念特刊、书画作品《六骏图》和10幅少先队员太空画作品。神舟六号返回舱搭载的物品还有“我给‘神舟’六号航天员写封信征文活动”特等奖作文、共和国元帅特种邮票和神舟六号个性化邮票等邮品以及书画名家的作品等。

技术应用:飞船的种类非常多,但最常用的是卫星式载人飞船。这种飞船像卫星一样在离地面几百公里的近地轨道上飞行,飞行高度大约为300公里。飞船有单舱式、双舱式和三舱式,目前国际上成熟航天国家的飞船均是三舱式,这次神舟六号就是三舱式飞船,说明中国航天技术已经初步达到国际水平。神舟六号飞船有以下特点:首先是起点很高,飞船具有承载3名航天员的能力;其次是一船多用,航天员返回后,轨道仓可以在无人值守的状态下,作为卫星继续利用半年,甚至可以在今后进行交会对接实验;第三是返回舱的直径大,俄罗斯的直径是2.2米,我国的是2.5米。最后是飞船返回,非常安全,这方面已经进行过全面的测试。总体来看,神舟六号飞船的技术进步是巨大的。技术进步主要反映在:首先是新材料领域,据悉近年来中国在新材料领域所取得的进步上,有2000多种是来自航天领域;其次是电信领域,这方面有硬件设备的进步,也有软件领域的进步,比如编码技术就确保了话音质量和图像的清晰度;第三是图像技术,这些技术可以用于军事领域,也可以用于民用领域;第四是特种食品,航天员的食品研制非常复杂;第五是特种纺织材料,航天服是一个系统,更是高科技的结晶;第六是电子控制系统的进步,飞船是涉及各种复杂子系统的复杂系统,所有系统均需要有电子控制系统进行控制;第七是生物医学体系的进步,载人航天与无人航天有本质上的差异,系统复杂性和可靠性大为不同,神舟六号的成功,表明中国的相关生物医学已经有了巨大的进步。

神舟六号飞船仍为推进舱、返回舱、轨道舱的三舱结构,整船外形和结构与原来相同,重量基本保持在8吨左右。飞船入轨后先是在近地点200公里,远地点350公里的椭圆轨道上运行5圈,然后变轨到距地面343公里的圆形轨道,绕地球飞行一圈需要90分钟,飞行轨迹投射到地面上呈不断向东推移的正弦曲线。轨道特性与神舟五号相同。

由于此次飞行没有交会对接任务,神舟六号取消了用于这项功能的附加段,另外,飞船上新增加了40余台设备和6个软件,使飞船的设备达到600余台,软件82个,元器件10万余件。

备注:执行任务的宇航员费俊龙聂海胜。

神舟七号

发射时间:2008年9月25日21时10分04秒988毫秒发射火箭:长征二号F型火箭,这是长征系列运载火箭的第109次飞行飞船进入轨道所需飞行时间:9分39秒

返回时间:9月28日17时37分

发射地点:酒泉卫星发射中心

着陆地点:内蒙古四子王旗

飞行时间/圈数:2天20小时27分钟/45圈

搭载物品:神舟七号首次携带了中药上天。国家一级保护树种珙桐和国家二级保护树种鹅掌楸的种子各100克。搭载物中首次历史性地出现陶瓷制品。一批深圳太空植物的种子,这些种子包括蝴蝶兰、瓜叶菊、球根海棠、灰毛豆、类芦和结缕草等品种。伴飞卫星,五星红旗,特制太空笔。

试验项目:实施我国航天员首次空间出舱活动,突破和掌握出舱活动相关技术,同时开展卫星伴飞、进行“天链一号”卫星数据中继等空间科学和技术试验。飞船运行期间,1名航天员着我国研制的“飞天”舱外航天服出舱进行舱外活动,回收在舱外装载的试验样品装置。

新技术应用:成功突破飞船气闸舱、舱外航天服、航天测控中继卫星、伴飞小卫星等一系列关键技术。神七载人航天应用方面的一项新技术试验————伴随飞行的试验。航天员由舱内活动转向舱外活动,这是载人航天技术的一个重大跨越。为实现出舱活动,必须突破舱外航天服的微机电、航天员出舱活动的地面模拟训练等一系列关键技术,需要完成舱外航天服和飞船气闸舱的研制。这在技术层面上要求很高。火箭系统经过三年多的努力,采用了新技术抑制火箭飞行初期的振动,大大提高了航天员的飞行舒适性,这从三名航天员在飞船发射中招手的细节里得到了证实。在整个出舱活动中,供氧、供电、空气流通、话音支持等一切功能都成功实现,从直播中,可以清晰地听到翟志刚从宇宙发向地面的声音。这充分说明中国已经掌握了舱外航天服的技术。为了这一次的一些新的测控要求,我们国家利用一些新技术研制了一些新的测控雷达和测控装备。采用海上的新技术(新型“远望号”航天测量船的使用)和空中的技术(数据中继卫星的使用),“神七”的测控覆盖率有大幅度的提升。

4.航天飞机的基本知识

航天飞机

可重复使用的用运载火箭发射的飞行器,用于进入地球轨道,在地球与轨道航天器之间运送人员和物资,并滑翔降落于地面。虽然航天飞机像常规载人航天器一样垂直发射,但与后者不同的是,它像普通喷气式飞机一样滑翔降落在跑道上。轨道器在设计上可重复使用100次,降低了航天飞行高昂的成本。到20世纪80年代中期共有4架航天飞机服役:“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号和“亚特兰蒂斯”号。

1969年4月,美国宇航局提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。1972年1月,美国正式把研制航天飞机空间运输系统列入计划,确定了航天飞机的设计方案,即由可回收重复使用的固体火箭助推器,不回收的两个外挂燃料贮箱和可多次使用的轨道器三个部分组成。经过5年时间,1977年2月研制出一架创业号航天飞机轨道器,由波音747飞机驮着进行了机载试验。1977年6月18日,首次载人用飞机背上天空试飞,参加试飞的是宇航员海斯(C·F·Haise)和富勒顿(G·Fullerton)两人。8月12日,载人在飞机上飞行试验圆满完成。又经过4年,第一架载人航天飞机终于出现在太空舞台,这是航天技术发展史上的又一个里程碑。

航天飞机可将卫星和探测器装截于货舱中,在太空中施放,也可由航天员在太空中回收或修理轨道上不能使用的卫星。航天飞机的轨道器可以用作太空实验室,携带专门的研究设备进行各种科学实验。

航天飞机是一种为穿越大气层和太空的界线(高度100公里的关门线)而设计的火箭动力飞机。它是一种有翼、可重复使用的航天器,由辅助的运载火箭发射脱离大气层,作为往返于地球与外层空间的交通工具,航天飞机结合了飞机与航天器的性质,像有翅膀的太空船,外形像飞机。航天飞机的翼在回到地球时提供空气煞车作用,以及在降跑道时提供升力。航天飞机升入太空时跟其他单次使用的载具一样,是用火箭动力垂直升入。因为机翼的关系,航天飞机的酬载比例较低。设计者希望以重复使用性来弥补这个缺点。

虽然世界上有许多国家都陆续进行过航天飞机的开发,但只有美国与前苏联实际成功发射并回收过这种交通工具。但由于苏联瓦解,相关的设备由哈萨克接收后,受限于没有足够经费维持运作使得整个太空计划停摆,因此全世界仅有美国的航天飞机机队可以实际使用并执行任务。

航天飞机的组成部分

航天飞机是一种垂直起飞、水平降落的载人航天器,它以火箭发动机为动力发射到太空,能在轨道上运行,且可以往返于地球表面和近地轨道之间,可部分重复使用的航天器。它由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。

外部燃料箱

外表为铁锈颜色,主要由前部液氧箱、后部液氢箱以及连接前后两箱的箱间段组成。外部燃料箱负责为航天飞机的3台主发动机提供燃料。外部燃料箱是航天飞机三大模块中唯一不能重复使用的部分,发射后约8.5分钟,燃料耗尽,外部燃料箱便被坠入到大洋中。

一对固体火箭助推器

这对火箭助推器中装有助推燃料,平行安装在外部燃料箱的两侧,为航天飞机垂直起飞和飞出大气层进入轨道,提供额外推力。在发射后的头两分钟内,与航天飞机的主发动机一同工作,到达一定高度后,与航天飞机分离,前锥段里降落伞系统启动,使其降落在大西洋上,可回收重复使用。