載人航天是航天技術(shù)向更高階段的發(fā)展,因?yàn)楹教靻T可完成更復(fù)雜的太空開發(fā)工作,例如,進(jìn)行多種科研、生產(chǎn)和軍事活動(dòng),包括實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、加工和觀測(cè)等;另外,能進(jìn)行各種在軌服務(wù),包括維修、升級(jí)航天器,更換部件和加注燃料。
太空雖然有豐富的資源,但環(huán)境十分惡劣,所以要進(jìn)行載人航天就必須研制出能仿造地球生活的載人航天器。至今,人類研制出了宇宙飛船、空間站和航天飛機(jī)三種載人航天器。按用途和飛行軌道它們又可分為兩類,其中的宇宙飛船和航天飛機(jī)屬于一類,用作天地往返運(yùn)輸器,主要用于接送航天員和貨物;空間站屬于另一類,是長(zhǎng)期在太空運(yùn)行的空間科技大廈,不返回地面,主要用于科研、生產(chǎn)和在軌服務(wù)等。
所以,研制宇宙飛船或航天飛機(jī)是建造空間站的前提,因?yàn)闆]有進(jìn)行天地往返的交通工具,航天員是無法到空間站內(nèi)生活和工作的。目前,由于航天飛機(jī)成本高、風(fēng)險(xiǎn)大,因此宇宙飛船已成為載人天地往返的唯一運(yùn)輸工具。我國(guó)載人航天發(fā)展戰(zhàn)略也是先突破和掌握載人宇宙飛船技術(shù),為此,現(xiàn)已研制和發(fā)射了11艘“神舟”飛船,先后把11名航天員送上了太空,并掌握了太空行走和空間交會(huì)對(duì)接兩項(xiàng)載人航天的關(guān)鍵技術(shù),為未來空間站的建造和運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。
我國(guó)的“神舟”飛船采用較先進(jìn)的3艙式構(gòu)型,由軌道艙、返回艙和推進(jìn)艙組成,其中軌道艙用于航天員工作、吃飯、方便、睡覺;返回艙是航天員乘飛船進(jìn)行天地往返時(shí)的座艙,也是飛船的控制中心;推進(jìn)艙提供動(dòng)力、電源和燃料等。
神舟一號(hào)飛船
“神舟”飛船總長(zhǎng)近9米,總重約8噸,最多可以載3人。其可靠性為0.97,航天員的安全性為0.997。這種飛船可自主飛行7天,??匡w行180天。它由系統(tǒng)總體和13個(gè)分系統(tǒng)組成,這些分系統(tǒng)涉及物理、醫(yī)學(xué)等數(shù)十種學(xué)科領(lǐng)域,整體水平達(dá)到國(guó)際第三代載人宇宙飛船的水平。
神舟二號(hào)、三號(hào)和四號(hào)都載有“模擬人”,它能夠模擬航天員的重要生理活動(dòng)參數(shù),如耗氧、脈搏等。以“模擬人”載荷取代動(dòng)物,檢驗(yàn)飛船載人狀態(tài),這是我國(guó)一個(gè)創(chuàng)新
為適應(yīng)不同階段任務(wù)變化,“神舟”載人飛船先后有三種技術(shù)狀態(tài):一是初期試驗(yàn)技術(shù)狀態(tài),特點(diǎn)是軌道艙可以留軌,所以軌道艙上多了一對(duì)太陽電池翼,神舟五號(hào)、六號(hào)飛船采用這種技術(shù)狀態(tài);二是出艙活動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)狀態(tài),即為了驗(yàn)證航天員太空行走技術(shù),把軌道艙改成了兼有氣閘艙功能的艙段,取消了軌道艙上的太陽電池翼和留軌功能,神舟七號(hào)飛船采用這種技術(shù)狀態(tài);三是天地往返運(yùn)輸器技術(shù)狀態(tài),這是“神舟”飛船的定型狀態(tài),特點(diǎn)是軌道艙上的沒有太陽電池翼,但在前端增加了交會(huì)對(duì)接裝置,并改進(jìn)了飛船的電源,增加降落傘和發(fā)動(dòng)機(jī),神舟八號(hào)及其以后的所有“神舟”飛船都采用這種技術(shù)狀態(tài)。
神舟五號(hào)載人飛船飛行示意圖
神舟七號(hào)航天員出艙活動(dòng)示意圖
在我國(guó)已發(fā)射的11艘“神舟”宇宙飛船中,為了試驗(yàn)有關(guān)技術(shù),確保航天員的安全,其中的神舟一號(hào)~四號(hào)和八號(hào)是無人的,其余六艘飛船是載人的。
1999年11月20日,我國(guó)發(fā)射了神舟一號(hào)無人飛船,以考核載人航天工程總體設(shè)計(jì)方案的可行性和關(guān)鍵技術(shù)的可靠性。該飛船是初樣電性船,采用最小配置,僅有與飛船返回系統(tǒng)緊密相關(guān)的9個(gè)分系統(tǒng),軌道艙也沒有留軌試驗(yàn)。
2001年1月10日,我國(guó)發(fā)射了神舟二號(hào)無人飛船。該飛船是首個(gè)正樣飛船,飛船的13個(gè)分系統(tǒng)均參加了飛行試驗(yàn),重點(diǎn)考核了飛船的環(huán)境控制與生命保障分系統(tǒng)、應(yīng)急救生分系統(tǒng);首次進(jìn)行了軌道艙留軌運(yùn)行。
2002年3月25日,我國(guó)發(fā)射了神舟三號(hào)無人飛船,其狀態(tài)與載人飛船完全一致。它首次進(jìn)行了待發(fā)段與上升段的逃逸救生系統(tǒng)試驗(yàn),明確界定了“漏逃”和“誤逃”的界線。
2002年12月30日,我國(guó)發(fā)射了神舟四號(hào)無人飛船。它是我國(guó)最完善的無人試驗(yàn)飛船,備用著陸場(chǎng)、陸地和海上應(yīng)急救生等系統(tǒng)都參加了此次飛行試驗(yàn)和考核;增加了自主應(yīng)急返回功能,設(shè)計(jì)了8種救生模式;還提高了整船偏航機(jī)動(dòng)能力,改善了艙內(nèi)載人環(huán)境。
2003年10月15日,我國(guó)發(fā)射了首艘載人飛船神舟五號(hào),進(jìn)行了世界載人航天歷史上的第241次飛行,使楊利偉成為世界上第428位進(jìn)入太空的航天員。對(duì)該飛船的航天員座椅進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn),同時(shí)設(shè)置了多種安全救生模式和百余種故障對(duì)策方案。它證明了我國(guó)宇宙飛船具備了載人航天飛行的條件。
2005年10月12日,我國(guó)發(fā)射了神舟六號(hào)載人飛船,送費(fèi)俊龍和聶海勝登天。其新變化是:人數(shù)從1人到2人;天數(shù)從1天到5天;航天員首次打開了返回艙艙門進(jìn)入軌道艙;首次讓2位航天員脫下航天服進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn);首次全面啟動(dòng)環(huán)境控制與生命保障分系統(tǒng),如放置了食品柜、熱飯用的電加熱器、睡袋和太空馬桶;航天食品的種類也從神舟五號(hào)的二三十種增加到四五十種。
2008年9月25日,我國(guó)發(fā)射了神舟七號(hào)載人飛船,送翟志剛、劉伯明、景海鵬登天。它有四大突破:一是首次使我國(guó)航天員太空行走;二是首次滿載3人上天;三是首次釋放了另一個(gè)航天器;四是首次與天鏈一號(hào)中繼衛(wèi)星進(jìn)行中繼鏈路試驗(yàn)。神舟七號(hào)軌道艙兼有生活艙和氣閘艙兩種功能是一大亮點(diǎn)。
2011年11月1日,我國(guó)發(fā)射了神舟八號(hào)無人飛船。它與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器一起首次完成了我國(guó)空間無人自控交會(huì)對(duì)接試驗(yàn),并開始定型生產(chǎn)飛船。
神舟十號(hào)載人飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器交會(huì)示意圖
2012年6月16日,我國(guó)發(fā)射了神舟九號(hào)載人飛船,送景海鵬、劉旺和劉洋登天。它實(shí)現(xiàn)了多個(gè)第一:首次手控交會(huì)對(duì)接;首次驗(yàn)證組合體載人環(huán)境支持技術(shù);首次考核飛船手控系統(tǒng);首次飛行13天;首次讓航天員打開天宮一號(hào)艙門;首次送女航天員登天等。
2013年6月11日,我國(guó)發(fā)射了神舟十號(hào)載人飛船,送聶海勝、張曉光和王亞平登天。它和以前飛船的最大區(qū)別是首次進(jìn)行了應(yīng)用性飛行和繞飛。
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