“神舟”系列载人飞船先后有三种技术状态

头条推送科普中国头条创作与推送项目头条创作与推送2016-10-12 10:38
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今年10月中下旬,我国将发射神舟-11载人飞船升空。这一天地往返运输器用于把2名航天员送到距地面393千米的天宫-2空间实验室内生活和工作30天,创造我国载人航天的新纪录。此前,我国已发射了10艘“神舟”宇宙飞船,把10名航天员送到九霄云外,顺利完成任务,可谓十战十捷,十全十美。

“神舟”系列载人飞船先后有三种技术状态

(“神舟”与“天宫”交会示意图)

1 一室一厅

我国“神舟”飞船是于1992年开始研制的,采用了当时最先进、目前最实用的3舱式构型,由轨道舱、返回舱、推进舱3个舱组成,其中载人的轨道舱、返回舱为密封舱,能保证航天员生活和工作环境,可谓“一室一厅”。作为“一室”的返回舱是航天员在发射、返回和控制飞船运行的地方;作为“一厅”的轨道舱是航天员生活和试验的场所。

轨道舱外形为两端带有锥角的圆柱形,位于返回舱前面,这是为了增加航天员的活动空间。它里面装有多种试验设备和实验仪器,可进行科学试验。其两侧装有可收放的大型太阳能电池翼、太阳敏感器和各种天线以及各种对接机构。轨道舱是航天员在轨道飞行期间的生活舱、试验舱和货舱。

“神舟”系列载人飞船先后有三种技术状态

(返回舱进行海上漂浮试验)

返回舱外形为大钝头倒锥体的钟形,位于飞船中部,是载人飞船发射和返回过程中航天员乘坐的舱段,也是飞船的控制中心,因而必不可少。它不仅和其他舱段一样要承受起飞、上升和轨道运行段的各种应力和飞行环境,而且还要经受返回时再入大气层阶段的减速过载和气动加热。舱内设置了可供3名航天员斜躺的座椅,座椅对面设有仪表盘和控制手柄、光学瞄准镜,还装有照明灯和通信设备等最必需的设备。

推进舱也是圆柱体。它紧接在返回舱后面,安装推进系统、电源和气瓶等设备,起保障和服务作用,即为飞船提供动力和电源,进行姿态控制、变轨和制动,并为航天员提供氧气和水。推进舱安装有4台大推力的主发动机和平移发动机,推进舱的两侧还装有20多平方米的主太阳能电池翼。

“神舟”总长近9米,总重约8吨左右,乘员人数3人。它由飞船系统总体和结构与机构、环境控制与生命保障、热控、电源、推进、制导导航与控制、数据管理、测控与通信、回收着陆、仪表与照明、应急救生、乘员、有效载荷13个分系统组成。这些分系统涉及物理、医学和环境等数十种学科领域,所以,飞船具有技术多样性和研制复杂性。

“神舟”系列载人飞船先后有三种技术状态

(航天员在“神舟”飞船舱内示意图)

2 三种状态

为适应不同阶段的任务变化,“神舟”系列载人飞船先后有三种技术状态。

一是初期试验技术状态。其特点是把飞船轨道舱留轨利用进行空间应用,所以轨道舱上安装有一对太阳电池翼和独立的姿态控制系统。为了增加空间应用试验的有效载荷,有的在轨道舱前面增加一个附加段。神舟-5、6飞船采用这种技术状态。

二是出舱活动试验技术状态。其特点是为了完成航天员空间出舱活动任务,轨道舱不再留轨利用,因而取消太阳电池翼和姿态控制系统。但是轨道舱除具备生活舱功能外,还兼有出舱活动用的气闸舱功能,用于突破太空行走技术。航天员从轨道舱的侧舱门出舱。轨道舱贮运了舱外航天服,配置轨道舱泄复压系统、出舱支持设备和舱外行走扶手。神舟-7采用这种技术状态。

三是天地往返运输器技术状态。其特点是在轨道舱的前端装有一套交会用的轨道测量、运动控制设施和对接用的对接机构,用于完成与其他飞行器的交会对接。由于轨道舱不留轨利用,所以没有太阳电池翼和独立的姿态控制系统。神舟-8以后的所有“神舟”飞船都采用这种技术状态,作为航天员的天地往返运输器,与天宫-1、2进行交会对接。今后还将为我国的空间站运送往来的人员。

“神舟”系列载人飞船先后有三种技术状态

(“神舟”飞船总装工位)

3 先进之处

首先,飞船起点很高。作为我国第一代载人飞船,“神舟”采用了当时最先进,目前仍比较先进的3舱式构型,一次可乘3名航天员。

其次,可“一船多用”。国外的载人飞船在返回后,其轨道舱一般废弃在轨道上,而“神舟”飞船的轨道舱具有“留轨利用”的功能,舱内的仪器设备能在无人值守的情况下,像科技卫星一样自主地工作半年左右,因此能发挥“余热”。

第三,性能比较先进。例如,采用了信息技术的最新成果,从自动化控制、制导与导航到数据管理,从应对故障的冗余设计到液晶显示设备,“神舟”的电子技术和智能化水平远远领先。其太阳电池翼能自动对准太阳,保证飞船的充足供电,而国外类似飞船或使用一次性电池,或太阳电池翼供电水平较弱。

第四,防热技术高超。其返回舱表面积是22.4米2 ,使用的防热材料总质量约500千克。俄罗斯“联盟”飞船返回舱表面积是17米2,但它的防热材料质量达700千克。

第五,降落伞面积大。“神舟”的降落伞是世界上最大的单顶降落伞,有1200米2。整个伞铺在地上有小半个足球场大小,可叠起来却只有一个小提包大,质量仅约90千克。

“神舟”飞船采用了多项新技术,其中10多项关键技术达到国际先进水平。它使我国的载人飞船技术达到或优于国际第3代载人飞船的水平。

“神舟”系列载人飞船先后有三种技术状态

(“神舟”载人飞船示意图)

4 应用飞行

从2013年6月11日发射的神舟-10起,“神舟”载人飞船开始应用性飞行。所谓应用性飞行就是完成正常的天地往返运输任务。此前,我国发射“神舟”的主要目的是考核和验证飞船,每次发射的飞船都有一些变化。与神舟-9相比,神舟-10没有新的、大的技术变化,只做了一些小调整,其技术状态基本固化。神舟-10的任务已不再是试验飞船本身,而是投入正常运营,完成运输任务,为天宫-1提供人员和物资运输服务。

2016年10月中下旬发射的神舟-11是“神舟”载人飞船的第2次应用性飞行。其任务是:执行人员和物资天地往返任务;进一步验证改进型飞船性能;确保航天员安全返回地面。

最后,祝愿神舟-11载人飞船圆满完成预定任务。(资料来源:《知识就是力量》杂志社)

专家:谢博,载人航天科普作家

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