从世界最早的“东方”号系列运载火箭肇始到现在正在研制的战神系列火箭,从“联盟”系列飞船到“快船”飞船。人类飞向月球的能力越来越强,各种以火箭和飞船等太空技术的应用也越来越成熟。曾几何时,登月只是一个人类遥不可及的梦,如今太空商业观光甚至绕月飞行都以付诸实施。可以预见,在不久的将来,人类凭借更先进的火箭和飞船能更便捷的登月,不但能从事各式科研与太空工业,普通人的登月旅行也将成为现实。
飞向月亮的火箭
火箭
火箭起源于中国,是中国古代重大发明之一。古代中国火药的发明与使用,给火箭的问世创造了条件。现代火箭可用作快速远距离运送工具,如作为探空、发射人造卫星、载人飞船、空间站的运载工具,以及其他飞行器的助推器等。如用于投送作战用的战斗部(弹头),便构成火箭武器。火箭是目前(截至2009年)唯一能使物体达到宇宙速度,克服或摆脱地球引力,进入宇宙空间的运载工具。
飞向月球的火箭和飞船火箭技术
运载火箭结构图火箭推进是一种精密的结构,它的原理主要是力学、热力学,以及其他有关科学之运用,诸如电学等。火箭跟一般的飞行器主要的不同点在于:通常的飞行器只能在大气层内飞翔,但是火箭可以在外层空间工作,因为它不需要利用外界空气便能够燃烧推进。
火箭推力的获得,乃由高速喷出物反作用而生成。其原理与花园中用橡皮管喷水时,橡皮管会向后退,以及枪向后座的原理一样。火箭的燃料经过燃烧室燃烧以后,会产生高温高压的气体,之后再经过一个喷嘴而加速,并排气到外界。这些气体便是推动火箭的原动力。
现代火箭发动机
化学火箭发动机、固态火箭发动机、液态火箭发动机、混合式火箭发动机、电气火箭发动机、离子发动机。
未来火箭发动机
核火箭发动机、激光脉冲火箭发动机、反物质火箭发动机、星际(太空)气体冲压火箭发动机、核能火箭和激光脉冲式火箭,正在做样板实验,反物质火箭和星际气体冲压火箭更只在理论上探索。
火箭分类
火箭通常可分为固体与液体火箭,有控与无控火箭,单级与多级火箭,近程、中程与远程火箭等。火箭的种类虽然很多,但其组成部分及工作原理是基本相同的。除有效载荷外,有控火箭必不可少的组成部分有动力装置、制导系统和箭体。
火箭的构成
动力装置
是发动机及其推进剂供应系统的统称,是火箭赖以高速飞行的动力源。其中,发动机按其性质,可分为化学火箭发动机、核火箭发动机、电火箭发动机等。当前广泛使用的是化学火箭发动机,它是靠化学推进剂在燃烧室内进行化学反应释放出的能量转化为推力的。在发动机效率相同的情况下,单位时间内燃烧与喷射的物质越多,喷射速度越大,发动机推力就越大。在推力相同的情况下,结构重量越轻,单位时间内消耗推进剂越少,发动机性能就越高。推力与推进剂每秒消耗量之比称为比推力,它是鉴定发动机性能的主要指标。
制导系统
有了足够的推力,火箭便可克服地球引力而飞离地面。但对有控火箭而言,为保证在飞行过程中不致翻滚,而且准确地导向目标,还需有制导系统。该系统的功用是实时地控制火箭的飞行方向、高度、距离、速度以及飞行姿态等,亦即控制火箭的质心运动和绕质心的转动(俯仰、偏航与滚动),使火箭稳定而精确地飞抵目标。制导系统的日臻完善和精度的迅速提高,是现代火箭技术的一大特点。
箭体
是火箭另一个不可缺少的组成部分,火箭的各个系统都安装其上,并容纳大量的推进剂。箭体结构除要求具有空气动力外形外,还要求在完成既定功能的前提下,重量越轻越好,体积越小越好。在起飞重量一定时,其结构重量轻,则可得到较大的飞行速度或距离。
除上述三大系统之外,还有电源系统,有时还根据需要在火箭上安装初始定位定向、安全控制、无线电遥测以及外弹道测量等附加系统。
运载火箭的技术指标包括运载能力、入轨精度、火箭对不同重量的有效载荷的适应能力和可靠性。
运载能力
指火箭能送入预定轨道的有效载荷重量。有效载荷的轨道种类较多,所需的能量也不同,因此在标明运载能力时要区别低轨道、太阳同步轨道、地球同步卫星过渡轨道、行星探测器轨道等几种情况。表示运载能力的另一种方法是给出火箭达到某一特征速度时的有效载荷重量。各种轨道与特征速度之间有一定的对应关系。例如把卫星送入185千米高度圆轨道所需要的特征速度为78千米/秒,1000千米高度圆轨道需83千米/秒,地球同步卫星过渡轨道需1025千米/秒,探测太阳系需12~20千米/秒。
飞行程序
运载火箭在专门的航天发射中心发射。火箭从地面起飞直到进入最终轨道要经过以下几个飞行阶段:
①大气层内飞行段:火箭从发射台垂直起飞,在离开地面以后的10几秒钟内一直保持垂直飞行。在垂直飞行期间,火箭要进行自动方位瞄准,以保证火箭按规定的方位飞行。然后转入零攻角飞行段。火箭要在大气层内跨过声速,为减小空气动力和减轻结构重量,必须使火箭的攻角接近于零。
②等角速度程序飞行段:第二级火箭的飞行已经在稠密的大气层以外,整流罩在第二级火箭飞行段后期被抛掉。火箭按照最小能量的飞行程序,即以等角速度作低头飞行。达到停泊轨道高度和相应的轨道速度时,火箭即进入停泊轨道滑行。对于低轨道的航天器,火箭这时就已完成运送任务,航天器便与火箭分离。
③过渡轨道:对于高轨道或行星际任务,末级火箭在进入停泊轨道以后还要再次工作,使航天器加速到过渡轨道速度或逃逸速度,然后航天器与火箭分离。
火箭的设计特点
运载火箭的设计特点是通用性、经济性和不断进行小的改进。这和大型导弹不同。大型导弹是为满足军事需要而研制的,起支配作用的因素是保持技术性能和数量上的优势。因此导弹的更新换代较快,几乎每5年出一种新型号。运载火箭则要在商业竞争的环境中求发展。作为商品,它必须具有通用性,能适应各种卫星重量和尺寸的要求,能将有效载荷送入多种轨道。经济性也要好。也就是既要性能好,又要发射耗费少。订购运载火箭的用户通常要支付两笔费用。一笔是付给火箭制造商的发射费,另一笔是付给保险公司的保险费。发射费代表火箭的生产成本和研制费用,保险费则反映火箭的可靠性。火箭制造者一般都尽量采用成熟可靠的技术,并不断通过小风险的改进来提高火箭的性能。运载火箭不像导弹那样要定型和批生产。而是每发射一枚都可能引进一点新技术,作一点小改进,这种小改进不影响可靠性,也不必进行专门的飞行试验。这些小改进积累起来就有可能导致大的方案性变化,使运载能力能有成倍的增长。
火箭应用
20世纪中叶以来,火箭技术得到了飞速发展和广泛应用,其中尤以各种可控火箭武器和空间运载火箭发展最为迅速。从火箭炮到反坦克、对付飞机和舰艇以及攻击固定目标的各类有控火箭武器,均已发展到相当完善的地步,反导弹、反卫星火箭武器也正在研制和完善之中。各类火箭武器正继续向高精度、反拦截、抗干扰和提高生存能力的方向发展。在地地导弹基础上发展起来的运载火箭,已广泛用于发射各种卫星、载人飞船和其他航天器。
在80年代初,苏、美两国已经分别研制出六七个系列的运载火箭。其中,美国载人登月的“土星5”号火箭,直径10米,长111米,起飞重量约2930吨,低轨道运载能力为127吨,是当前世界上最大的火箭。运载火箭正朝着高可靠、低成本、多用途和多次使用的方向发展。航天飞机的问世就是这一发展趋势的一种体现。火箭技术的快速发展,不仅将提供更加完善的各类火箭武器,还将使建立空间工厂、空间基地以及星际航行等成为可能。
现代火箭鼻祖
V—2火箭
冯·布劳恩V—2工程开始于1940年。第二次世界大战期间,正是德国的V—2火箭曾给英国带来巨大灾难,当时又叫“飞弹”。V—2工程起始于A系列火箭研究,由冯·布劳恩主持,是1936年后在佩内明德新建火箭研究中心的重点项目。A系列火箭经过许多新的改进,性能大大提高。是世界上第一种实用的弹道导弹。“V”来源于德文Vergeltung,意即报复手段,这是纳粹在遭到盟国集中轰炸后表示要进行报复的意思。V—1和V—2表示这两种型号仅仅是整个系列的恐怖武器的先驱。
V—2长135米,发射全重13吨,能把1吨重的弹头送到322千米以外的距离。火箭由液体火箭发动机推动,燃烧工质为液氧和甲醇。发射时火箭先垂直上升到24~29千米高,然后按照弹上陀螺仪的控制,在喷口燃气舵的作用下以40度的倾角弹道上升,也可由地面控制站向弹上接收机发射无线电指令控制。一分钟后,火箭已飞到48千米的高度,速度已达每小时5796千米。此时,无线电指令控制系统指令关闭发动机,火箭靠惯性继续上升到97千米的高度,然后以每小时大约3542千米的速度大致沿一抛物线自由下落,击中目标。由于当时制导系统的精度所限,误差较大。
V—2工程的目标是扩大容积和承载重量,以容纳自控、导航系统和战斗部。1942年10月3日,V—2试验成功,年底定型投产。从投产到德国战败,前德国共制造了6000枚V—2,其中4300枚用于袭击英国和荷兰。
V—2火箭1943年初按盟国情报人员的情报,盟国发现这一计划,并由对佩内明德的空中侦查得到证实。1943年8月17日夜,英国皇家空军对佩内明德进行了一次著名的大规模空袭,毁伤了V—2的地面设施。为预防重蹈8月17日灾难,纳粹将V—2工厂迁到德国山区的山洞工厂,这个过程耽误了预期的火箭攻势。
1944年6月13日(诺曼底登陆后六天)V1开始攻击伦敦,9月份第一枚V—2落到伦敦。火箭攻击造成了严重的平民伤亡和财产损失。如果在6个月前对登陆部队集结地进行集中攻击而不是伦敦的话,即如艾森豪威尔将军所说,盟国将遭到难以克服的困难。对伦敦的攻击都是在上午7至9时,中午12至2时,下午6至7时交通高峰期进行的,企图吓垮英国的民心士气。可是,对经过1940年空袭的英国人民,在全面胜利已如此接近时,这种新的恐怖算不了什么。在诺曼底前线的英国士兵更尽了最大努力用最快速度向威胁他们家庭的火箭发射地挺进。除了向伦敦发射外,在盟军9月4日占领安特卫普港后,纳粹向安特卫普港进行了大规模导弹攻击。
1945年德国投降前夕,布劳恩和400余名火箭专家向美军投降,后到美国,成为美国火箭技术和空间技术的奠基人之一;前苏联也缴获了大量V—2的成品和部件,并俘虏了一些火箭专家,以此为起点,开始自己的火箭和空间计划。
V—2是单级液体火箭,全长14米,重13吨,直径165米,最大射程320千米,射高96千米,弹头重1吨。V—2采用较先进的程序和陀螺双重控制系统,推力方向由耐高温石墨舵片操纵执行。V—2在工程技术上实现了宇航先驱的技术设想,对现代大型火箭的发展起了承上启下的作用。成为航天发展史上一个重要的里程碑。
“东方”号系列火箭前苏联的火箭
“东方”号系列火箭是世界上第一个航天运载火箭系列,包括“卫星”号、“月球”号、“东方”号、“上升”号、“闪电”号、“联盟”号、“进步”号等型号,后四种火箭又构成“联盟”号子系列火箭。
“联盟”号火箭“东方”号运载火箭是对“月球”号火箭略加改进而构成的,主要是增加了一子级的推进剂质量和提高了二子级发动机的性能。这种火箭的中心是一个两级火箭,周围有四个长198米、直径268米的助推火箭。中心的两级火箭,一子级长2875米,二子级长298米,呈圆筒形状。发射时,中心火箭发动机和四个助推火箭发动机同时点火。大约两分钟后,助推火箭分离脱落,主火箭继续工作两分钟后,也熄火脱落。接着末级火箭点火工作,直到把有效载荷送入绕地球的轨道。“东方”号火箭因发射“东方”号宇宙飞船而得名,1961年4月12日把世界上第一位宇航员加加林送上地球轨道飞行并安全返回地面。
“联盟”号火箭是“联盟”号子系列中的两级型火箭,系通过挖掘“东方”号火箭一子级的潜力和采用新的更大推力的二子级研制而成。因发射联盟系列载人飞船而得名。最长4952米,起飞重量310吨,近地轨道的运载能力约为72吨。
“能源”号运载火箭是前苏联的一种重型的通用运载火箭,也是目前世界上起飞质量与推力最大的火箭。
“能源”号运载火箭“能源”号运载火箭的主要任务有:发射多次使用的轨道飞行器;向近地空间发射大型飞行器、大型空间站的基本舱或其他舱段、大型太阳能装置;向近地轨道或地球同步轨道发射重型军用、民用卫星;向月球、火星或深层空间发射大型有效载荷。
“质子”号系列运载火箭“能源”号运载火箭长约60米,总重2400吨,起飞推力3500吨,能把100吨有效载荷送上近地轨道。火箭分助推级和芯级两级,助推级由四台液体助推器构成,每个助推器长32米,直径4米;芯级长60米,直径8米,由四台液体火箭发动机组成。发射时,助推级和芯级同时点火,助推级四台助推火箭工作完毕后,芯级将有效载荷加速到亚轨道速度,在预定的轨道高度与有效载荷分离。尔后有效载荷靠自身发动机动力进入轨道。
“能源”号运载火箭成为前苏联运载火箭发展的一个新的里程碑。
“质子”号系列运载火箭是前苏联第一种非导弹衍生的、专为航天任务设计的大型运载器。在“能源”号重型火箭投入使用以前,该型号是前苏联运载能力最大的运载火箭。“质子”号系列共有三种型号:二级型、三级型和四级型。
“天顶”号运载火箭二级型“质子”号共发射了三颗“质子”号卫星,此后便停止使用。火箭全长41米,最大直径74米。
三级型“质子”号主要用于“礼炮”号、“和平”号等空间站的发射。火箭全长57米,最大直径74米。
四级型“质子”号主要用于发射各类大型星际探测器和地球同步轨道卫星。火箭全长572米,最大直径74米。
“天顶”号是前苏联的一种中型运载火箭,主要是用来发射轨道高度在1500千米以下的军用和民用卫星、经过改进的“联盟”号TM型载人飞船和“进步”号改进型货运飞船。“天顶”号2型是两级运载火箭,其一子级还被用作“能源”号火箭助推级的助推器。“天顶”号3型是三级运载火箭,它在二型的基础上,增加了一个远地点级,用于将有效载荷送入地球同步轨道、其他高轨道或星际飞行轨道。2型与3型用的一子级和二子极是相同的。
“天顶”号是前苏联继“旋风”号后第二个利用全自动发射系统实施发射的运载火箭。在发射厂,火箭呈水平状态进行总装、测试、转运至发射台。所有发射操作,包括火箭离开总装测试厂房,由铁路转运至发射台、起竖、连接电路、气动与液压系统、测试、加注推进剂、点火等都是按照事先确定的程序自动进行的。
“天顶”号2型最大长度57米,最大直径39米。
“天顶”号3型最大长度614米,最大直径39米。
美国火箭
“宇宙神”运载火箭
“宇宙神”运载火箭“宇宙神”系列火箭,由美国通用动力公司制造,已连续生产30多年。火箭长251米,直径3米,起飞重量120吨。目前经常使用的是“宇宙神—阿金纳D”号和“宇宙神—半人马座”号两种型号。前者重129吨,能把2吨重的有效载荷送入500千米高的地球轨道;后者重139吨,近地轨道的最大运载能力为4吨。它们除作为“月球”号和“火星”号星际探测器的运载工具外,曾用来发射过通信卫星和“水星”号载人飞船。自1959年以来,已发射500多次,是使用最广泛的一种运载工具。
“德尔塔”系列运载火箭
德尔塔系列运载火箭“德尔塔”系列火箭由美国科麦道公司研制生产,至今已发射180多次。“德尔塔”号三级火箭有两种型号,总长384米,起飞重量分别为220吨和230吨。一种的同步转移轨道运载能力为14吨,另一种的同步转移轨道运载能力为18吨。“德尔塔”火箭于1960年5月首次发射,它先后发射过先驱者号探测器,“泰罗斯”气象卫星,“云雨”号卫星,“辛康”号卫星,国际通信卫星2,3号等。
“大力神”系列运载火箭
“大力神”系列运载火箭“大力神”系列火箭由马丁·玛丽埃特公司研制生产,共有6种型号。“大力神3”火箭长4575米,直径3米,发射重量680吨。各型大力神火箭的有效载荷分别是:3A为36吨,3B为45吨,3C,3D,3D和3E均为15吨。最大的“大力神34D”长达62米,最大直径5米,发射地球同步转移轨道卫星的运载能力达45吨。“大力神”系列火箭至今已有150多次发射纪录。它主要发射各种军用卫星,也发射了“太阳神”号,“海盗”号,“旅行者”号等行星和行星际探测器。
“土星”号登月火箭
1961年4月20日,美国总统提出研制登月火箭的设想,并询问60年代能否把人送上月球。当时布劳恩斩钉截铁地回答:“行!”于是,在布劳恩的主持下,开始实施土星巨型登月火箭研制计划。1964年至1967年,相继研制成功“土星1”,“土星1B”,“土星5”等几种型号。1964年首先研制成功“土星1”号两级火箭。火箭长381米,直径558米,发射重量502吨,近地轨道的有效载荷为102吨。它曾用来试验发射阿波罗飞船模型。
“土星5”号火箭1966年研制成功它的改进型“土星1B”号两级火箭。火箭长683米,直径66米,发射重量590吨,最大有效载荷181吨。从1966年到1975年共发射9次,除作运载“阿波罗”飞船试验外,还3次将宇航员送上“天空实验室”空间站和1次发射“阿波罗”载人飞船与前苏联的“联盟”号飞船对接联合飞行。
1967年世界上最大的一种运载火箭“土星5”号问世。它是三级火箭,长856米,直径101米,起飞重量2950吨,近地轨道的有效载荷达139吨,飞往月球轨道的有效载荷为47吨。从1967年到1973年共发射13次,其中6次将“阿波罗”载人飞船送上月球,在航天史上写下了最为光辉的一页。
中国火箭
“长征2”号F运载火箭
“长征2”号运载火箭“长征2”号F火箭是在“长征2”号E火箭的基础上,按照发射载人飞船的要求,以提高可靠性、确保安全性为目标研制的运载火箭。CZ—2F是我国第1种为载人航天研制的高可靠性、安全性运载火箭,是载人航天工程的重要组成部分之一。它在CZ—2E基础上增加了2个新系统,即逃逸系统和故障检测处理系统。火箭全长58343米,起飞质量4798吨,芯级直径335米,助推器直径225米,整流罩最大直径38米。火箭的芯级和助推器发动机均使用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂。它可把8吨重的有效载荷送入近地点高度200千米、远地点高度350千米、倾角424度~427度的轨道。火箭由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成,是目前我国所有运载火箭中起飞质量最大、长度最长的火箭。运载火箭有箭体结构、控制系统、动力装置、故障检测处理系统、逃逸系统、遥测系统、外测安全系统、推进剂利用系统、附加系统、地面设备等十个分系统,为兼顾卫星的发射,保留了有效载荷调姿定向系统的接口和安装位置。故障检测处理系统和逃逸系统是为确保航天员的安全而增加的,其作用是在飞船入轨前,监测运载火箭状态,若发生重大故障,使载有航天员的飞船安全地脱离危险区。“长征2”号F运载火箭先后成功发射了“神舟1”号至“神舟7”号飞船,为我国成功实现载人航天飞行做出了历史性贡献,至今发射成功率为100%。
“长征3”号甲运载火箭“长征3”号甲运载火箭
“长征3”号甲运载火箭是目前“长征3”号系列火箭的基础型号。“长征3”号甲火箭是三级火箭,它继承了“长征3”号火箭的成熟技术,采用了新设计的液氢液氧三子级。火箭全长5252米,最大直径335米,起飞质量240吨,主要发射地球同步转移轨道的有效载荷,也可以发射低轨道、极轨道或逃逸轨道的有效载荷,首次将有效载荷送入地球同步转移轨道。其地球同步转移轨道的运载能力为26吨。自1994年2月8日首次发射成功以来,至今发射成功率为100%。2007年6月被中国航天科技集团公司授予“金牌火箭”称号。
“长征3”号乙运载火箭
“长征3”号乙火箭是在“长征3”号甲和“长征2”号E火箭的基础上研制的三级大型液体捆绑式运载火箭,其芯级与“长征3”号甲火箭基本相同,一子级壳体捆绑4个标准液体助推器。火箭全长5484米,起飞质量426吨,主要发射地球同步转移轨道的重型卫星,亦可进行轻型卫星的一箭多星发射或发射其他轨道的卫星。其地球同步转移轨道的运载能力为51吨。
“长征4”号乙运载火箭
“长征4”号乙运载火箭“长征4”号乙火箭是在“长征4”号甲火箭基础上发展的一种运载能力更大的运载火箭,主要用于发射太阳同步轨道卫星。火箭全长4558米,最大直径335米,起飞质量249吨,起飞推力约300吨,900千米高度极轨的运载能力为145吨。1999年5月首次发射,至今发射成功率为100%。
“长征4”号丙运载火箭
“长征4”号丙火箭是在“长征4”号乙火箭的基础上,三级发动机采用二次启动技术,大幅提高了有效载荷的运载能力。“长征4”号丙(CZ—4C)运载火箭是由中国航天科技集团公司第八研究院抓总研制的常温液体推进剂三级运载火箭,是在原“长征4”号乙(CZ—4B)运载火箭的基础上经大量技术状态改进设计而成,以全面提高火箭的任务适应性和测试发射可靠性为目标进行研制。CZ—4C火箭可以满足多种卫星在发射轨道、重量和包络空间等方面更高的要求,同时采取新的测发控模式,可以显著提高火箭测试和发射的可靠性,缩短发射场工作周期。首发改进型运载火箭于2006年4月27日在太原卫星发射中心成功发射,将我国首颗遥感卫星准确送入预定轨道,并实现了首发火箭发射场测试零故障,至今发射成功率为100%。
欧盟的火箭
“阿丽亚娜”火箭“阿丽亚娜”火箭(Ariane,也译为阿里安),是1973年7月由法国提议并联合西欧11个国家成立的欧洲空间局着手实施、研制的火箭计划。至今已研制成功5种型号。分别是“阿丽亚娜-1”、“阿丽亚娜-2”、“阿丽亚娜-3”、“阿丽亚娜-4”和“阿丽亚娜-5”。
“阿丽亚娜”系列火箭的成功,是欧洲联合自强的一个象征,它在国际航天市场的角逐中占有重要地位,世界商业卫星的发射业务大约有50%由“阿丽亚娜”火箭承担。
“阿丽亚娜-1”火箭是欧洲空间局在“欧洲”号火箭和法国“钻石”号火箭基础上研制的三级液体火箭,自首次发射至1986年2月22日止,共飞行11次。“阿丽亚娜-1”火箭从法属圭亚那库鲁发射场发射,能将185吨的有效载荷送入地球同步转移轨道,或将25吨有效载荷送入轨道高度为790千米、倾角987度的太阳同步圆轨道。火箭长477米,直径38米,发射重量200吨。
“阿丽亚娜-4”是在“阿丽亚娜-3”的基础上研制成功的。主要目的在于提高运载能力;保持双星和多星发射能力;具有适应多种发射任务的形式;降低了发射成本。“阿丽亚娜-4”有六种型号,分别为AR40型,同步转移轨道运载能力为19吨;AR42P型,带有两个固体捆绑式助推火箭,有效载荷增加到26吨;AR44P型,带有四个固体捆绑式助推火箭,有效载荷为3吨;AR42L型,采用两个液体火箭助推火箭,有效载荷为32吨;AR44L型,采用四个液体助推火箭,同步转移轨道运载能力达42吨;AR44LP型,采用两个液体助推火箭和两个固体捆绑式助推火箭,同步转移轨道运载能力为37吨。火箭长57~598米,直径约9米。
“阿丽亚娜-5”是根据商业发射市场和近地轨道开发利用的需要研制的,主要用于向地球同步轨道和太阳同步轨道发射各种卫星,向近地轨道发射哥伦布无人驾驶的自由飞行平台和“使神”号空间飞机。火箭长5276~54米,最大直径122米。
库鲁发射场法国巴黎时间2011年4月22日23时37分(北京时间23日5时37分),欧洲“阿丽亚娜-5”型火箭携带两颗通信卫星,从法属圭亚那库鲁航天发射中心发射升空。根据欧洲阿丽亚娜空间公司的电视直播,这枚火箭搭载的是阿联酋AlYah卫星通信公司的YahsatY1A型通信卫星和国际通信卫星组织的新拂晓卫星。在升空约半小时后,两颗卫星将先后脱离火箭进入临时轨道。按计划,它们将最终进入地球同步轨道。
韦纳·冯·布劳恩。1912年出生于德国。第二次世界大战期间,他就是德国著名的火箭专家,对V—1和V—2飞弹的诞生起了关键性作用。大战结束之际,布劳恩及其科研班子投降美国,1955年他取得了美国国籍。布劳恩继续在美国从事火箭、导弹和航天研究,曾获得一系列勋章、奖章和荣誉头衔。1969年,他领导研制的“土星”号巨型火箭,将第一艘载人飞船“阿波罗11”号送上了月球。1981年4月首次试飞成功的航天飞机,当初也是在布劳恩手里发端的。因此,他被称誉为“现代航天之父”。1977年6月,布劳恩病逝于华盛顿亚历山大医院。
远去的航天飞机
美国的航天飞机
航天飞机2011年7月8日上午美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机从佛罗里达肯尼迪航天中心成功发射升空。这将是美国30年历史的航天飞机项目中的第135次升空,也是美国所有航天飞机的最后一次飞行。
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。
航天飞机是一种为穿越大气层和太空的界线(高度100千米的关门线)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刹车作用,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。
航天飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具,它大大降低航天活动的费用,是航天史上的一个重要里程碑。
航天飞机由轨道器、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85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。
轨道器
即航天飞机本身,它是整个系统的核心部分。轨道器是整个系统中唯一可以载人的、真正在地球轨道上飞行的部件,它很像一架大型的三角翼飞机。它的全长3724米,起落架放下时高1727米;三角形后掠机翼的最大翼展2397米;不带有效载荷时质量68吨,飞行结束后,携带有效载荷着陆的轨道器质量可达87吨。它所经历的飞行过程及其环境比现代飞机要恶劣得多,它既要有适于在大气层中作高超音速、超音速、亚音速和水平着陆的气动外形,又要有承受再入大气层时高温气动加热的防热系统。因此,它是整个航天飞机系统中,设计最困难,结构最复杂,遇到的问题最多的部分。
轨道器由前、中、尾三段机身组成。前段结构可分为头锥和乘员舱两部分,头锥处于航天飞机的最前端,具有良好的气动外形和防热系统,前段的核心部分是处于正常气压下的乘员舱。这个乘员舱又可分为三层:最上层是驾驶台,有4个座位,中层是生活舱,下层是仪器设备舱。乘员舱为航天员提供宽敞的空间,航天员在舱内可穿普通地面服装工作和生活。一般情况下舱内可容纳4~7人,紧急情况下也可容纳10人。
“哥伦比亚”号航天飞机航天飞机的中段主要是有效载荷舱。这是一个长18米,直径45米,容积300立方米的大型货舱,一次可携带质量达29吨多的有效载荷,舱内可以装载各种卫星、空间实验室、大型天文望远镜和各种深空探测器等。为了在轨道上施放所携带的有效载荷或回收轨道上运行的有效载荷,舱内设有一或两个自动操作的遥控机械手和电视装置。机械手是一根很细的长杆,在地面上它几乎不能承受自身的重量,但是在失重条件下的宇宙空间,却可以迅速而灵活地载卸10吨多的有效载荷。航天飞机中段机身除了提供货舱结构之外,也是前、后段机身的承载结构。
航天飞机的后段比较复杂,主要装有三台主发动机,尾段还装有两台轨道机动发动机和反作用控制系统。在主发动机熄火后,轨道机动发动机为航天飞机提供进入轨道、进行变轨机动和对接机动飞行以及返回时脱离轨道所需要的推力。反作用控制系统用来保持航天飞机的飞行稳定和姿态变换。除了动力装置系统之外,尾段还有升降副翼、襟翼、垂直尾翼、方向舵和减速板等气动控制部件。1981年4月12日,在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心聚集着上百万人,参观第一架航天飞机哥伦比亚号航天飞机发射。宇航员翰·杨(JohnW.Young)和克里平(RobertL.Crippen)揭开了航天史上新的一页。
黑人宇航员布鲁福德
这架航天飞机总长约56米,翼展约24米,起飞重量约2040吨,起飞总推力达2800吨,最大有效载荷295吨。它的核心部分轨道器长372米,大体上与一架DC—9客机的大小相仿。每次飞行最多可载8名宇航员,飞行时间7至30天,轨道器可重复使用100次。航天飞机集火箭,卫星和飞机的技术特点于一身,能像火箭那样垂直发射进入空间轨道,又能像卫星那样在太空轨道飞行,还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆,是一种新型的多功能航天飞行器。
美国航天飞机创造了许多航天新纪录。航天飞机首航指令长约翰·杨6次飞上太空,是当时世界上参加航天次数最多的宇航员。“亚特兰蒂斯”号航天飞机1983年6月18日女宇航员莎丽·赖德(SallyK.Ride)乘“挑战者”号上天飞行,名列美国妇女航天的榜首。1983年8月30日,“挑战者”号把美国第一个黑人宇航员布鲁福德(GuionS.Bluford)送上太空飞行。1984年2月3日乘“挑战者”号上天的麦坎德利斯(B.McCandless),成为世界上第一位不系安全带到太空行走的宇航员。1984年4月6日“挑战者”号上天后,宇航员首次抓获和修理轨道上的卫星成功。1984年10月5日参加“挑战者”号飞行的莎丽文(KathrynD.Sullivan)成为美国第一位到太空行走的女宇航员。1985年1月24日发现号升空,首次执行秘密的军事任务。1985年4月29日,第一位华裔宇航员王赣骏(TaylerWang)乘“挑战者”号上天参加科学实验活动。1985年11月26日,“亚特兰蒂斯”号载宇航员上天第一次进行搭载空间站试验。1992年5月7日“奋进”号首次飞行,宇航员在太空第一次用手工操作抢救回收卫星成功。7月31日“亚特兰蒂斯”号上天,首次进行绳系卫星发电试验。9月12日“奋进”号将第一位黑人女宇航员,第一位日本记者和第一对宇航员夫妇载入太空飞行。
2011年7月21日美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机于美国东部时间21日晨5时57分(北京时间21日17时57分)在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆,结束其“谢幕之旅”,这寓意着美国30年航天飞机时代宣告终结。
夭折的苏、俄航天飞机
“暴风雪”号航天飞机1988年11月16日莫斯科时间清晨6时整,前苏联的“暴风雪”号航天飞机从拜科努尔航天中心首次发射升空,47分钟后进入距地面250千米的圆形轨道。它绕地球飞行两圈,在太空遨游3小时后,按预定计划于9时25分安全返航,准确降落在离发射地点12千米外的混凝土跑道上,完成了一次无人驾驶的试验飞行。
“暴风雪”号航天飞机大小与普通大型客机相差无几,外形同美国航天飞机极其相仿,机翼呈三角形。机长36米,高16米,翼展24米,机身直径56米,起飞重量105吨,返回后着陆重量为82吨。它有一个长183米,直径47米的大型货舱,能将30吨货物送上近地轨道,将20吨货物运回地面。头部有一容积70立方米的乘员座舱,可乘10人。科学家们认为,这次完全靠地面控制中心遥控机上的电脑系统,在无人驾驶的条件下自动返航并准确降落在狭长跑道上,其难度比1981年美国航天飞机有人驾驶试飞大得多。首先,“暴风雪”号的主发动机不是装在航天飞机尾部,而是安装在“能源”号火箭上,这样就大大减轻了航天飞机的入轨重量,同时腾出位置安装小型机动飞行发动机和减速制动伞。其次,“暴风雪”号着陆时,可用尾部的小型发动机做有动力的机动飞行,安全准确地降落在狭长跑道上,万一着陆失败,还可以将航天飞机升起来进行第二次着陆,从而提高了可靠性。而美国航天飞机靠无动力滑翔着陆只能一次成功。第三,“暴风雪”号能像普通飞机那样借助副翼,操纵舵和空气制动器来控制在大气层内滑行,还准备有减速制动伞,在降落滑跑过程中当速度减慢到50千米/小时自动弹出,使航天飞机在较短距离内停下来。“暴风雪”号首航成功,标志着前苏联航天活动跨入一个新的阶段,为建立更加完善的天地往返运输系统铺平了道路。原计划一年后进行载人飞行,但由于机上系统的安全可靠尚未得到充分保证,加之其后政治和经济等方面的原因,载人飞行的时间便推迟了。
欧洲国家的航天飞机计划
在其他国家也存在着航天飞机的计划,英国曾经设计一种航天飞机,其外形很独特,外形和一枚运载火箭一样大小,英国人取名为“霍托”,是无人驾驶的航天飞机,用于运输。它既能垂直发射,也能使用当时和法国联合研制的协和超音速飞机的跑道起飞。而另外法国人也构想过一种小型的航天飞机其外形和美国的航天飞机外形一样只不过外形比美国的航天飞机更小,只有一对小型引擎,由法国研制的“阿尔丽娜”型火箭发射。
知识点“挑战者”号升空爆炸
1986年1月28日,美国东部时间当日上午11时39分12秒,美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航空中心10英里上空,在“轰”的一声巨响之后,“挑战者”号航天飞机凌空爆炸。
美国“挑战者”号航天飞机在第10次发射升空后,因助推火箭发生事故凌空爆炸,舱内7名宇航员(包括一名女教师)全部遇难。直接造成经济损失12亿美元,航天飞机停飞近3年,成为人类航天史上最严重的一次载人航天事故,使全世界对征服太空的艰巨性有了一个明确的认识。
遇难宇航员为斯科比、史密斯、麦克奈尔、杰维斯、鬼冢(夏威夷出生,日裔)、朱迪恩·雷斯尼克(女)、麦考利芙(女教师)。
飞船
飞船是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的一次性使用的航天器。它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几天到半个月,一般乘2到3名航天员。
飞船的分类
单舱型
其中单舱式最为简单,只有宇航员的座舱,美国第一个宇航员格伦就是乘单舱型的“水星”号飞船上天的;
双舱型
双舱型飞船是由座舱和提供动力、电源、氧气和水的服务舱组成,它改善了宇航员的工作和生活环境,世界第一个男女宇航员乘坐的前苏联“东方”号飞船、世界第一个出舱宇航员乘坐的前苏联“上升”号飞船以及美国的“双子星座”号飞船均属于双舱型;
三舱型
最复杂的就是三舱型飞船,它是在双舱型飞船基础上或增加1个轨道舱(卫星或飞船),用于增加活动空间、进行科学实验等,或增加1个登月舱(登月式飞船),用于在月面着陆或离开月面,中国的“神舟”号飞船,前苏联/俄罗斯的联盟系列和美国“阿波罗”号飞船是典型的三舱型。联盟系列飞船至今还在使用。
“东方”号宇宙飞船“东方1”号宇宙飞船,所属国家为前苏联,它由乘员舱和设备舱及末级火箭组成,总重617吨,长735米。乘员舱呈球形,直径23米,重24吨,外侧覆盖有耐高温材料,能承受再入大气层时因摩擦产生的摄氏5000摄氏度左右的高温。乘员舱只能载一人,有三个舱口,一个是宇航员出入舱口,另一个是与设备舱连接的舱口,再一个是返回时乘降落伞的舱口,宇航员可通过舷窗观察或拍摄舱外情景。宇航员的座椅装有弹射装置,在发生意外事故时可紧急弹出脱险。同时在飞船下降到距离地面7000米的地方,宇航员连同座椅一起弹出舱外,并张开降落伞下降,在达到4000米高度时,宇航员与座椅分离,只身乘降落伞返回地面。设备舱为顶锥圆筒形,长225米,重227吨,在飞船返回大气层之前,与乘员分离,弃留太空成为无用之物。“东方1”号宇宙飞船打开了人类通往太空的道路。
“进步”号货运飞船
“进步”号系列货运飞船执行向空间站定期补给食品、货物、燃料和仪器设备等任务。到1993年底,已发展两代,共发射“进步”号42艘,“进步M”号20艘。它与空间站对接完成装卸任务后即自行进入大气层烧毁。这种飞船由仪器舱,燃料舱和货舱组成,货舱容积66立方米,可运送13吨货物,燃料舱带1吨燃料。它可自行飞行4天,与空间站对接飞行可达两个月。
“上升”号宇宙飞船
“上升”号飞船“上升”号宇宙飞船,所属国家为前苏联,重532吨,球形乘员舱直径与“东方”号飞船大体相同,改进之处是提高了舱体的密封性和可靠性。宇航员在座舱内可以不穿宇航服,返回时不再采用弹射方式,而是随乘员舱一起软着陆。“上升1”号载三名宇航员,在太空飞行24小时17分钟;“上升2”号载两名宇航员,在太空飞行26小时2分钟。
“联盟”号宇宙飞船
“联盟”号飞船,所属国家为前苏联、俄罗斯,它由轨道舱、指令舱和设备舱三部分组成,总重量约65吨,全长约7米,宇航员在轨道舱中工作和生活;设备舱呈圆柱形,长23米,直径23米,重约26吨,装有遥测、通信、能源、温控等设备;指令舱呈钟形,底部直径3米,长约23米,重约28吨。运输中的“联盟”号宇宙飞船飞船在返回大气层之前,将轨道舱和设备舱抛掉,指令舱装载着宇航员返回地面。从联盟10号飞船开始,前苏联的宇宙飞船转到与空间站对接载人飞行,把载人航天活动推向了更高的阶段。
除前苏联和俄罗斯的三种飞船外,美国曾研制和发射过三个型号的飞船,分别是“水星”号,“双子星座”号和大名鼎鼎的“阿波罗”号。其中“水星”号飞船是美国的第一种载人宇宙飞船,“阿波罗”是登月飞船。另外中国研制并发射的“神舟”系列飞船,已成为世界上第七种载人宇宙飞船。
“水星”号载人飞船
“水星”号飞船结构图“水星”飞船是美国的第一代载人飞船,总共进行了25次飞行试验,其中6次是载人飞行试验。“水星”飞船计划始于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3926亿美元,其中飞船为1353亿美元,占总费用的345%;运载火箭为0829亿美元,占总费用的211%;地面跟踪网为0719%亿美元,占1834%;运行和回收操作费用为0493亿美元,占126%;其他设施为0532亿美元,占1346%。
“水星”计划的主要目的是实现载人空间飞行的突破,把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气动力学、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29米,底部最大直径186米,重约13~18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”计划的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,基本上是一名供地面研究人员了解人对空间飞行环境适应能力的受试验者。但在飞行中也表现出了人的主观能动性。
“神舟”号飞船
“神舟”号飞船“神舟1”号飞船是中华人民共和国载人航天计划中发射的第一艘无人实验飞船,飞船于1999年11月20日凌晨6点在酒泉航天发射场发射升空,承担发射任务的是在“长征2”号捆绑式火箭的基础上改进研制的“长征2”号F载人航天火箭。在发射点火十分钟后,船箭分离,并准确进入预定轨道。
飞船入轨后,地面的各测控中心和分布在太平洋、印度洋上的测量船对飞船进行了跟踪测控,同地,还对飞船内的生命保障系统、姿态控制系统等进行了测试。
北京时间11月21日凌晨3时,地面指挥中心向飞船发出返回指令,“神舟1”号飞船于北京时间1999年11月21日15点41分顺利降落在内蒙古中部地区的着陆场。飞船在太空中共飞行了21个小时。
“神舟2”号飞船是中国发射的第二艘实验飞船,它也是中国第一艘正样无人航天飞船,飞船的技术状态与载人飞船基本一致,由推进舱、返回舱、轨道舱三部分组成。
“神舟2”号飞船于北京时间2001年1月10日1时零分在酒泉航天发射中心发射升空,顺利进入预定轨道。
“神舟2”号飞船飞行期间,各种试验仪器设备性能稳定,工作正常,采集了大量宝贵的飞行试验数据。此时飞行,还首次在飞船上进行了微重力环境下的空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等多领域的科学实验。
1月16日19时22分,“神舟2”号飞船在内蒙古中部的主着陆场成功着陆。飞船在太空中运行了近7天,绕地球飞行了108圈。
“神舟3”号是中国发射的第三艘无人实验飞船,这也是一艘正样无人飞船,飞船上除了没搭载航天员之外,其技术状态与载人状态完全一致。飞船由推进舱、返回舱和轨道舱组成。飞船是在北京时间2002年3月25日22时15分,在酒泉卫星发射中心成功发射升空的。飞船上搭载了一个模拟宇航员,该装置可以模拟人体代谢、模拟人生理信号、能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数。此外,“神舟3”号上还搭载有多个实验装置以及植物的种子等。
2002年4月1日,“神舟3”号飞船在太空绕地球飞行108圈后,准确降落在内蒙古中部的着陆场。
“神舟4”号载人飞船是中国神舟号飞船系列之一,是中国第三艘正样无人飞船,除了没有搭载人以外,其技术状态与载人飞船完全一样。飞船由推进舱、返回舱、轨道舱和附加段组成。总长约74米,最大直径28米,总质量7794千克。
“神舟4”号飞船于2002年12月30日凌晨在酒泉航天发射场发射升空,飞船按照预定计划在太空飞行了6天零18小时,飞船在环绕地球飞行了108圈后,于北京时间2003年1月5日19时16分,准确降落在内蒙古中部地区的着陆场。
“神舟4”号飞船是在前三艘飞船的基础上,进一步改进和完善,并完全按照载人航天的安求进行设计制造,飞船的返回舱内增加了两个座椅,坐着两个模拟航天员,宇航员工作、生活、医护所需物品,包括睡袋、压力服、太空食品,以及着陆后遇到意外情况所需的各种救生物品一应俱全。
此外,“神舟4”号飞船在太空中进行发实施了展开太阳能帆板、调姿等一系动作,还成成功地实施了变轨。同时,生命保障分系统、飞船环境控制分系统、载人航天应用分系统、航天员分系统都全面进行了试验。此外,“神舟4”号飞船还有多项实验项目,共有8项科学研究在飞船上展开,有55件配载物。
“神舟5”号载人飞船,是中国“神舟”号飞船系列之一,为中国首次发射的载人航天飞行器,将航天员杨利伟送入太空。这次的成功发射标志着中国成为继俄罗斯以及美国之后,第三个有能力独自将人送上太空的国家。
“神舟6”号载人飞船,是中国神舟号飞船系列之一。“神舟6”号与“神舟5”号在外形上没有差别,仍为推进舱、返回舱、轨道舱的三舱结构,重量基本保持在8吨左右,用“长征2”号F型运载火箭进行发射。它是中国第二艘搭载太空人的飞船,也是中国第一艘执行“多人多天”任务的载人飞船。
“神舟7”号载人飞船于2008年9月25日21点10分04秒988毫秒从中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场用“长征2”号F火箭发射升空。“神舟7”号载人飞船是中国“神舟”号飞船系列之一,用“长征2”号F火箭发射升空。是中国第三个载人航天飞船。突破和掌握出舱活动相关技术。“神舟7”号载人飞船科研单位是中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和上海航天技术研究院。“长征2”号F型运载火箭科研单位是中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院。
“神舟7”号飞船由轨道舱、返回舱和推进舱构成,“神舟7”号飞船全长919米,由轨道舱、返回舱和推进舱构成。“神7”载人飞船重达12吨。“长征2F”运载火箭和逃逸塔组合体整体高达583米。
“神舟7”号轨道舱与返回舱轨道舱——作为航天员的工作和生活舱,以及用于出舱时的气闸舱。配有泄复压控制、舱外航天服支持等功能。内部有航天员生活设施。轨道舱顶部装配有一颗伴飞小卫星和5个复压气瓶。无留轨功能。
返回舱——用于航天员返回地球的舱段,与轨道舱相连。装有用以降落的降落伞和反推力火箭,施行软着陆。
推进舱——装有推进系统,以及一部分的电源、环境控制和通讯系统,装有一对太阳能电池板。
“阿波罗”飞船
美国的“阿波罗”计划是人类第一次登上月球的伟大工程,始于1961年5月,结束于1972年12月,历时11年7个月。“阿波罗”计划的目的是把人送上月球,实现人对月球的实地考察,并为载人行星探险做技术准备。
“阿波罗”号飞船由指挥舱、服务舱和登月舱三个部分组成。
“阿波罗”指挥舱指挥舱
宇航员在飞行中生活和工作的座舱,也是全飞船的控制中心。指挥舱为圆锥形,高32米,重约6吨。指挥舱分前舱、宇航员舱和后舱3部分。前舱内放置着陆部件、回收设备和姿态控制发动机等。宇航员舱为密封舱,存有供宇航员生活14天的必需品和救生设备。后舱内装有10台姿态控制发动机,各种仪器和贮箱,还有姿态控制、制导导航系统以及船载计算机和无线电分系统等。
“阿波罗”登月舱服务舱
前端与指挥舱对接,后端有推进系统主发动机喷管。舱体为圆筒形,高67米,直径4米,重约25吨。主发动机用于轨道转移和变轨机动。姿态控制系统由16台火箭发动机组成,它们还用于飞船与第三级火箭分离、登月舱与指挥舱对接和指挥舱与服务舱分离等。
登月舱
由下降级和上升级组成,地面起飞时重147吨,宽43米,最大高度约7米。
①下降级:由着陆发动机、4条着陆腿和4个仪器舱组成。
②上升级:为登月舱主体。宇航员完成月面活动后驾驶上升级返回环月轨道与指挥舱会合。上升级由宇航员座舱、返回发动机、推进剂贮箱、仪器舱和控制系统组成。宇航员座;舱可容纳2名宇航员(但无座椅),有导航、控制、通信、生命保障和电源等设备。
“阿波罗11”号
“阿波罗11”号(Apollo11)承担了美国国家航空航天局(NationalAeronauticsandSpaceAdministration,NASA)的“阿波罗”计划(ProjectApollo)中的第五次载人任务。这是人类第一次登月任务,三位执行此任务的宇航员分别为指令长阿姆斯特朗(NeilArmstrong)、指令舱驾驶员迈克尔·科林斯(MichaelCollins)与登月舱驾驶员巴兹·奥尔德林(BuzzAldrin)。1969年7月20日,阿姆斯特朗与奥尔德林成为了首次踏上月球的人类。
“双子星座”飞船
“双子星座”飞船美国载人飞船系列。从1965年3月到1966年11月共进行10次载人飞行。主要目的是在轨道上进行机动飞行、交会、对接和航天员试作舱外活动等。为“阿波罗”号飞船载人登月飞行作技术准备(见“阿波罗”工程)。“双子星座”号飞船重约32~38吨,最大直径3米,由座舱和设备舱两个舱段组成。座舱分为密封和非密封两部分。密封舱内安装显示仪表、控制设备、废物处理装置和供两名航天员乘坐的两把弹射座椅,还带有食物和水。无线电设备、生命保障系统和降落伞等安装在非密封舱内。座舱前端还有交会用的雷达和对接装置,座舱底部覆盖再入防热材料。设备舱分上舱和下舱。上舱中主要安装4台制动发动机。下舱中有轨道机动发动机及其燃料、轨道通信设备、燃料电池等。设备舱内壁还有许多流动冷却液的管子,因此设备舱又是个空间热辐射器。飞船在返回以前先抛弃设备舱下舱,然后点燃4台制动火箭,再抛掉设备舱上舱,座舱再入大气层,下降到低空时打开降落伞,航天员与座舱一起在海面上溅落。
“双子星座”飞船内部结构日本太空货运飞船
空间站转运飞行器日本标准时间11日凌晨2时01分(北京时间1时01分)从种子岛宇宙中心升空的空间站转运飞行器是日本首款太空货运飞船,它将承担起为国际空间站运送实验设备、食品等补给物资的重任。
等待升空的空间站转运飞行器该空间站转运飞行器呈圆筒状,全长约10米,最大直径约44米,能装载约6吨货物,发射时的质量约165吨,与运载火箭分离后能自主飞行直到空间站;补给物资后,能从空间站脱离,在冲入地球大气层时燃烧殆尽。该空间站转运飞行器由加压货舱、非加压货舱、暴露集装架、电子模块和推进模块组成,还搭载有通信系统、天线和反射板等设备。加压货舱主要运载国际空间站内部用补给物资,包括实验台、饮用水和衣物等,当空间站转运飞行器处于和空间站对接状态时,宇航员们能够进入加压货舱作业。暴露集装架收藏于非加压货舱内,是运送国际空间站外部实验装置和电池的货架。作为国际空间站补给物资的运输工具,除日本的空间站转运飞行器外,还有俄罗斯的“进步”飞船、欧洲的自动货运飞船(ATV)等,但是同时运载空间站内部和外部用物资,则是日本的空间站转运飞行器的特长之一。“空间站转运飞行器1”号飞行任务预定持续约36天,主要为空间站送去7个实验台、“希望”号实验舱保管室所需的1个保管台、空间站外部实验装置等共约45吨物资。本次飞行任务的目的是检验空间站转运飞行器脱离运载火箭后向国际空间站靠拢的交会飞行技术,飞行器的安全化技术、控制技术,验证推进系统的构成以及与空间站对接状态下宇航员可进入货舱的载人对应设计等。
欧洲“ATV”自动货运飞船
“ATV”自动货运飞船欧洲航天局制造的“ATV”自动货运飞船运货能力接近8吨,大于俄罗斯的“进步”货运飞船。“ATV”飞船除了向国际空间站运送货物外,还可用作太空拖船,在必要时帮助国际空间站提升轨道。“ATV”飞船的一大特点是具有先进的高精度导航能力,可在较少地面控制的情况下自动与国际空间站对接。
正在地面运载的ATV太空货运飞船的研发对于欧洲计划具有重要意义,由此欧洲将加入国际空间站任务。如果欧洲能够一年交付6吨补给,其宇航员就可在空间站停留6个月。“ATV”的自动交会和对接技术使其有独特的方法与空间站衔接,并无需人员操控。该飞行器的能力将能够满足在月球、火星和其他太阳系目标的许多探索任务。
未来服役的飞船
俄罗斯“快船”号
“快船”号依靠乌克兰“天顶”号火箭发射“快船”号的建议,与俄罗斯将所有航天和国防项目的分承包合同从前苏联加盟共和国转移到俄罗斯的既定政策是相违背的。特别是在2004年岁末,乌克兰发生政治骚乱的动荡背景下,RKK公司的这一提议尤其令人吃惊。但赞成使用“天顶”号的支持者们,其有说服力的辩解是“快船”号可以使用现存的运载火箭,而不需要研制原先为“快船”号建议使用的“奥涅加(onega)”火箭,这样可使整个“快船”号计划在技术和经费方面更具有现实性。
这艘像熨斗形状的“快船”号重13吨,将可以做25次重复飞行。它设计的能力是可乘载2名驾驶员、4名旅客和多达700千克的货物,而同为RKK公司研制的联盟号系列飞船其乘员不能超过3人。快船号的外壳,即它的热防护系统是基于为“暴风雪”号航天飞机研制的材料。
“快船”内部布局具有20立方米容积的、可重复使用的乘员舱被设计成一个独立的舱段,它能够与两种可以改变气动力的壳体组装在一起:一种是航天飞机型的带翼滑翔体;另一种是所谓的升力体。后者的外形(不带翼)能够提供有效的气动升力。这种升力在飞行器再入大气层期间进行控制是必需的。
飞机型(或带翼型)“快船”号能够在偏离所设计的着陆航线时可机动达到2000千米;而采用升力体外形的飞船型(或叫无翼型)只能够机动500千米。前者可以像飞机一样在跑道上着陆,后者是用三件一套的降落伞着陆。
“快船”号能够运送乘员和货物到空间站上去或者进行6人、10天的游览旅行。一个可分离的生活舱安装在主乘员座舱的后面,它是从“联盟”号系列飞船借用过来的,可满足部分乘员生活所需。生活舱装有一个对接口、一个卫生间和生命保障系统。
“奥赖恩”载人飞船美国“奥赖恩”号
新设计的“奥赖恩”融入了计算机、电子、生命支持、推进系统及热防护系统等领域的诸多最新技术。它的外形为圆锥状,这种形状被认为是航天器重返地球大气层时最为安全可靠的外形设计。
除了采取新技术,“奥赖恩”还与目前国际上正在使用的几种航天器颇为相似,其中包括中国的“神舟”号飞船。第一个相似点是都采用了可回收技术,“奥赖恩”使用了降落伞和气囊相结合的降落设计,使载人舱在落地后还可重复使用,另外也节省了在海上降落的昂贵搜救成本。目前,俄罗斯的“联盟”号飞船和中国的“神舟”飞船都采用这种设计。
第二点是隔热层脱落技术。美国以前使用的“水星”号飞船、俄罗斯的“联盟”号和中国的“神舟”飞船都使用这种技术,即覆盖在飞船表面的隔热层在飞船冲出大气层后脱落,以减轻着陆重量。正因为此,“奥赖恩”号可重复使用10次。
这种飞船在2015年飞往国际空间站,2020年开始登月,2031年开始飞往火星。知识点库鲁航天发射场
库鲁发射场位于南美洲北部法属圭亚那中部的库鲁地区,建成于1971年,是目前法国唯一的航天发射场所,也是欧空局(ESA)开展航天活动的主要场所。它占地约90600平方千米,属法国国家国家空间研究中心领导,主要负责科学卫星、应用卫星和探空火箭的发射以及与此有关的一些运载火箭的试验和发射。库鲁发射场也称圭亚那航天中心,在沿大西洋海岸的一片狭长草原上。由于发射场紧靠赤道,对发射静止卫星极为有利。库鲁发射场1966年动工兴造,1971年建成,共耗资52亿法郎。早期仅进行探空火箭和“钻石”号运载火箭发射。1979年12月“阿丽亚娜”运载火箭在这里首次发射成功,至今该系列发射成功率已达90%以上,独揽了全球一半以上的卫星发射市场。
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