载人航天
载人航天是指人类驾驶和乘坐载人航天器在太空从事各种探测、试验、研究、军事和生产的往返飞行活动。载人航天的目的在于突破地球大气的屏障和克服地球引力,把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空,使人类更广泛和深入地认识地球及其周围的环境,更好地认知整个宇宙。
载人航天面对的挑战
载人航天要解决许多高超的技术问题。其中包括怎样把人安全地送上天完成航天飞行任务后还要由地面指挥它顺利地再进入大气层,最后安全返回地面。要确保整个航天过程安全可靠,至少要在多方面的问题上获得圆满解决才有可能。
载人航天的特殊意义
如果有了人类在太空活动,就可使航天技术如虎添翼,充分发挥人类的智慧与技能,解决无人太空活动的航天技术上些难题。而人类有独特的能力,如应急的判断力,创造力和主动的维修及调控功能,人类有知觉和感觉,如视、听、触和运动感觉、有冷、热、嗅觉和平衡感等。人对信息处理和观察外界变化非常主动,还有认识能力,以及联想、总结、分析和综合记忆力等,其中有些是电脑不能代替的。
国力的体现
发展载人航天能体现一个国家综合国力;当今世界各发达国家在发展战略上都把综合国力的增强作为首要目标其核心是发展高科技,而高科技的主要内容之一就是载人航天。当一个国家把自己的航天员送入太空时,可向世界充分展现其强盛的综合国力,也将增强该国民众的民族自豪感,振奋民族精神增强了全民的凝聚力。
载人飞船的分类
飞船按其用途分为三大类,即:不载人实验飞船(如我国的神舟1号-神舟4号)、载人飞船(如前苏联的“东方”号、“联盟”号)和货运飞船(如俄罗斯的“进步”号)。如果按其飞行轨道分,飞船又可以分为卫星式飞船、登月飞船和行星际飞船。
所谓不载人试验飞船是为了确保载人上天的安全而研制的一个过渡型飞船,它的技术状态,也就是说它的结构形式,设备状况都与载人飞船基本一致,其目的是探测太空环境,考察船内环境能否适应航天员的需要并且是否安全可靠,试验飞船从发射,轨道运行和返回着陆整个过程中飞船的防护能力以及进行一系列有关技术试验等。如我国从1999年开始相继发射的“神舟”1号至“神舟”4号都属于不载人试验飞船的范畴。
载人飞船是在不载人试验飞船多次实际发射的基础上,经过改进完善的最终产物。它是真正地用于天地往返的一种载人运输工具。
货运飞船则比上面两种飞船结构简单,它主要的作用就是给空间站上的航天员运送必要的物资,如水、燃料食物以及氧气等。由于这种飞船上不载人,所以就没有返回着陆系统和生命保障系统,是一次性使用的飞船。如俄罗斯的“进步”号就是一艘货运飞船。
卫星式飞船,它的运行轨道像人造卫星一样,是绕地球飞行的飞船。目前大部分宇宙飞船都属于这样的范畴,但“阿波罗”号飞船除外。
登月飞船,顾名思义,就是指专为登月而设计的载人飞船。如美国的“阿波罗”11号载人飞船。1969年,美国宇航员乘坐“阿波罗”号宇宙飞船,成功地登上了月球,实地进行考察,并带回来了岩石和土的标本。从此人们对月球有了更清楚的了解。
航天员
乘坐航天器进入太空飞行的人员为航天员。航天员有职业和非职业两类,一般分驾驶员、任务专家和载荷专家,或指令长、驾驶员、随船工程师、飞行工程师。
近年来出现了以旅游为目的的游客航天员。航天员是开拓太空之路的先锋,作为一名航天员需要具有崇高的献身精神、高深的学识水平、非凡的工作能力、优秀的环境耐力、良好的心理素质和健康的身体条件。
既然人类一定要进入太空,那么,
一个人具备什么条件才能成为航天员呢?要成为航天员,首先要有良好的身体素质,因为航天员在进人太空或返回地面的过程中,要克服航天器飞行时的力学环境,太空的物理环境和航天器的狭小空间环境等特殊环境下的重重困难,适应这种环境的考验,航天员的身体和综合素质十分重要。因此,有幸成为航天员的人可谓凤毛麟角。
为确保航天员具有优良的身体素质,生理机能选拔是极为关键的。生理机能选拔主要是挑选人体各脏器和系统基本生理功能优良者,生理机能选拔内容包括心血管和肺功能检查,中枢神经系统功能检查,听觉功能检查,视觉功能检查以及内分泌和免疫功能检查等。
航天员的心理和精神状态对于航天任务务的完成有着极大的影响,特别是对于长期飞行以及多人的乘员组,其心理素质的选拔是非常重要的。航天员们身处的环境是恶劣,封闭和隔绝的,而且还要面对太空中那些难以预测的风险没有超平寻常的“坚强神经”是不可能在这种环境中完成规定任务的。
在航天过程中要遇到各种特殊环境因素,如超重、失重、低压、缺氧、高低温、振动、噪声、辐射、隔绝等。在航天员的选拔过程中,要淘汰那些对特殊环境因素敏感和耐受能力差的人,挑选耐力和适应性优良者。
随着载人航天的发展,航天员正在扩大到许多不同的行业,如科学家、工程师、医生、教师、记者、政治家、管理人员以及太空观光旅游者。
航天员是一种在空间从事航天活动的特殊职业的人,他们要在特殊的环境条件下,在航天器的舱内外完成飞行监视、操作、控制、通信、维修以及科学研究等特殊的工作任务,并能正常的生活。这就要求必需对他们进行严格的训练,使他们具备优良的生理和心理素质,对航天特殊环境因素有很强的适应能力,并熟练掌握航天器和完成飞行任务所应具备的各种知识和技能。
强化身体素质是航天员在训练过程中是必不可少的。苏联就曾为了准备阿波罗一联盟计划,要求其航天员在年半的训练时间内,骑自行车1000千米,滑雪3000千米,越野跑步200多千米。美国休斯敦航天中心,为提高航天员耐力,曾让航天员穿上80千克重的航天服,在炎热的佛罗里达沙漠中,每天步行30千米。
除了体质的训练,航天员为了准备一次飞行还需要掌握大量的理论知识这些理论知识包括基本的航天知识,飞行任务和航天器结构,航天医学工程知识以及空间知识和应用的有关知识等。
为了提高航天员对特殊环境因素的适应性和耐受力,需要对航天员进行航天特殊环境因素的暴露和刺激如超重、失重、器官的刺激、噪声高低温等。
太空武器
太空武器大部分是新概念武器,主要有四个种类。
“利剑”——激光武器:用激光作武器的设想是基于激光的高热效应。激光产生的高温可使任何金属熔化。以直线射出的激光,延时完全可以忽略,也没有弯曲的弹道,因此不需要提前量,简直可以指哪打哪。另外,激光武器没有后坐力,可以迅速打击目标,还可以像机枪一样进行单发,多发或连续射击,激光武器的本质就是利用光束输送巨大的能量,与目标的材料相互作用,产生不同的杀伤破坏效应,如烧蚀效应、激波效应、辐射效应等。正是靠着这几项神奇的本领,激光武器成为理想的太空武器。
“长矛”——粒子束武器:它是利用粒子加速器原理制造出的一种武器。带电粒子进人加速器后就会在强大的电场力的作用下,加速到所需要的速度。这时将粒子集束发射出去,就会产生巨大的杀伤力。粒子束武器发射出的高能粒子以接近光速的速度前进,用以拦截各种航天器,可在极短的时间内命中目标,和激光武器一样一般不需考虑射击提前量。粒子束武器将巨大的能量以狭窄的束流形式高度集中到一小块面积上,是一种杀伤点状目标的武器,其高能粒子和目标材料的分子发生猛烈碰撞,产生高温和热应力,使目标材料熔化、损坏,从而达到攻击的目的。
“神鞭”——微波武器:由能源系统,高功率微波系统和发射天线组成主要是利用定向辐射的高功率微波波束杀伤破坏目标。微波波束武器全天候作战能力较强,有效作用距离较远,可同时杀伤几个目标。特别是微波波束武器完全有可能与雷达兼容形成一体——化系统,先探测,跟踪目标,再提高功率杀伤目标,达到最佳作战效能。它犹如无形的“神鞭”,既能进行全面毁伤横扫敌方电子设备,又能实施精确打击、直击敌方信息中枢。可以说,微波武器是现代电子战、电磁战、信息战不可或缺的基本武器。
“飞镖”——动能武器:动能武器的原理十分简单。一切运动的物体都具有动能。所谓动能武器,就是能发射出超高速运动的弹头,利用弹头的巨大动能,通过直接碰撞的万式摧毁目标的武器。这里最重要的一点是动能武器不是靠爆炸、辐射等其他物理和化学能量去杀伤目标,而是靠自身巨大的动能,在与目标短暂而剧烈的碰撞中杀伤目标。所以,它是一种完全不同于常规弹头或核弹头的全新概念的新式武器。
随着科学的进步,太空武器必然会发展成国家的保护力量,那时地球又将面临巨大的危险。
空间灾难
自宇宙大爆炸以后,宇宙不断地膨胀,温度不断地降低。虽然随后有恒星向外辐射热能,但恒星的数量是有限的,而且其寿命也是有限的,所以宇宙的总体温度是逐渐下降的。
经过100多亿年的历程,太空已经成为高寒的环境。对宇宙微波背景辐射(宇宙大爆历程,太空已经成为高寒的环境)。对宇宙微波背景辐射(宇宙大爆炸时遗留在太空的辐射)的研究证明,太空的平均温度为-270.3℃。
在太空中,不仅有宇宙大爆炸时留下的辐射,各种天体也向外辐射电磁波,许多天体还向外辐射高能粒子,形成琮宙射线。例如,银河系有银河宇宙线辐射,太阳系有太阳电磁辐射,太阳宇宙线辐射(太阳耀班爆发时向外发射的高能粒子)和太阳风(由太阳日冕吹出的高能等离子体流等)。许多天体都有磁场,磁场俘获上述高能带电粒子,形成辐射性很强的辐射带,如在地球的上空,就有内外两个辐射带。由此可见太空还是个强辐射环境。宇宙大爆炸后在宇宙中形成氢和氦两种元素,其中氢占3/4氦占1/4。后来它们大多数逐渐凝聚成团,形成星系和恒星。恒星中心的氢和氦递次发生核聚变,生成氧、氮、碳等较重的元素。在恒星死亡时,剩下的大部分氢和氨以及氧、氮碳等元素散布在太空中。其中主要的仍然是氢,但非常稀薄每立方厘米只有0.1个氢原子,在星际分子区中稍多一些,每立方厘米约1万个左右。在地球大气层中,每立方厘米含有10个氨和氧分子。由此可见,太空是个高真空环境。
太空环境除有超低温,强辐射和高真空等特点外还有高速运动的尘埃,微流星体和流动星体。它具有极大的动能,1毫克的微流星体可以穿透3毫米厚的铝板。
同时太空也可能会出现些太空灾害,当今摆在我们面前最严峻的问题就是,很多国家的宇航局都在大力研发新的卫星,把这些人造地球卫星一个个的用火箭送到天空上去,从而也会产生一些废弃的人造卫星,当然,有一部分会被回收,但是仍然有很大一部分停留在天空中,造成天空逐步的拥挤,而且这些卫星都是高速运动的,很可能与其他的卫星相撞这样就可能出现危险,现在摆在各个国家眼前的问题就是如何处理这些太空垃圾以及要面对的太空问题。
第一代宇宙飞船“水星号”
“水星”号是美国研制的第一代载人飞船,它是美苏载人航天竞争的产物。飞船外形是圆锥形,高2.9米,底部直径1.83米。顶部直径0.5米,飞船约重1.35吨。
“水星”号飞船由圆台形座舱和圆柱形伞舱组成。在发射时,水星飞船的顶端还有一个高约5米的救生塔。
飞船设计的最长飞行时间为2天。飞船通常由6部分组成:
①逃逸系统:它是针对美国当时的运载火箭可靠性不高而专门设置的该系统由逃逸火箭,逃逸塔和逃逸塔抛射火箭组成。逃逸火箭的推力为2340千克,燃烧时间为1秒。逃逸塔抛射火箭推力为360千克,燃烧时间为15秒。
飞船发射期间,一旦运载火箭发生故障,逃逸火箭在1秒钟内能把飞船从运载火箭上推开75米。若刚离发射台,1秒钟内能推开约38米,当宇宙神助推级分离后便抛弃逃逸系统。
②天线容器:该容器装有指令、遥测和通信天线,两台红外水平扫描器以及制动伞等。制动伞直径1.83米,在6.3千米高空打开。
③回收部件:它设有回收信标,天线和闪光灯辅助设备以及主伞和备用伞等。伞的直径均为19.2米,在305千米高空打开,将飞船降落速度减少到每秒9米。
④座舱:座舱是双层密封的。它设有通信、环境控制系统、仪表、导航设备等。航天员乘坐的躺椅按体型制作可提高航天员对加速度的耐力。舱内环境使用100%氧气,气压为每平方厘米0.63千克,温度保持在10℃~30℃。
⑤反推与分离火箭:在组件内装有反推火箭和正推火箭。反推火箭有3台每台推力450千克,燃烧时间10秒,其中任意两台都能实施安全再入。它能将飞船速度从每小时2.8165万千米降至每小时563千米,从而使飞船离开轨道。
正推火箭也有3台,每台推力180千克,燃烧时间为1秒,当宇宙主发动机燃烧终止,将飞船送入轨道后,正推火箭使飞船与火箭分离,分离速度为每秒6米。
⑥防热层:它主要用于在飞船再入时承受气加热。亚轨道飞行时防热层采用铍,轨道飞行时采用玻璃和树脂混合物。
“水晶”号飞船研制分为两个阶段。其中,第一阶段是试验性的,属于亚轨道飞行。这主要是当时对一开始就直接进行载人绕行飞行的技术还不成熟,所以先进行亚轨道飞行。这一阶段水晶号共飞行了6次。其中有5次成功有2次是载人飞行。第二个阶段是实施载人飞行阶段。从1962年2月至1963年5月相继成功地发射了“水晶”6号一“水晶”9号共四艘飞船。
“双子星座号”飞船
1958年,美国宇航局总部和太空任务小组开始考虑“水星”载人航天计划之后美国的载人航天计划的目标和任务。以吉尔罗斯和费格特为首的太空任务小组对此十分关心。
他们认为这项计划应在“水星”计划完成的任务基础上,主要实现两大目标:载人轨道飞行时间大大延长达到1周以上:实现飞船在轨道上机动,交会和对接。
当1961年美国制定了“阿波罗”登月计划后,这一计划的任务更加明确起来,即为完成登月任务探索,试验新技术,最重要的有两方面:一是将载人飞行时间延长到2周,以充分研究人在太空生活和工作的适应性;二是完成两个航天器在轨机动、交会和对接。这两大任务在登月期间都会遇到。这样“双子星座”计划就变成“阿波罗”计划的辅助项目。1965年3月“双子星座”飞船首次载人发射,到1966年11月,其先后进行了9次载人飞行,圆满完成了预定任务。
此外,“双子星座”计划还取得了大量对地观测,空间科学试验成果:航天员共进行了52项实验,其中27项是新技术实验,8项是医学实验,另外,17项是科学实验。
“双子星座”飞船还在不同的高度上拍摄到了1400张地球彩色照片。飞船完成了空间交会和对接工作,航天员在开放空间活动长达2小时,最长飞行时间达14天,实现了飞船姿态控制、机动、变轨飞行和受控再入,发展了新型燃料电池,积累了长时间飞行的经验,包括生理、医学、生活等。
“双子星座”计划为“阿波罗”计划提供了极其宝贵的经验和科学技术成果。
双子星座号是美国第二代载人飞船,它可以容纳两名宇航员,重约3吨,飞船基本呈圆锥钟形重约3.2~3.9吨,全长5.7米,底部最大直径3米。飞船由再入舱和连接舱两部分组成,飞船再入前抛弃连接舱,仅回收再入舱。
再入舱有3个舱段:①变会和回收段:内装交会雷达,交会和对接装置制动伞、导伞和主伞;②再入控制段内装再入控制系统的燃料和氧化剂箱,16台再入控制发动机以及阀门管路等;③座舱段:内装生保系统、仪器、电子设备以及各种实验装置。座舱内还装有供两名航天员使用的应急弹射座椅,一旦飞船在发射台上,起飞过程中,返回地面时发生事故,弹射座椅就为航天员提。供救生措施。
连接舱有两个舱段:①制动段:内装4台固体制动发动机;②设备段:内装各种通信电子设备、燃料电池、氧气冷却剂、贮水箱和轨道姿态发动机和机动发动机各8台及其推进剂贮箱等。
“双子星座”号飞船和“水星”号飞船相比,增加了可机动飞行与其它航天器交会,对接的功能,航天员也可以进行出舱活动,同时在轨道飞行时间也延长了许多。
从1961年11月开始到1966年11月结束,“双子星座”号飞船历时5年,共研制了12艘飞船。最初的两艘(“双子星座”1-2号)没有载人,目的是检测火箭和飞船是否匹配,它们分别于1964年和1965年发射成功。之后,1965年又相继发射了“双子星座”3-7号5艘飞船,并且实现了航天员出舱在太空漫步。这为以后的登月和上空间站打下坚实的技术基础。
作为一项独立又有过渡性的计划“双子星座”计划取得了许多开创性成就,为“阿波罗”计划提供了极其宝贵的经验和技术成果,这些经验和成果主要包括:一,提供了足够执行“阿波罗”计划的长时间飞行经验,包括生理、医学、生活等方面,二,验证了飞船载人条件下温度、供氧、压力长期工作的可靠性和寿命,三,完成了最重要的飞行器交会与对接,为载人登月球轨道对接方案提供了有力的证据。四,完成了长达2小时以上的舱外活动,为航天员在月面活动积累了经验,五,实现了飞行器姿态控制,机动和变轨飞行,这是“阿波罗”计划必不可少的任务。六,实现了受控载入,提高了落点的精度,为航天员的安全提供了更大的保证。七,飞船分成几段,在再入时只回收载人舱,“阿波罗”飞船也采用了这种格局,“双子星座”飞船的新型燃料电池获得了验证和改进,并成功用于“阿波罗”飞船。九,“双子星座”飞船存在的一些问题,如姿态控制系统的可靠性、救生系统故障、宇航服笨重、太空行走困难等被“阿波罗”计划广泛吸取并加以改进。十,“双子星座”计划还提供了航天员训练、太空生活等方面的经验。此外,“双子星座”计划的历次飞行对“阿波罗”计划任务的确定提供了直接的指导。十一,远距离对地通讯获得发展和验证。十二,地面各控制台站的工作满足了远程太空飞行的要求。此外,该计划还在对地观测,科学试验方面取得了大量成果。
“联盟”号系列宇宙飞船
“联盟”号是苏联使用时间最长的载人飞船系列,俄罗斯沿用至今,分为“联盟”号、“联盟T”和“联盟TM”三个发展阶段,技术日益成熟。“联盟”号能载3名航天员,具有轨道机动、交汇和对接能力,可为空间站接送航天员,又能在对接后与空间站一起飞行,是苏联和俄罗斯载人航天计划中重要的天地往返运输系统。
“联盟”号的结构
“联盟”号飞船由轨道舱,指令舱和设备舱3部分组成,总重量约6.5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2.3米,直径2.3米,重约2.6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2.3米,重约2.8吨。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。
“联盟T”号飞船
“联盟T”号飞船是“联盟”号飞船的改进型。船上装备了太阳能电池组、新型无线电通信系统、导航定位系统飞行控制系统和计算机系统。1979年12月26日“联盟T”号飞船首次试飞此次飞行主要用于实验,因此没有载人航行。完成“联盟T”号飞船载人首航任务的是航天员尤·弗·马雷谢夫和弗·弗·阿克森诺夫。他们驾驶着飞船与“礼炮-6”轨道站,“联盟-35”号飞船复合体实现了轨道对接。
“联盟M”飞船
“联盟M”飞船是种改进型载人飞船。首次乘坐这种新型飞船的航天员是尤·弗·罗曼年科和阿·拉维金。他们于1987年2月6日乘“联盟TM-2”起飞,是“和平”号轨道站的第二批主乘务组成员。1987年12月29日尤·弗·罗曼年科乘“联盟TM-3”顺利返回。
“联盟-TMA”的优势
与“联盟-TM”飞船相比,“联盟一TMA”的整体工作效率更高,拥有更完善的控制台,更多的计算机和新式座椅,飞船内空间更加宽敞舒适。乘坐“联盟-TM”飞船的宇航员身高不能超过1.85米,体重须在85千克以下。而“联盟-TMA”飞船内却可容纳身高2米,体重100千克的宇航员。
“联盟TM”号飞船
1986年5月21日,“联盟TM”首次试飞时没有载人。截止到2002年4月,“联盟TM”飞船总共进行33次载人飞行,创造了载人到空间站上长期生活的一系列新纪录。实践证明,这是种经久耐用、性能良好的运输飞船,目前它仍没有被淘汰的趋势。
“联盟-TMA”飞船
“联盟-TMA”是“联盟”系列飞船的最新产物,是俄罗斯航天部门现在拥有的唯一种可载人航天器,也是可以向国际空间站输送宇航员的仅有的两种工具之一(另一种是美国的航天飞机)。现在,在航天飞机屡次发生事故的情况下,“联盟-TMA”的意义将变得更为重大。
“阿波罗”系列宇宙飞船
20世纪60年代以来,美国在人造地球卫星和载人太空技术方面一直落在苏联后面,美国因而制订了实班人类登月的“阿波罗计划”,加紧人类登月方面的研究与实验。1965至1966年,美国实验了25次载人宇宙飞行的“冰星计划”和2次不载人、10次载人飞行的“双子星计划”,为“阿波罗”飞行提供了宝贵的经验和资料数据。这些努力终于有了成果,美国宇宙飞船“阿波罗”11号于1969年7月21日登上月球,首次实现了人类登上月球的梦想。
“土星”号运载火箭
“阿波罗”号飞船使用大推力的“土星”号运载火箭发射。该运载火箭研制分两个阶段进行:第一阶段,研制“土星”1号和1B号,用以获取大型运载火箭的研制经验并进行“阿波罗”号飞船的飞行试验;第二阶段将“土星”5号巨型3级运载火箭作为飞船登月的运载工具。
“阿波罗”号飞船的组成
“阿波罗”号飞船由指令舱、服务舱和登月舱3部分组成,每发载3名宇航员,登月飞行结束后,返回地球的只有指令舱和3名宇航员。
不载人飞行试验
在正式实现载人登月之前,1956年至1968年美国航天局进行了6发不载人飞行试验。从“阿波罗”1号到“阿波罗”6号相继发射升空,并在近地轨道上鉴定飞船的指挥舱,服务舱和登月舱,考验登月舱的动力装置。
指挥舱
宇航员在太空中生活和工作的座舱被称为指挥舱,它是全飞船的控制中心,也是唯一再人大气层返回地面的着陆舱。“阿波罗”系列宇宙飞船的指挥舱一般为圆锥形,高3.2米,重约6吨分为前舱,宇航员舱和后舱3部分。飞船的前舱内有姿态控制发动机、回收设备等;宇航员舱为密封舱,里面有供宇航员生活14天所需的生活用品和救生设备;后舱装有各种精密仪器和存储箱还有制导系统以及飞船计算机和无线电系统等。
登月舱
登月舱由下降级和上升级两部分组成,最大高度约7米宽约4.3米。上升级是登月舱的主要部分,内有宇航员座椅,返回地面发动机推进燃料存储箱和控制系统。下降级有4个着陆机械腿、4个仪器舱和着陆发动机。当宇航员在完成月球表面的探索活动后,会驾驶上升级返回绕月轨道并与指挥舱对接。
服务舱
服务舱可以供给宇航员电力、氧气和其他生命保障,形状为圆筒形,高6.7米,直径4米,重约25吨。它的前部与指挥舱相连,后端有推进系统的主发动机和姿态控制系统。其中主发动机用于轨道的转移和变轨运动,姿态控制系统用于飞船与第三级火箭分离,登月舱和指挥舱对接以及指挥舱与服务舱分离等。
“阿波罗”号登月后的活动
从1969年11月至1972年12月美国相继发射了“阿波罗”12、13、14、15、16、17号飞船,其中除“阿波罗”13号因服务舱液氧箱爆炸而中止登月任务(两名宇航员驾驶飞船安全返回地面)外,均登月成功。
“神舟”系列宇宙飞船
从“神舟”1号宇宙飞船升空成功到“神舟”6号载人遨游宇宙、中国的航天事业一路前行。我国的“神舟”之旅已经掌握和突破了载人航天的摹本技术,完成和实现了中国载人航天工程的第一步计划和目标,并且使中国成为世界上第三个、发展中国家中第一个能够独立开展载人航天活动的国家。
“神舟”1号飞船
1999年11月20日,“神舟”1号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,飞船返回舱于次日在内蒙古自治区中部地区成功着陆。这次发射,首次采用了在技术厂房中对飞船、火箭联合体垂直总装与测试,然后整体垂直运输发射场,进行远距离测试发射控制的新模式。
“神舟”2号飞船
“神舟”2号飞船于2001年1月10日在酒泉卫星发射中心发射升空,飞行7天后成功返回地面。我国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,空间天文和物理等领域的实验,各种仪器设备性能稳定,工作正常,取得了大量数据。与神舟”1号飞船相比,神舟”2号飞船的系统结构有了新的扩展,技术性能有了新的提高飞船技术状态与载人飞船基本一致。
“神舟”3号飞船
“神舟”3号飞船于2002年3月25日发射。飞船搭载了人体代谢模拟装置,拟人生理信号设备以及形体假人,能够定量模拟宇航员呼吸和血液循环的重要生理活动参数。“神舟”3号轨道舱在太空运行180多天,成功进行了一系列空间科学实验。
“神舟”4号飞船
“神舟”4号飞船于2002年12月30日成功发射,在完成预定空间科学技术实验任务后,于2003年1月5日在内蒙古中部地区准确着陆。这艘飞船除没有载人外,技术状态与载人飞船完全一致。飞行中,先后进行了对地观测、材料科学、生命科学实验及空间天文和空间环境控测等。
“神舟”5号飞船
“神舟”5号飞船于2003年10月15日成功发射,将中国第一位宇航员杨利伟送入太空。飞船绕地球运行14圈以后于10月16日6点23分在内蒙古阿木古郎草原安全着陆,航天员自行走出返回舱状态良好。
“神舟”6号飞船
继“神舟”号飞船成功飞行之后载有费俊龙和聂海胜两名宇航员的“神舟”6号飞船,于2005年10月12日白酒泉卫星发射中心升空。两位宇航员搭乘“神舟”6号在太空运行了119个小时完成了多项科学实验,为中国的航天事业作出了杰出的贡献。
2008年9月25日,我国航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏同志乘坐神舟七号载人航天飞船成功进入太空,在顺利完成空间出舱活动和空间科学实验任务后,于9月28日安全返回地面。与“神五”、“神六”不同,“神舟”七号火箭在研制上的关键点是宇航服和气门闸。因为“神舟”七号将实现太空行走航天员能否从舱内气压骤然适应真空环境,气门闸和宇航服扮演了重要角色。
杨利伟
1965年6月,杨利伟出生在辽宁省绥中县。绥中县靠近渤海湾,大海养育了杨利伟,同时也塑造了他刚毅质朴、沉静温雅的性格。从小杨利伟就梦想着能向着蓝天飞去。1987年杨利伟以优异的成绩从空军第八飞行学院毕业,1998年1月正式成为我国首批宇航员。2003年10月15日,杨利伟驾乘“神舟”5号飞船飞向太空。面对考验,面对挑战,他不辱使命、英勇顽强、沉着冷静、果敢坚毅、圆满完成了首次载人航天飞行任务,为实现中华民族的千年飞天梦想作出了巨大贡献。
载人飞船的返回与着陆
载人航天飞行的最后一关是返回与着陆。载人飞船返回地而时,因为它的飞行速度远比普通飞机快得多,而且它又要从外太空穿过地球的整个大气层,所以它的返航过程非常复杂,要求有十分精确的技术。载人航天返回着陆过程主要包括航天器从停靠的空间站分离、制功进入返回轨道,再人大气层,进行落点控制、着陆及着陆后的处置等程序。在整个返回着陆过程中,地而控制中心对航天器进行跟踪、测量,并与航天员保持联系。
分离
停靠在空间站上的载人航天器与空间站分离,是航天器返回的第一道程序。为了保证分离的成功,设置了自动分离和航天员人工控制分离两种方式。自动分离失效时,航天员实施人工控制分离;如果人工控制分离又失效,则可以启动连接机构上的爆炸装置,将连接机构炸断,实现分离。航天飞机轨道器在返回过程中没有自身分离问题,避免了因自身分离故障产生的危险性。
制动
宇航员在收到地球上指挥中心决定返航的指令后,就会启动与飞船飞行方向相反的制动火箭调整飞船的飞行参数,来减低飞船的飞行速度。这样,飞船就会逐渐过渡到进入大气层的轨道。飞船能否安全返回地面的关键是飞船返回“再入角”,也就是进入大气层时的飞行方向与当地水平面的夹角。般情况下这个角不能超过3度。再入角过小,飞船又会飞回宇宙空间回不了地面;再入角过大,飞船就会像流星样坠落地面。1965年,首次实现太空行走的苏联宇宙员列昂诺夫所乘坐的“上升”2号飞船,在返航时,就因险些错过最佳的再入角而使航天技术人员惊出一身冷汗,幸亏及时调整到位,才避免了可怕的后果。
再入大气层
飞船进人大气层后,头部温度高达几千摄氏度,这是因为与空气剧烈地摩擦而造成的。因此科学家们在飞船外部覆盖提层防热材料以防止飞船因过热而烧毁。大约在距离地面10千米左右的高空,飞船的速度已降到每秒330米以下,相当干音速。与此同时,飞船上携带的降落伞就会自动打开,配合着陆的软着陆发动机也会及时启动。于是,飞船便会在降落伞和软着陆发动机的协同配合下,稳稳地着陆。如果配合得不好,结果是不堪设想的。1967年,苏联的“联盟”1号飞船由于在太空中出现故障,不得不提前返回地球。宇航员们勉强使飞船进人大气层;当降到距地9千米高空时放出主降落伞,但不幸的是伞没有打开,最终飞船以每秒200多米的速度直冲地面,发生了机毁人亡的惨剧。
着陆的方式
返回器着陆的方式可分为垂直着陆和水平着陆两种,除航天飞机外绝大多数返回器采用垂直方式着陆,这种方式采用的是降落伞系统,我国的“神舟”系列飞船采用的就是这种方式。
着陆场
从一飞冲天到从天而降,飞船的太空之旅充满神秘与神奇。如果说发射场是送它出发的,那么着陆场就是迎接它归来的。着陆场往往是一片广袤的草原或是无际的大海,在我们看来很可能会觉得它与其他的草原、海洋没有什么区别。其实这些着陆场都是经过了计算并综合考虑多方面因素才选定的。着陆场是航天飞行的最后阶段,可以说是整个航天任务成败的最终标志。
航天器返回
航天任务中有3种设备需返回地面一是对地观测的实验卫星的回收,二是载人飞船的返回舱,三是航天飞机的轨道器。这3种回收设备对返回着陆场的要求,由简单到复杂各不相同,其中以航天飞机的轨道器的返回着陆要求最高技术最为复杂。
航天员乘坐航天器着陆分三种:着陆于陆地、着陆于海上、着陆于机场跑道。着陆于陆地,指人和返回航天器先经降落伞减速,在接近地面时再点燃着陆缓冲发动机进一步减速着陆。这种方式冲击较小,苏联及俄罗斯的“上升”号飞船、“联盟”号系列飞船和中国的“神舟”号飞船都是采用这种方式着陆的。着陆干水上,指人和返回航天器经降落伞减速溅落在海面上,着陆环境比较好,着陆冲击过载小。降落于海上的载人航天器要配备漂浮装置和扶正装置,使其能够以正常的姿态漂浮在海面上,并保证海水不进入座舱内。美国的所有飞船均采用这一方式降落。着陆于机场跑道,即航天器像飞机一样着陆于跑道,着陆后使用减速伞减速,以缩短滑行距离。美国的航天飞机就是采用这种最舒适的着陆方式。
着陆场的选择
航天器的着陆场一般选择在航天器飞行轨迹地面投影比较密集的地方,这样的地方一般集中在高纬度地区。此外,对着陆场的地理条件要求也很苛刻,要求着陆场区人口稀少,远离大、中、小城市和居民点,没有大、中型工矿企业的建筑群,没有重要军事设施没有高压线,没有大片森林,距国境线有一定距离(以免返回物误落到国外)无交叉河道及沼泽地段,还要具有良好的气象条件,包括降雨、降雪少、天气晴朗的日子多。
着陆场系统
着陆场系统是载人航天工程中比较特殊的一个系统,承担着载人航天器回收和航天员救援任务,是整个载人航天工程获得成功的重要保证。其基本职责有:跟踪测量返回舱出黑障前、后的返回轨道;及时搜救寻找返回舱,协助航天员安全出舱并护送到后方;应急返回时,要争取在最短时间内营救航天员将风险降到最低;对着陆场区的气象进行预报。
美国海上着陆场
美国东西两边均临大海,还拥有一支训练有素的海上救生队伍和先进的海上救生技术与装备,且大海一望无际便于搜索和回收,所以多选用海上着陆。但各个飞船的着陆区有所不同。执行任务中根据具体情况选定主着陆区副着陆区和偶发事件应急着陆区。美国“阿波罗”号飞船轨道飞行的回收计划要求有4个大的着陆区。
中国着陆场
我国在进行“神舟”6号飞船的载人飞行时根据本国国情和飞船运行轨道特点,在内蒙古草原上建造了主着陆场拥有回收1号、回收2号搜索雷达,并组建了直升机分队和地面搜索分队,配备跟踪、通信、运输、救护等设施,保证了“神舟”6号载人飞船的安全着陆和宇航员的顺利返航。
航天飞机
飞机都是在大气层内飞行的,但是有一种飞机是喜欢在太空飞行的。它们的工作不是运输游客往来于世界各地,而是运载探索太空的宇航员往来于地而和太空,它们就是航天飞机。
飞行舱
飞行舱兼具两个功能,既是驾驶轨道器的地方,也是使用机械手臂对有效荷载进行操作的地方。舱内有众多的飞行仪器仪表和控制装置。飞行舱内有4个座椅,可以乘坐指令长和驾驶员等4名航天员。
美国航天飞机
美国航天飞机由三大部分组成,分别是轨道飞行器、外挂燃料箱和固体火箭助推器。这个长50多米的飞机一次可供7名宇航员乘坐,紧急状态下可以乘坐10名,最大运货能力为25吨。
“奋进”号
“奋进”号是美国宇航局航天飞机家族中的最新成员,于1991年建造它继承了“挑战者”号的遗志,接替了“挑战者”号的工作。它与“发现”号,“亚特兰蒂斯”号共同为美国的航天事业服务。
从欢呼到悲伤
在继“哥伦比亚”号之后美国航空航天中心又将“挑战者”号送入太空,这是在它旗下正式使用的第二架航天飞机。它于1982年完工启用,在1986年1月28日执行第十次任务,当升空73秒的时候,因不幸发生爆炸而坠毁,关注着“挑战者”号的人们倾刻间从欢呼转为悲伤。
“哥伦比亚”号
“哥伦比亚”号航天飞机是第一架成功实现近地轨道飞行的美国航天飞机。1981年4月12日首次试飞,然而很不幸的是,“哥伦比亚”号2003年2月1日执行第28发任务时,返回途中在得克萨斯州上空发生爆炸。机组成员全数遇难。
出舱活动大曝光
航天员出舱,实现太空行走,可以拓展航天的实验孔家,从而更有效地增强航天器的应用效率。出舱全程分为四个阶段:在轨组装、检查与训练段,出舱准备与过闸段,舱外活动段以及返回过闸段。其中最长的是第一阶段,通常需要耗费10余个小时,最危险和最难的则是舱外话动段。
舱外航天服的戴
飞船发射时,舱外服是打包固定在轨道舱壁上的,因此航天员首先要启封服装,然后把各部分组合成一件完整的舱外服。再把净化器、氧瓶、电池、无线电遥测装置等可更换部件装上航天服。在穿好舱外服后,还要对服装进行尺寸调整,气密性检查和全性能测试。这一过程中,需要两名航天员互相配合,一人操作时,另一人读操作手册并进行确认,以确保所有操作万无一失。
在轨训练
由于地面上用于失重训练的水槽,并不能提供真正的失重状态。航天员穿上舱外服后,还要进行移动和各种模拟操作,以体验失重状态下移动和操作的特点。同时,航天员还要找好开舱门的位置和手脚的着力点。在大约100分钟的在轨训练中,航天员要把整个在轨准备和舱外活动预演一遍,以进一步熟悉出舱程序。
气闸舱
在太空,航天员出舱不能像在地面那样开启舱门就出舱,否则不但舱内的气体会迅速泄光,而且在快速流动的气流作用下,航天员也会像炮弹一样被“发射”到太空中。航天员出舱,必须要有一个过渡过程,这个过渡过程在过渡舱内进行。过渡舱将舱内的气体与外界环境隔绝,起到闸门的作用也称为“气闸舱”。气闸舱有两个舱门,一个与座舱相通,另一个通往太空。
出舱活动
航天员穿好舱外航天服后先进人气闸舱,将气闸舱与座舱间的舱门关闭再将气闸舱内的空气抽空,然后开启气闸舱通往太空的舱门,航天员即可出舱活动。航天员舱外活动完毕,先返回气闸舱,关闭气闸舱通往太空的舱门,再将气闸舱内复压,当气闸舱内空气压力与座舱内压力一致时,开启气闸舱通往座舱的舱门,航天员便可返回到座舱。
出舱的监视和救援
当航天员进行舱外活动时,对于航天员的监视和指导是必不可少的。这要靠地面控制中心和航天器上装置或航天员对其进行监视和指导,发现异常的情况,就通知航天员立即返回舱内。
太空奇景
宇航员透过空间站的舷窗向外俯瞰,地球上的海洋在阳光的照射下呈现出上百种深浅不同的蓝色;当太阳逐渐隐藏到地球另一面时,天空中美丽的橙色与蓝色文织在一起,编织出绚烂迷幻的色彩;夜里,地球上的闪电也变得非常壮观,交替闪烁!就像一场宏大的灯光表演。
太空中看星星
没有大气层这个屏障遮挡人们的目光或遮住太空望远镜的镜头,在太空看星星一个个明亮清晰,不再闪烁。看月亮更有趣:白天,月亮呈浅浅的蓝色,非常漂亮;夜间的月亮看上去比在地球上看亮得多,仿佛是它自己发出来的光。
太空日出日落
由于航天飞机飞行速度很快,太阳出来时好像跃而出,太阳落山时也一样是迅速地隐去。太空中的日出,先是天际出现鱼肚色,接着是几条月牙形的彩带中间宽两头窄,两头陷没在地平线上。突然,耀眼的太阳从彩带最宽处一跃而出此时,一切色彩顷刻消失。每次日出日落,仅仅维持很短暂的几秒钟,但至少可以见到8条不同的彩带出没,它们从鲜红色变为最亮最深的蓝色。在太空中,宇航员12小时之内可以见到8次日落日出,而彩带的颜色每次都在变。
宇宙山峰
美国宇航局发射的“斯必泽”太空红外望远镜曾无意间拍摄到了太空中层峦叠嶂的“山峰”。这几座山峰位于仙后座W5东部地区距离地球约为700O光年,由星际尘埃和气体构筑而成,高度上下可达50光年。山峰的顶上有一些异常明亮的恒星,它们可能是这个地区最原始的一颗恒星爆炸后形成的新星。
球状星团
球状星团是由成千上万颗甚至几十万颗恒星密集而成的集团,因为呈球对称或接近球形而得名。银河系中约有500个球状星团,恒星分布的平均密度比太阳附近恒星分布的密度约大50倍,中心密度则大到100O倍左右。
疏散星团
疏散星团是指由数百颗至上千颗由较弱引力联系的恒星所组成的天体,因为几乎都聚集在银河系赤道平面中,有时也被称为银河星团。与球状星团中恒星高度密集相比,疏散星团中的恒星密度要低得多,疏散星团一般来说都很年轻,只有数百万年历史,比地球上的不少岩石还要年轻。
双星
在太空中常常可以看到一些恒星成双靠在一起,这样的两颗恒星称为双星。在浩瀚的银河系中,我们发现的半数以上的恒星都是双星体,两颗星之间有力学上的联系,相互环绕转动。
星云
星云是一种由星际空间的气体和尘埃组成的云雾状天体,密度非常低,如果拿地球上的标准来衡量,有些地方几乎就是真空。但星云的体积非常庞大往往方圆达几十光年。星云的形状千姿百态,有环状星云,蟹状星云等等,
动物宇航员
自从“神舟”5号成功载人航天井成功着陆之后,宇航员杨利伟也成震四海,成了继美国人艾伦·谢波德、苏联人加加林等人之后的航天英雄。但又有谁知道,在艾伦·谢波德等人类航天英雄之前还有动物航天英雄。为了让人类能有合适的环境及设备上天,人类已用动物做了不少试验。自小狗莱伊卡后,苏联和美国部先后发射了带动物飞行的卫星,这些动物有狗、猴、黑猩猩和老鼠等。它们中很大一部分献出了自己的生命,但是却换回了宝贵的航天技术数据。我们应当永远记住这些可爱的动物宇航员们。
生物火箭
早期把动物送入太空的任务主要是由生物火箭来完成的。生物火箭就是用于生物学研究的探空火箭。它将小动物送人高空,研究它们在火箭密封舱内对飞行的适应性和对飞行综合因素作用的忍受能力,并且研究超重、失重、高空弹射宇宙辐射等因素对生物机体主要生理功能的影响。生物火箭为空间生物学研究、载人航天的生活舱和生命保障系统的发展打下了基础。
动物宇航员
1946至1949年,美国先后发射了8次生物火箭,里面装有植物种子、细菌芽胚和果蝇等生物。1951年6月,苏联把两只小狗发射到110千米高空,并且使它们安全返回地面。从1949年到1958年苏联一共将42只狗发射升空进行试验。1959年7月,又将两只狗和一只兔子发射到160千米以上的高空。
首次动物航天试验
1951年9月,美国“空蜂”号火箭搭载着人类航天史上第一批动物乘客上了天。这些乘客包括一只猴子和11只小白鼠。火箭升入高空71千米后,按预订的程序成功地回收,小白鼠和猴子安然归来。但着陆后小猴子不知是受到了惊吓还是产生了不适反应,在着陆两个小时后就永远地闭上了眼睛。
无名“英雄”
过去几十年里参与太空探索的动物中,以狗宇航员居多,比如名气最大的是一只“鼻祖”级别的莱卡猎犬。早在1957年,它就随苏联发射的“斯普特尼克”2号人造地球卫星进入绕地球运行的轨道。莱卡一时间成了人们津津乐道的传奇“英雄”。但由于卫星没有回收系统,英雄走上了不归路,在太空静静地死去。
猩猩当了宇航员
1961年2月,一只叫做哈姆的猩猩登上了“水星号”飞船进入太空,环绕地球做轨道飞行。哈姆在失重和超重的情况下,依日按照闪现的信号拉动手柄它的反应时间和在地面上的记录没有丝毫差别。科学家由此得出结论:失重和超重不会使反应时间显着减慢。在成功地完成任务后,哈姆顺利地降落在了海洋里,并且继续生活到了27岁高龄。而后,又有一只猩猩乘坐“水星”号飞船完成了3圈轨道飞行。
彪炳史册
1987年9月,苏联发射了一颗人造地球卫星,为了探索人在太空失重情况下的各种功能,使用一只猴子代替人进行各种功能实验,解决了不少难题。除此之外,自第一颗人造卫星上天以来,不少的老鼠,狗等动物先后进人太空,完成了一次又一次的航天实验。它们的功绩都已载人了人类的航天史册。
宇航员的选拔与训练
宇航员的选拔与训练是保证飞行安全和完成航天任务的一个重要环节,在载人航天计划中一直受到高度重视。美苏两国在20世纪50年代末都曾把首批宇航员的选拔训练当做一项大事,成立了专门的选拔训练工作组。载人航天实践的经验表明,人类航天的成功与宇航员的严格训练是分不开的。
身体素质
宇航员在太空飞行中,要经历种种恶劣环境的考验,这就要求宇航员必须具备强壮的身体。目前,国内外挑选宇航员的标准仍按照飞行员身体考核标准,需经过严格的医学选拔和体格检查。除了由专业医务人员对他们实施全面检查(包括外科、内科、神经精神科、眼科和耳鼻喉科),还要做航天医学特定的检查,如离心机试验、低压舱试验等。
心理测试与训练
除了有一个好的身体素质,宇航员还要有好的心理素质。宇航员的心理素质包括感觉判断能力、反应速度、动作协调性控制能力等方面。感觉判断反映在宇航员对航天器飞行状态的判断上,如宇航员对航天器的空间对接和在其他星球上降落的判断力。
失重训练
宇航员初入太空时都会感到头昏脑胀,动作不协调,这是人体受失重环境影响的反应,在上天之前,宇航员必须专门进行失重适应性训练。地球上寻找失重环境很不容易,一般用飞机改装成失重飞机。当失重飞机在作抛物线飞行时,有30秒的失重环境。宇航员在没真正进入太空之前就在这种环境中反复训练。
目前,各国的宇航员都是从优秀的空军战斗机飞行员中初步选拔出来的经过层层筛选之后,大概是在100名参选的飞行员中才能挑选出1名正式宇航员是真正在百里挑一,宇航员的身高在1.6~1.7米之间,体重限制在50千克以下。体重超标者可使太空舱负载过重。
前庭功能训练
前庭功能训练指的是采用转椅。秋千等旋转和摆动设备产生线性加速度和旋转加速度;或在失重飞机上让宇航员头部运动,对宇航员的前庭器官进行刺激,以提高前庭器官的耐受能力。
超重适应性训练
超重适应性训练根据运载火箭载人时的最大超重值以及载人航天程序来安排训练。训练主要是在大型离心机或在飞机的超重飞行中进行。这项训练的目的除了提高宇航员的抗超重能力外,还可以在超重环境中训练他们的航天技术操作。
对年龄的要求
以前对于宇航员的年龄是没有严格限制的,但最近美国宇航局修改了选拔宇航员的规则:在长期的太空任务中,理想的宇航员候选人应该是那些年龄更大的人,他们的年龄至少要在30岁以上,具有情绪稳定史,从未出现过任何沮丧或神经质倾向,此外,他们最好是擅长社交的内向者,因为这样他们既能和其他人友好相处,但又不至于过于讨好别人。
航天员的魔鬼训练
为了提高航天员对特殊环境的适应性和耐受力,需要对航天员进行在航天特殊环境下“魔鬼般”的训练。当时苏联就曾为了准备阿波罗-联盟计划,要求其航天员在一年半的训练时间内,骑自行车1000千米,滑雪3000千米,越野跑步200多千米。职业航天员训练一般需要三四年,载荷专家一般需要两年半时间。
海量的理论学习
理论学习的时间约为6个月到1年。在这段时间里,航天员要学习很多基本航天知识。如中国航天员的基础理论训练就开设了载人航天工程基础、航天医学基础、医学生理性基础、地理气象、星空识别等13门课程。这个时期尽管体力付出少,危险性小,却是他们训练中最艰苦的时期。
体质体能训练
航天员在太空飞行,尤其舱外活动时,别看就走几步,体能消耗特别大。体质训练是为了提高和巩固航天员身体素质,增强抗病能力,使航天员能够以健康的体魄和旺盛的精力完成训练任务和飞行任务。这方面主要训练方式是通过田径、游泳、体操、球类等活动以提高其力量、耐力、速度、反应、柔韧性、灵活性、协调性、平衡能力。体能训练贯穿载人航天的全过程,航天员每天都要进行一两小时的体能锻炼。
环增耐受力的训练
火箭起飞及飞船返回时,航天员受到很强的重力加速影响。航天员必须通过在离心机上周期性的训练和适应而获得超重耐力。在微重力和失重太空中,航天员身轻如燕,如不被束缚就飘来飘去,这可不好玩,因为会感到有点头晕脑涨,甚至有时定向能力发生困难。而且在出现应急情况时,航天员也可能遇到比较严重的非正常环境。航天员需要进行这些环境训练,以提高对这些环境的耐受能力。
心量训练
航天任务是高风险的,也是远离家庭与社会的狭小孤独环境下单调、紧张的工作。心理训练是很必要的。心理训练有很多种,如能够消除航天员的紧张情绪的跳伞训练。航天员在太空处于狭小的空间内,与世隔绝有孤独感,容易导致心理失衡,这也需要进行隔离训练,航天乘员组的选配也是对抗孤独的重要措施,不仅要技术上互补,更要有出生入死的战友情。
前庭功能训练
遨游太空的航天员常发生航天运动病,出现头晕、恶心、出虚汗等症状工作效率低下。这是因为身体维持平衡和确定身体方位的众多感觉器官,特别是眼睛,内耳前庭器官不适应失重环境造成的。主动训练和被动训练前庭有助于克服太空病。训练包括:产生视动刺激、旋转球屋滑冰、冲浪、旋梯、滚轮等运动项目。
蓝天飞行训练
在载人航天器飞行训练中,航天员要学习航天器的组成和性能,特别是要学习当某一系统发生故障时,如何发现,检查和排除。要学习各种操作技能包括起飞前进舱、上升段飞行、太空飞行、返回制动、再人大气层、着陆的全过程。更重要的是航天员要学会使用各种训练器,模拟器并进行必要的飞行训练。
耐受能力的训练
航天员是在空间从事航天活动的人,他们要在超重、失重等不同于地而的特殊环境条件下,在航天器的舱内外完成飞行监视、操作、控制,通信、维修以及科学研究等特殊的工作任务,并能正常地生活。这就要求航天员对航天特殊环境有很强的耐受能力,因此必须对航天员进行严格地训练。
超重训练
航天员在发射和返回的过程中要遇到超重,超重耐力低的人会因此而出现晕厥或呼吸困难。超重和体重可没关系,只是人的体重和体内的脏器的重量增加好几倍。超重训练主要是依靠离心机来完成的,在不断地调整离心机转速中,最大限度提升航天员耐受力。还可以结合今后的飞行任务,模拟飞船上升和返回时所遇到的超重曲线,进行周期性的训练,或加人其他因素进行综合性体验。
失重训练
航天员在太空中处于失重状态。失重时,人的血液常往头部转移,对人体的健康有影响,也影响日常生活和工作效率。利用失重飞机所产生的短时间失重,是训练航天员在失重条件下生活和工作能力的最有效的方法。航天员可以利用这短暂的失重时间,体验失重感觉,进行设备、仪器和工具的简单操作训练以及饮水、进食训练,进行某些科学实验、准备出舱活动、穿脱航天服、出舱活动、组装和维修工作等训练。
低压训练
航天活动是高风险的,有着无数变数和未知。例如在航天器座舱一旦出现泄漏或生命保障系统出现故障,座舱内的气压有可能下降,造成低压环境。为了使航天员对低压环境有所体验,并提高耐受能力需要进行低压环境训练。该项训练在低压舱内进行,低压舱有一系列保障航天员安全的设备,实时对航天员的身体状况进行监测,并与航天员保持对话,一旦发现受训航天员有异常,立即复压。
失重水池
“失重水池”这个名字听起来很有意思吧。利用水池进行失重训练,主要着重于舱外活动的操作训练。这种失重训练,训练时间长,还可以在水池内设置舱外活动所涉及的航天器和设备的实体模型、并进行航天自舱外活动全过程实物训练。“失重水池”的大小不等。小型水池只能使航天员体验一下飘浮感觉。大型水池可以完成航天时所需要的种种动作,如苏联在加加林航天员训练中心建造的大水池,可把载人飞船和礼炮号航天站1:1的真实模型放进去。
浸水训练
浸水训练,即人全身泡在水里,处于种相对失重的状态下,人体重量减轻,以让航天员在相对接近太空状态下进行训练。人在水中时,由于流体静压和重力负荷作用减少,可产生类似失重时的一些变化和感觉。这种方法不是真正的失重,只是模拟失重产生的体液向头分布和漂浮感。浸水训练是在一个大水槽中进行的,可以训练航天员失重情况下的工作能力。
航天训练设备
航天事业是伟大的壮举,可是仅仅有一腔的热情,那也只会心有余而力不足的。航天员在翱翔苍穹之前,为适应太空的特殊环境,必须要进行艰苦的训练。他们的训练生活总是会和特殊的航天训练设备相伴。训练时,航天训练设备可是航天员最为亲密的伙伴。让我们来一睹这些设备的风采。
“大哥级”训练设备
各国航天员培训中心都拥有大量训练设备,依据所执行的任务不同,训练方式方法的差异以及其他因素的影响,训练设备不尽相同,如单系统训练器、中性浮力实验室、飞行模拟器、太空行走训练真空舱、大型人体离心力和失重飞机等。但基本的训练设备类别大体上是一致的,这些“大哥级”训练设备有:航天器实体模拟训练器、航天器各系统训练器、飞行训练模拟器、计算机辅助训练器、人用离心机、中性浮力水池。
航天飞机飞行模拟器
在大地母亲怀抱中对太空的别样体验,像飞行模拟器这样的设备是必不可少的。它能够逼真地模拟太空飞行的全部过程,还能模拟航天员在飞行过程中所有的操作,能够在一定程度上模拟飞行环境,也能够在视觉上提供全部逼真效果。很神奇吧!
非游泳的大型水池
大型水池是用来给航天员训练游泳技术吗?当然不是,失重飞机次飞行中创造出20~30秒钟的失重环境,是比较短暂的。为弥补这缺陷,就有了大型水池的出现。水池中的水密度比一般水大,使得穿着舱外航天服的航天员入水后能够处于漂浮状态。他主要用于航天员太空行走和舱外操作、组装、维修等训练。中国的失重水池是亚洲最大、世界上第三大的模拟失重训练水池,整体设计寿命为30年。航天员下水后,通过增减配重使人体的重力和浮力相等,就会产生模拟失重的感觉。
超重耐力缔造者
人用离心机可是航天员最有价值的伙伴之一。离心机臂端的吊篮里有躺椅、仪表板、手控制器和联动装置及环境控制系统、加压服和生物医学仪器。离心机的安全设置系统是相当完善的以防航天员出现不适情况,可以即行停机。离心机用于产生各种加速度环境对航天员进行超重耐力训练,以提高航天员对超重的耐力及在超重条件下操纵飞船和通信的能力。
失重飞机
失重飞机可不是出现事故,从高空中掉下来。在太空失重环境下失重不仅对航天员的身体有影响,影响航天员的工作效率,对飞船中的很多仪器和设备也有影响。失重飞机就有了光荣的任务——在地面上创造一种失重现象,对航天产品进行测试和考验,提升航天员抗失重能力,以适应这种特殊的工作环境。失重飞机飞行到一定高度和速度时,以一定的操纵程序进人特别设计的失重抛物线飞行,便产生了失重或微重力现象。
KC-135喷气式运输机
美国作失重训练用的失重飞机是一种经改装的有4个引擎的KC-135喷气式运输机。这种飞机在作抛物线飞行时每次可产生30秒钟的失重。每堂课一般要连续1行两三个小时,完成多次的抛物飞行,使航天员感受、体验和熟悉失重环境。在失重的时间里可以做各种试验,如吃东西、喝水、穿脱衣服、闭眼与睁眼的定向远动甚至可把一个舱体搬进机舱中,还可以进行人在失重的时间里从舱体爬出来的试验,训练太空的出舱活动。
加加林训练中心
世界上能够独立训练航天员的场所只有三个:俄罗斯加加林训练中心、美国休斯顿航天中心和中国航天员科研训练中心。今天让我们一起探访被誉为“宇航员的摇篮”的加加林宇航员培训中心吧。
星城
加加林航天员培训中心坐落在距莫斯科30千米的森林中,以加加林航天员培训中心为主在当地形成了一个城镇叫做“星城”。从人类第一位航天员加加林开始,苏联和俄罗斯所有航天员以及一些国际航天员都是在这里培训的。加加林航天员培训中心拥有完善的训练设施与训练经验丰富的教员,并能够独立完成航天员所有的培训科目。
各种实验室
加加林航天员培训中心拥有各种实验室。如飞行实验室拥有伊尔-76失重飞机,可以进行航天员失重训练、医学生物学试验、航天器机构试验等。有最主要的舱外活动训练设施——中性浮力实验室,航天员可以在置于水池中的太空设备上进行模拟失重环境的舱外活动训练。还有超重模拟实验室,实验室内有大、小各种用途离心机,用于航天员训练、航天员医学检查、科学实验、太空设备试验等。
生存训练
加加林航天员培训中心能够进行航天员的山区、森林、沼泽地、沙漠冰原(零下45℃)和海上生存训练、中国航天员吴杰和李庆龙曾来到这里接受训练。在北极圈内,他们顶着四五级的大风,就地取雪搭起圆锥形的雪屋,俨然过着爱斯基摩人的生活。在高寒野外生存训练6天多,由于训练辛苦训练结束时他们的体重部下降了4~45千克。这绝对是最夸张的“减肥”
任务训练
加加林航天员培训中心拥有包括联盟TM号飞船综合模拟器、太空站综合模拟器、对接训练模拟器等大型训练模拟器。利用这些极为真实的实体完成航天员操作航天器的训练任务。
发射场训练
航天员太空飞行训练的最后阶段在拜科努尔发射场进行。培训中心在这里拥有完善的训练设施,包括联盟TM号飞船模拟器,用于进行人工控制对接训练;对航天员进行医学检查和训练航天员在太空环境耐力的实验室。发射场里还有供航天员使用的电影厅,户外游泳池和运动场。
飞行和跳伞训练
宇航员的飞行训练在米格喷气式教练机上进行,跳伞训练在L-39飞机上进行。
飞向太空第一人
你知道是谁第一个摆脱地球引力,完成世界上首次载人宇宙飞行,实现人类进人太空的吗?他就是苏联宇航员尤里·阿列克赛耶维奇,加加林。1961年4月12日,他乘坐“东方1号”飞船进入太空,从而成为世界上第一个进入太空的宇航员。
拼搏的青少年
有着传奇生涯的尤里·阿列克赛耶维奇·加加林于1934年3月9日出生在苏联格扎茨克区卢希诺镇集体农庄的一个木工家庭里,家庭经济并不宽松。在农村度过童年的加加林体味到了生活的辛酸。15岁时,他就停止了中学的学业,进工厂作翻砂工,同时晚上去上工人夜校。也正是这种种生活的磨砺,既让他锻炼出强壮的身体也掌握了丰富的知识。1951年,他以优异的成绩考取了伏尔加流域萨拉托夫的工业技术学校。
第一位航天员为什么是加加林
加加林凭什么在众众多航天候选人中脱颖而出。苏联首批航天员队的领导之一卡尔诺夫是这么回答的,“因为加加林具备了如下无可争辩的品格:坚定的爱国精神、对飞行成功的坚定信念、优秀的体质、乐观主义精神、随机应变的智能、勤劳、好学、勇敢、果断、认真、镇静、纯朴、谦逊和热忱。”同时加加林也满足赫鲁晓夫当时还做过的指示:必须是纯俄罗斯人的要求。因而,第一位航天员非加加林莫属。
航天生涯的起步
加加林的飞行员生涯是从萨拉托夫开始的,他加入了萨拉托夫航空俱乐部,业余时间学习飞行。1957年,加加林从奇卡洛夫第一军事航空飞行员学校结业,成为北方舰队航空兵部队的一名出色的歼击机驾驶员。两年后经过极严格的选拔,加加林被选入航天员队伍被送往莫斯科接受特种训练。以忠贞的信念、优秀的体质、乐观的精神和过人的机智,他成为苏联的第一位航天员并从此开始了他辉煌的航天生涯。
世界第一的诞生
1961年4月12日莫斯科时间上午9时零7分——这是我们应该永远铭记的一刻!加加林乘坐东方1号宇宙飞船从拜科努尔发射场起航,在最大高度为301千米的轨道上绕地球1周,历时1小时48分钟,于上午10时55分安全返回,降落在萨拉托夫州斯梅洛夫卡村地区。加加林完成了史无前例的载人宇宙飞行,终于实现了人类数千年以来的飞天愿望。
永恒的记忆
加加林死后,其骨灰被安葬在克里姆林宫墙壁龛里,他的故乡格扎茨克被命名为加加林城,他训练所在的宇航员训练中心也以他的名字命名。俄罗斯把每年的4月12日定为宇航节,以纪念加加林首次进入太空的壮举。国际航空联合会设立了加加林金质奖章。月球背面的一座环形山也是以他的名字命名的。加加林成为宇宙时代的象征。加加林虽然永远的走了,但他却留下永恒的回忆他直活在人们的心中。
新星的陨落——飞机失事
加加林成为世界航天第一人后,获得了极高的殊荣和各种令人尊敬的称誉。可这位传奇式英雄并不满足现有的成就,决定在航天上再登高峰。可是在加加林自信满满准备第二次航天飞行时,灾难发生了。1968年3月27日,他和飞行教练员谢廖金在一次例行训练飞行中,因一架双座喷气式飞机坠毁而罹难。年仅34岁的航天英雄加加林就这样永远地离开了。
太空中的女性
在人类对太空的探索进程中,出现了一批杰出女性的身影,她们为人类航天事业作出了卓越的贡献,甚至献出了宝贵的生命。她们用自己的行动证明了航天事业不只是男性的工作领域,女性也能够做得同样出色。她们大无畏的精神将激励一代又一代的航天志士们奋进。
第一个登天的女性
苏联的瓦莲蒂娜·捷列什科娃是第一位飞入太空的女性。她在1963年6月16R发射的“东方”6号宇宙飞船中绕地球飞行了45圈,并于6月19日跳伞返回地球。瓦莲蒂娜·捷列什科娃在自愿参加太空训练之前是个纺织女工,热爱跳伞运动。
麦考利夫献身蓝天
1986年1月28日,美国“挑战者”号航天飞机升空73秒后发生爆炸,时年37岁的女教师麦考利夫等7名机组人员全部遇难。麦考利夫是一位相当有名的社会学教师,1985年她从11000名应征教师中被选中搭乘“挑战者”号升空,准备在太空向美国的250万名中学生讲授“太空课”。
第一位在太空漫步的女性
1984年,苏联宇航员斯维特洛娜·萨维茨卡娅成为世界上第一位在太空行走的女性。她和指令长贾尼科别科夫于7月25日走出“礼炮”7号空间站,在舱外进行了3小进39分的活动,用万能手动工具连续完成了切割、焊接和喷涂等复杂的太空任务。
美国“奋进”号航天飞机于2007年8月8日搭载着包括女教师宇航员芭芭拉·摩根在内的7名机组成员、从佛罗里达州肯尼迪航天中心顺利升空。55岁的小学教师芭芭拉·摩根正是1986年“挑战者”号航天飞机事故中遇难女教师克丽斯塔·麦考利夫的替补。摩根此次的任务是在太空中对地球上的学生进行授课。
全球首位黑人女宇航员
美国的女宇航员梅·杰米森于1987年6月入选美国宇航员队伍,成为美国历史上第一位黑人女宇航员。1992年9月12日,梅·杰米森乘“奋进”号航天飞机升空,在太空实验室中完成美国和日本合作的44项生命科学和材料制造实验任务。
艾琳·柯林斯
美国的艾琳·柯林斯是第一位进入太空的美国女性航天飞机驾驶员,还是第一位女性航天飞机副指令长。柯林斯先后经历了3次太空飞行,1999年,她驾驶“哥伦比亚”号航天飞机出色地完成了指定任务,将“钱得拉”×射线天文望远镜送入预定轨道。
女宇航员飞行记录
美国女宇航员威廉姆斯创造了女性最长太空飞行时间纪录——]94.75天。她打破了由美国宇航员香侬·露西德1996年在“和平”号空间站创造的188天的世界纪录。从2006年12月开始,她一直停留在国际空间站上。威廉姆斯于1998年加入美国宇航局,在此之前她直在美国海军中任职,担任海军飞行员。她的飞行时间超过23D0飞行小时,驾驶过30多个不同的飞机。
航天事故
现代航天事业取得了一系列巨大的成就,但其中也遭遇到不少的挫折与麻烦。据统计,迄今为止共有22名航天员在载人航天事故中牺牲,美国有17人,其中3人在“阿波罗”1号飞船地面试验中死亡;苏联5人。另外还有由于飞机飞行事故死亡的航天员18名,其中美国11名,苏联7名。
“阿波罗”1号飞船失事
1967年1月27日,这是人类航天史上一个悲惨的日子。3名美国宇航员在进行“阿波罗”1号飞船登月任务的训练时因飞船失火而丧生,成为人类航天史上最早因飞船事故而遇难的航天人。“阿波罗”1号飞船事故震惊世界的原因是它不是发生在太空,也不是发生在月球,它发生在人们通常认为不存在任何危险的地面测验中,完全出乎人们的预料。
第一个遇难的宇航员
1967年4月24日,苏联宇航员弗拉基米尔·科马洛夫驾驶着未完全建造好的“联盟”号升上太空。24小时后,返回地球着陆时因为主降落伞没有弹出来他遇难身亡。弗拉基米尔·科马洛夫成为世界上第一位在执行空间飞行任务时献身的宇航员。
“阿波罗”13号死里逃生
1970年4月11日,美国“阿波罗”13号飞船发射升空进行计划中的第3次登月飞行。飞船飞行到55小时54分53.3秒时服务舱中的2号贮氧箱发生爆炸。这些情况都通过电视实况转播给了全世界,使成千上万的人目瞪口呆。休斯敦飞控中心随即决定中止登月飞行,命令宇航员利用完好的登月舱立即返回地球。4月17日,3名宇航员依靠自己的智慧和毅力,终于乘坐指令舱返回了地球,平安地降落到太平洋洋面上。
在“阿波罗”1号地自试验事故中丧生的航天员维吉尔·格里索姆生前曾经说过:“如果我们死了,我们想让人们接受这一事实。我们所进行的是一个冒险的事业。我们希望,如果我们发生了意外,这一计划将不会因此而延误。”
“哥伦比亚”号的悲剧
2003年2月1日晚10时许,美国“哥伦比亚”号在原定降落时间16分钟前与地面控制中心失去联络,继而在得克萨斯州中部上空解体,7名宇航员无一生还。
“礼炮”号失事
1971年6月29日,苏联的“联盟”号飞船与“礼炮”号空间站对接飞行24天后,宇航员格奥尔基·科马洛夫、弗拉基米尔·沃尔科夫和维克托·帕沙耶夫返回地面,在归途中因密封舱漏气,同时又未穿宇航服,结果3名宇航员在舱内窒息而死。
“挑战者”号航天飞机失事
1986年1月28日,美国“挑战者”号航天飞机在升空73秒后爆炸,7名宇航员全部丧生,其中包括中学女教师克丽斯塔·麦考利,美籍日本人埃利森·鬼冢其他5人分别是弗朗西斯·斯科比、迈克尔·史密斯、朱迪斯·雷斯尼克、罗纳德·迈克奈尔和格雷戈里·贾维斯。
太空作息
由于人在太空中的生活环境与地球表面的生活环境迥然不同,宇航员要想顺利完成任务,面临的实际困难是多方面的。比如吃饭、睡觉、工作等等,这些在地面上是很普通的事,在太空中就变得奇妙和艰难起来。
太空进食
宇航员的各种食物、餐具部是固定好了的。为了防止食品碎屑到处飘,影响宇航员或设备的正常工作,这种食品往往都用小包装制成与人嘴大小相近的方形、长方形或小球状的“一口吃”食品,吃时不必再切开。宇航员从食品柜里拿出食品后,要把装食品的复台塑料膜袋剪开一个小口,把叉子伸进口袋里叉着食物后再往嘴里送。如果宇航员要喝汤、羹、汁或吃果酱时,就直接从塑料口袋或牙膏状的软铝管里一点一点往嘴里挤就可以了。
新式睡袋
现在,欧洲航天局设计了一种新式睡袋,睡袋的上下两层都可以充气。充气后,睡袋被拉紧给宇航员施加一定的压力,这样,不仅能改善胸部的血液循环,还可以消除飘飘然的下坠感,使宇航员感到好像在地面上睡觉一样。
太空中的睡眠
曾有一名宇航员睡觉时习惯将手臂放在睡袋外,一次在他朦胧中发现有两个怪物正迎面向他飘来,吓得他出了一身冷汗。定过神来后,才知道那两个“怪物”原来是自己的两条手臂。在那以后,就规定宇航员睡觉时应将手臂放在睡袋内,如果非要放在睡袋外,则应将双臂绑住。绑住手臂的另外一个作用是,不让手臂在睡梦中碰着仪器设备的开关。宇航员在太空一般都睡不好觉原因有多种。首先是人体的生物钟被打乱了;在太空,约90分钟左右绕地球一圈,也就是一个昼夜只有90分钟。其次是仪器设备工作时产生的噪声和静电发出的响声也会影响到宇航员的睡眠。还有就是宇航员所处的环境是失重环境睡觉时仿佛头和躯干分离着一样,身子底下空荡荡的,没有支撑,犹如掉入了万丈深渊。
奇特的洗脸和刷牙方式
宇航员洗脸刷牙比较奇特,为了防止水到处乱飘,一般用湿毛巾擦一擦脸就算是洗脸了;刷牙时,用牙刷蘸上牙膏来回蹭几下,然后再用湿毛巾把牙齿擦干净刷牙就算完成了。如果像在地面上那样刷牙,牙膏泡会飞得满座舱都是。
太空专用洗发液
由于在太空中不可能有很多的水供给宇航员冲洗头发,所以宇航员使用的洗发液是免冲型的,在失重的状态下能变为十分细小的颗粒,而且很容易带走头上的污垢,洗完后只要用餐巾纸或毛巾一擦,洗发液就被清除得一干二净。宇航员的洗发液是特制的,96%的成分是从植物中提取的。用这种太空洗发液洗过的头发,完全不用发胶,摩丝和吹风机,既能显示头发的自然美,又特别容易梳理。
太空淋浴
在太空淋浴时,宇航员先要跨进一个直径约1米的圆环中,然后拉起圆环,连着圆环的折叠布筒就会伸开挡住水,然后把圆环固定在天花板上,人就完全被罩在里面。在打开水龙头前,宇航员必须把双脚固定好,还要戴好呼吸罩和护目器,因为失重状态下,水会呛伤人,甚至把人溺死。由于水是定量供给的,宇航员在不需要淋浴时必须关上喷头,以后再用剩下的水冲洗。洗过澡的污水不会自动往下流,需要开动水泵把水连同空气一起抽走,附在布简上的水球要用吸尘器一点一点吸走。
卫生处理
载人航天初期,多为男航天员,可使用大小便收集袋,粪便经过干燥处理后带回地面。后来有了改进,如美国在“天空实验室”中装有小便漏斗,尿液经管道抽入一个容器中处理。在舱壁上设有侧孔式厕所,大便时将臀部塞入便座中,双手抓住两边的把手,以免身体飘飞。大便用气流抽入一个袋中,水份和气体经过滤网进人容器中处理,固体物质则由便袋收集,随后处理。在失重环境中剃须和理发更不能随意,必须使用能自动收集须渣和头发的刀具,否则,须渣和头发弥漫在空中,危害可比牙膏沫厉害得多,仅仅是它们粘在皮肤上,就奇痒难耐。
定期卫生大扫除
不要以为居住在太空中就不用做清洁工作了。载人航天器也一样有灰尘和霉菌。它们的产生与舱内设备仪器工作和宇航员居留有关。在空间站上宇航员不可能在失重条件下使用含水的抹布或拖把,因此宇航员只能用浸渍过消毒物质的拭布来擦干净控制板和仪器,在必要时会接通专门的吸尘器。
医疗保健
长期生活在太空中的宇航员,身体状况也会发生变化,因此也需要定期检查和监测。为此,科学家们在载人航天器上不仅安装了专门针对宇航员的医学检测和监视设备,还配备了专门的药箱和各种常用药品,以备急用。另外宇航员在出舱工作时,还随身携带着小型的遥测系统,可以将宇航员的生理信号传回地面进行实时检测地面的专业医务人员可随时对宇航员的各项生理指标进行分析和处理。
太空锻炼
长时间在失重的太空中生活,会对人体的骨骼发育和骨质密度产生影响。为了防止宇航员们的骨骼回到地球后因骨质疏松而骨折,他们每天再忙也要在吃饭前抽出一个小时做运动。不过,由于太空环境下做出一个再微小的动作也要花费很长的时间,因此最后锻炼的实际时间一般会是5个小时。
在太空中工作可不像在地面那样容易。宇航员所要面对的是一个失重的环境、在出舱时要穿着专门设计的宇航服,由于宇航服内是加压的,很难弯曲,因此宇航服上有特殊的关节设计来防止影响宇航员的正常工作。就连平时使用的工具也有反作用力的设计,以防止这种反作用力对人体的伤害。而在舱内工作就不需要穿着特制的宇航服穿着轻便的常服就可以了。
文化娱乐
宇航员在太空中只工作一年左右就会回到地球。因为太空里非常寂寞,一个人长期孤独地待下去,而不与其他人交往,会产生焦虑,焦虑过度会导致精神失常。虽然空间站里装有双向电视系统,宇航员可以与家人通过电视电话交谈,见面甚至联欢但它毕竟代替不了实际交往。因此,宇航员在太空不能呆太久。
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