第三节 载人飞船---地球轨道飞行器 |
载人飞船舶实质上就是更大的人造地球卫星，不过它能载人，因此它要比人造卫星大得多，要有专门的防辐射的增压舱及生命保障系统，应急救生系统，当然还要有回收系统。它的重量比卫星要大得多，也就要有推力更大的运载火箭。1961年4月12日，苏联发射了第一艘载人飞船东方号，由第一个宇航员加加林绕地球一圈后返回，载人飞船的展经历了三个过程。
首先是把人送入轨道并安全返回的第一代载人飞船―苏联有东方号，美国有水星号。
其次发展载人空间飞行的基本技术，如轨道飞行，交会对接以及考察宇航员出舱活动的能力等，苏联有上升号、联盟号，美国有双子星号、阿波罗号。
第三，发展小型实验性的航天站（大型的载人飞船），进一步考察人在长期空间条件下的生活和工作能力，并为建立地球轨道的实际应用和军事利用的大型空间站积累经验。苏联有礼炮号，美国有天空实验室，航天飞机。
这是因为人在空间会遇到一系列新的问题，如长期处于轨道飞行的失重状态下，人将不能很好判断方向和位置，还会影响人体面的一些生理机能，和引起肌肉萎缩；还会改变人的生活方式―衣食住行都会有所不同。外层空间有幅射带，也会对人体起一定影响。因此必须在空间逐步地延长航行时间，及作各种不同的活动，取得经验，才能保证安全地作宇宙航行。另外通过载人飞船与无人飞船的会合对接，从而证明人是可以在空间组装空间结构，为建立永久性的大型航天站创造条件。 |
| 航 天 站 |
航天站实际上是巨大的载人飞船，一般没有工作舱、服务舱、对接舱 ，并有巨大的太阳能电池板。工作舱内部主要设置有关研究试验用的仪器设备；服务舱主要安装机动发动机、推进剂、氧瓶、供电系统、无线电系统称，姿态控制发动机……等；接舱用以对接载人飞船或送给养的自动飞船等。
在航天站上进行的科学研究及实验有长期失重的影响和失重下的一些科学实验，如生物在空间的生长，合金的冶炼，滚珠的制造等新工艺新技术。另外还有对地球及其他星体观察……等。现简单介绍一下美、苏两国的航天站。
天空实验室，美国于1973年5月14日发射，主体直径7米，长36米，工作舱的体积为316米（立方）.总重82吨，是迄今为止最重的人造天体（航天飞机的轨道器除外）。用土星―5型运载火箭发射到435公里高的圆形轨道，然后再用土星―1B运载火箭把乘有三名宇航员的阿波罗飞船送上轨道与其对接，前后共有三批9人登上天空实验室工作，最长时间为84天。原来打算运行到1983年，再同航天飞机运载一个变轨发动机转移到更高轨道，计划运行100年，由于太阳黑子活动、空气分子上升，高度迅速下降，在1979年7月20日坠落于澳大利亚荒凉的西南地区。 礼炮6号，苏联于1977年9月发射，主体直径6米，长13米，工作舱体积100米（立方）。重19吨，有两个对接口，由联盟号运送宇航员，一次二人，也可由前进号无人飞船供应推进剂及给养等，（一人一天需食物、氧及水4公斤），并遥控供应推进 剂，三块太阳电池板面积为60平方米，可发出400瓦电力。最长时间达185天。
航天站也完全可以为军事活动服务，宇航员可以在航天站上利用各种手段进行侦察，并立即进行分析判断，提出有价值的情况。也可把它作为一种反卫星武器，进行检查、拦截，美苏两国均进行了这方面的试验。；苏联近年来一直在使用礼炮号进行一系列活动，进行与载人飞船对接，一批批地输送宇航员进入航天站进行各种活动，并于1982年12月10日在礼炮7号创造了人在空间221天记录。美国手几年的航天活动，改用航天飞机。没有再发射这一类的航天站。 |
| 航天飞机 |
美国已发射了天空实验室，为什么要研制航天飞机呢?这是因为载人飞船、航天站都用运载火箭发射，都是一次使用，发射一次耗资很大，如雷神火箭 发射一次，可送上载荷4吨，耗资1000万美元，发射天空实验室地土星火箭，发射一次要6000万美元。今后的宇宙航行活动需要更大的航天站，就需要更大的火箭或者几个发射部件的火箭，而火箭发射一次后就不能使用，这样就太不经济了。因此提出航天飞机方案，要求能重复使用，预计使用一次，可运送30吨载荷，耗资也是1000万美元，经济效益要好得多，1981年4月21日，美国第一次发射了航天飞机，并试飞成功，至今已初步投入正式使用。
航天飞机究竟是什么呢?简单地说，它起飞像火箭，飞行象飞船，着陆像飞机。它由固体助推器，轨道器和外挂推进剂贮箱三部分组成，轨道器像一架大型三角翼机，相当于运7运输机大小（翼展23.79米，机身37.2米，重114吨）。尾部装有三台液体火箭发动机，推力各为1960千牛顿（200吨），推进剂为液氧与液氢，另外还有两台机动发动机，推力为26460牛顿（2700公斤），用于调整轨道上的速度。前部的乘员舱为密封增压，上部为驾驶舱，可容纳指令长、驾驶员、工程师等3―4人，中部为生活舱，下部为设备舱。轨道器中部为一大货舱，长18米，直径4.6米，相当于一节火车车厢，用以运送有效载荷如卫星 、航天站部件、天文望远镜等。为了便于释放或捕获有效载荷，还有长达18米的机械手及电视机装置，载重30吨。轨道器后部为三台主发动机及垂直尾翼。轨道器有相当于飞机的气动舵面（方向舵及升降副翼），襟翼及减速板；另外还有44个小发动机。分布在机头机尾，作为在大气外层时操纵彡，轨道器外部还根据返回大气层时受热程度覆盖了4万块不同的防热砖。翼下挂有两台固体火箭助推器，直径3.7米，长45.46米，每台推力为12348千牛顿（1260吨）重340吨，轨道器下挂有主发动机用的推进剂贮箱，直径8.38米，长46.54米，重约60吨，内贮液氧和液氢共736吨，故总重约220吨，总推力30576千牛顿（3120吨）。 |
| 航天飞机垂直地竖立在发射台上，将三台主发动机及两台助推火箭点火后，航天飞机即缓慢地垂直起飞，上升到50公里处，固体火箭分离，并用降落伞减速落入海上回收，以备再用，可使用20次。轨道器带推进剂箱继续前进，航天飞机逐渐倾斜，最后使贮箱，掉入海中不再回收，轨道器按惯性飞行一段后，启动机发动机加速到入轨速度，轨道可以有几种，高度在100―1100公里内，入轨飞行后，轨道器转向正飞，视任务及所带供给决定在轨道上运行时间，一般为7天到30天。返回时，首先离轨制动，其办法是轨道器先水平方向转180°，尾部向前，启动机动发动机二分钟，将其减速，并下降高度，半小时后，再转180°，机头重新向前，并以大迎角姿态进入大气层，此时温度上升，致使与地面的通迅联络中断几秒钟（有人把这种现象叫做“黑障”），下降到48公里高度处，迎角渐渐减小，速度下降；到24公里高度处，俯仰角22°，速度158米秒，就能象亏音速飞机那样着陆了。航天飞机的飞行过程见图6.33着陆后，取下有效载荷，放掉剩下的推进剂，进行维护检查；然后再拉到装配大楼，竖立起来，装上贮箱及助推器，灌注燃料等，又可准备再次发射。周期约为两周，轨道器可重复使用100次。 航天飞机的用途有以下几项：
1.往轨道上部署各种应用卫星和科学实验卫星。
2.回收妇生故障或失效的各种卫星，并参它们实施空间维修，见图6.35如空间维修困难，则可带回地面检查修理。 |
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3.可与空间实验室（由欧洲航天局研制）配合作用，在空间环境中，对化学、生物、医学、天文学、制药学和空间生产等方面进行研究。
4.向轨道上运送航天站的部件，以便在空间组装成大航天站；或运送深空探测器和运载工具，以便空间发射。
5.为正在空间运行的航天器和卫星送推进剂，或向航天站送人员及后勤供应等。
6.执行应急的空间营救任务等。
此外航天飞机还可以执行军事任务，如反卫星、军事侦察，战略轰炸……等。
航天飞机除前面所说经济性好外，还有使用维护周期短，准备两周即可发射，而运载火箭一般要一、两个月。由于航天飞机控制了过载，轨道器内的生活环境接近于地面，因此乘员不要求一定是宇航员，一般科学工作者进行短期训练后，即可乘航天飞机进行空间科研活动，据说美国氦将航天飞机公开售票，不久普通的旅客即可乘座航天飞机到空间去旅行。 |
