第十章--航天工程系统

10.1航天员系统10.2飞船应用系统10.3载人飞船系统10.4运载火箭系统10.5发射场系统10.6测控通信系统10.7返回着陆系统第十章航天工程系统§10.1航天员系统航天员系统主要任务是选拔、训练航天员，并在训练和载人飞行任务中，对航天员实施医学监督和医学保障。在北京建设了航天员选训中心，研制了舱内航天服，以及航天员地面训练模拟器等大型训练设备。我国的航天员神州5号：神州6号：航天员训练项目分八大类:基础理论训练体质训练航天环境适应性训练心理训练专业技术训练飞行程序与任务模拟训练救生与生存训练大型联合演练超重耐力适应性训练，飞行员仅要求最大做到5倍重力加速度，且持续时间仅为2到3秒。而航天员训练要做到8倍重力加速度，持续时间长达40秒之久，训练中，肌肉严重变形；跳伞训练，8天时间，完成要空降兵一个月的训练内容；低压缺氧训练，按照相当于每秒15米的速度迅速提升到5000米的高空，在氧气稀薄的情况下持续30分钟，耳鸣脑涨出虚汗，血压下降；血液重新分布适应性训练，要连续多天保持－15度卧姿，除解大便外，不允许改变姿态；72小时隔离舱抗疲劳、抗寂寞训练，航天员在与外界完全隔绝的狭小空间内，独自一人72小时不能休息，并完成指定的作业；转椅试验，要固定在转椅上，多角度飞速旋转，每次持续数分钟。为达到要求，他们反复向自己的承受极限冲刺。全体航天员均通过了所有训练科目的考核，并取得了优良成绩。心理和体质训练，是贯穿航天员训练全过程的重要内容。14名航天员，都是我国优秀的飞行员，有着良好的心理和身体素质。但作为航天员，在心理承受能力和体重、耐力、速度、灵活性、柔韧性、肌力等方面有着更高的标准和要求。五年来，他们坚持每周3次、每次2小时严格训练从不间断。在此基础上，每个航天员还根据自己的身体状况，自觉增加训练内容、延长训练时间。航天员有严格的体重标准，绝对不允许成为“胖子”。为控制体重，他们自加压力，每天坚持跑5000米。为提高心理承受能力，他们苦练呼吸放松法、肌肉渐近放松法、快速减压放松法等，练就了良好的心理和过硬的身体素质。§10.2飞船应用系统飞船应用系统是一个实用性的系统，它与人们的生活、环境息息相关。飞船应用系统的主要任务是利用载人飞船的空间实验支持能力，开展对地观测、环境监测，进行材料科学、生命科学、空间天文、流体科学等实验，安装有多项任务的上百种有效载荷和应用设备，飞船试验阶段的应用属试验性质，实验内容非常广泛，研究成果将广泛用于医药发展、食品保健、防治疑难病症以及工业、农业等各行业之中。载人飞船系统采用由轨道舱、返回舱和推进舱组成的三舱、两对太阳电池帆板构型和升力控制返回、圆顶降落伞回收方案。其中轨道舱位于飞船的前部，装有船上各分系统为飞船自主飞行和留轨飞行工作所需的设备及有效载荷。神舟一号飞船应用系统“神舟”一号飞船上搭载了甜瓜、蕃茄、西瓜、大麦以及药物、烟草等种籽。太空高能粒子射入种籽关键部位引起变异的随机性很大，击中“要害”的机会一般为百分之几；而且应该说高能粒子引起的辐射效应有好也有坏。因此引起好的变异的机会约千分之几到百分之几。神舟二号飞船应用系统我国首次在飞船上进行了微重力环境下空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等领域的实验，其中包括：进行半导体光电子材料、氧化物晶体、金属合金等多种材料的晶体生长；进行了蛋白质和其他生物大分子的空间晶体生长；开展了植物、动物、水生生物、微生物及离体细胞和细胞组织的空间环境效应实验等。“神舟”二号上搭载的南瓜、西红柿、蝴蝶兰、向日葵、欧洲凤尾红、鸡冠花等种籽已在南充播种“神舟”三号飞船应用系统以光学遥感对地探测和科学实验为主。装载在飞船上的有效载荷及其共用设备共有44件，分别布置在飞船的返回舱、轨道舱和附加段中。在飞船预定半年左右的留轨期间，还将继续进行光学遥感对地探测和空间环境高层大气监测等多项试验神舟三号飞船应用系统神舟三号太空乌鸡蛋孵化成功神舟四号飞船应用系统“神舟”四号飞船上装有实验设备52件，其中返回舱15件、轨道舱20件、附加段17件。这52件设备中，有33件是头一次上星，有19件设备曾经上过“神舟”二号和“神舟”三号卫星。飞船应用系统的科学实验，可以分成三大类：对地观测、空间环境监测和空间科学实验，具体有六项。神舟四号动物细胞融合实验使用的小白鼠§10.3载人飞船系统载人飞船系统是一个复杂系统，我国“神舟”载人飞船体统还可以分为十三个分系统，包括：航天员分系统、有效载荷分系统、电源分系统、推进分系统、制导导航和控制分系统、仪表照明分系统、结构和机构分系统、热控分系统、环境控制与生命保障分系统、测控通讯分系统、应急救生分系统、着陆回收分系统、数据管理分系统。载人飞船是保障航天员在外层空间生活、工作以执行航天任务并安全返回地面的一种大型航天器，又称宇宙飞船。它必须用火箭发射，在轨运行后经过制动，沿弹道式或半弹道式弹道穿过大气层，用降落伞和着陆缓冲系统实现软着陆。它运行时间有限，是仅能一次使用的返回型航天器。§10.4运载火箭系统运载火箭是飞船进入太空的运输工具。运载火箭系统主要是研制用于发射飞船的长征二号F运载火箭，该火箭是国内目前可靠性，安全性最高的运载火箭，被江泽民主席题名为“神箭”。我国运载火箭系列长征一号是为发射我国第一颗人造地球卫星东方红一号而研制的三级运载火箭。火箭全长29.86米，芯级最大直径2.25米。1970年4月24日，长征一号火箭首次发射长征二号一种两级运载火箭。1974年11月5日首次发射，因控制系统的一根导线断裂而失败。1975年11月26日进行的二次发射，成功将我国第一颗返回式卫星准确送入轨道。长征三号长征三号是在长征二号的基础上发展起来的三级火箭。长征三号充分继承了已有长征火箭的成熟技术，它的一、二级发动机采用长征二号丙的一、二级发动机，三级则采用世界上最先进的液氢/液氧发动机。长征四号1988年9月7日首次发射，成功地将我国第一颗气象卫星风云一号送入太阳同步轨道。随后又将第二颗风云一号气象卫星发射进入轨道。总共进行两次发射，全部成功。甲乙长征—2F(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58.343m，起飞质量479.8t，芯级直径3.35m，助推器直径2.25m，整流罩最大直径3.8m。火箭的芯级和助推器发动机均使用四氧化二氮和偏二甲济作为推进剂。它可把8t重的有效载荷送入近地点高度200km、远地点高度350km、倾角42.4°－42.7°的轨道。§10.5发射场系统载人航天发射场的基本任务是，为运载火箭、飞船、有效载荷提供满足技术要求的转载、总装、测试及运输设施；为航天员提供发射前的生活、医监、医保和训练设施；为载人飞船发射提供全套地面设施；组织、指挥、实施载人飞船的测试、发射及飞行上升段的指挥、调度、监控、显示和通信；组织、指挥、实施待发段和上升段的应急救生；完成运载火箭上升段的跟踪测量和安全控制；为航天指挥控制中心提供有关参数和图像；提供载人航天发射区的后勤服务保障当运载火箭发射和载人飞船上天飞行以及返回时，需要靠测控通信系统保持天地之间的经常性联系，完成飞船遥测参数和电视图像的接收处理，对飞船运行和轨道舱留轨工作的测控管理。这个测控通信系统由北京航天指挥控制中心、陆上地面测控站和海上远望号远洋航天测量船队组成，执行飞船轨道测量、遥控、遥测、火箭安全控制，航天员逃逸控制任务等。§10.6测控通信系统着陆场系统是宇航员安全返回地面的最后一个环节，也是最为关键的一个环节之一。它的主要任务是：飞船在太空飞行后，从返回舱再入大气层开始，利用先进的无线电测量系统，对目标进行捕捉、分析和落点预报，然后组织迅速逼近返回舱，并且对返回舱进行处置，且将其安全运回基地§10.7着陆场系统着陆场必须具备4个基本条件：一是必须在飞船多次经过的太空下面，或者说是飞船将从这个地区上空多圈次通过；二是场地要开阔，便于观察和地面回收部队调运；三是地势平缓，地表要结实，保证飞船软着陆后平稳等待回收；四是该地区天气状况良好。飞船主着陆场是阿木古郎草原，“阿木古郎”是蒙古语，意即“平安”。飞船返回和着陆阶段指离开运行轨道到着陆为止，是故障与事故的多发阶段，也是航天员罹难最多的阶段。如果从1967年4月24日联盟1号因降落伞未能打开而摔死的航天员科马罗夫算起，到1971年6月30日联盟11号返回时座舱阀门提前打开空气泄露，多勃罗沃尔斯基、沃尔科夫、帕察耶夫3名航天员窒息而死，再到2003年1月4日美国哥伦比亚号航天飞机返回时解体，7名航天员遇难，在返程途中一共牺牲了11名航天员，占所有遇难航天员的1/2(地面训练牺牲4人，发射升空时挑战者号爆炸牺牲7人，共11人)。