“神舟”飞船飞行全过程(组图)
环球时报
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“神舟”飞船的组成部分
“神舟”飞船由轨道舱、返回舱、推进舱和1个附加段组成,它们采用铝合金制造,既轻巧,又坚固。其中载人的轨道舱和返回舱可谓宇航员的“一室一厅”,作为“一室”的返回舱是宇航员在发射、返回和驾驶飞船时呆的地方;作为“一厅”的轨道舱则是宇航员工作和休息的场所。
轨道舱(也叫工作舱)外形为两端带有锥角的圆柱形,它里面装有多种试验设备和实验仪器,可进行对地观测。该舱的后端底部与返回舱相连,并设有一个舱门,与返回舱相通,供宇航员进出用。舱外面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结构。
返回舱(又称座舱)外形为大钝头倒锥体的钟形,位于飞船中部,要承受起飞、上升和轨道运行段的各种应力和适应飞行环境,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名宇航员斜躺的座椅。该舱为密闭结构,内部有环境控制系统,保证舱内充满一个大气压力的氧氮混合气体,并将温度和湿度调节到人体合适的范围。“神舟”飞船的返回舱容积是世界上已有的近地轨道飞船中最大的一个。
推进舱(或叫仪器舱)也是圆柱体。它紧接在轨道舱后面,通常安装推进系统、电源、气瓶和水箱等设备,起保障和服务作用,即为飞船提供动力,进行姿态控制、变轨和制动,并为宇航员提供氧气和水。
附加段在飞船顶部,用于与其它航天器对接或空间探测。飞船顶部还有一个高8米的逃逸救生塔。
飞船3个舱段的安排,哪个在前、哪个在后是有讲究的。神舟号飞船按在轨道上的飞行状态由前到后(在发射台上时由上到下)的次序是轨道舱、返回舱和推进舱。
飞行全过程
飞船在出厂后,转运到发射场,在发射场进行一系列的系统检查,在确认一切正常后,固定安装在运载火箭前端,在临发射前,宇航员进入飞船返回舱,等待发射。在地面指挥人员发出倒计时口令“……5、4、3、2、1,发射”后,随着一声巨响,运载火箭点火升空,飞船开始其神奇的太空之旅。具体发射、飞行、返回步骤简述如下图。
在整个飞行过程中,火箭的速度逐渐增大。火箭的加速度在每一级火箭发动机点火时最小,熄火时最大。加速度对人体的作用,相当于使人的体重增加,叫“超重”,对人体有不利的影响,所以载人航天的运载火箭在飞行程序设计中应保证最大加速度使宇航员感受到的体重不超过正常体重的3—4倍。
运载火箭末级发动机熄火前瞬间,加速度又一次达到最大,此时宇航员感受到超重最厉害。紧接着发动机熄火,宇航员由超重突然变为失重,感受到从未有过的轻松。此后,飞船、宇航员及飞船内一切物体处于失重状态。船与末级火箭分离后进入轨道运行。宇航员通过舱门进入轨道舱,执行预先安排的空间应用和科学实验任务。
入轨后,飞船上的控制分系统将对飞船进行姿态控制,使飞船保持预定的飞行姿态,确保飞船上的天线能与地面正常通信,飞船上的相机能对地面照相,宇航员能通过窗户观察地球。
飞船在轨运行如果一切正常将按原计划正常返回。返回时飞船脱离原来的飞行轨道,沿一条下降的轨道进入地球大气层,通过与空气摩擦减速,最后安全降落到地面上。它可分为:制动减速阶段、自由滑行阶段、再入大气层阶段和回收着陆阶段。飞船再入大气层飞行是返回飞行过程中环境最复杂、最恶劣的一段,因为飞船(返回舱)以很高的速度进入大气层时,与大气产生剧烈摩擦,飞船表面的温度升高到几千摄氏度。为使热量不伤害到宇航员,飞船外层的烧蚀材料开始熔化,带走大部分热量。从地球上观察,此时的飞船就像是一颗闪亮的流星划过天空。返回舱周围产生的等离子气体层,屏蔽了电磁波,飞船将暂时与地面失去联系;随着速度和高度的进一步下降,到40千米高度时,飞船与地面的联系又恢复了。
当返回舱降低到约10千米高度时,回收着陆系统开始工作。主降落伞打开后,返回舱乘主伞缓缓下降,以不大于3.5米/秒的速度实现软着陆,以保证宇航员的安全。
“神舟”飞船返回时,返回舱落到地面,推进舱被抛弃,而轨道舱则留轨工作半年,这是我国飞船与众不同之处。留在轨道上的轨道舱由太阳能电池翼继续供电,舱内的仪器设备能在无人值守的情况下,像卫星一样自主地工作半年左右,因此能充分发挥飞船的“余热”。
“神舟”飞船的安全保障
实现载人飞行,确保宇航员安全是关键。航天飞行中,最容易出现险情的阶段是运载火箭点火、起飞和上升。当飞船在发射台上与运载火箭对接后,在飞船的顶端就必须装上由若干支小型火箭构成的逃逸救生塔。从这时起,直到运载火箭载着飞船飞行到离地面110千米高度为止,一旦火箭出现重大险情,可能危及飞船和宇航员的安全时,逃逸救生塔的火箭就立即点燃,拉着轨道舱和返回舱迅速脱离火箭,飞行至安全区域,然后抛掉逃逸塔和轨道舱,返回舱自行返回,安全着陆。
如果情况危急,必须立即返回时,宇航员就立即进入返回舱脱离运行轨道返回地面。在这种情况下,返回舱紧急迫降多半会落在公海或境外。返回舱内备有应急的生活用品(如食物、饮水、GPS接收机和通信机等),宇航员将发挥在孤独无援的绝境下的自救生存能力,以等待救援人员的到来。
着陆这最后一关极为重要,否则功亏一篑,前功尽弃。“神舟”飞船的降落伞是世界上最大的降落伞之一,足有1200平方米。降落伞系统由引导伞、减速伞、主伞和伞包组成。整个伞铺在地上有小半个足球场大小,叠起来却只有一个小提包大,重量仅仅90多千克。此外,保证其落点精度以便及时发现营救也非常重要。中国拥有研制高可靠回收系统的丰富经验,为神舟号载人飞船的安全返回着陆奠定了坚实的基础。
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