一、综述从1961年初人类首次乘载人航天器进入太空，载人航天已有五十多年的历史。在整个载人航天历程中，人类所依靠的运输工具也就两种：一种是载人飞船，另一种就是航天飞机。载人飞船与航天飞机的成功研制使得人类得以在太空从事各种探侧、试验、研究、军事和生产的往返飞行活动，把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空，更广泛和深人地认识地球及其周围的环境，更好地认知整个宇宙。  载人飞船是能保障宇航员在外层空间生活和工作，以执行航天任务并返回地面的航天器。 它是运行时间有限，仅能一次使用的返回型载人航天器。飞船可以独立进行航天活动，也可作为往返于地面和空间站之间的“渡船”，还能与空间站或其它航天器对接后进行联合飞行。 飞船容积较小，受到所载消耗性物资数量的限制，不具备再补给的能力，而且不能重复使用。 航天飞机是可以短期在太空飞行的载人航天器。它以火箭发动机为动力发射到太空，能在轨道上运行，且可以往返于地球表面和近地轨道之间，是可部分重复使用的航天器和航天运输工具。载人飞船降落时是需要降落伞的，而航天飞机则可以通过滑翔与普通飞机类似在跑道上降落。迄今为止只有美国研制并使用了航天飞机。前苏联曾在 1988 年试飞过无人驾驶的暴风雪号航天飞机，但并没有投入使用。美国制造出的实用型航天飞机有5架，按首次进入太空时间为序分别为哥伦比亚号、挑战者号、发现号、亚特兰蒂斯号和奋进号。 二、载人飞船1.载人飞船的组成 载人飞船是一种载人的小型航天器，它就类似于卫星，不过却要比卫星的构造复杂得多。载人飞船的构造除了具有类似传统卫星的结构系统、姿态控制、无线电和电源等设备之外，还需要具有保证航天员在飞行过程中正常生活和工作的设施与环境。飞船的座舱需要很好的密封性，使座舱里保持足够的氧气、一定的压力和适当的温度。还要为航天员准备足够的水和食物。此外,飞船上还需要安装类似飞机驾驶员用的那种手控装置、各种飞行显示仪表以及航天员跟地面联络的报话通信设备等等。载人飞船曾在人类邀游宇宙突破载人航天方面起到了重大的作用。当时苏联为“礼炮号”空间站接送航天员以及运送物资都用的是载人飞船。  苏联联盟号 2、载人飞船的设计 载人飞船一般采用分舱设计的原则，整个飞船分为座舱与服务舱两大部分。座舱中安置那些最必需的设备，例如座椅、仪表、照明灯、食物和通信设备等。其余的如返回发动机、燃料电池和气瓶等均放在服务舱內。在飞船完成轨道飞行任务后，就点燃返回发动机，最后抛弃服务舱，航天员乘座舱返回地面。因此，座舱是整个飞船的核心部分。 飞船座舱的外形很简单，都是无翼的大钝头体。例如，苏联的“东方号”飞船，它的返回座舱是球形；美国的“水星号”飞船座舱形状为钟形；以及我国的神舟号也都是这些类型的形状。这种大钝头的无翼式座舱外形结构简单，加工与制造的难度低。当飞船再入大气层时，座舱在距地面40公里左右的高度，就急剧减速，造成的峰值减加速度为8g左右。这样的加速度，经过选拔和训练的航天员是可以承受的。假如飞船的返回座舱不是大钝头，而像某些返回卫星以小头向前再入大气层，则其再入峰值减加速度将达到18g，地表上恐怕找不到任何一个人类能够承受这么大的过载。所以，无翼式大钝头的座舱外形，是早期载人飞船的理想外形。  东方号返回舱  水星号返回舱  神舟九号返回舱 在座舱结构设计中，首先要考虑到航天员进出方便，还要有逃逸口。飞船在上升或返回过程中，如发生故障，需要应急弹射时，座舱门应该能够迅速打开，在轨道上或降落在海面上时，则要求座舱门严格密封。航天员除了可以由座舱门进出以外，有的飞船还有应急逃逸口，必要时航天员可由此爬出座舱。 飞船的座舱一般还要设置视野开阔的舷窗。航天员通过舷窗可观察发射前的准备活动，轨道飞行中交会对接情况，返回点火时的姿态和再入着陆的地面情况等等。“水星9号”的航天员，在飞船自动控制失灵的紧急情况下，就是通过舷窗观察地平线，手控飞船姿态，点燃返回发动机，再入大气层获得了成功。 另外，在几百公里的高空，空气已经非常稀薄，在那里太阳几乎没有漫射，空间背景非常黑暗，对比度比地面上看起来要大得多。太阳光通过飞船舷窗直接射入座舱，在座舱盖内部反射，形成恶劣的对比度环境。这会使得航天员的视力逐渐减退，以至无法辨认座舱仪表的读数。在轨道交会对接操作中，由于空间存在着这种明亮和黑暗的强对比度，还可能造成航天员视觉的幻像，使对接失败。此外，在轨道飞行中，白天和黑夜交替变化很快，航天员的眼睛也很难适应。所以，飞船座舱要有特殊的照明系统。一般说来，飞船处在阳光下时，舷窗可以拉上窗帘或加盖滤光片，防止强烈的阳光直射入座舱。飞船处在黑喑中时，由舱内的高效白炽灯来保证舱内亮度。照明灯可手动调节，使之有足够的亮度与和谐的颜色。  三、航天飞机1.航天飞机的组成 大部分人实际上对航天飞机是有误解的。因为大部分人都把跟飞机长得很像的那一部分当做航天飞机。实际上，很像飞机的那部分只是航天飞机的轨道器。完整的航天飞机由轨道器、 固体火箭助推器和外贮箱三大部分组成。下面小编就给大家主要介绍航天飞机的轨道器。  航天飞机的三大组成部分 2、航天飞机轨道器的设计 美国航天飞机轨道器由机头机身、机尾以及两个三角形机翼和垂直尾翼构成。总长87米，翼展宽24米，跟一架大型喷气式客机的大小相差不多，总质量为68吨。机头部分是轨道器的驾驶舱，总容积是71立方米。整个驾驶舱分隔成三层，上层是驾驶室，前后共设有四个座位。前面的两个是驾驶员和指令员座位，后面的两个可以供工程师、技师或其他人员乘坐。驾驶室前有飞行控制、显示仪器等设备。驾驶室顶上有一个可以迅速打开的舱门，在情况紧急的时候，驾驶室的人员可以从这里逃出。中层设有厨房间、卫生间和空气锁，还放有一些电子设备。空气锁的后面有一舱口，在轨道上，驾驶舱的人员可以通过这个舱口走到后面的货舱里去。此外，中层还有一个很大的边门，航天飞机起飞前或着陆后，人员和设备从这里进出。下层主要装载环境控制系统设备，以保持驾驶舱气压、温度、湿度等条件。  航天飞机的轨道器 轨道器驾驶舱是密封的，里面充满氧气和氮气。氧氮混合气体的压力是一个大气压。舱里装有三个风机，使空气流动。舱里的二氧化碳、臭气等有害气体由装有氢氧化锂和活性炭等化学物品的吸收筒吸收，所以驾驶舱里空气可以保证航天员能够在里面自由呼吸，不用穿航天服。舱里各种电子设备和人员发出的热量，由冷水和氟利昂两个冷却系统分别带到水蒸发器和空间辐射器排向空间，使驾驶舱的温度保持在21~27摄氏度。  亚特兰蒂斯号座舱 轨道器机身就是航天飞机的大货舱，直径4.5米，长18米，可以装20~30吨货物。货舱里装有机械手，机械手可伸可屈，可以随意转换方向最远可以伸到15米远的地方。坐在驾驶舱里的技师可以通过电视和目视观察，准确地操纵机械手把十几吨的货物抛向空间，或把空间的人造卫星捉住送入货舱。 轨道器机尾装着三个以液氧、液氢作为推进剂的主发动机，总共能产生640吨推力，还有两个变轨发动机，每个产生2. 7吨推力。三角形机翼和垂直尾翼使航天飞机返回地球的时候在大气层中飞行具有良好的稳定性和操纵性，能像普通飞机一样飞行自如，滑行降落。  企业号轨道器降落 航天飞机的结构是用普通铝合金制成的。但在返回时速度极快，它的表面跟空气发生剧烈摩擦，温度急剧升高。在机头和机翼前缘，最高温度可以达到1600摄氏度左右。这样高的温度性能再好的铝合金也都会化成水了。因此在这些地方需要覆盖了一层耐高温的石墨纤维复合材料，以保护铝合金不被烧熔。在机身和机翼的上表面，温度大约是350~1260摄氏度。在这些地方覆盖了一层由20000块左右耐高温的陶瓷砖拼成的防热层。陶瓷砖每块15厘米见方，2~6厘米厚。在机身的侧面和垂直尾翼的表面，温度比较低，只有400~650摄氏度。这些地方覆盖7000块另一种规格的陶瓷砖。这种陶瓷砖每块20厘米见方，0.5~2.5厘米厚。  航天飞机起飞的时候，除本身的三个主发动机发出推力外，还有两个固体火箭助推。两个固体助推器平行地捆绑在它的两侧,每个固体助推器长45米，直径3.7米,能发出2600吨推力。上升过程中，固体助推器只工作两分多钟。大约在13公里的高空中与航天飞机分离，再入大气层，用降落伞在海面上回收，可以重复用20次。 四、总结载人飞船和航天飞机是当代载人航天器的两种主要类型。其中载人飞船是开创载人航天历史的载人航天器。它用一次性火箭发射，发射费用较少，结构简单，用途也较广，既可作为天地之间往返飞行的载人运输工具，又可作为空间站的救生艇。与航天飞机比较，飞船技术比较简单，更切合载人航天初期的实际需要。 航天飞机是美国继阿波罗之后的又一项庞大的航天计划。不过极具搞笑意味儿的是，美国研制航天飞机的初衷就是要研制一种能够多次重复利用的载人航天器，从而降低每次的发射成本。从1972年至1981年，美国最大限度地压缩载人航天活动，集中财力研制航天飞机。不过航天飞机研制成功以后，技术极其复杂，成本反而比载人飞船还要高得多。不过这并不影响航天飞机的价值与地位。载人飞船使人类首次冲进了太空，航天飞机的出现则是人类航天技术发展的一次重大的飞跃。虽然烧了不少钱，但是在整个过程中，技术的突破是巨大的。 |
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