第16章 翔太空之翼——载人航天器(1)

人类在热气球、飞艇和飞机等人造翅膀的帮助之下，飞上了蓝天；在卫星、空间探测器的帮助之下，更好地了解我们居住的地球以及宇宙空间。但是人类自己却没能实现飞入太空的梦想，更没能登上外星的土地。

不过，在载人航天器发展完善起来之后，人类的这些梦想全都实现了。所谓的载人航天器，顾名思义就是人类通过航天器进入太空，在太空进行生活、工作、生产以及研究活动，并且返回地球。载人航天器形式多样，可以分为载人飞船、空间站和航天飞机。人类首次进入太空飞行、首次登月等活动都是通过载人飞船完成的。

在载人航天器方面，中国异军突起，取得了卓越的成就，已经成功发射了“神舟”系列载人飞船，成为了继苏联（俄罗斯）、美国之后，世界上第三个有能力将人类送上太空的国家。

翱翔在宇宙之间的载人飞船

人类载人航天事业起步于20世纪50、60年代。1961年4月12日，27岁的苏联航天员尤里·加加林乘坐人类第一艘载人飞船“东方1号”在离地面181000米的轨道上，绕地球飞行一周，108分钟后安全返回地面，揭开了人类载人航天的历史篇章。

载人飞船，又称宇宙飞船，即用多级火箭做运载工具，从地球发射的可在宇宙飞行并安全返回的一次性使用的载人航天器。它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几天到半个月。

人类翱翔太空之翼——载人航天器载人飞船一般由三部分组成，第一段为推进舱，也称服务舱，为飞船提供电源、动力支持；第二段为返回舱，为飞船航天员升空和返回时提供安全可靠的环境支持；第三段是轨道舱，为有效载荷的各种科学实验提供保障。

载人飞船具有多种用途，主要有：进行近地轨道飞行，试验各种载人航天技术，如轨道交会对接和航天员在轨道上出舱、进入太空等活动；考察轨道上失重和空间辐射等因素对人体的影响，发展航天医学；进行载人登月飞行；为航天站接送人员和运送物质；进行军事侦察和地球资源勘测；进行临时性的天文观测等。

迄今为止，苏联/俄罗斯、美国先后研制了6个系列的载人飞船：“东方号”“上升号”“联盟号”“水星号”“双子星座号”和“阿波罗号”，并且正在加紧研制新一代的航天器“奥赖恩号”。

“东方号”载人飞船

“东方号”是苏联最早的载人飞船系列。飞船由乘员舱和设备舱及末级火箭组成，总重617吨，长735米。 乘员舱呈球形，直径23米，重24吨，外侧覆盖有耐高温材料，能承受再入大气层时因摩擦产生的摄氏5000℃左右的高温。乘员舱只能载一人，有三个舱口，一个是航天员出入舱口，另一个是与设备舱连接的舱口，再一个是返回时乘降落伞的舱口，航天员可通过舷窗观察或拍摄舱外情景。航天员的座椅装有弹射装置，在发生意外事故时可紧急弹出脱险，在飞船下降到距离地面7000米的地方，航天员连同座椅一起弹出舱外，并张开降落伞下降，在达到4000米高度时，航天员与座椅分离，只身乘降落伞返回地面。设备舱为顶锥圆筒形，长225米，重227吨，在飞船返回大气层之前，与乘员分离，弃留太空成为无用之物。

“东方号”载人飞船发射升空“东方号”载人飞船打开了人类通往太空的道路。1961年4月12日，加加林乘“东方1号”飞船环绕地球飞行一周，成为进入太空的第一人。“东方 2 号”创造了绕地球飞行 17 圈的记录，在轨道上进行了两次编队飞行。第二次编队飞行，在太空持续了3昼夜，苏联女航天员捷列什柯娃参加了这次飞行，她是世界上第一位上天的女性。和捷列什柯娃一起飞行的另一名航天员贝科夫斯基，首创了空间飞行119小时的纪录。

从1961年4月到1963年6月，苏联共发射了6艘“东方号”系列飞船。

“上升号”载人飞船

苏联“上升号”载人飞船

“上升号”载人飞船是以“东方号”飞船为基础改进而成的。飞船重532吨，球形乘员舱直径与“东方号”飞船大体相同，改进之处是提高了舱体的密封性和可靠性。航天员在座舱内可以不穿宇航服，返回时不再采用弹射方式，而是随乘员舱一起软着陆。计划的主要目的是试验载多人的飞船系统，继续考察航天员在太空中的工作能力，以及考察航天员之间相互配合的能力。

“上升号”一共只发射了2艘。1964 年10月 12日发射的“上升1号”载3名航天员在太空飞行了24小时17分钟，3位航天员完全处于自由状态，不管工作、饮食、休息，都不扎上皮带，以充分体验失重状态对人体机能的影响。1965 年3月18日发射的“上升2号”载两名航天员在太空飞行了26小时2分钟，其中一位航天员穿上了特制的航天服，在宇宙空间自由飘动，最远飘离飞船5米。

“联盟号”载人飞船

“联盟号”是苏联/俄罗斯使用时间最长的载人飞船系列。它分为“联盟号”、“联盟T”、“联盟TM”和“联盟—TMA”几个发展阶段。

“联盟号”于1967年4月23日首次发射，能载3名航天员，长9米，最大直径272米，航天员活动空间9立方米，发射重量6600千克，着陆重量3000千克，具有轨道机动、交会和对接能力，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/俄罗斯载人航天计划中重要的天地往返运输系统。

太空中飞行的“联盟号”“联盟T”飞船于1980年6月5日首次发射。飞船能乘坐3名航天员，设计寿命14天，总长度75米，最大直径27米，航天员活动空间9立方米，总重量6850千克，总推进剂700千克。“联盟T”飞船，也可无人飞行，从1979年12月至1986年3月共发射了15艘。

“联盟TM”是“联盟T”的改进型，改进主要涉及飞船的对接系统、通信系统、推进系统、应急救生系统和降落伞系统。飞船长约7米，最大直径27米，太阳电池翼翼展107米，生活舱总容积约103米，起飞质量7070千克，返回质量约2900千克。

它的主要任务是把航天员送入“和平号”空间站，待航天员完成任务后再把航天员送回地面。从1986年5月至2002年4月底共发射了34艘，其中“联盟—TM—1”为不载人试飞。

由于俄罗斯的航天员身高一般比美国航天员矮，为满足建造“国际空间站”的需求，应美国的要求，俄罗斯对“联盟TM”飞船进行了改进，改进后的“联盟TMA”飞船于2002年10月29日升空，从而可以运送个子更高、体重更重的航天员。

“联盟TMA”飞船承担着为国际空间站运送航天员和物资的重任。

“水星号”载人飞船

“水星号”是美国第一个载人飞船系列，主要目的是试验飞船各系统及失重对人体的影响。飞船总长约29米，底部最大直径186米，重约13～18吨，由圆台形座舱和圆柱形伞舱组成。

美国“水星号”载人飞船从1961年到1963年，美国共发射了6艘“水星号”系列载人飞船。1961年5月，第一艘“水星号”飞船进行了载人亚轨道飞行，开始了美国的载人航天历程。1962年2月，第3艘“水星号”进行了首次载人轨道飞行，美航天员约翰·格伦成为继加加林之后第二个进入太空的人。

“双子星座号”载人飞船

美国第二代载人飞船“双子星座”“双子星座号”系列飞船是美国的第二代载人飞船，主要目的是在轨道上进行机动飞行、交会、对接以及实现航天员舱外活动，为阿波罗飞船登月做技术准备。

“双子星座号”飞船形状与水星号飞船相似，基本呈圆锥—钟形，全长57米，底部最大直径3米，重约3～3.9吨。

从1964年到1966年，美国共发射了12艘“双子星座号”系列载人飞船。在1965年6月发射的双子星座—4号飞船上，怀特出舱21分钟，成为美国完成首次太空行走的航天员。

“阿波罗号”载人飞船

美国的“阿波罗”计划是人类第一次登上月球的伟大工程，始于1961年5月，结束于1972年12月，历时11年7个月。“阿波罗”计划的目的是把人送上月球，实现人对月球的实地考察，并为载人行星探险做技术准备。

“阿波罗11号”航天员“阿波罗”飞船由指挥舱、服务舱和登月舱3部分组成，发射上升段时还有救生塔。飞船总重量约50吨，高约16米，连同救生塔约25米。其中指挥舱为圆锥形，高35米，底部直径39米，重约6吨；服务舱是一个直径为39米，高76米的圆柱体，重约25吨；登月舱高69米，宽43米，质量14吨。

1968年10月，第一艘载人的“阿波罗—7号”飞船发射升空。在此之前，“阿波罗”计划中只做了不载人的飞行试验。“阿波罗11号”宇航员从“阿波罗—7号”到“阿波罗—18号”，美国发射了12艘“阿波罗”载人飞船。其中1969年7月16日发射的“阿波罗—11号”于7月20日实现了人类历史的首次登月，1971年7月26日发射的“阿波罗—15号”飞船首次把一辆月球车送上月球。在整个“阿波罗”计划中，共有6次登月成功，12名航天员登上月球。

“奥赖恩”载人飞船

2006年8月31日，美国国家航空航天局正式宣布，选定洛克希德—马丁公司为其设计、制造名为“奥赖恩”的新一代载人航天器，送航天员重返月球乃至登陆火星。此举也标志着美国新一阶段载人航天计划正式启动。

美国“奥赖恩”载人飞船“奥赖恩”在英文中是“猎户星座”的意思，猎户星座是天空中最明亮的星座之一，是大家十分熟悉而且极易辨认的星座。2010年，“奋进号”、“阿特兰蒂斯号”和“发现号”航天飞机都退役，“奥赖恩”成为美国载人太空探索的主要工具。

新设计的“奥赖恩”融入了计算机、电子、生命支持、推进系统及热防护系统等领域的诸多最新技术。它的外形为圆锥状，这种形状被认为是航天器重返地球大气层时最为安全可靠的外形设计。

“奥赖恩”的内部空间比40年前的“阿波罗”飞船大25倍，最多可容纳6名航天员。它的首次亮相飞行将不晚于2014年，届时航天员将乘坐它飞往国际空间站。接下来在2020年之前，“奥赖恩”将首次执行飞往月球的任务。

在实现登月后，“奥赖恩”还将飞往火星，但目前需要解决的是发动机燃料问题。“奥赖恩号”目前使用的是传统的自燃式液体燃料，如果条件成熟，未来飞往火星的飞船将使用甲烷当燃料，一方面推力更大，另一方面这种燃料可以由航天员在火星上提取制造。

知识点

航天器使用的燃料

将航天器发射升空，或回收至地球，都需要为其提供动力。像汽车需要加油一样，航天器也需要加入燃料，才能正常运转。航天器所使用的燃料多种多样，大体上有液氢和液氧、甲烷和液氧、核燃料。也有几种燃料混合使用的。近年来，处于经济和环保的考虑，科学家逐渐将目光转向了太阳能，各种太阳能装置也在航天器上得到了应用。不过，单纯依靠太阳能将航天器发射上天，目前技术还不成熟。

值得一提的是，目前在航空方面，已经有单纯依靠太阳能飞行的太阳能飞机问世了。相信在不久的将来，这种飞机就可以投入商业化运营了。

中国的“神舟”飞船成功升空

1994年初，“神舟”这个名字从众多的飞船方案中脱颖而出。从此，我国自主制造的飞船有了名字——“神舟”。从字面上看，“神舟”意为“神奇的天河之舟”，又是“神州”的谐音，象征着飞船研制得到了全国人民的支持，是四面八方、各行各业大协作的产物；同时，“神舟”又有神气、神采飞扬之意，预示着整个中华民族都将为飞船的诞生而无比骄傲与自豪。

中国载人航天工程于1992年立项，经过7年的艰苦努力，初步建立了载人航天科学。技术与工程体系突出了主要关键技术，载人准备工作进展顺利。“神舟”飞船经过多年充分的研究论证，我国的科学家对于载人航天的目标及其途径形成了明确意见。由于“神舟”飞船设计起点高，中国“神舟号”太空飞船系统复杂，所以在正式载人飞行前进行了多次无人飞行实验来验证其设计可靠性，以确保飞行安全。

“神舟”飞船全长886米，最大处直径28米，总重量达到7790千克。“神舟”飞船采用的是典型的“三舱一段”式结构。从构型上来说，由返回舱、轨道舱和推进舱以及一个附加段组成。

返回舱是载人飞船惟一返回地球的舱段，飞船起飞、上升到入轨及返回着陆时，航天员都在返回舱内。“神舟号”飞船的返回舱是一个钟的形状，其舱门与轨道舱相连，航天员通过这个舱门可以进入轨道舱。

“神舟号”飞船的轨道舱呈圆桶形状，是航天员工作、生活和休息的地方。轨道舱的后端底部设有舱门，通过这个舱门，与返回舱相连接，航天员通过这个舱门可以进入返回舱。轨道舱外部两侧装有两个像小鸟翅膀一样的太阳电池翼，轨道舱所需要的电能就是通过这两个电池翼提供的。