从东方号到联盟号－世界载人飞船发展历程

　　载人飞船是能保障航天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，又称宇宙飞船。它是运行时间有限，仅能一次使用的返回型载人航天器。　　40年来，世界载人航天共经历了5个阶段。而处于60年代的第二个阶段以发展载人飞船为主。作为人类载人航天的起步阶段，载人航天以美国和前苏联互相竞赛式的发展为主线。　　前苏联/俄罗斯的载人飞船发展历程　　A.东方号　　东方号是苏联最早的载人飞船系列，也是世界上第一个载人航天器。东方号载人航天工程始于20世纪50年代后期，在载人之前，共发射了5艘无人试验飞船。从1961年4月到1963年6月共发射6艘载人飞船。1961年4月12日，世界上第一艘载人飞船东方-1飞上太空，开始了载人航天的时代。苏联航天员加加林乘飞船绕地飞行108分钟，安全返回地面，成为世界上进入太空飞行的第一人。　　东方号飞船由密封座舱(呈球形，重2.4t，内径2.3m)和工作舱(由一个短圆柱体和两个截锥体组成，最大直径2.43m，重2.265t)组成，总长:4.41m，最大直径：2.43m,总质量4.7t，座舱自由空间：1.6m3，只能乘坐一名航天员。座舱里有可供飞行10天的生保系统以及各种仪器设备和弹射座椅。返回前，抛掉末级火箭和工作舱，座舱单独再入大气层。待座舱下降到距地面约7km时，航天员弹出座舱，然后用降落伞着陆。　　B.上升号　　苏联的上升号载人飞船是以东方号飞船为基础改造而成的，其形状和尺寸大体上与东方号相似，长约5m，直径2.4m,重约5.5t，舱内自由空间1.6 m3。和东方号载人飞船比，其主要变化有：　　·为了能容纳3名航天员，去掉了弹射座椅，换上了3个带有减震器的座椅，但即使这样3个人穿航天服也挤不进去，为此把航天服改成了普通的飞行服。　　·去掉弹射座椅后，着陆方式改为座舱整体着陆，主伞由两具面积为574m2的伞组成。座舱增加了着陆缓冲器，当飞船距地面1m时，由触杆式触地开关控制缓冲火箭点火，实现软着陆。　　·为了实现出舱活动，增加了一个可伸缩气闸舱。气闸舱收缩后高度为0.7m，伸长后高度为2.5m，内经1m。有两个闸门，一个和飞船相连，一个与外界相通，出舱活动完成后，将它抛掉。　　·将生保系统的10天储备减为3天。　　上升号一共只发射了2艘。　　C.联盟号　　联盟号系列是苏联/俄罗斯使用历史最悠久的载人飞船系列，它分为联盟号、联盟-T和联盟-TM三个发展阶段，技术日益成熟。联盟号能载3名航天员，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。　　联盟号　　联盟号飞船于1967年4月23日首次发射，至1981年5月，共发射了40艘联盟号飞船，其中22艘与礼炮号空间站实现对接。　　联盟号能乘坐3名航天员，长9.0m，最大直径2.72m，发射重量6600kg，着陆重量3000kg，航天员活动空间9.0 m3。　　返回舱：重2800kg　　轨道舱：重1224kg　　服务舱：重2654kg　　太阳电池板翼展：8.4m　　轨道舱前段有一个和礼炮号空间站对接的对接口。飞船返回前抛弃轨道舱和设备舱，返回舱单独再入大气层。早期的联盟号飞船虽然有许多成功的辉煌，但也发生了2次重大技术故障，造成4名航天员以身殉职。　　联盟-T　　联盟-T飞船于1980年6月5日首次发射，共发射15艘。　　联盟-T飞船能乘坐3名航天员，设计寿命14天，与礼炮号空间站停靠180天。总长度7.5m，最大直径2.7m，航天员活动空间9.0 m3，总重量6850kg，总推进剂700kg。　　返回舱：能乘坐3名航天员，长2.2m，最大直径2.2m，航天员活动空间4.0 m3，总重量3000kg。　　轨道舱：长3.0m，最大直径2.3m，航天员活动空间5.0 m3，总重量1100kg。　　联盟-T飞船是联盟号的改进型，虽然它的外形、容量和重量与联盟号大体相同，但技术上做了许多改进。由于联盟-10飞船3名航天员从礼炮-1返回时窒息死亡，联盟号航天员从3人不着航天服返回状态改为2人着航天服返回状态，能源由太阳帆板状态改为不装太阳帆板状态。联盟-T改善了航天服使其更为轻、薄和柔软，从而使返回舱能载3名着航天服的航天员，恢复了太阳帆板和采用了捷联惯导系统；其他改进，如采用了可无人操作的自动计算机设备和带显示屏的数字计算机；飞船上的发动机系统同礼炮-6空间站上的发动机使用同样的推进剂，提高了推力和机动能力；采用了更轻、更结实的壳体材料，以及新式的降落伞系统等。联盟-T飞船设计成可载2或3人，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　　它是联盟-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。飞船起飞质量7070kg；返回质量约2900kg；可送达的有效载荷100kg以下；可返回的有效载荷20～50kg；飞行持续时间：自主飞行5昼夜，加入空间站飞行180昼夜；工作轨道参数：倾角51.6º，高度300～400km；飞船外型尺寸：长约7m，最大直径2.7m，太阳电池翼翼展10.7m；生活舱总容积约103m；太阳电池功率约1kW。　　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。　　美国的载人飞船发展历程　　A.水星号　　水星飞船是美国的第一代载人飞船，总共进行了25次飞行试验，其中6次是载人飞行试验。水星飞船计划始于1958年10月，结束于1963年5月，历时4年8个月。水星计划共耗资3.926亿美元，其中飞船为1.353亿美元，占总费用的34.5%；运载火箭为0.829亿美元，占总费用的21.1%；地面跟踪网为0.719%亿美元，占18.34%；运行和回收操作费用为0.493亿美元，占12.6%；其他设施为0.532亿美元，占13.46%。　　水星计划的主要目的是实现载人空间飞行的突破，把载一名航天员的飞船送入地球轨道，飞行几圈后安全返回地面，并考察失重环境对人体的影响、人在失重环境中的工作能力。重点是解决飞船的再入气动力学、热动力学和人为差错对以往从未遇到过的高加速度和零重力的影响等问题。　　水星飞船总长约2.9m，底部最大直径1.86m，重约1.3～1.8t，由圆台形座舱和圆柱形伞舱组成。座舱内只能坐一名航天员，设计最长飞行时间为2天，飞行时间最长的一次为34小时20分，绕地22周(1963年5月15日～16日水星-9飞船飞行)。水星计划的6次载人飞行共历时54小时25分钟。　　水星飞船的姿态控制系统以自控为主，另有两种手控方式作为备份。航天员仅在必要时使用手控装置控制飞船的飞行姿态，在飞船操纵方面仅起到辅助作用，基本上是一名供地面研究人员了解人对空间飞行环境适应能力的受试验者。但在飞行中也表现出了人的主观能动性。　　B.双子星座号　　双子星座号系列飞船是美国的第二代载人飞船，总共进行了12次飞行试验，其中2次无人飞行和10次载人飞行。水星号飞船计划始于1961年11月，结束于1966年11月，历时5年。双子星座计划共耗资12.834亿美元，其中飞船为7.974亿美元，占总费用的62%；运载火箭为4.098亿美元，占总费用的31.93%；支援设施为0.762亿美元(其中用于改造全球通讯设备为5600万美元)，占总费用的5.94%。双子星座计划主要是为阿波罗载人登月计划提供飞行经验、准备各种技术条件。　　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5.7m，底部最大直径3m，重约3.0～3.9t。　　返回舱：乘2名航天员，全长3.4m，最大直径2.3m，航天员活动空间2.55m3。总重量1982kg，其中包括2名航天员的体重144kg和座倚的重量426kg。舱内用纯氧，压力340mPa。　　设备舱：长1.4m，最大直径3.05m，重1278kg，其中环控生保系统的重量为117kg。　　飞船结构采用分舱段布局原则，把每个分系统的所有部件都放置在一个紧凑的舱体内，这样既便于检查和组装又便于出故障时更换；从第5艘到第12艘双子星座飞船都是用了燃料电池，这种电池结构较简单、紧凑，能耐冲击和振动，体积小、重量轻、比功率高；飞船还采用弹射座椅作为紧急救生手段，它不仅在发射阶段而且在着陆阶段可为航天员提供一种救生手段。　　双子星座号飞船与水星号飞船相比，作了较大的改进，实现了载2名航天员飞行。飞船设计为手控操纵为主，成为至今为止美国载人空间飞行器中受控程度最高者，在双子星座飞行中，航天员真正成为飞船的驾驶与操纵人员，并且除人对空间环境的适应情况的实验外，还进行了一些技术试验，实现了一些新的空间技术方面的突破，主要包括航天员舱外活动技术和空间飞行器的交会/对接技术，以及使用计算机的自动飞行控制技术。　　双子星座计划共进行了10次载人飞行，总计飞行时间971小时48分。　　C阿波罗　　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50t，高约16m连同救生塔约25m。其中指挥舱为圆锥形，高3.5m，底部直径3.9m，重约6t；服务舱是一个直径为3.9m、高7.6m的圆柱体，重约25 t；而登月舱高6.9m，宽4.3m，质量14t。　　阿波罗计划载人登月的技术途径是选用月球轨道交会方案，即将一艘载有3名航天员的飞船发射到月球轨道上，然后2名航天员乘登月舱在月面上降落，进行月面探险。另一名航天员仍留在指挥舱中绕月球轨道飞行，并进行科学实验。返回时，在月面上的2名航天员启动登月舱的上升段发动机，飞上月球轨道，与指挥舱交会对接。2名航天员进入指挥舱后，抛弃登月舱的上升段，脱离月球轨道返回地球。在再入大气层前，抛弃服务舱，仅指挥舱在太平洋上溅落。　　阿波罗飞船研制出来后，相继进行过6次无人亚轨道和环地轨道飞行、一次环地飞行、3次载人环月飞行，最后才正式进行了登月飞行。1968年10月11日发射的阿波罗-7是第一艘载3名航天员的阿波罗飞船。在此之前，阿波罗计划中只做了不载人的飞行试验。自阿波罗-7起，到阿波罗-18为止，美国发射了12艘载人阿波罗飞船。

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