美国的载人飞船

1． “水星”号      　　美国水星飞船计划于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，占总费用的18.34%；运行和回收操作费用为0.493亿美元，占总费用的12.6%；其它设施为0.532亿美元，占总费用的13.46%。水星计划的主要目的是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。  　　组成情况：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。在发射时水星飞船的顶端还有一个高约5米的救生塔。设计的最长飞行时间为2天。采用弹道再入方式，航天员与飞船一起在海上回收。飞船由6部分组成： 　　①逃逸系统 是针对美国当时的运载火箭可靠性不高而专门设置的，该系统由逃逸火箭、逃逸塔和逃逸塔抛射火箭组成。逃逸火箭的推力为2340公斤，燃烧时间为1秒。逃逸塔抛射火箭推力为360公斤，燃烧时间为1.5秒。在飞船发射期间，一旦运载火箭发生故障，逃逸火箭在1秒钟内能把飞船从运载火箭上推开75米。若刚离发射台，1秒钟内能推开约38米，当宇宙神助推级分离后便抛弃逃逸系统。 　　②天线容器 装有指令、遥测和通信天线，两台红外水平扫描器以及制动伞等。制动伞直径1.83米，在6.3公里高空打开。 　　③回收部件 设有回收信标、天线和闪光灯辅助设备以及主伞和备用伞等。伞的直径均为19.2米，在3.05公里高空打开，将飞船降落速度减少到9米/秒。 　　④座舱 双层密封。设有通信、环境控制系统、仪表、导航设备等。航天员乘坐的躺椅是按体型制作的，可提高航天员对加速度的耐力。舱内环境使用100%氧气，气压0.63公斤/厘米2，温度保持在10～30℃。 　　⑤反推与分离火箭 在组件内装有反推火箭和正推火箭。反推火箭有3台，每台推力450公斤，燃烧时间10秒，其中任意两台都能实施安全再入。能将飞船速度从28165公里/小时降至563公里/小时，使飞船离开轨道；正推火箭也有3台，每台推力180公斤，燃烧时间为1秒。当宇宙主发动机燃烧终止，将飞船送入轨道后，正推火箭使飞船与火箭分离，分离速度为6米/秒。　　 ⑥防热层 在飞船再入时承受气加热。亚轨道飞行时防热层采用铍，轨道飞行时采用玻璃和树脂混合物。　　 2．“双子星座”号　　双子星座计划始于1961年11月，1966年11月结束，历时5年，共进行了12次轨道飞行试验，其中2次无人飞行和10次载人飞行。1961年5月25日肯尼迪总统宣布了阿波罗载人登月计划。从弹道式水星载人飞船到载人登月飞行，有许多象交会与对接、航天员出舱活动之类的技术问题和操纵飞船完成机动、再入溅落等一系列操纵训练问题都有待解决，因此需要一个过渡性飞船计划，即双子星座载人飞船计划。该计划的总费用为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%。双子星座计划是为阿波罗计划提供飞行经验，准备各种技术条件，提供经过训练并富有实际飞行经验的航天员。其具体目标：①研究试验登月所需的长达两星期的载人轨道飞行；②发展交会、对接技术，掌握机动飞行能力；③发展和练习飞船准确再入、溅落和回收技术；④发展航天员在天上进行舱外活动的能力；⑤进行科学、医学和军事技术实验；⑥为航天员和地面工作人员提供实际的飞行训练机会，使他们掌握阿波罗登月所必需的技术。  　　组成情况： 双子星座飞船基本呈圆锥一钟形，重约3.2～3.9吨，全长5.7米，底部最大直径3米。飞船由再入舱和连接舱两部分组成，飞船再入前抛弃连接舱，仅回收再入舱。 　　再入舱有3个舱段：①交会和回收段：内装交会雷达、交会和对接装置、制动伞、导伞和主伞。②再入控制段：内装再入控制系统的燃料和氧化剂箱、16台再入控制发动机以及阀门管路等。③座舱段：内装生保系统、仪器、电子设备以及各种实验装置。座舱内还装有供两名航天员使用的应急弹射座椅，一旦飞船在发射台上、起飞过程中、返回地面时发生事故，弹射座椅就为航天员提供救生措施。 　　连接舱有两个舱段：①制动段：内装4台固体制动发动机。②设备段：内装各种通信电子设备、燃料电池、氧气、冷却剂、贮水箱和轨道姿态发动机和机动发动机各8台及其推进剂贮箱等。连接舱内壁还有许多流动冷却液的管子，因此它又是个空间热辐射器。双子星座飞船以半弹道式再入大气层，升阻比为0.125。飞船着陆系统包括降落伞系统、标位系统和控制机构等。双子星座飞船都是用“大力神”-2导弹改进型作为运载工具，因为在当时它的推力最大，且采用可贮推进剂。从发射双子星座-5飞船以后，为发展交会和对接技术，曾用宇宙神火箭先后发射了5颗阿金纳目标卫星。双子星座计划共进行了10次载人飞行，总计飞行971小时48分。 3．“阿波罗”号      　　举世闻名的阿波罗登月计划始于1961年5月，结束于1972年12月，历时11年7个月。其目的是实现载人登月飞行和人对月球的实地考察，在该计划执行的高峰时期，参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过3万人。为载人登月飞行美国还完成了4项辅助计划，它们是：①“徘徊者”号探测器计划（1961～1965年）；共发射9个探测器，在不同的月球轨道上拍摄月球表面状况的照片1.8万张，以了解飞船在月面着陆的可能性。②“勘测者”号探测计划（1966～1968年）；共发射5个自动探测器在月球表面软着陆，通过电视发回8.6万张月面照片，并探测了月球土壤的理化特性。③“月球轨道环行器”计划（1966～1967年）：共发射3个绕月飞行的探测器，对40多个预选着陆区拍摄高分辨率照片，获得1000多张小比例尺高清晰度的月面照片，据此选出约10个预计的登月点。④“双子星座”号飞船计划。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。  　　组成情况： 阿波罗飞船由指挥舱、服务舱和登月舱三部分组成。 　　（1）指挥舱；航天员在飞行中生活和工作的座舱，也是整个飞船的控制中心，它是整艘飞船中唯一回收的部件。该舱呈圆锥形；高3.2米，重5.85吨，可居住容积5.95米3。指挥舱壳体结构分为3层：内层为铝合金蜂窝夹层结构，中层为不锈钢蜂窝夹层隔热层，外层为环氧-酚醛树脂烧蚀防热层。舱内充以0.35大气层的纯氧，温度保持在21～24℃。指挥舱分为前舱、航天员和后舱三部分。前舱装有与登月舱的对接探头，该舱内放置着陆部件、回收设备和2台姿态控制发动机等。航天员舱为密封舱，存有供航天员生活14天的必需品和救生设备。后舱内装有10台姿态控制发动机，各种仪器和贮箱，还有制导导航系统以及船载计算机和无线电分系统等。指挥舱有两个舱门，一个在侧面供航天员出入：一个在顶端供航天员爬进登月舱。另有五个窗口，其中2个供航天员摄影和观察，两个三角形窗供交会用，一个放置六分仪和扫描望远镜。 　　（2）服务舱：服务舱呈圆柱形，是为指挥舱和航天员服务的舱室。该舱高6.7米，直径4米，重约25吨。该舱采用轻金属蜂窝结构，分为6个隔舱，装有主发动机、姿态控制系统、推进剂贮箱、环境控制系统以及通信系统和电源等。环境控制系统保证3名航天员14天的生活环境。能源系统采用三组燃料电池。从发射直到再入大气层前，服务舱与指挥舱一直连接在一起，大约于两者主前15分钟服务舱才与指挥舱分离，并在大气层中烧毁。　　（3）登月舱；登月舱用于把2名航天员从月球轨道下降到月球表面，任务完成后再把他们送回在月球轨道上运行的指挥舱。在探测月面期间该舱又是航天员的短期探险基地。登月舱由下降级和上升级组成，地面起飞时重14.7吨，宽4.3米，最大高度约7米。 　　为发射阿波罗飞船美国专门研制了土星运载火箭，运载火箭研制分两个阶段进行：第一阶段研制“土星”1和“土星”IB，用于获取大型运载火箭的研制经验，并进行阿波罗飞船的飞行试验；第二阶段研制“土星”5巨型3级运载火箭作为飞船登月的运载工具。 　　飞行试验概况： 美国通过发射10艘阿波罗飞船（其中有的只有服务舱或登月舱）才实现第一次载人登月。从“阿波罗”-1至“阿波罗”-6进行了6次不载人飞行试验，在近地轨道上鉴定飞船的指挥舱、服务舱和登月舱，考验登月舱的动力装置。“阿波罗”7、8、9号飞船进行了载人飞行试验。主要作环绕地球、月球飞行和登月舱脱离环月轨道的降落模拟试验、轨道机动飞行和模拟交会、模拟登月舱和指挥舱的分离和对接。按登月所需时间进行了持续11天的飞行，检验飞船的可靠性。1969年5月18日发射的“阿波罗”10号飞船进行了从地面发射到登月全过程的演练飞行。　

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