宇宙飛船[宇宙飛船概念]

宇宙飛船[宇宙飛船概念]

宇宙飛船(英語名為 space craft,spaceship ),是一種運送航天員、貨物到達太空並安全返回的太空飛行器。宇宙飛船可分為一次性使用與可重複使用兩種類型。用運載火箭把飛船送入地球衛星軌道運行,然後再入大氣層。飛船上除有一般人造衛星基本系統設備外,還有生命維持系統、重返地球的再入系統,回收登入系統等。

基本信息

介紹

聯盟號飛船 聯盟號飛船
宇宙飛船[宇宙飛船概念] 宇宙飛船[宇宙飛船概念]

世界上第一艘載人飛船是前蘇聯的"東方"1號宇宙飛船,於1961年4月12日發射。它由兩個艙組成,上面的是密封載人艙,又稱航天員座艙。這是一個直徑為2.3米的球體。艙內設有能保障航天員生活的水、供氣的生命保障系統,以及控制飛船姿態的姿態控制系統、測量飛船飛行軌道的信標系統、著陸用的降落傘回收系統和應急救生用的彈射座椅系統   。另一個艙是設備艙,它長3.1米,直徑為2.58米。設備艙內有使載人艙脫離飛行軌道而返回地面的制動火箭系統,供應電能的電池、儲氣的氣瓶、噴嘴等系統。“東方”1號宇宙飛船總質量約為4700千克。它和運載火箭都是一次性的,只能執行一次任務。

1966年3月17日,"雙子星座"8號的太空人進行了首次太空對接。之後不久,由於飛船損傷系統突然失靈,太空人們不得不進行緊急著陸處理。太空人尼爾-A-阿姆斯特朗和戴維-R-斯考特在計畫為期3天的飛行使命中的第5圈飛行時,操縱其雙子星座封艙與阿根納號宇宙飛船對接成功。半小時後,雙子星號密封艙開始鏇轉並失去控制。接著,宇宙飛船上12隻小型助推火箭中的一隻原因不明地起火。太空人隨即將其飛行器與阿根納號分離,並成功地在太平洋上降落。質量約為4700千克。

分類

對接後的飛船 對接後的飛船

至今,人類已先後研究制出三種構型的宇宙飛船,即單艙型、雙艙型和三艙型。其中單艙式最為簡單,只有太空人的座艙,美國第1個太空人格倫就是乘單艙型的“水星號”飛船上天的;雙艙型飛船是由座艙和提供動力、電源、氧氣和水的服務艙組成,它改善了太空人的工作和生活環境,世界第1個男女太空人乘坐的前蘇聯“東方號”飛船、世界第1個出艙太空人乘坐的前蘇聯“上升號”飛船以及美國的“雙子星座號”飛船均屬於雙艙型;最複雜的就是三艙型飛船,它是在雙艙型飛船基礎上或增加1個軌道艙(衛星或飛船),用於增加活動空間、進行科學實驗等,或增加1個登月艙(登月式飛船),用於在月面著陸或離開月面,前蘇聯/俄羅斯的聯盟系列和美國“阿波羅號”飛船是典型的三艙型。上述這些飛船是載人太空飛行器的先驅! 拉開了載人航天的帷幕! 在載人航天史上有著不可磨滅的作
用!有的目前仍活躍在載人航天的第一線,聯盟系列飛船至今還在使用。 

技術要求

雖然宇宙飛船是最簡單的一種載人太空飛行器,但它還是比無人太空飛行器(例如衛星等)複雜得多。麻雀雖小,五臟俱全。宇宙飛船與返回式衛星有相似之處,但要載人,故增加了許多特設系統,以滿足太空人在太空工作和生活的多種需要。例如,用於空氣更新、廢水處理和再生、通風、溫度和濕度控制等的環境控制和生命保障系統、報話通信系統、儀表和照明系統、航天服、載人機動裝置和逃逸生系統等。

當然,掌握太空飛行器再入大氣層和安全返回技術也至關重要。尤其是宇宙飛船,除了要使飛船在返回過程中的制動過載限制在人的耐受範圍內,還應使其落點精度比返回式衛星要高,從而及時發現和營救太空人。前蘇聯載人宇宙飛船就曾因落點精度差,結果使太空人困在了冰天雪地的森林中差點被凍死。人上天有三個條件,除要研製出載人太空飛行器外,還必須擁有運載力大、可靠性高的運載工具;應弄清高空環境和飛行環境對人體的影響,並找到有效的防護措施。  

天高任船飛。未來的宇宙飛船將朝三個方向發展:有多種功能和用途;返回落點的控制精度提高到百米級的範圍以內;返回地面的座艙經適當修理後可重複使用。

結構

宇宙飛船[宇宙飛船概念] 宇宙飛船[宇宙飛船概念]

載人飛船是目前最小的一種載人船天器# 僅能往返使用一次,在太空軌道上一般能單獨飛行數天到十幾天,也可作為往返於地面和空間站之間或地面和月球以及地面和行星之間的“渡船”,還能與空間站或其他太空飛行器對接後進行聯合飛行。

座艙是載人飛船的核心,通常採用無翼的大鈍頭鏇轉體,有的是球形,有的是鐘形,採用這種簡單外形具有結構簡單、工程上易於實現等特點。當飛船再入大氣層時,座艙在距地面40 km 左右的高空就能急劇減速,造成的峰值減加速度 (也叫最大過載)為8g左右(採用半彈道式路徑返回方式可達3~4 g)。這樣的減加速度,經過選拔和訓練的航天員是可以承受的。座艙一般均有視野開闊的舷窗,以便航天員觀察發射前的準備活動、在軌交會對接情況、返回點火時的姿態和再入著陸的地面情況等。俄羅斯航天員曾多次在自動對接系統失靈情況下,通過舷窗進行手動對接獲得成功。

服務艙又叫推進艙、設備艙或儀器艙,它一般緊接在座艙後面。通常安裝推進系統、電源、氣瓶和水箱等設備,起保障和服務作用,為飛船提供動力,為航天員提供氧氣和水。

軌道艙也稱工作艙,它位於座艙前面,是為了增加航天員的活動空間。一般是航天員在軌工作場所,裡面裝有多種試驗設備和實驗儀器。

氣閘艙是航天員在軌出艙時,保證飛船艙內氣體不致全部漏到宇宙空間的設備,即供航天員進入太空或由太空返回用的氣密性裝置。在2艙式飛船中它是座艙的一部分,在3艙式飛船中它是軌道艙的一部分。
對接機構也叫對接艙,它與座艙或軌道艙相連,用於與其他飛船或空間站對接和鎖緊。

載人飛船的應急救生裝置,用於保障在緊急情況下使航天員安全返回地面,或轉移到其他載人太空飛行器上。現有彈射座椅、救生塔、分離座艙和載人機動裝置幾種。為了保證航天員能夠進入太空和安全地返回地面,載人飛船一般設有結構分系統、生命保障分系統、熱控制分系統、姿態控制與軌道控制分系統、推進分系統、無線電通信與測控分系統、電源分系統、儀表與照明分系統和返回著陸系統等多個分系統。其中生命保障分系統、應急救生分系統、儀表與照明分系統等為載人太空飛行器特有的。因而比無人衛星複雜得多,是人類航天技術的一次突破性飛躍。  

前蘇聯

1、東方號宇宙飛船

東方1號宇宙飛船,它由乘員艙和設備艙及末級火箭組成,總重6.17噸,長7.35米。 乘員艙呈球形,直徑2.3米,重2.4噸,外側覆蓋有耐高溫材料,能承受再入大氣層時因摩擦產生的攝氏5000℃左右的高溫。乘員艙只能載一人,有三個艙口,一個是太空人出入艙口,另一個是與設備艙連線的艙口,再一個是返回時乘降落傘的艙口,太空人可通過舷窗觀察或拍攝艙外情景。太空人的座椅裝有彈射裝置,在發生意外事故時可緊急彈出脫險。同時在飛船下降到距離地面7000米的地方,太空人連同座椅一起彈出艙外,並張開降落傘下降,在達到4000米高度時,太空人與座椅分離,隻身乘降落傘返回地面。設備艙為頂錐圓筒形,長2.25米,重2.27噸,在飛船返回大氣層之前,與乘員分離,棄留太空成為無用之物。東方1號宇宙飛船打開了人類通往太空的道路。

2、上升號宇宙飛船

上升號宇宙飛船重5.32噸,球形乘員艙直徑與東方號飛船大體相同,改進之處是提高了艙體的密封性和可靠性。太空人在座艙內可以不穿太空衣,返回時不再採用彈射方式,而是隨乘員艙一起軟著陸。上升 1號載三名太空人,在太空飛行 24小時17分鐘;上升2號載兩名太空人,在太空飛行26小時2分鐘。

3、聯盟號宇宙飛船

聯盟號飛船由軌道艙、指令艙和設備艙三部分組成,總重量約6.5噸,全長約7米,太空人在軌道艙中工作和生活;設備艙呈圓柱形,長2.3米,直徑2.3米,重約2.6 噸,裝有遙測、通信、能源、溫控等設備;指令艙呈鐘形,底部直徑3米,長約2.3米,重約2.8噸。飛船在返回大氣層之前,將軌道艙和設備艙拋掉,指令艙裝載著太空人返回地面。從聯盟10號飛船開始,前蘇聯的宇宙飛船轉到與空間站對接載人飛行,把載人航天活動推向了更高的階段。

4、聯盟號載人飛船和進步號貨運飛船

前蘇聯的空間站上天以來,一直與聯盟號系列載人飛船和進步號系列貨運飛船一起,共同組成軌道聯合體執行載入航天飛行任務。

聯盟號系列載人飛船已更換三代,作為空間站的載人工具。從聯盟10號開始,到1993年底共有 30艘聯盟號,14艘聯盟T號,17艘聯盟TM號飛船載人到空間站上開展太空科學考察活動。第一代聯盟號,主要用於試驗載人飛船與空間站的交會,對接和機動飛行,為載人到空間站活動打下了堅實基礎;第二代聯盟T號,改進了座艙設施,提高了生命保障系統的可靠性和生活環境的舒適性;第三代聯盟TM號,又改進了會合,對接,通信,緊急救援和降落傘系統,增加了有效載荷。經過改進的聯盟TM號飛船總重7噸,長約7米,翼展10.6米,載3名太空人和250千克貨物最大改進是對接系統,可以在任何姿態下與和平號空間站對接,無需空間站做機動飛行和調整姿態。

世界各國的一些宇宙飛船 世界各國的一些宇宙飛船

“進步號”系列貨運飛船執行向空間站定期補給食品、貨物、燃料和儀器設備等任務。到1993年底,已發展兩代,共發射進步號42艘,進步M號20艘。它與空間站對接完成裝卸任務後即自行進入大氣層燒毀。這種飛船由儀器艙,燃料艙和貨艙組成,貨艙容積 6.6立方米,可運送1.3噸貨物,燃料艙帶1噸燃料。它可自行飛行4天,與空間站對接飛行可達2個月。  

中國神舟號

1999年1月20日清晨,中國第一艘宇宙飛船“神舟” 號的試驗飛行發射回收成功,標誌著中國航天技術邁出了十分重要的一步,成為20世紀中國航天科技的十大新聞之一。

“神舟” 號飛船是用中國設計製造的長征系列運載火箭發射的,這是長征運載火箭的第59次發射。這次試驗飛 行中進行的空間遙感和環境監測 以及空間材料、生命、天文和物理科學實驗也取得了巨大成功。

這次飛行,採用了北京、西安和酒泉三地同時分工協作測控的新格局,做了十分詳細和周密的部 署;並利用中國的衛星和國外一些為公眾服務的衛星建立的衛星信息系統,進行全方位的監測。對整個試驗飛行過程的全面的測控,確保了試驗的順利進行。

中國此次飛船發射首次採用了世界上先進的發射技術,即 “三垂” 發射模式:垂直測試,垂直運輸,垂直發射。  

私人宇宙飛船

據美國太空網報導,隨著一系列新型商業飛船浮出水面,私人太空飛行的時代已經近在眼前。美國宇航局的太空梭即將退役,雖然太空梭的退場會對宇航局的太空運輸產生不利影響,但同時也為私人飛船的發展提供了一個好機會。以下列舉的是將很快成為現實的10種新型私人飛船。  

1.Lynx

Lynx

藉助於火箭動力的太空梭Lynx,美國加利福尼亞州莫哈韋的XCOR宇航公司進軍亞軌道太空飛行業務。搭乘這架太空梭到太空兜一圈只需要 9.5萬美元。雖然每次飛行只能搭載一名飛行員和一名乘客,但短短兩小時的周轉時間卻可以彌補空間狹小的不足,每天最多可進行4次飛行。

2.銀鏢

銀鏢

美國芝加哥PlanetSpace公司雖然將目光聚焦軌道太空之旅,但卻將其太空梭“變身”為一個亞軌道地球運輸系統。 PlanetSpace的太空梭“銀鏢”可安裝一個亞軌道火箭發動機,用於進行地球上的點對點飛行。“銀鏢”能夠以高超音速的速度飛行2.5萬英里(約合4.0233萬公里)。PlanetSpace執行長傑夫·謝里恩表示:“藉助於這個系統,20分鐘內從紐約到巴黎絕對不成問題。”

3.前蘇聯RRV

前蘇聯RRV

曼島的Excalibur Almaz 有限公司購買了前蘇聯的幾個可重複使用返回型太空飛行器(RRV)。這種飛船在設計上用於將太空人送上上世紀70年代的秘密太空站Almaz。 Excalibur Almaz尚未公布一周太空之旅的費用,但已計畫採用現代技術對RRV飛船的設計進行升級。RRV飛船由一個用於發射和返回的錐形RRV以及一個一次性服務艙構成,飛船可搭乘3個人,包括一名指揮官和兩名乘客。

4.追夢者

追夢者

美國科羅拉多州森特尼爾的“內華達山脈”公司子公司SpaceDev正在開發可容納7人的飛船“追夢者”,在設計上利用阿特拉斯5型火箭將太空人送入太空。在2010年2月舉行的一場商業乘員開發比賽中,SpaceDev從美國宇航局手中獲得2000萬美元

5.Vertical Tourships

Vertical Tourships

美國維吉尼亞州旅遊公司“太空冒險”計畫出售太空游門票,他們使用的是犰狳宇航公司開發的新型亞軌道火箭動力飛船。位於德克薩斯州的“犰狳”是電腦遊戲大亨約翰·卡爾麥克資助的一家公司。“犰狳”的垂直發射火箭飛船可將兩名乘客送入距地球62英里(約合100公里)的太空,費用為10.2萬美元,遠遠低於“太空冒險”提供的國際空間站之旅的費用。

6.太陽舞者

太陽舞者

美國內華達州拉斯維加斯的Bigelow宇航公司提出了一種與眾不同的太空站設計,即用一個個“太陽舞者”組裝成一個太空站。“太陽舞者”是一種載人太空艙,可在太空充氣。多個太空艙組合在一起構成一個太空站甚至一個月球基地,能夠支持3名太空人的存在。Bigelow已經發射了兩個原型艙—— “起源1”號和“起源2”號。雖然是無人操控太空艙,但現在仍舊繞軌道運行。這家公司已經與太空探索技術公司SpaceX簽約,計畫在2014年搭乘獵鷹 9型運載火箭發射“太陽舞者”。

7.New Shepard

New Shepard

亞馬遜網站創始人傑夫·貝佐斯創建的太空旅遊公司“藍色起源”(Blue Origin)位於華盛頓州肯特市。這家公司對於外界來說仍舊是一個謎。對於“藍色起源”的太空飛船——New Shepard亞軌道太空飛行器,人們也是知之甚少,只知道將由一個安裝在推進艙上方用於進行實驗的密封乘員艙構成,能夠將太空人送入距地球75英里(約合 120公里)的太空。美國宇航局已向“藍色起源”注資370萬美元,用於研發太空人逃生系統並建造一個複合材料太空艙原型。

8.天鵝座

天鵝座

美國維吉尼亞州杜勒斯的衛星發射公司“軌道科學”(Orbital Sciences)計畫藉助其先進機動飛船“天鵝座”進軍太空飛行世界。圓柱形“天鵝座”將搭乘“軌道科學”的金牛座2型火箭發射升空。它攜帶一個加壓貨艙,最大有效負荷為5952磅(約合2700公斤)。“天鵝座”當前的設計仍採用無人操控方式。目前,“軌道科學”已經與美國宇航局簽署一項價值19億美元的契約,負責完成8次貨物運輸,將貨物送上國際空間站。試飛將於2011年進行。

9.太空船二號

太空船二號

大名鼎鼎的企業家理察·布蘭森及其位於新墨西哥州的維珍銀河公司,利用“太空船二號”提供亞軌道太空游服務,費用為20萬美元。“白色騎士二號”負責將搭載2名飛行員和6名乘客的“太空船二號”送入距地5萬英尺(約合1.6萬米)的高空。達到這一高度後,“太空船二號”將脫離“白色騎士”,同時點燃火箭發動機,最高可進入距地68英里(約合110公里)的太空。“太空船二號”的受控運載試飛正在進行當中。

10.龍太空艙

龍太空艙

美國加州霍索的太空探索技術公司SpaceX研製出獵鷹9 型火箭,用於發射“龍”太空艙。這種太空艙首先可能用於向國際空間站運送貨物,而後再負責運送太空人。“龍”太空艙在設計上最多可搭載7名乘客,首次試飛定於2010年進行   。

太空飛行器分類導航

太空飛行器,又稱空間飛行器、太空載具等,是指在地球大氣層以外的宇宙空間中,基本按照天體力學的規律運動的各種飛行器。
航天套用間諜衛星氣象衛星太空探索
 衛星導航系統  
載人航天太空人航天計畫運載火箭
太空飛行器運載工具太空梭運載火箭
空間站載人飛船月球太空飛行器
空間探測器人造衛星

探索太空:人類永不止步

宇宙飛船

宇宙飛船又稱載人飛船,(英語名為spaceship),是一種運送航天員,貨物到達太空並安全返回的一次性使用的太空飛行器。它能基本保證航天員在太空短期生活並進行一定的工作。它的運行時間一般是幾天到半個月,一般乘2到3名航天員。截止目前只有美國、俄羅斯和中國具備建造和回收宇宙飛船的技術。 

 前蘇聯宇宙飛船東方號宇宙飛船|上升號宇宙飛船|聯盟號宇宙飛船
 美國宇宙飛船:水星號載人飛船|雙子星座號飛船|阿波羅11號
中國神舟系列宇宙飛船
早在20世紀70年代初,中國就開始載人航天的研究,並曾做出過一個名叫“曙光”號的雙艙式飛船的全尺寸飛船模型,可當時的政治、經濟和工業基礎等條件均不成熟。隨著國民經濟和科學技術的不斷發展,1992年,黨中央批准研製載人飛船工程。自此,中國的載人航天工程正式啟動,並取得巨大成功。中國載人飛船系列有一個動聽的名字——“神舟”,它是以中國空間技術研究院為主研製的,採用了多項新技術,其中一些達到國際先進水平,使中國載人飛船技術達到或優於國際第三代載人飛船的水平。
神舟一號1999年11月20日,中國自行研製的第一艘試驗飛船神舟一號在中國酒泉衛星發射中心新型長征-2F運載火箭發射升空,次日在內蒙古中部地區成功著陸。
神舟二號“神舟二號”飛船是中國發射的第二艘實驗飛船,它也是中國第一艘正樣無人航天飛船。“神舟二號”飛船於2001年1月10日在酒泉衛星發射中心發射升空,在軌運行7天后成功返回地面。
神舟三號神舟三號由推進艙、返回艙和軌道艙組成。飛船上沒有搭載航天員,只搭載了一個模擬太空人,該裝置可以模擬人體代謝、模擬人生理信號、能夠定量模擬航天員在太空中的重要生理活動參數,其技術狀態與載人狀態完全一致。台北時間2002年3月25日22時15分,該飛船由“長征二號F”捆綁式大推力運載火箭在酒泉衛星發射中心成功發射升空的。2002年4月1日,神舟三號飛船在太空繞地球飛行107圈後,準確降落在內蒙古中部的著陸場。
神舟四號神舟四號飛船是在神舟一號、神舟二號、神舟三號飛行試驗成功的基礎上,經進一步完善研製而成,其配置、功能及技術狀態與載人飛船基本相同。台北時間2002年12月30日0時40分,中國自行研製的“神舟”四號無人飛船在酒泉衛星發射中心發射升空並成功進入預定軌道。
神舟五號神舟五號載人飛船是中國首次發射的載人航天飛行器,於2003年10月15日將航天員楊利偉送入太空。這次的成功發射標誌著中國成為繼前蘇聯(現由俄羅斯承繼)和美國之後,第三個有能力獨自將人送上太空的國家。
神舟六號“神舟六號”與“神舟五號”在外形上沒有差別,仍為推進艙、返回艙、軌道艙的三艙結構,重量基本保持在8噸左右,用長征二號F型運載火箭進行發射。它是中國第一艘執行“多人多天”任務的載人飛船。這也是世界上人類的第243次太空飛行。執行任務太空人是費俊龍聶海勝
神舟七號“神舟七號”在外形上與“神舟六號”有明顯的不同。神舟七號載人飛船於2008年9月25日21點10分04秒從中國酒泉衛星發射中心載人航天發射場用長征二號F火箭發射升空。飛船於2008年9月28日17點37分成功著陸於中國內蒙古四子王旗主著陸場。神舟七號飛船總計飛行2天20小時27分鐘。 神七上載有三名太空人分別為翟志剛(指令長)、劉伯明景海鵬。“神舟七號”實現了中國歷史上太空人第一次的太空漫步,令中國成為第三個有能力把航天員送上太空並進行太空行走的國家。

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