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纳兰容若

自在飞花轻似梦,无边丝雨细如愁

 
 
 

日志

 
 

神舟飞船:从巨人肩膀上起飞  

2011-11-14 21:10:28|  分类: 【中国航天】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2011年11月14日 - 纳兰容若 - 纳兰容若
 

  2011年11月1日中国神舟八号飞船升空,将与天宫一号空间实验舱开展对接实验。

    在NASA航天飞机退役之后,中国和俄罗斯的航天器成为穿梭太空的重要工具。

    作为起步较晚的神舟系列飞船,得益于借鉴俄罗斯的经验教训、良好的合作,也取得了迅猛发展。中国的神舟系列飞船发展至今,已经有8代,其中神舟5、6、7号飞船均完成载人航天飞行。神舟飞船比俄罗斯联盟号有诸多先进之处,但却缺乏飞行考验和量产的能力。

  神舟飞船起步晚:借鉴联盟号   

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。迄今为止“神舟”系列飞船已成功反射并返回达7次,中国成为世界上第三个拥有独立将人类送入太空的能力的国家。但“神舟”系列飞船参考了俄罗斯的“联盟”飞船,避免了在研发的过程中出现的血泪教训,是从巨人肩膀上起飞的。


交通环岛
从1973年9月至2008年9月,联盟号系列飞船已安全飞行了35年,成为当今世界上仍在使用的、最可靠的载人飞船。
交通环岛
联盟 TMA-01M 是联盟系列的最新改型,使用了新的数字化指挥与控制系统取代原有的氩气模拟系统。通过改进联盟TMA M 飞船增加了70KG的有效载荷。

俄罗斯“联盟号”是目前最可靠的载人飞船

 

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。1961年4月12日,世界上第一艘载人飞船东方-1将加加林送入太空。在此之后,上升号载人飞船在东方号基础上改良后又发射了2艘,这个系列的飞船将宇航员数量增加到3人,并换上了3个带有减震器的座椅,为了方便出舱活动又增加了一个气闸舱。而真正成熟起来的是联盟号系列飞船,联盟飞船长度约7.2米,最大直径2.7米,起飞质量约7.2吨。它分为联盟号、联盟-T和联盟-TM三个发展阶段。

 

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。1967年4月23日联盟号首次发射,有22次跟礼炮空间站对接的经历,联盟-T飞船于1980年6月5日首次发射,共发射15艘,能乘坐3名宇航员。?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。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。[详细]

 

中国神舟飞船在俄“联盟”号基础上发展而来

 

1992年,中国政府正式批准了载人航天工程,并命名为“921工程”。其核心就是研制神舟号载人飞船,这个项目由中国空间技术研究院为主研制。从现在的资料来看神舟飞船使用了国外很多已经成熟的技术,尤其是得益于俄罗斯的“联盟”号:神舟飞船的布局采用了与联盟号相同的轨道舱、返回舱和服务舱的三段式格局,从外形上看与1962年的联盟A极其相似;而且神舟飞船的设备舱散热套上的螺纹与早期的联盟7K-OK设计相同;此外神舟飞船中部的返回舱也采用了与联盟号一样的钟形,只是比联盟号的返回舱大13%而已。在大量借鉴联盟号设计的成功和经验下,1999年中国的第一艘载人飞船“神舟1”号研制出来,并于当年发射成功。

 

这些对联盟号的借鉴,是在90年代中国和俄罗斯恢复正常关系后开始的。1994年3月21日至4月4日,时任航天工业总公司副总经理王礼恒率团访俄,与俄国家航天局签署《中俄两国航天局关于和平利用与研究宇宙空间方面进行合作的议定书》。虽然协议具体内容没有对外透露,但1996年11月中国曾派出过两人到俄罗斯接受航天训练,外界推测这有可能是该协议的一部分内容。[详细]

 

  神舟飞船与联盟号的对比   

中国神舟系列载人飞船虽然在设计时对俄罗斯联盟飞船有所参照,但神舟飞船的尺寸和重量均有所增加。

神舟飞船全长9.13米、最大直径2.8米、质量约8吨;而联盟飞船长度约7.2米,最大直径2.7米,起飞质量约7.2吨。尺寸、质量增加使得神舟飞船拥有更宽敞的载人和设备布置空间,神舟是新设计的飞船,各类设备的体积和重量都会比联盟系列飞船有所缩小。

 


湛江环岛
为实现交会对接,国外的发射是2N次,而神舟飞船发射是N+1次,以N等于5为例,国外需发射10艘飞船,而中国只要发射6艘飞船。
白沙环岛
1967年4月,联盟1号载人飞船由于姿控发动机漏了燃料,飞船无法平衡;宇航员想尽了办法进行返降但最终失败。
交通环岛
逃逸塔下面连接着航天员座椅,上面装备有灵巧的逃逸发动机,一旦在发射时火箭检测出故障,航天员可以通过逃逸发动。

联盟号安全性经过血泪考验,神舟飞船吸取联盟号经验

 

从1962年,苏联开始研制联盟号飞船起,到2008年止,俄联盟号飞船已经走过了49年的历程。尽管在这个过程中,也发生过一系列安全事故数名宇航员死于非命。例如1967年4月,联盟1号载人飞船由于姿控发动机泄漏燃料,在返降中由于降落伞没有打开导致宇航员格马洛夫摔死;联盟11号在1971年6月6日返回时,返回舱与轨道舱连接处的密封出了问题,舱内空气泄漏,三名未穿宇宙服的宇航员因爆炸性减压导致脑部血栓死亡。

 

但在吸取教训和进行技术改进后,从1973年9月至今联盟号系列飞船已安全飞行了38年,成为当今世界上仍在使用的、最可靠的载人飞船,显示了联盟号系列飞船经久不衰的高可靠性。

 

而由于神舟系列飞船发展到目前只有八代,没有得到密集任务的考验,由于尚未实现空间对接,无法与前辈联盟号相提并论,但正是由于联盟号在发展过程中的血泪教训,给了神舟飞船更为安全的经验,使神舟飞船具备了更高的安全性,神舟飞船目前已经发射的7次都成功返回。吸取了阿波罗1号火灾的血的教训,神舟飞船设计有一个无论从里面还是外面,不超过3秒钟就能迅速打开的舱门;针对联盟11号飞船舱门不严实的问题,神舟六号研制成功了舱门密闭快速自动检测装置,并花费了数月时间研制出一种专用抹布,这种布不产生纤维、静电、异味,专门用来清洁舱门。

 

联盟号拥有丰富的飞行经验被委以重任,神舟飞船还处于初级阶段

 

自首艘联盟号载人飞船于1968年10月发射升空后,该系列平均每年向国际空间站发射两艘“联盟”载人飞船,拥有丰富的飞行经验。算上“联盟号”的所有型号,该系列飞船已进行了1735次以上的发射,使其成为世界上迄今使用最频繁的飞行器。“联盟号”预计将成为能向国际空间站运送机组成员的唯一运载器。在NASA今年取消航天飞机项目之后,联盟号不可替代地成为了向国际空间站运送宇航员和物资的中坚力量,并将发射次数提高到每年4次。神舟系列飞船到目前完成的飞行仅有7次,其中神舟五号、六号和七号都是载人飞船,神舟七号完成了载人出舱试验。相对来说中国神舟飞船处于初级阶段,缺乏飞行任务的考验。[详细]

 

相对联盟号而言,神舟飞船发射成本更低

 

在载人飞船方面,得益于新技术的日益成熟和普及,神舟飞船轨道舱具有自己的太阳能电池阵列,导航和推进系统,在与飞船分离后轨道舱仍然可继续在轨工作半年以上。这意味着上次发射的轨道舱可以同与下一个飞船进行交会对接,这样就节省了交会对接的发射次数,降低了载人航天计划的总体费用。国外发射飞船一次是连续发射两艘,而神舟发射方案是先发射一艘,其轨道舱与下一个飞船进行交会对接。具体来说,为实现交会对接,国外的发射是2N次,而神舟飞船发射是N+1次,以N等于5为例,国外需发射10艘飞船,而中国只要发射6艘飞船。飞船每发射一次所需经费达20亿元。[详细]

  神舟飞船的未来使命   

中国的载人航天器还比较初级,任务还不够多,没有得到密集任务的考验,由于尚未实现空间对接,另外在空间停留的时间还不是很长,所以能够执行的任务有限,至于载人航天的至于由多段飞船进行组合,实现月球登陆等更高层次的任务的能力,神舟系列目前来说还言之过早。


巴黎凯旋门环岛
“快船”是俄罗斯在“联盟”号载人飞船基础上从 2000 年就开始研制的一种新型载人飞船,尺寸是 “ 联盟”号载人飞船的两倍。

俄罗斯新一代飞船“快船”可飞往火星

 

在联盟号稳定发展数十年之后,俄罗斯宇航部门已经决定开发下一代太空飞船。2007年俄罗斯向公众展示了最新载人飞船“快船”号的全尺寸、高保真模型。“快船”是俄罗斯在“联盟”号载人飞船基础上从2000年就开始研制的一种新型载人飞船,研制,尺寸是 联盟号载人飞船的两倍,可容纳6名宇航员,并装有可重复使用舱段,能搭载700千克货物,设计发射重量为14.5吨。若经费充足,研制“快船”飞船需要 5-6年时间,预计在2012年后开始飞行。按照设计思想,“快船”不仅可以用来飞往国际空间站,而且可以用来探索太阳系,飞往包括火星在内的其他行星。

 

中国未来载人飞船将以神八为基础改造

 

对于中国太空飞船的研发,中国仍是围绕着神舟系列和天宫展开。神舟八号总设计师张柏楠曾在接受采访时表示:中国未来的航天器将是在神八基础上优化而来。神舟八号飞船进行了历史上最大的一次改进,技术状态变化的设备达到51%,是中国未来神舟系列飞船的定型版本,今后的载人飞船,将以神舟八号为原型,进行局部优化和更新,这一切也都是围绕着中国第一个空间站而发展的。[详细]

 


 
  神舟飞船是基于俄罗斯飞船基础发展起来的产物,起步高且未曾经过前苏联时期联盟号的血泪教训,但神舟系列飞船目前只是停留在载人初级阶段并且缺乏密集飞行任务的经验;神舟八号飞船与天宫一号的对接,意味着神舟飞船进入了小批量生产时代,而独立的货运飞船还未开始。
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