书城童书航天科技
9747000000072

第72章 中国神舟七号载人飞船(3)

2,返回舱是载人飞船唯一返回地球的舱段,飞船起飞、上升到入轨及返回着陆时,航天员都在返回舱内。神舟六号的返回舱形状像钟,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。返回舱是飞船的指挥控制中心,舱内安装了航天员的座椅。飞船在起飞、上升和返回地面时,航天员躺在座椅上的。返回舱内还安装了飞行中需要航天员监视和操作的仪器设备,航天员通过这些仪表可以随时判断、了解飞船的工作情况,还可以在必要时人工干预飞船的系统和设备的工作。

3,推进舱形状也是圆柱形的,舱内安装推进系统发动机和推进剂,其使命是为飞船提供姿态高速和进行轨道维持所需的动力,飞船电源、环境控制和通信等系统的一部分设备也安装在这里。推进舱外部两侧也安装了两个太阳电池翼,为飞船提供所需的电能。

载人飞船的轨道舱和返回舱都是密封的舱段,舱内与外界完全隔绝,内部安装的环境和生命保障系统,将为航天员提供一个与地球环境一样的舒适生活环境。另外,还安装了供着陆用的主、备两具降落伞。返回舱侧壁上开设了两个圆形窗口,一个用于航天员观察窗外的情景,另一个供航天员操作光学瞄准镜观察地面驾驶飞船。

运载火箭系统

神舟七号使用长征二号F火箭发射升空。火箭功能及性能满足工程总体和飞行任务要求;产品技术状态受控,研制质量良好,出现的质量问题已经全部归零或有不影响飞行任务的明确结论;完成了规定的可靠性安全性项目试验,各项准备工作满足载人航天飞行产品出厂放行准则的要求。

长征二号F火箭长征2F运载火箭主要技术指标:

火箭的可靠性为0.7,安全性为0.97:0.7的可靠性就是说100次发射里,只有3次火箭可能出现问题;0.97的安全性是指火箭出现1000次问题里,可能有3次会危及航天员的生命安全。这是载人火箭的特性。一般的商用火箭可靠性为0.1到0.3,没有安全性要求。

火箭起飞重量为479吨:火箭加上飞船重量约44吨,其它的都是液体推进剂。因此,火箭的90%都是液体,比人体含水量还大。水通常占人体的60%到70%。

飞船重量为8吨多,占船箭组合体起飞重量的六十二分之一:要把一公斤的东西送入轨道,火箭就得消耗62公斤。神舟六号飞船比神舟五号在重量上有所增加,因此发射神六的火箭也重了不少。

火箭芯级直径为3.5米:我国铁轨轨距定为1.435米,按照这个轨距修建的铁路,能够运输的货物最宽为3.72米,去掉车厢外壳,只剩下3.5米。因此,用标准铁路进行运输的火箭最大直径只能达到3.35米。

火箭入轨点速度为每秒7.5公里:这个速度是音速的22倍。

火箭轨道近地200公里,远地350公里:地球半径6400公里,火箭轨道与地球的距离,为地球半径的几十分之一。

发射场系统

载人航天发射场的基本任务是,为运载火箭、飞船、有效载荷提供满足技术要求的转载、总装、测试及运输设施;为航天员提供发射前的生活、医监、医保和训练设施;为载人飞船发射提供全套地面设施;组织、指挥、实施载人飞船的测试、发射及飞行上升段的指挥、调度、监控、显示和通信;组织、指挥、实施待发段和上升段的应急救生;完成运载火箭上升段的跟踪测量和安全控制;为航天指挥控制中心提供有关参数和图像;提供载人航天发射区的后勤服务保障酒泉卫星发射中心载人航天发射场。

酒泉发射场建在戈壁沙漠的绿洲上,西依山,东临河,是当年聂荣臻元帅亲自挑选的。至今,酒泉卫星发射中心,不在甘肃的酒泉。其实酒泉发射中心位于内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗境内,这里距离酒泉还有210公里。当时以“酒泉”命名,一是因为当时各国导弹卫星发射场起名时均避开真实地址,二是发射场地处茫漠戈壁,很难选一个有知名度的地名,而酒泉是与发射中心距离最近,且在历史上是有名的城市。

酒泉卫星发射中心又称“东风航天城”,是中国科学卫星、技术试验卫星和运载火箭的发射试验基地之一,是中国创建最早、规模最大的综合型导弹、卫星发射中心,也是中国目前唯一的载人航天发射场。随着任务的变化,发射场在神七任务中不仅要为舱外航天服提供测试环境和技术保障,还要重新制定测试和发射流程,把舱外航天服与飞船的联试、舱外航天服与火箭的联试等纳入测试流程。

测控通信系统

在“神舟”飞船七大系统中,测控与通信至关重要。如果航天器好比是风筝,测控站和分布在三大洋的远洋测量船就是牵住风筝的那一根线,地面的控制系统就像放风筝的人,测控与通信总体方案设计水平的高低,直接关系着载人航天工程的成败测控通信系统。

当运载火箭发射和载人飞船上天飞行以及返回时,需要靠测控通信系统保持天地之间的经常性联系,完成飞船遥测参数和电视图像的接收处理,对飞船运行和轨道舱留轨工作的测控管理。这个测控通信系统由北京航天指挥控制中心、陆上地面测控站和海上远望号远洋航天测量船队组成,执行飞船轨道测量、遥控、遥测、火箭安全控制,航天员逃逸控制任务额。

我国航天器测控系统已经形成了以西安卫星测控中心为中枢,以十多个固定台站、活动测控站和远望号测量船为骨干的现代化综合测控网。在载人航天工程中,我国的飞船测控系统使用了统一S波段系统,通过同一套发射机和天线系统、接收设备发送或接收遥测和遥控信号以及话音和电视信号。探月的号角吹响后,我国的航天测控网又开始建设探月测控系统,月球探测二期工程将建设35米口径天线深空测控网,提高我国深空测控的能力。未来我国还将进一步加强深空测控领域的国际合作。

着陆场系统

飞船着陆场系统是指担负对飞船再入轨迹的捕获、跟踪和测量,搜索并回收返回舱,以及对航天员出舱后进行医监医保、医疗救护和紧急后送等相关分系统的总称。

着陆场是我国载人航天工程新增加的一个系统。着陆场系统的主要任务是:飞船在太空飞行后,从返回舱再入大气层开始,利用先进的无线电测量系统,对目标进行捕捉、分析和落点预报,然后组织迅速逼近返回舱,并且对返回舱进行处置,且将其安全运回基地。着陆场系统还包括:飞船上升段陆上和海上应急返回搜救分系统,在海上救生区部署了专门的打捞救生船和直升机,配备了能在复杂海况下打捞漂浮在海面上的返回舱的设备。

要让在300多千米高空飞行的飞船准确降落在旋转着的地球上的预定地点,肯定不是一件简单的事情,它需要多种技术保障,要有非常可靠的控制系统、跟踪系统和安全的着陆场系统。前苏联曾有一次飞船返回时,因控制系统发生偏差,飞船偏离预定着陆点1000多千米。结果当飞船降落到距地面一定高时,3名宇航员从飞船弹射出来后(那时是乘降落伞着地,不是乘飞船直接着地),有两个宇航员落地了,还有一个宇航员掉到了森林里。由于直升机无法在森林着陆,只得专门派伐木工人紧急赶至现场,开辟一个停机坪,让直升机降落才把人救走。当时天气很冷,航天员在森林里冻了一天一夜,差点冻死。所以除了对飞船的控制、跟踪技术非常重要外,飞船着陆场地的选择和建设也是非常有讲究的。

当然,飞船的着陆场不是像跳伞员降落地点那样,在一块平坦的地面上画个圈,做个明显标志,跳伞员自己控制降落伞,落到里面就行了的。飞船着陆场的选择远不是这样简单,而且它的建设是一个非常复杂的系统。

“神七”费用低于“神六”

“神六”的成功,很多人都关注它到底花了多少钱?对此,王庆仁透露说,“‘神六’的总花费是9亿元人民币,其中,‘神六’宇航服造价就3000万。”王庆仁表示,“摆在中国航天人面前的一个比较重要的任务,就是用有限的经费取得世界上比较公认的成果。”

对于“神七”费用的问题,王庆仁向记者透露:‘神七’的花费应该少于‘神六’。因为我们‘神舟’系列航天技术的主体研制工作已经完成,所以‘神七’是在已有基础上的研制,花销会相应少很多。”

神舟七号航天员太空行走文字全记录

17:10神舟七号报告舱门气密性良好。

17:08从轨道舱外的摄像机上我们可以看到太阳出现在神舟七号和地球中间。

17:02航天员正在检测舱门密封情况。

17:01轨道舱关闭正常。

17:00舱门已经关上。

16:59开始关闭舱门。

16:59我们从打开的舱口中可以看到蓝色的地球。

16:58舱外工作完毕。

16:58翟志刚已经完全回到舱内。16:57翟志刚摘下舱外保护挂钩。

16:56刘伯明在舱内协助收回电缆和保护带。

16:55开始进入舱内。

16:55翟志刚准备返回轨道舱。

16:52当前飞船状态良好。

16:52翟志刚报告感觉良好。

16:51翟志刚开始舱外工作,将舱外试验品交给刘伯明带回舱内。

16:49已经出舱10分钟。

16:48翟志刚在太空中挥动五星红旗。16:47飞行工作正常。

16:46在黑色的太空背景中,航天员白色的身影格外清楚。

16:45翟志刚已经全部出舱。

16:44翟志刚在舱外向大家致意,感觉良好,向全国人民问好。

16:43开始出舱。

16:43翟志刚把一个挂钩挂在舱外。

16:42翟志刚左手伸出舱口。

16:41舱门完全打开。

16:39舱门已经打开。

16:37翟志刚用右手扭动把手,舱门已经打开一条缝。

16:34打开轨道舱门,神舟七号开始出舱。

16:33两名航天员报告航天服工作良好,出舱准备完毕,身体状态良好。

16:32两名航天员进行通话试验,把有线的话音转到无线话音。

16:31航天员正在进行出舱前的最后确认工作。

中国航天员“太空第一步”

翟志刚身着国产“飞天”舱外航天服,刘伯明身着俄制“海鹰”航天服。出于中国专家的考虑,由于此次任务的最重要部分是突破出舱技术,将派遣身着国产航天服的翟志刚完成出舱任务。

在舱外,航天员将借助舱外活动扶手、栓系固定装置等沿轨道舱外壁移动,并取回舱外的固体润滑材料试验样品。然后用CCD立体相机近距离为“神舟七号”拍照,此外航天员还进行拧螺钉、设备安装等模拟操作。

25日,载人航天工程总设计师周建平在酒泉卫星发射中心接受新华社记者采访时说,除出舱活动外,“神舟七号”还承担着其他三项任务,包括在太空中进行固体润滑材料和太阳能电池极板舱外暴露试验,释放围绕轨道舱进行伴随飞行的小卫星以及“天链一号”太空中继终端的试验。“天链一号”将为中国地面测控人员增加50%的天空覆盖,建立陆海空天一体的测控网,并进而为载人航天今后从事交会对接等对测控覆盖要求更高的活动奠定更好的基础。

与“神舟六号”飞行相比,“神舟七号”的飞行手册从三本增加到七本,航天员要进行的操作单元从几百项增加到一千多项,而每个操作单元还包含数十个步骤和上百个动作。

在“神舟七号”起飞前,载人航天工程副总指挥张建启在接受中央电视台采访时说,国外航天员出舱前一般来说是在升空72小时后,以使宇航员适应空间失重状态。但“神舟七号”任务宇航员升空第二天就要出舱,因此“神舟七号”对航天员的要求特别高,航天员的水平和能力将决定这次出舱的成败。

飞船安全返回需过四关

安全返回是载人航天的最后一个环节,对于神舟号飞船来讲,返回时要闯过“五道关”:

一是调姿关,使飞船从运行姿态调整到返回姿态,其中包括让轨道舱与返回舱-推进舱分离。

二是角度关,飞船进入大气层时,与大气层夹角必须是20°左右,角度小了会被直接弹回,大了则会产生更高的温度,瞬间烧毁飞船。

三是过载关,飞船高速进入大气层时会产生巨大的冲击过载,就像飞机撞山一般,所以必须使过载限制在人的耐受范围内。其方法是通过开动推进舱的火箭发动机产生制动来降低飞船的速度。

四是火焰关,飞船返回时与大气层的剧烈摩擦会产生几千度的高温,因此必须有先进的防热措施,否则钢筋铁骨也要化成灰烬。返回舱在再入大气层时,要使其用特制防热材料做的舱底保持向前,从而保证它在与空气剧烈摩擦所产生的高温高压下,舱内温度正常。

五是着陆关,返回舱下降到稠密大气层后,回收,控制系统开始工作,打开降落伞,进一步减速;着地前,着陆缓冲装置开始工作,使返回舱以很低的速度(2~3米/秒以下)实现软着陆,保证航天员安全无恙。这最后一关极为重要,否则功亏一篑,前功尽弃。苏联1艘联盟飞船就曾因为在过最后一关时,降落伞的伞绳被缠绕住,伞打不开,返回舱以极高的速度冲向地面,致使船毁人亡。另外,要保证其落点精度,以便及时发现营救。苏联一艘飞船曾因落点精度差,结果营救人员一时找不到,被困在冰天雪地的森林中的航天员差点冻死。

中国是世界上第3个拥有返回式卫星的国家,已成功发射17颗,返回16颗。中国已熟练地掌握了卫星返回技术,拥有研制高可靠回收系统的丰富经验,从而为神舟号载人飞船的安全返回着陆奠定了坚实的基础。