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第一章 人类走出地球的铿锵脚步 第一批走出地球的勇士/苏联载人航天飞船/美国载人航天飞船/苏联空间站/“航天母舰”国际空间站/“神舟”号飞船,中国航天的杰作/翱翔太空英雄知多少
第二章 解读载人航天器 载人航天器的种类/载人航天器的用途/载人飞船的舱段/载人飞船的结构与材料/载人飞船的系统组成及功能/载人航天器与无人航天器的区别/飞船在太空怎样飞行/载人航天器的着陆方式
第三章 天河“神舟”终圆梦 新中国载人航天的探索/载人航天工程再掀波澜/中国为何要发展载人航天/从飞船起步,我国发展载人航天的正确选择/“神舟”五号,中华飞天“第一舟”/“神舟”六号续辉煌
第四章 天河“神舟”飞船的“内心世界” “神舟”飞船的组成及构成/“神舟”飞船的中国特色/“神舟”飞船上安装了哪些科学仪器/翱翔太空的科研“神舟”/我国庞大的载人航天工程系统
第五章 “神舟”六号再铸载人航天新辉煌 “神舟”六号飞船的结构与舱段/“神舟”六号飞船的系统组成/“神舟”一号到“神舟”六号/酒泉,“神舟”六号在这里启航/“神舟”六号如何升空/美丽的草原,“神舟”六号的家/“神舟”六号怎样回家
第六章 “神舟”六号“神“在哪里 6道屏障倾力打造安全之舟/维持航天员生命的”金钥匙“/特殊装置确保舱内舒适如春/52台发动机推动飞船游天空/“神舟”六号安装“黑匣子“/8种方式保证上升段航天员安全/10个紧急着陆场保证就近紧急返回/150种故障对策打造生命之舟/医监医保设备提供身体保障
第七章 走进中国航天员的“神秘王国” 国外航天员的严格选拔/国外航天员的训练及设施/“神舟”六号航天员的“魔鬼训练”/“神舟”六号航天员的神气外套/“神舟”六号航天员的太空美食/“神舟”六号航天员的太空生活
第八章 挺进太空,人类不朽的梦想 中国载人航天将走向何处/重返月球,载人航天新动向/火星,人类钟情的粉红色星球/旅居太空不是梦/林林总总的太空城/向宇宙深处进军/天地之间任往来
茫茫太空,深邃高远,航天活动,壮怀激烈.
千百年来,人类渴望像鸟儿一样在天空中自由自在的飞翔.航天科技的发展,使人类的梦想变成了现实.
探索、开发和利用宇宙空间是20世纪最具影响的重大科技活动之一,是现代科学技术与基础工业最新成就的高度综合,是一个国家科学技术发展水平的显示,是综合国力的象征。20世纪50年代末期,人类第一颗人造卫星发射成功后,几十年来,航天技术得到了飞快有发展,人类实现了宇宙航行,登上了月球,建立了空间站,从根本上改变了人类的思维观念、生活方式,极大地提高了人类的生活质量把人类带入了空间文明时代。空间技术的应用创造了巨大的政治、经济、军事、科技、社会等方面的综合效益,促进了人类社会发展,成为人类社会科技发展的加速器。
应用卫星、载人航天和深空探测,是人类航天活动的三大领域,今天人类在这三个领域均取得了很大成就。尽管人类航天活动已经走得很远,但是,就取得的成果对于广阔无垠的宇宙来讲,人类只是迈出了很小的一步。尽管人类探索宇宙奥秘的征程不会一帆风顺,但是,人类都将义无反顾地走下去。
开发航天技术是发展中国家接近和赶上发达国家,实现跨越式发展的重要途径。航天事业是一项全社会的事业需要政府的高度重视,全社会的支持,科技人员的努力奋斗和有志于探索外层空间的广大青年的广泛参与。
航天,作为一个高科技的神秘领域,人们对它的了解还不多,感到新奇,普及航天知识,揭开航天技术神秘的面纱,使更多的人特别是青少年系统地了解航天知识,以极大的热情投身航天事业中去,是航天科技工作者、科普作者的一项十分重要的任务。
适逢“神舟”六号载人航天飞船发射成功之际,《解读载人航天器——神舟六号飞船探秘》出版了,该书全方位地、系统地、深入浅出地描绘了人类载人航天技术的发展,介绍了载人航天器知识和“神舟”六号载人飞船的情况,探视了航天员选拔、训练的神秘王国,展示了人类航天技术的未来发展,许多知识都是广大航天爱好者所希望知道的。该书的出版发行,其权威性的解读,可以使读者全面系统地了解载人航天知识,特别是对于青年、学生等航天爱好者,具有不可多得的参考价值。
本书涉及的内容广泛,语言生动活泼,文字流畅,并且配有相关照片,可以加深读者对内容的理解,增强感染力和说服力。
愿《解读载人航天器——神舟六号飞船探秘》一书成为广大读者的良师益友。相信读者一定能够从中受益。
中国工程院院士 戚发轫
飞船在太空怎样飞行
飞船在太空中飞行大体上经历:挣脱地球引力进入空间、轨道飞行和机动飞行三种形式。
挣脱地球引力。1686年,牛顿在他发表的《自然哲学数学原理》一书中指出,任何两个物体间都有相互吸引力,由此创建了万有引力定律。由于人与地球的质量相差太悬殊,所以,人总是被地球强大的引力所束缚而不能离开地面。要离开地球就要摆脱地球引力。但是,如何克服地球引力呢?要使一个物体离开地球,必须沿着地球引力相反的方向对它加力,使它做加速运动,当它达到一定的速度时停止加力,它就能以惯性一直向前而脱离地球。人类把航天员送入太空的工具是运载火箭。
航天器在宇宙里航行是靠速度来实现的。当运载火箭达到每秒7.9千米的速度,我们称之为第一宇宙速度或环绕速度,这时飞行器才能环绕地球飞行,成为地球的卫星,但是还是摆脱不了地球的引力。达到每秒11.2千米的时候,我们称为第二宇宙速度或逃逸速度,在这个速度下,飞船才能冲破地球的引力,进入宇宙空间在广阔的太阳系活动。当达到每秒16.7千米的时候,我们称之为第三宇宙速度,在这个速度下,飞船才能冲破太阳系的束缚,进入银河系广阔的空间遨游。
运载火箭用什么动力把航天器送上太空的呢?早在运载火箭发明前,人们使用油和气体作燃料,汽车、轮船和飞机就是靠这些燃料来行驶的。后来科学家发明了靠化学能来产生动力的运载火箭。运载火箭是用煤油、酒精、偏二甲肼、液态氢等作为燃烧剂,而用硝酸、液态氮等提供的氧化剂帮助燃烧的,人们习惯上把燃烧剂和氧化剂通称为火箭发动机的燃料或推进剂。
从物理形态上讲,火箭发动机作用的推进剂有两种形式,一种是液态物质,另一种是固态物质。燃烧剂和氧化剂都是呈液体形态的,发动机则称为液体燃料发动机,或称为液体火箭发动机,两者都是呈固体形态,则称为固体燃料发动机或固体火箭发动机。如果在两种燃料中,一种为固体,一种为液体,则称为固——液火箭发动机或直接称其物质名称的火箭发动机。如,氢氧火箭发动机。由于固态燃烧剂产生的能量比液体氧化剂产生的能量高,所以,目前研制的火箭发动机多是固—液火箭发动机,两种燃料相遇燃烧,形成高温高压气体,气体从喷口喷出,产生巨大推力而把运载火箭送上了太空。
在飞行过程中,火箭上的控制系统根据火箭所在位置和速度,不断调整火箭发动机推力的方向,使得火箭按照预定的轨迹飞行。
飞船要在太空飞行,遇到的第一道难关就是在运载火箭的举托下,摆脱地球的引力,进入宇宙空间。运载火箭点火起飞至飞船与火箭分离,运载火箭发射任务就全部结束,飞船开始依靠自身的动力在太空飞行。
轨道运行。 载人飞船的运行轨道简单地说就是它绕地球飞行的路线。不过,这是一条特殊的路线,它是由载人飞船入轨初始条件决定的,例如入轨速度、运载火箭的发射方位等。入轨初始条件确定后,如果没有外力作用,载人飞船将沿着这条路线运动下去。人们把这条特殊的路线称为载人飞船绕地球的运行轨道。
载人飞船等航天器绕地球运行有顺行轨道、逆行轨道、极轨道和赤道轨道。载人飞船的运行方向与地球自转方向相同的叫顺行轨道,相反的叫逆行轨道,轨道平面与地球赤道平面垂直的叫极轨道,轨道平面与地球赤道平面之间夹角为零度的叫赤道轨道。载人飞船主要采取顺行轨道。
飞船与火箭分离后,飞船进入轨道。飞船入轨后,飞船捕获地面控制信号,建立轨道运行状态,展开太阳能电池帆板并对准太阳。飞船入轨一段时间后,地面控制系统提供初始轨道数据,并通过地面测控站发送给飞船,指挥控制飞船按预定轨道绕地球飞行。
机动飞行。 如果仅仅是完成一次没有特殊任务的载人轨道飞行,那么,没有必要对飞船进行轨道机动。如果飞船要执行特殊的任务,如进行地面观察,就需要对飞船运行轨道进行调整,尽量降低高度这样才能提高观察效果。如果进行太空编队飞行或交会对接,一艘飞船要追上另一艘飞船,就需要加快速度,调整运行轨道高度,飞船进行轨道调整,是通过安装在飞船四周的喷气发动机来进行的。
神舟”六号航天员的“魔鬼训练”
早在20世纪70年代初,我国就着手在歼击机飞行员中选拔航天员的工作,经过多年的研究,我国已形成了一整套选拔航天员的理论和摸索出一套航天员训练方法,积累了非常丰富的经验。
我国的14名航天员是1998年选拔出来的,他们都经过了长时间的严格训练。总的说来,我国的“神舟”飞船航天员和训练也分为3个阶段。
第一阶段是基础理论培训。这个阶段的训练时间约为6个月到1年。在这段时间里,航天员要学习很多基本航天知识,为今后的专业技术训练奠定基础。据了解,我国的航天员在基础培训阶段的基础理论开设了13门课程:载人航天工程基础、航天医学基础、医学生理性基础、地理气象、空星识别、高等数学、力学、英语、计算机基础、自动控制理论、CNC制导导航基础、电工电子学、政治理论及文学艺术修养。通过培训,使这些预备航天员掌握飞行动力学、空气动力学、宇宙航行学和航天医学等基础知识。
第二阶段是专业技能训练。这个阶段的训练需要1—2年的时间,目的是使航天员掌握航天飞行所需要的各种技能。专业技能训练是航天员训练中非常重要的部分,通过这种训练可以使航天员掌握飞行中必须具备的各种技能和有关的理论知识。训练的内容以航天器技术和各种操作技能训练为主,内容包括飞船和航天飞船的驾驶和控制,飞行器上各种设备的操作,航天器的交会和对接训练、失重飞机训练、救生和生存训练、医学保障训练等。通过训练,使航天员熟悉飞船的结构,组成,飞船各系统的工作原理等知识。训练通常是在单项训练器或模拟器上进行训练。在我国航天员选训中心有很多供航天员训练用的不同模拟器,每个模拟器的用途不同,专业技能训练是通过模拟器完成的。
第三阶段是飞行程序和任务训练。这个阶段的训练约需要一年半的时间。训练在模拟器上或飞船里进行。主要根据飞行任务的要求,航天员模拟从进入飞船、到发射升空、轨道运行、在太空中工作和生活、返回和着陆全过程。
我国航天员训练中心借助各种模拟设备进行了大量的航天环境适应性训练。常用的地面模拟设备有三大类:一类是针对航天中所遇到的特殊环境进行模拟的设备;另一类是为航天员训练航天作业所用的各种飞行模拟器;还有一类是建立各种舱体,内有模拟航天器内部环境的模拟设备。
飞行模拟器是针对载人航天任务而设计的执行各种飞行任务的模拟器。其主要功能是在地面模拟太空中的飞行条件和实际载人航天器运动状态,为航天员提供运动感觉、视觉、听觉和操纵负荷等各种感觉,使航天员感到好像真的在太空驾驶航天器一样。
模拟航天员在太空生活与工作的微小空间环境,都是以各种舱室的形式来完成的。这种微小生活空间舱室与航天员在太空生活的空间类似,除不能模拟失重环境以外,其他都能模拟逼真。这种微小生活空间模拟对于考察和训练人对长期在太空生活的适应性是很重要的。
在航天员训练中心,你将看到一个有数十米高的电动秋千,秋千荡起时,前后能飞旋10——20米。进行电动秋千的训练主要是使航天员适应太空运动和防止在将来的太空飞行中骨骼疏松、心脏功能下降等太空运动病的发生。
在训练中心的一个房间里,有一个有些像医院治疗牙病的专用治疗椅,它的名字叫转椅。这个转椅可以做180度顺时针和逆时针的快速旋转,最快时,大约2.5秒就要转一圈,在转的过程中,椅子还可以上下左右摆动。转椅主要用于训练航天员的前庭功能,以提高他们对震动和眩晕的耐受能力。据介绍,进行训练时,航天员要带上眼罩,蒙住眼睛,双臂、头和脚都要固定住,任凭转椅飞快旋转。坐在调整旋转不断变化姿态的转椅上,五脏六腑几乎都要颠出来,一般人是无法承受的,如果经过这样的折腾还能分辨清楚方位的预备航天员,才算过关。
为了增强和了解航天员的抗冲击能力,这里专门建造了冲击塔。这是一个有五屋楼高的铁家伙,它可以模拟飞船返回地面时的冲击环境。航天员坐在里面手脚被牢牢地固定住,工作人员按动电钮,冲击塔在短短的几秒钟,就犹如一个大铁疙瘩般掉到塔下的一个大水池里。这种自由落体运动的滋味,也非一般人所能忍受。
航天员还要进入各种各样的模拟舱里进行训练。这里,有考核在低压环境下不同温度的生理反应及措施的低压变温舱,模拟太空环境的低压舱,能够进行模拟太空飞行,用于太空环境控制和生命保障系统的试验舱等等。航天员们要连续长时间的在舱内进行各种训练。为此,在舱内设计了工作舱、生活舱和卫生舱,当航天员穿上航天服进入低压舱后,舱内的空气就被抽空,航天员这时就开始进入了“太空”,一日三餐由工作人员送进来吃。舱内航天员的一举一动都被摄像机记录下来。这种训练一般要进行长达几天,十几天或几个月,其目的是培养航天员对太空环境的适应能力。生活在舱内的航天员不仅要忍受艰苦的生活,还要忍受与世隔绝的寂寞和孤独的煎熬。
人体离心机是一个具有三屋楼高的巨大的旋转装置,即可以上下运动,也可以左右运动,进行人体离心机的训练,是航天员训练的重要内容。进行这种训练时,要事先将舱内的空气抽掉,航天员坐在舱里的座椅上,身体固定,然后,离心机不停地进行各种旋转、摇摆,其目的是使他们能适应各种复杂的太空飞行环境。
在航天员训练的每个阶段,都要进行考核评定,训练不合格的将被淘汰。我国的14名航天员经过五年多的学习和训练,都以优异的成绩完成了基础理论、航天环境适应性专业技术等八大类、近百项的学习训练任务,顺利通过了航天专业技术综合考核。2003年7月3日,经航天员选评委员会评定,14名航天员全部具备以独立执行航天飞行任务的能力予以结业,并获得三级航天员资格。
“神舟”五号飞行任务是1人1天,而“神舟”六号飞行任务是2人多天。“神舟”五号飞船只有一名“乘客”,不存在相互配合与分工问题,而“神舟”六号飞船飞行中两名航天员要在狭小的舱内工作多天,所以他们之间的性格能否相容,相互配合是否融洽将成为考虑的问题之一。因此,“神舟”六号航天员训练在沿用原有的训练项目基础上,针对“两人多天飞行”的特点,相应修改一些具体训练项目,增强航天员心理、体魄、飞行技术和对航天环境的适应能力,是“神舟”六号航天员训练的重要内容。
第一, 针对两人上天的特点,加强心理相容性训练,在一年多的时间城,航天员分为两个
人一个小组,这两个人朝夕相处,培养融洽相处、工作互补,共同圆满完成飞行任务的良好能力。此外,还要进行心理稳定性训练,让航天员在一个狭小的隔音室中生活、工作,进行隔离训练,增强每个航天员的生活和工作能力及对孤独环境的适应能力,提高他们今后在航天中的心理稳定性和航天员之间的协调工作技巧。
第二,加大失重、超重训练强度。与“神舟”五号不能同, “神舟”六号飞船将有多天的失重生活环境,这对航天员身体将产生较大影响,因此,“神舟”六号航天员训练主要是加大了失重训练的强度,进行航天环境适应性训练,以提高航天员对失重状态的适应能力。
由于航天员在飞船发射和返回的过程中要遇到超重作用,这程作用会使人的体重和在体内的脏器的重量增加好几倍,超重耐力低的人会因此出现晕厥或呼吸困难,因此,“神舟”六号航天员要借助于离心机,进行超重训练。具体的方法是让“神舟”六号航天员半卧或坐在离心机的座舱里,逐渐增加离心机的转速,这时超重值逐渐增加,直到航天员不能耐受,再逐渐降低离心机的转速。同时,这个离心机还可以结合飞行任务的需要,模拟飞船上升和返回时所遇到的超重曲线,进行周期性的训练,或加入其他因素进行综合性体验。
由于在地面上不可能产生真正长时间的失重,所以,只能进行短期失重模拟训练。为体会失重条件下的感觉,“神舟”六号航天员的失重飞行训练是在俄罗斯的失重飞机上进行的,利用短暂的失重,“神舟”六号航天员体验了失重条件下空间定向、穿着航天服、行走、生活和工作等滋味。
“神舟”六号航天员还借助于中性浮力水槽、航天视景模拟器、航天飞行模拟器等多种模拟训练设备,提高对航天环境的适应能力,掌握航天器的驾驶技术和航天必备知识,增强应付突发事件的能力。同时,他们还要经常进行歼击机飞行训练,以提高飞行能力。
第三、 化体能训练。在航天员训练中心,“神舟”六号航天员几乎每天都要进行严格的
体能强化训练,例如,按照训练大纲的要求,每周要进行3次,每次2小时的长跑、游泳、负重竞走等耐力训练,还要需借助大型离心机、多功能椅、四柱秋千、跑台、低压舱、功量计、人体振动台、变温舱等许多特殊的生理医学仪器设备进行训练。同时,还要借助于器械进行前庭功能训练,防止在飞行过程中出现类似地面晕车、晕船的反应。
第四、“神舟”六号飞船在多天的太空飞行中,将进行科学试验任务。所以,要进行航天观测、医学试验、实验设备操作等训练。除此之外,由于“神舟”六号飞船的飞行程序与“神舟”五号不同,许多操作内容是第一次进行,加上两人的分工问题,航天员还要进行飞行程序任务分组训练。
第五 由于航天员从发射开始到返回都存在潜在的危险,因此,“神舟”六号航天员还通过
地面模拟器,进行了大量的救生与生存训练,提高了出现危险情况时的自救技能。例如,他们进行了利用防暴滑梯、紧急撤离滑道和索道等紧急撤离装置撤离火箭训练,空间紧急情况下紧急返回训练、野外生存训练等。
第六 进行头低位训练。由于“神舟”六号航天任务是2人多天,长时间生活工作在飞船里,航天员头部要呈负5度坐姿,为适应这种太空生活,“神舟”六号航天员还要进行头低位训练。
在一个硕大的场馆里,灯光渐渐熄灭了,这时呈现在你面前的是一个黑暗的世界,稍顷,一个高远深邃的太空出现在你面前,“神舟”六号航天员此刻正飞翔在浩瀚的宇宙空间,浩瀚的太阳系,星罗棋布的银河系扑面而来,北斗星、牛郎星、织女星、狮子……“神舟”六号飞船一会儿遨游在黑色的苍穹之中,一会儿,又看到蔚蓝的太空。这是“神舟”六号航天员登天前在进行天象训练,而这个硕大的场馆被称为天象仪训练室。
天路昭昭,星星能够帮助“神舟”六号航天员认识回家的路。进行天象训练就是要使航天员们通过星星,熟知他们即将而来的太空飞行要走过的天路的路标。我们知道,“神舟”六号飞船在太空中飞行都是自动导航,但是,如果自动导航系统发生了故障,航天员就不得不使用手动装置将飞船开回地球,那么认识各种有显著特征的星星,就显得十分必要了。