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第14章 航天科技(13)

导弹已形成一个大家族,它们分工明确,有地对空导弹、空对地导弹、空对空导弹、潜对空导弹等许多种。导弹是一种杀伤力极大的现代化武器,它已成为一个国家军事现代化程度的标志。

划时代的飞行

1961年4月12日,世界上第一艘载人宇宙飞船苏联的“东方”号发射升空。

宇航员加加林这时躺在飞船的弹射座椅上,他正从报话机里描述人类从未见到过的情景:“我能够清楚地分辨出大陆、岛屿、河流、水库和大地的轮廓。我第一次亲眼见到了地球表面的形态。地平线呈现出一片异常美丽的景色,淡蓝色的晕圈环抱着地球,与黑色的天空交融在一起。天空中,群星灿烂。轮廓分明。但是,当我离开地球的黑夜一面时,地平线变成了一条鲜橙色的窄带,这条窄带接着变成了蓝色,复而又成了深黑色。”

苏联莫斯科电台同时广播了一则消息:“尤里·加加林少校驾驶的飞船在离地球169千米和314千米之间的高度上绕地球运行。飞船的轨道与赤道的夹角是6495度。飞船飞经世界上大多数有人居住的地区上空。”

这是人类第一次绕地球飞行,具有划时代的意义,同时也需要极大的勇气。1960年5月,“东方”号原型卫星的减速火箭发生点火错误,使卫星在空间烧毁。第二年12月,再入密封舱进入错误轨道,并在大气层中燃烧,装在密封舱里的两条狗化为灰烬。不过这次却很成功,只发生了通话短时不畅、飞船返回时短时旋转等小问题。

“东方1号”发射瞬间加加林划时代的飞行是在当地时间9点07分开始的,正好108分钟后绕地球运行了一周,他回到了自己的国土上。降落地点是斯梅洛伐卡村,村民们看到加加林头戴一顶白色的飞行帽,身着一套笨重的增压服时,惊讶得目瞪口呆。“东方”号飞船重约4.73吨,由球形密封座舱和圆柱形仪器舱组成。座舱直径2.3米,乘坐一名宇航员。舱外覆盖防热层,舱内有维持10昼夜的生命保障系统,还有弹射座椅和仪器设备。飞船再入大气层时,抛掉末级火箭和仪器舱。当座舱下降到离地7000米时,宇航员弹射出舱,由降落伞着陆。“东方”号飞船既可自控也可手控,它的轨道近地点为180千米,远地点约222千米至327千米,运行周期是108分钟。

神舟上天,飞天梦圆——神舟五号升空

1.中国载人航天的新篇章

2003年10月15日,“神舟”五号飞船载着中华民族千年的飞天梦想,进入了太空。在经过21小时,围绕地球飞行14圈之后,中国第一个太空人——杨利伟胜利返回地面。国人千年的飞天梦想终于变成了现实。

我国在载人航天的征途上进行了不懈的努力和探索。1992年我国完成了载人航天工程的可行性论证报告。1998年底,江泽民同志为中国载人飞船题名为“神舟”。经过7年的努力,1999年11月20日6时30分在酒泉卫星发射中心新建成的载人飞船发射场,中国第一艘试验飞船由长征新型运载火箭发射升空,并准确进入轨道。经过21小时的轨道飞行,飞船返回舱在15圈时进入返回轨道,并于21日凌晨3时41分准确着陆于预定回收场,圆满地完成了试验任务。这项试验任务的成功标志着中国的载人航天技术取得了重大突破,为中国载人航天技术的发展奠定了基础。

从1999年11月到2002年底,3年间有4艘“神舟”无人飞船相继遨游太空并安全返回,为载人飞行做准备。全球中华儿女密切关注着研究的进展。2003年10月15日,杨利伟——这位中国第一个太空人终于圆了国人期盼已久的飞天梦!

有人说,在中国未来建成空间站后,“神舟”将成为往返于天地之间的“公共汽车”。将首名中国航天员送上太空只是中国载人航天工程实现第一步的开端,飞船的最终目的是要成为天地往返的运输工具,为未来的空间实验室和空间站服务。

根据中国载人航天工程“三步走”的战略目标,下一步任务是解决空间交会对接技术,向太空发射短期有人照料的空间实验室,第三步则是建造长期有人照料的空间站,解决大规模的空间科学实验和应用技术问题。

由中国自主研制的“神舟”飞船虽然起步晚,但起点高。飞船具有多种功能,既可作为航天员的运输飞船,又可以与将来的空间实验室或空间站交会对接,作为天地往返运输工具。目前“神舟”飞船已经具备了与空间站交会对接的能力。

“神州”五号成功进行了载人飞行后,“神舟”六号已经在进行各个部件的生产、装配、测试和试验。“神舟”六号的设计思想与“神舟”五号是一致的,但是,在“神舟”五号将一名航天员送上太空的基础上,“神舟”六号担负着送多名航天员上天的使命。因此,飞船的设计可能会有局部的变化。“神舟”六号将在一年到两年之内能发射。

随着中国载人航天事业的发展,中国人实现乘坐自己的飞船到太空观光的梦想不会太遥远了。

2.安全之舟

“神舟”五号飞船不仅要把航天员安全地送上太空,在太空生活和工作,还要保证航天员能够安全地返回地面,因此,航天员的生命安全是第一要务。

为确保航天员的生命安全,“神舟”五号飞船的研制人员对可能影响安全的每一个环节都予以充分考虑,并进行了大量的试验验证,真正实现了打造放心之舟的目标。

科研人员通过大量试验确保设备可靠性。“神舟”五号飞船的研制者为从根本上增强飞船的可靠性,每一个设备,每一项技术,都经过了各种环境下大量的试验。比如,为了考核飞船各舱段之间是否能正常、安全地解锁分离,仅飞船返回舱与推进舱连接面的火工锁就进行了100次可靠性试验。为了考核飞船关键电子设备的可靠性,飞船队伍对近100件关键电子设备进行了综合应力试验,确保它们连续工作100小时无故障。为了确保返回舱回收着陆过程中各项仪器设备工作正常,飞船队伍用1∶1返回舱模型,先后多次到西北的戈壁滩上,从不同的高度,进行了总计70余架次的返回舱空投开伞试验。这些试验为从基础上提高飞船设计合理和质量,保证航天员安全,打下坚实的基础。

神舟的所有设备都加上了多道“保险”。尽管飞船设备经过了大量的试验验证,但是研制人员仍然为这些设备上了“保险”。“神舟”五号飞船有600多台设备,为切实保证设备的可靠性,飞船研制者对这些设备中的关键设备,都采取了双保险或三保险,比如姿态控制系统的控制器、降落伞系统、热控制系统的循环泵等,直接配置了备份设备,一旦其中一个设备出现故障,可以自动切换到备份设备继续工作。有些设备,如姿态控制系统的陀螺和敏感器等,则采取了功能备份,当设备中的某个部分出现故障时,系统通过重新组合,仍可以保证功能的正常发挥。而飞船的主计算机则采取了三机容错设计,即三套主板、CPU和处理器同时工作,一套出现错误,另外两套仍能够保证计算机正常工作。与此同时,还对这些措施进行了反复多次试验验证,考验其工作的可靠性。

为防止万一,“神舟”五号飞船的研制人员经过认真分析,找出了飞船有可能出现的108种故障模式,这些模式覆盖了飞船起飞、在轨运行到返回的整个过程,并一一制定了详细的应对措施。比如为确保航天员的安全,他们从大气层内到大气层外救生,从在轨运行段到返回段救生,从境内到境外救生,从陆地到海上救生,把可能影响航天员安全的各种因素都考虑了进来,并一一制定了相关对策,确保了应急救生方案的可行性和安全性。

这些应对措施按照各种故障的严重程度,分别采取三种处置方法:如果飞船出现了一般故障,即通过设备自动切换或地面控制中心遥控切换到备份设备后,可以继续正常工作,飞船仍可按飞行计划继续飞行和返回。如果飞船的各种设备自动工作功能失效,则完全可以依靠航天员进行手动控制工作,地面工作人员将根据故障情况,决定继续飞行还是提前返回。如果飞船发生重大故障,或航天员身体出现严重疾病,不能继续飞行,则由航天员自主决定立即返回。所有这些可能故障的对策都经过了地面反复和严格的测试,确认了它的有效性和正确性,对不需要航天员操作的故障对策,都通过了地面的仿真试验和整船的测试。对需要航天员操作的故障对策,都在模拟器或飞船里,经过航天员多次实地反复操作和演练。

另外,当发射中运载火箭发生故障时,可以启用逃逸塔将轨道舱和返回舱迅速带离火箭,将航天员送到安全地带。

神舟飞船的放心座舱值得一提。在最初设计飞船时,技术人员就对航天员在太空中的生存环境设置了严格的保障措施,并绝对保证了返回舱具有良好的密封性,对飞船上所采用的非金属材料进行了严格的筛选,并在真空环境下试验,测定其有害气体逸出量,采取措施控制其逸出的有害气体量,确保对航天员没有危害,并保证它们具有良好的阻燃特性。对舱内气体成分进行了多次检测,飞船上还配置了烟火检测系统和灭火器,一旦发现火情,航天员可以迅速扑灭火。

此外,为防止飞船返回舱在回收中出现偏差,降落到水中,研制人员多次进行水上投放试验,并配备了水上漂浮用的气囊,即使返回舱落到水面上,也能够保障航天员在水上生存24小时,等待营救。

3.性能强大的发动机

与汽车和飞机都靠发动机的推力前进一样,神舟飞船在太空中运行也是靠发动机推动的。所不同的是汽车和飞机上的发动机是依靠油料与空气中的氧气混合燃烧,产生气体推力,因此,它们都离不开空气中的氧气。而飞船上的发动机是液体火箭发动机,它工作时不需要空气中的氧气,而是由一种称作氧化剂的含氧液体提供燃料燃烧所需的氧,或者直接由燃料催化分解产生气体,燃烧气体和分解气体通过喷管喷出产生推力,使飞船能够在没有空气的太空中也能飞行。

当运载火箭把“神舟”五号飞船送入太空后,飞船就得依靠这些发动机完成飞行任务,是这些发动机推动飞船前进的。按照担负的任务不同,这些发动机被分别安装在飞船的3个舱段里,组成了3个用途不同的独立的推进系统。

在神舟飞船的推进舱里安装的发动机承担着飞船的主要推进作用。飞船进入太空后到飞船离开飞行轨道返回的这段时间前进的动力都由它提供。其中有四台大发动机和24台小发动机。推力大一点的发动机承担着改变飞行轨道形状和轨道的升高或降低,神舟飞船的飞行轨道需要进行一次由椭圆形变成圆形的改变和几次升高轨道的修正,飞船在最后完成飞行任务要返回地面时,也需通过发动机喷气,所不同的是不是为返回舱提供动力,而是把飞行的速度降下来,这些任务都使用推力大一点的发动机来完成。其他推力小的发动机用来控制飞船的飞行姿态。当神舟飞船在太空中围绕地球飞行时,由于航天员活动的影响,会给飞船飞行状态带来变化,这就需要及时启动小发动机进行姿态调整,否则,飞船就可能出现倾斜甚至翻滚,影响任务的完成。

在神舟飞船的轨道舱里,安装了发动机。在神舟飞船返回地球减速前,轨道舱将留在太空中工作,这些发动机将用来保持轨道高度和飞行姿态,为此,这16台担负为轨道舱提供动力任务的发动机,将在太空中随轨道舱工作半年以上。

在神舟飞船上的返回舱里,安装了8台发动机。其任务是为防止返回舱在返回飞行过程中通过大气层时出现翻滚,同时也可以控制返回精度。

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