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[体坛风云] 神舟飞船

神舟飞船

“神舟”载人飞船全长8.86米,最大处直径2.8米,总重量达到7790公斤。从构型上来说,由轨道舱返回舱推进舱以及一个附加段组成。采用的是典型的“三舱一段”式结构。整个飞船按照功能还能分为13个不同的分系统。这13个分系统都是用它的功能来命名的,它们是:有效载荷、结构与机构、热控制、指导导航与控制、推进、电源、数据管理、测控与通信环境控制与生命保障、乘员、回收与着陆、仪表与照明和应急救生分系统。这些系统分别布置在这“三舱一段”式结构的神舟飞船中,相互分工合作,完成一次太空遨游。
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当年给飞船命名,有关部门曾提出过好几个方案,最后选定了‘神舟’二字。因为‘船’在汉语里又称‘舟’,用‘神舟’来命名遨游神秘太空的宇宙飞船,既形象又贴切。此外,‘神舟’和‘神州大地’的‘神州’谐音,含有希望中国腾飞的寓意。

‘州’ 是古代的一种行政区划。相传夏禹治水后,分中国为‘九州’。 后来‘州’多用于地名,有些地名沿用至今,如杭州、苏州、柳州。至于‘神州’,就不得不提到我国史学史、文学史上都堪称伟大丰碑的《史记》 。《史记》中提到战国时齐国有个人说:‘中国名为赤县神州。’于是人们就用‘赤县’或‘神州’来代称中国


组成及构成

神舟飞船返回舱
“神舟”飞船的构成与结构。与世界上第三代载人飞船一样,我国“神舟”飞船也是由3个舱段组成。即:轨道舱、返回舱和推进舱。“神舟”飞船总长约8米,最大直径2.8米,总质量近8000公斤。

轨道舱:在太空中运行时,航天员工作、生活和休息的地方
返回舱:飞船的指挥控制中心
推进舱:为飞船提供姿态调整和进行轨道维持所需的动力
按照“神舟”飞船在太空中飞行状态,三个舱段由前到后的安装次序是:轨道舱、返回舱和推进舱。为与其它航天器、未来的空间实验室或空间站对接,根据飞行任务的需要,“神舟”飞船的最前端还可以安装交会对接机构。
飞船轨道舱。“神舟”飞船的轨道舱呈圆桶形状,是供飞船在太空中运行时,航天员工作、生活和休息的地方。舱内除为航天员提供了食品、饮用水和大小便收集器等生活装置外,还安装了大量的空间试验装置和仪器设备。轨道舱侧面设有舱门,供航天员进出,后端底部设有与返回舱相连接的舱门,航天员通过这个舱门可以进出返回舱。轨道舱外部两侧装有两个像鸟儿翅膀一样的太阳电池翼,轨道舱所需要的电能,就是通过这两个电池翼提供的。轨道舱是用铝合金制造而成,轻便坚固。
轨道舱为密封结构,舱内设置了调压、配气、控温、控温设备及抗噪音和减振措施,保证舱压、气体成分、氧分压、舱内气体温度、相对湿度、舱内噪声及过载值等符合航天员生活、工作要求,配有通信设备,供下传电视图像和进行话音通信使用。
飞船返回舱。“神舟”飞船的返回舱是一个的形状,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,舱内安装了可同时提供三名航天员乘坐的座椅,在这个座椅上,航天员可以斜着躺下。航天员在飞船起飞、上升和返回地面时就是趟在座椅上的。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,这些设备显示了飞船各系统和设备工作情况,航天员通过这些仪表既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。
神舟飞船
“神舟”飞船的轨道舱和返回舱都是密封的舱段,舱内是一个与外界完全隔绝的世界,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、十分舒适的生活环境。另外还安装了供着陆用的主备两具降落伞。“神舟” 飞船的返回舱侧壁上开设了两个圆形窗口,一个用于航天员观测窗外的情景,另一个供航天员操作光学瞄准镜观察地面驾驶飞船。返回舱的底座是金属夹层密封结构,上边安装了返回舱的仪器设备,该底座重量轻便,且十分坚固。
返回舱内还设置有仪表显示、报警与照明设备,可显示飞船导航及飞行姿态数据、飞行程序、仪器设备工作参数、舱内环境参数、资源状态参数、地面指令和航天员人工操作指令提示等信息;设置有手动操作手柄及手控专用配套设备,必要时航天员可手动控制飞船姿态和质心运动;具有发射段大气层、外救生及运行段自主应急返回的能力。
飞船推进舱(又称设备舱或服务舱)。“神舟”飞船的推进舱的形状是圆柱型的,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调整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。推进舱外部两侧安装了两个太阳翼,为飞船提供所需的电能,加上轨道舱上的两个太阳翼 “神舟”飞船上,共有四个太阳翼。推进舱结构也是用铝合金制造而成,轻便坚固。
人们会问,飞船为什么要分舱段,而不做成一个整体呢?这主要是为了减轻返回时的重量和体积。如果飞船是整体返回,飞船的体积很大,它从高200千米左右的空间,几乎以第一宇宙速度沿着比较陡峭的路径返回时,飞船与大气剧烈摩擦产生的高温使飞船所处的环境更为恶劣,也使飞船返回的技术难度增大。严酷的现实使科学家不得不做出这样的选择:把必须返回的航天员和必须返回的设备仪器集中在返回舱返回地面,把需要继续在轨道上运行完成特定任务的部分放到轨道舱,把用过后不需要的部分放到设备舱弃掉。这样一来,就大大减轻了飞船返回的重量和体积,同时大大降低了飞船返回的技术难度。此外,飞船分舱段设计的好处还在于,当飞船某个舱段发生故障时,不会影响其他舱段的工作。
按轨道舱、返回舱和推进舱的次序安排飞船的结构,存在一个困难,这就是“神舟”飞船在返回地面前,在太空中必须完成两次分离动作。即轨道舱首先与其它两舱分离,尔后,推进舱再与返回舱分离,进行两次分离无形中增加了飞船的风险,降低了飞船的可靠性。
那么,人们不仅会问,如果返回舱放在最前边,不就可以只进行一次分离,减少返回时的风险了吗?同时,飞船的轨道舱与推进舱一起在太空中继续飞行,还可以继续利用推进舱的能源。我国“神舟”飞船的设计师门经过研究感到,这样做有更大的风险,这就是这样一来,返回舱必须在与轨道舱相连接的舱底开门,以便航天员进出轨道舱,但是,为阻挡返回进入大气层时的高温气流,返回舱的舱底是一个整块的防热层,返回再入大气层时舱底必须朝前,如果在舱底开门,舱门与门框之间总是会留下缝隙,飞船在急剧下降时与空气摩擦所产生的高温,必然会进入飞船舱内,为航天员增加了风险,同时,返回舱的钟型结构的前端细小,还非常不利于安装交会对接结构。在考虑“神舟”飞船设计方案时,设计师门经过多种分析和比较,最终确定了“神舟”飞船采用了轨道舱在前,返回舱在中间的设计。
按照各系统的功能和所承担的不同任务,我国“神舟”飞船共有13个分系统。即:结构和机构分系统、制导导航和控制分系统、热控分系统、电源分系统、测控与通信分系统、数据管理分系统,着陆回收分系统、环境控制与生命保障分系统、推进分系统、仪表照明分系统、应急救生分系统、航天员分系统、有效载荷分系统。
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神舟飞船-结构与材料

舱段壳体:由圆柱体圆锥体球体等组合而成的。
基本构件:由隔框、端框、衍条、蒙皮等基本构件组成的。 横向的隔框和纵向的衍条构成壳体的骨架,在外面蒙上蒙皮,便具有所要求的外形。
结构材料:总要求是重量要轻,强度和刚度要高,而且加工的精度要高,性能要好。在飞船上采用比较多的材料是铝合金钛合金、不锈铝板及一些复合材料,如碳纤维金属增强复合材料等。

详细叙述舱段结构是载人飞船结构的基础。舱段壳体基本上由圆柱体、圆锥体、球体等组合而成的。如“联盟”号载人飞船轨道舱壳体为两个半球,中间嵌以圆柱形的“腰带”,设备舱则是一个圆柱体。
载人飞船的结构无论多么复杂,其实都是由隔框、端框、衍条、蒙皮等基本构件组成的。横向的隔框和纵向的衍条构成壳体的骨架,在外面蒙上蒙皮,便具有所要求的外形。
载人飞船不仅要承受发射阶段的震动和冲击,而且要承受逃逸救生时和返回着陆时来自各个方向的震动和冲击,并做到绝对安全可靠。因此,载人飞船的结构在可靠性和安全性上比一般航天器有更高的要求。载人飞船的密封舱段,特别是航天员生活和工作的舱段密封性要求更高。对密封舱壳体的焊缝除了进行机械性能检查外,还要用X光检查其内部组织的结构。有时还要用密封胶和密封膜覆盖在焊缝处,以确保高质量的密封要求。
载人飞船的结构材料总的要求是重量要轻,强度和刚度要高,而且加工的精度要高,性能要好。在飞船上采用比较多的材料是铝合金、钛合金、不锈铝板及一些复合材料,如碳纤维金属增强复合材料等。
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神舟飞船-运行动力

52台发动机:神舟飞船就得依靠这52台发动机完成飞行任务,是这些发动机推动飞船前进的
推进舱 28台:这些发动机承担着飞船的主要推进作用。
轨道舱 16台: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,将在太空中工作半年以上。
返回舱 8台: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,同时为了控制返回精度等。

神舟飞船

详细叙述

汽车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,在没有氧气的太空中飞行,因此,飞船发动机在工作时不需要空气中的氧气,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。
神舟飞船上安装了52台发动机,当运载火箭把神舟飞船送入太空后,神舟飞船就得依靠这52台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,安装了28台发动机。这些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。4台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。
神舟飞船总设计师
其他24台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16台发动机。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,同时为了控制返回精度等。
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神舟飞船-进行的空间试验研究

“太空高炉”中的材料生长试验:“神舟”飞船中,安装了一个可以进行多种晶体材料生长的“百宝箱”-多工位空间晶体生长炉。

太空生物实验揭示生命奥秘:空间环境的微重力、高能辐射、节律变化等特殊的极端条件,给生命科学、生物技术实验提供了地面不能或不能完全模拟的条件。利用这种独特环境,进行生物组织培养,可以避免地面重力作用所造成的对流和积淀作用。

探测宇宙深处的神秘景观:宇宙γ射线暴是宇宙中一种突发的巨大能量的爆发现象,其巨大能量的来源及其发射机制,无法用现有科学理论解释…
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神舟飞船-设计不适合女性

神舟飞船设计不适合女性 第二批航天员仍限性别

中新网2003年12月8日电 据南方都市报报道,中国载人航天工程航天员选拔训练研究室主任黄伟芬女士日前指出,中国近年内不会出现女航天员。她解释说,这并不是性别歧视,也不是女性的生理特点决定她们难以适应太空生活,而是,目前的飞船设计是完全从男性的角度考虑的,包括排便等各个方面。她说,如果选择女航天员的话,飞船的设计就要重来,这会给设计专家们造成很大压力。
据悉,关于第二批航天员的选拔,她曾在报告提案中提到不限制性别,结果被上级否定。
黄伟芬在接受广州媒体采访时还表示,如果有可能,她一定会报名,争取当中国第一个女航天员。(记者:王海涵)
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神舟回眸 -----神舟一号
发射时间:1999年11月20日6时30分7秒

发射火箭: 新型长征二号F捆绑式火箭,这次发射,是长征系列运载火箭的第59次飞行,也是最近3年连续17次获得成功。

飞船进入轨道所需飞行时间:火箭起飞约10分钟,飞船与火箭分离,进入预定轨道。

返回时间:1999年11月21日3时41分

发射地点:酒泉卫星发射中心

着陆地点:内蒙古自治区中部地区

飞行时间/圈数:21小时11分/14圈

搭载物品: 一是旗类,中华人民共和国国旗、澳门特别行政区区旗、奥运会会旗等;二是各种邮票及纪念封;三是各10克左右的青椒西瓜玉米大麦等农作物种子,此外还有甘草、板蓝根等中药材。

技术应用: 首次采用了在技术厂房对飞船、火箭联合体垂直总装与测试,整体垂直运输至发射场,进行远距离测试发射控制的新模式。我国在原有的航天测控网基础上新建的符合国际标准体制的陆海基航天测控网,也在这次发射试验中首次投入使用。飞船在轨运行期间,地面测控系统和分布于公海的4艘“远望号”测量船对其进行了跟踪与测控,成功进行了一系列科学试验。
评论反应: 此间评论高度评价中国实施载人航天工程的第一次飞行试验,称其标志着中国航天事业迈出重要步伐,对突破载人航 天技术具有重要意义,是中国航天史上的重要里程碑。
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神舟回眸 -----神舟二号
发射时间:2001年1月10日1时0分3秒

发射火箭: 新型长征二号F捆绑式火箭,此次发射是长征系列运载火箭第六十五次飞行,也是继一九九六年十月以来中国航天发射连续第二十三次获得成功。

飞船进入轨道所需飞行时间:飞船起飞十三分钟后,进入预定轨道

返回时间:2001年1月16日晚上7时22分

发射地点:酒泉卫星发射中心

着陆地点:内蒙古自治区中部地区

飞行时间/圈数:6天零18小时/108圈

试验项目: 我国第一艘正样无人飞船。飞船由轨道舱、返回舱和推进舱三个舱段组成。与“神舟”一号试验飞船相比,“神舟”二号飞船的系统结构有了新的扩展,技术性能有了新的提高,飞船技术状态与载人飞船基本一致。据介绍,我国首次在飞船上进行了微重力环境下空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等领域的实验,其中包括:进行半导体光电子材料、氧化物晶体、金属合金等多种材料的晶体生长;进行了蛋白质和其他生物大分子的空间晶体生长;开展了植物动物水生生物微生物离体细胞和细胞组织的空间环境效应实验等。
评论反应: 此次航天飞船发射,是中国载人航天工程的第二次飞行试验,标志着中国载人航天事业取得了新的进展,向实现载人航天飞行迈出了可喜的一步。
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神舟回眸 -----神舟三号
发射时间:2002年3月25日22时15分

发射火箭: 新型长征二号F捆绑式火箭,这次发射是长征系列运载火箭第66次飞行,自1996年10月以来,我国运载火箭发射已经连续24次获得成功。

飞船进入轨道所需飞行时间:火箭点火升空10分钟后,飞船成功进入预定轨道

返回时间:2002年4月1日

发射地点:酒泉卫星发射中心

着陆地点:内蒙古自治区中部地区

飞行时间/圈数:6天零18小时/108圈

搭载物品: 处于休眠状态的乌鸡蛋;进行空间试验的有效载荷公用设备十项,四十四件之多,包括:卷云探测仪、中分辨率成像光谱仪、地球辐射收支仪、太阳紫外线光谱监视仪器、太阳常数监测器、大气密度探测器、大气成分探测器、飞船轨道舱窗口组件、细胞生物反应器、多任务位空间晶体生长炉、空间蛋白质结晶装置、固体径迹探测器、微重力测量仪、有效载荷公用设备。据介绍,微重力测量仪、返回舱有效载荷公用设备是第三次参加飞船试验;空间蛋白质结晶装置、多任务位空间晶体生长炉和轨道舱有效载荷公用设备是第二次参加飞船试验;其余设备均是首次在太空作试验。

试验项目: “神舟”三号是一艘正样无人飞船,飞船技术状态与载人状态完全一致。这次发射试验,运载火箭、飞船和测控发射系统进一步完善,提高了载人航天的安全性和可靠性。飞船上装有人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人,能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数。这次发射,逃逸救生系统也进行了工作。这个系统是在应急情况下确保航天员安全的主要措施。飞船拟人载荷提供的生理信号和代谢指标正常,验证了与载人航天直接相关的座舱内环境控制和生命保障系统。
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神舟回眸 -----神舟四号
发射时间:2002年12月30日0时40分

发射火箭: 新型长征二号F捆绑式火箭,此次是长征系列运载火箭的第69次飞行,也是自1996年10月以来,我国航天发射连续第 27次获得成功。

飞船进入轨道所需飞行时间:火箭点火升空十几分钟后,飞船成功进入预定轨道

返回时间:2003年1月5日19时16分

发射地点:酒泉卫星发射中心

着陆地点:内蒙古自治区中部地区

飞行时间/圈数:6天零18小时/108圈

搭载物品: 除了大气成分探测器等19件设备已经参加过此前的飞行试验外,其他的空间细胞电融合仪等33件科研设备都将是首次“上天”。一场筹备了10年之久的两对“细胞太空婚礼”也将在飞船上举行,一对动物细胞“新人”是B淋巴细胞骨髓瘤细胞,另一对是植物细胞“新人” ———黄花烟草原生质体和革新一号烟草原生质体。专家介绍说,在微重力条件下,细胞在融合液中的重力沉降现象将消失,更有利于细胞间进行配对与融合这些“亲热举动”,此项研究将为空间制药探索新方法。
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