载人飞船有什么特点?
载人飞船和卫星的系统是一样的,除了结构、能量、姿态控制、温度控制,还有遥控、遥测、通信、信标跟踪等无线电系统,保证与地面的通信,传递控制指令,传递遥测信息,传递数据参数等等。
载人飞船的特点是载人,所以它有不同于卫星的系统,包括应急救援、返回、生命保障等系统。具有交会对接和机动飞行能力的载人飞船,一般都装有空间交会雷达、计算机和变轨发动机。
比如,就载人飞船需要单独返回地面而言,飞船的结构要比不返回地球的卫星复杂得多:首先要应对气动加热造成的烧蚀,还要防护流星和宇宙射线,等等。所谓气动加热,是指载人飞船开始返回时,由于高度高、速度快,具有相当大的动能和势能;它进入大气层后,在空气阻力的作用下急剧减速,飞船的大部分能量转化为热能。如果把这些热量全部传导到飞船上,完全可以把飞船变成灰烬,这就是气动加热的问题。载人飞船的结构设计必须解决这个问题。合理选择飞船返回舱的气动外形,可以使其返回大气层过程中产生的80%左右的热量向周围大气扩散,剩余的20%的热量必须通过可靠的防热措施来解决。
另一个重要的技术问题是载人飞船上的生命保障系统,不仅复杂,而且绝对可靠。舱内要密闭,舱内温度和气压要适合人的生活需要,控制要求极高。为了在载人飞船中创造出类似地球的小气候,首先要模拟大气的混合比例,通过充气或电解供氧,使航天员座舱内氮气占80%,氧气占20%,保证每个航天员每天需要576~930克氧气;对于他们每人每天呼出的约1000克二氧化碳,采用分子筛吸附的方法,将其浓度控制在不超过1%。调节飞船舱内的温度和湿度也很重要。驾驶舱的热源来自人体的1/3,通常每人每天产生约313.5~627千焦,来自太阳辐射和各种电子仪器的热量也分别占1/3。除了对壳体采取隔热措施外,座舱还采用特殊的热交换器吸收和散发多余的热量,使相对温度保持在18℃ ~25℃。人体每天呼吸出汗,排出约1.5升水,在舱内形成水蒸气。因此,应采用冷凝和化学吸收的方法将湿度控制在30% ~ 70%。由于座舱狭小密闭,人体内有400多种代谢物,容易造成舱内污染;失重状态下,气体对流消失,热平衡难以维持等等,这些都需要在飞船上很好的解决。
载人飞船在太空飞行过程中,可以研究各种特殊因素对人体的影响和相应的防护措施,以及人在太空环境中长期生存所必需的条件和设备。
飞船急剧起飞时,人体重量会相应增加,导致超重;飞船返回地球,必须刹车,速度会急剧下降,还会产生反方向的超重。飞船进入绕地球轨道后,会在一定程度上摆脱地球引力。此时人体会失去重量,进入失重状态。超重和失重会对人体各个器官产生生理影响。因此,当载人飞船进入轨道并安全返回地面时,可以研究人在太空飞行过程中的反应和能力,研究宇航员在返回大气层后如何承受起飞、轨道飞行和重力变化的影响。
载人飞船的科学应用可用于生物、医学、天文、物理研究和天体观测,可用于各种空间科学实验和地球自然资源调查。
目前,只有美国、俄罗斯联邦和中国研制了载人飞船,并完全掌握了这种载人航天技术。但是欧洲国家和日本都在积极准备发展载人飞船。
30年来实现了载人航天计划,包括前苏联发展的东方、升天、联盟、礼炮、和平等载人航天计划。美国先后发展了水星、双子座、阿波罗、天空实验室、航天飞机等载人航天计划。
学习点
空间会合雷达
空间交会雷达是一种用于引导航天器在空间轨道交会对接的雷达。两艘载人飞船在不同的轨道上。飞船A携带空间交会雷达和制导计算机,飞船B(目标)携带(或不携带)应答机。交会雷达的作用是捕获和跟踪目标,测量两个航天器之间的距离、距离变化率和角度,并传送给制导计算机和显示器。飞船A的交会运动、进入转移轨道的最佳时间、注入点、速度变化修正等参数由计算机计算并显示在显示器上。根据这些数据,航天员操纵飞船A,使两个飞船之间的距离和距离变化率趋近于零,从而实现交会。