尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗 (Neil Alden Armstrong) 1930年8月5日生于俄亥俄州瓦帕科内塔。1955年获珀杜大学航空工程专业理学硕士学位。1949-1952年在美国海军服役(飞行驾驶员)。1955年进入国家航空技术顾问委员会(即后来的国家航空和航天局)刘易斯飞行推进实验室工作,后在委员会设在加利福尼亚的爱德华兹高速飞行站任试飞员。1962年至1970年在休斯敦国家航空和航天局载人宇宙飞船中心任宇航员。1966年3月为“双子星座-8”号宇宙飞船特级驾驶员。
1969年7月20日,美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林乘“阿波罗”11号飞船首次登月
1969年7月16日,同奥尔德林和柯林斯(由他担任指令长)乘“阿波罗-11”号宇宙飞船,飞向月球。7月20日,由阿姆斯特朗操纵“飞鹰”号登月舱在月球表面着陆,当天下午10时他和奥尔德林跨出登月舱,踏上月面。阿姆斯特朗率先踏上月球那荒凉而沉寂的土地,成为第一个登上月球并在月球上行走的人。当时他说出了此后在无数场合常被引用的名言:“这是个人迈出的一小步,但却是人类迈出的一大步。”他们在月球上度过21个小时,21日从月球起飞,24日返回地球。同年获总统颁发的自由勋章。
1970年至1971年在华盛顿的国家航空和航天局总部任高级研究和技术办公室副主任。1971年从宇航局退职后,任辛辛那提大学航空工程学教授至1979年。1985年3月任太空问题全国委员会成员。1986年2月任调查航天飞机事故的总统委员会副主席。八十年代起,他还曾担任多所公司的董事或董事长。
1999年7月20日,美国在华盛顿航空航天博物馆举行仪式,纪念人类首次登月30周年。戈尔副总统在仪式上将“兰利金质奖章”授予首次登上月球的美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗和他的同伴埃德温·奥尔德林以及驾驶指令舱的迈克尔·柯林斯。
载人飞船(manned spacecraft) 能保障航天员在外层空间生活和工作以执行航天任务并返回地面的航天器。又称宇宙飞船。载人飞船可以独立进行航天活动,也可用为往返于地面和空间站之间的“渡船”,还能与空间站或其他航天器对接后进行联合飞行。载人飞船容积较小,受到所载消耗性物质数量的限制,不具备再补给的能力,而且不能重复使用。1961年苏联发射了第一艘东方号飞船,后来又发射了上升号和联盟号飞船。美国也相继发射了水星号、双子星座号、阿波罗号等载人飞船。阿波罗号是登月载人飞船。
用途
载人飞船具有多种用途,主要有: ①进行近地轨道飞行,试验各种载人航天技术,如轨道交会和对接、航天员出舱进入太空等。 ②考察轨道上失重和空间辐射等因素对人体的影响,发展航天医学。 ③为航天站接送人员和运送物资。 ④利用各种遥感设备进行对地球的观测。 ⑤进行空间探测和天文观测。 ⑥进行登月飞行或行星际飞行。
编辑本段组成
载人飞船一般由乘员返回舱、轨道舱、服务舱、对接舱和应急救生装置等部分组成,登月飞船还具有登月舱。为了保证人员能进入太空和安全返回地面,载人飞船有以下主要分系统:结构系统;姿态控制系统;轨道控制系统;无线电测控系统;电源系统;返回着陆系统;生命保障系统;仪表照明系统;应急救生系统。 飞船的主要结构特点是有载人舱。它的主要结构可分为几个舱段,例如,可采用两舱式结构和三舱式结构。如有对接任务时则有对接机构,它放在飞船的最前边。苏联第一代飞船东方号的结构很简单,是两舱式,飞船只载1个人。第二代飞船飞行时,苏联的上升号多了一个出舱用的气闸舱,且能载2~3人;而美国双子星座号飞船仍为二舱式加对接机构。第三代飞船是三舱式结构,如苏联的联盟号飞船。这种飞船的最前端是对接机构,然后接轨道舱,再接返回舱和服务舱,最后与运载火箭相连。有的舱之间有过渡舱段相接连。有出舱任务的载人航天器都增设出舱用的气闸舱。美国阿波罗号飞船除 载人飞船
有两舱段结构外还增设登月舱。 飞船的轨道舱是飞船重点的舱段。它前端的对接机构供飞船与其它飞船或空间站对接用,其下端通过密封舱门与返回舱相连。它是航天员在太空飞行中,进行科学实验、进餐、体育锻炼、睡觉和休息的空间,其中备有食物、水和睡袋、废物收集装置、观察仪器和通信设备等。轨道舱还可兼作航天员出舱活动的气闸舱。 返回舱也是密闭座舱,在轨道飞行时与轨道舱连在一起称为航天员居住舱。在起飞阶段和再入大气层阶段,航天员都是半躺在该舱内的座椅上,并有一定角度克服超重的压力。座椅前方是仪表板,以监控飞行情况;座椅上安装姿态控制手柄,以备自控失灵时,用手控进行调整。美国水星号飞船在返回地面时自控失灵,就是靠航天员手控使飞船返回地面的。在飞船返回地面之前,轨道舱和服务舱分别与返回舱分离,并在再入大气层过程中焚毁,只有返回舱载着航天员返回地面。 飞船的服务舱也可称“仪器设备舱”。它的前端通过过渡舱段与返回舱相连,后端与运载火箭相接。联盟号飞船的这个舱又分前后两部分,前段是密封增压的,内部装有电子设备,以及环境控制、推进系统和通讯等设备;后段是非密封性的、主要是安装变轨发动机和贮箱等物。服务舱外部装有环境控制系统的辐射散热器和太阳能电池板。
编辑本段几起重大事故
阿波罗4A飞船地面试验起火
1967年1月27日,美国肯尼迪航天中心34号发射阵地上进行载人飞船地面联合模拟飞行试验。 乘坐有3名航天员的阿波罗4A飞船对接在土星1B运载火箭上。3名航天员是:曾参加过水星4号亚轨道飞行、双子星座3号飞行且经验非常丰富的弗吉尔·卜格里索姆上校,曾参加过双子星座4号飞行并是美国第一个到太空行走的爱德华·H·怀特中校,还有一名是准备第一次上天飞行的罗杰·B·查非少校。如果这次地面模拟试验成功,这3名航天员即乘此飞船进入环地轨道飞行,以考验登月飞行的程度。 试验前,已对安全做过检查。因为火箭不加注,火工品也不安装,凡能发现的易燃易爆物均被移开或拆除。试验组织者认为已没有什么不安全因素,因此在试验现场也没有布设专门消防人员、医生和紧急救援人员。 试验按照程序进行。当进行到最后倒计时时,突然程序中断,飞船指令舱起火。从指挥室里的通信电话中,听到舱内的航天员大喊:“着火了!”接着又听到“快放我们出去!“的喊声。然而,还未来得及打开舱门,在短短的几十秒内,3名航天员就被烧死在舱内。 后来查明,这次起火原因是飞船导线短路,电火花引燃了舱内塑料制品。阿波罗飞船采用的是1/3大气压力的纯氧方案,一些在正常空气中本来是耐火的塑料制品,在纯氧中却成了易燃物品。此外,舱门打开时间设计为90秒,着火时船内形成负压,无论在外面还是在里面,舱门在极短的时间内都无法打开。 这场火灾造成了飞船地面试验时死亡3人的特大事故。它给后人很 神舟七号载人飞船
多启发。后来的阿波罗飞船舱内采取了一系列安全措施,如重新研制舱内材料,逃逸救生系统做了进一步完善,增加了防火措施。为了考核修改后飞船的可靠性,在原计划外又增加发射了两艘无人飞船。格里索姆1965年在双子星座3号飞行后曾说过:“即使我死了,我们仍需要人们接受它……征服太空是有价值的冒险事业。”格里索姆将他的宝贵生命献给了航天事业。1971年8月2日,阿波罗15号登月时,美国航天员将他们3人的骨灰撒在月面上。格里索姆等人生前未能登上月球,死后终于进入了“月宫”。
联盟1号飞船返回 科马罗夫遇难
1967年4月,前苏联拟用新研制的联盟号飞船进行计划中的登月飞行交会对接模拟试验,安排联盟1号、联盟2号分别于4月23日、4月24日发射,然后于4月25-26日在地球轨道上交会对接,并实现空间转移。 4月23日凌晨3时35分,弗拉基米尔·M·科马罗夫上校乘坐联盟1号飞船,在一片欢呼声中,从拜科努尔发射场准时发射升空。 飞行到第2圈时,科马罗夫报告说:“飞船左边的太阳能电池帆板没有打开,电源供电不足,无线电短波发射机没有工作。姿态稳定系统也受影响,飞船处于不规则运行之中。” 科马罗夫是前苏联最优秀的航天员之一,飞行经验丰富。他将飞船的左边朝向太阳,试图打开帆板,但未成功。 到了第5圈时,飞船故障进一步加剧。科马罗夫尽力排除故障,试图启动飞船发动机以稳定飞行,但没有成功。弄得精疲力尽的科马罗夫在第10圈时,请求睡一觉。经允许后,中断了与地面的通信联络。 这时,地面飞控中心的科学家、工程师们也彻夜不眠,忙个不停。他们一方面密切监视联盟1号情况,指挥科马罗夫排除故障,采取紧急措施;另一方面要决定联盟2号是否还按计划发射。当时部分人员主张立即下令推迟联盟2号飞船的发射,全力抢救联盟1号。部分人员则主张飞完第13圈后再说。 联盟1号飞到13圈时,恢复了同地面飞控中心的通信联络。科马罗夫报告说,飞船故障未消失,姿态仍不稳定。飞控中心决定,联盟2号中止发射,联盟1号立即应急返回。 飞控中心技术人员研究了3种可能返回的姿态控制及导航方法,即星座定位、离子定位、手动控制。第2种在日出时不安全,因日出时会出现离子空洞,传感器可能失效。第3种要求航天员从地平线获得手控方位,但若飞船在地球阴影时,地平线不易看到,操作也相当困难,而这时返回恰恰是在凌晨。 经过慎重研究,飞控中心向科马罗夫发出命令:在第17圈时,用第2种方式返回。但第17圈时,调姿失败,未能返回。 第19圈时,科马罗夫手动控制返回,使飞船进入了返回轨道。当飞船按返回轨道降落至离地面10公里高度,该打开主降落伞时,地面指挥人员听到了科马罗夫说:“降落伞没有打开!“ 4月24日6时24分,飞船带着一团火光,以每秒100多米的速度冲向地面,降落于乌拉尔地区奥尔斯克以东65公里处,并发出几声猛烈的爆炸声。科马罗夫当场牺牲。当救援人员赶到现场时,飞船残骸还在燃烧。 鉴于这次事故的教训,苏联不得不对飞船重新进行审查,并取消了登月飞行计划。经过1年多的改进,才于1968年10月再次发射不载人的联盟2号。 科马罗夫为航天事业英勇献身,苏联为他举行了隆重的国葬,骨灰放在克里姆林宫城墙下。 197l年8月2日,阿波罗15号飞船登月时,美国航天员带去了一块刻有已故苏美航天员姓名的铭牌,安放于月球上,其中也包括了科马罗夫的名字。
阿波罗13号飞船的航天员死里逃生
1970年4月11日,美国又一次用土星V号运载火箭将阿波罗13号飞船发射升空,进行计划中的第3次登月飞行。这次飞行的航 载人飞船
天员是洛弗尔、海斯和斯威加特。 飞船飞行到46小时4O分02秒时,航天员发现2号贮氧箱贮量显示超差。 55小时53分时,l号贮氧箱压力偏低,指令舱报警器报警。 55小时54分533秒时,飞船遥测数据丢失18秒,主母线电压下降,报警系统报警。 差不多就在这个时刻,“砰”的一声,服务舱中的2号贮氧箱发生爆炸。飞船的报警灯亮了,报警器响了,主电压继续下降。斯威加特当即向休斯敦飞控中心报告:“喂!我们这里出事了。”海斯从登月舱的通道爬到指令舱,看到一些系统的电压已降到零,也立即做了报告。 这些情况都用电视实况转播给了全美国、全世界,使成千上万的人目瞪口呆。无数的美国人为他们祷告。 休斯敦飞控中心及时分析,认为是液氧贮箱爆炸起火,使得飞船上的氢氧燃料电池损坏。 飞船上的电源出问题,使得登月已经不可能,而且航天员也处于极端危险之中。 经过飞控中心科学家、工程师们艰苦细致的分析,休斯敦飞控中心果断地决定:中止登月飞行,利用完好的登月舱,立即返回地球。当时飞船离地球已经38万公里,已经越过地球引力界面,飞船正在月球引力下往月球飞去。如果要返航,必须有足够大的火箭推力来克服月球吸引力。登月舱显然难于胜任。 休斯敦飞控中心科学家们经过周密计算,并让地面航天员进入登月舱模拟,最后得出了一个最省燃料的返回轨道:飞船继续飞行,绕过月球,再启动登月舱发动机,以进入返回轨道。 由于氢氧燃料电池的贮氧箱还担负着飞船生命保障系统氧气和水的供应,因此航天员面临着电能不足、供水供氧困难、环境温度下降的处境。但3名航天员在地面飞控中心的指挥下,以顽强的意志和毅力,强烈的求生欲望,战胜了恐惧、寒冷、黑暗、疲劳等困难,和地面飞控中心人员密切配合,积极稳妥地实施着地面制定的救生方案。飞船在茫茫的太空中继续往月球飞去。 当飞船距离月球27.6公里时,航天员启动登月舱下降发动机,工作了30.7秒。飞船进入了环月轨道。 4月15日上午9时41分,在飞船转过月球后,再启动登月舱发动机4.5分钟。飞船进入了返回地球的轨道。 登月舱的氧气、水、电越来越少,航天员由于疲劳和恐惧变得越来越烦躁不安。飞控中心指挥员一直和他们保持着联系,鼓励他们,并提醒他们吞服镇静剂。 美国将阿波罗13号未能登月的消息,及时通报给了全世界各国家,并紧急请求有关国家给予救援。包括前苏联在内的13个国家提供了救援舰船和飞机,布置在美国军舰未能顾及的海域内等候。 4月17日,飞船进入了返回地球大气层的轨道。在进入大气层前,航天员启动4个姿态控制火箭,使登月舱推着服务舱向前加速飞行。随后,点燃分离爆炸螺栓,将服务舱分离。紧接着又启动反推火箭,使登月舱离开服务舱一段距离。 然后,登月舱的两名航天员回到指令舱,关闭两舱通道,点燃分离爆炸螺栓,将登月舱抛掉。 3名航天员乘坐指令舱返回了地球,平安地降落到太平洋洋面上。美国总统随硫磺岛号军舰前去欢迎了3名航天员的归来。 阿波罗13号飞船登月虽然失败了,但依靠人类的智慧和毅力,却奇迹般地将航天员营救回来。所以,航天界称这次飞行是“一次成功的失败”。 事后,美国政府成立了事故调查组,查明了事故原因。安在服务舱液氧贮箱中加热系统的两个恒温器开关,由于过载产生电弧放电作用,将其连成通路,使加热管路温度高达500度,烤焦了附近的导线,最后引起氧气爆炸。
联盟11号飞船返回时空气泄漏
1971年4月19日,苏联发射了人类第一个空间站—礼炮1号。4天后,即4月23日,联盟10号飞船发射上天,直奔礼炮1号,并成功地进行了对接。对接后,由于故障,航天员尽力工作了5个多小时,试图进入空间站,但没有成功,只好应急返回。 6月6日,联盟11号飞船从拜科努尔发射场发射升空,载着肩负首批进入礼炮1号空间站重任的3名航天员,朝空间站飞去。这3名航天员是乔治·多勃罗沃尔斯基、弗拉基斯拉夫·沃尔科夫、维克多×帕查耶夫。飞船经变轨飞行后,在距空间站100米的地方开始交会对接,并获得成功,3名航天员打开舱门进入了空间站。 他们在空间站共停留了23天18小时22分,进行了一系列天文观测、植物在失重条件下生长的实验和一些医学实验,获得不少宝贵资料,干得相当出色。对接期间,还两次将空间站的轨道抬高。 6月29日下午9时,3名航天员离开礼炮1号返回。但3人都未穿航天服。飞船离开空间站后飞行了4个多小时,并保持着同地面上的联系。 6月30日1时35分,飞船按程序启动制动火箭。在再入大气层前,返回舱和轨道舱分离。但连接两舱的分离插头分离后,返回舱的压力阀门被震开,密封性能被破坏,返回舱内的空气从该处泄漏,舱内迅速减压,致使航天员因急性缺氧、体液沸腾而死亡。 尽管返回程序都是正常的,返回舱也在降落伞减速下,安然着陆。但当人们打开舱门时,看到的却是已经遇难的3名航天员的尸体。 这次事故的原因是飞船设计不合理,座舱拥挤,只有脱掉臃肿的航天服才能坐下。当时联盟号返回程序就明确规定,航天员在返回前必须脱掉航天服。对此设计和程序,不少科学家当时就反对,但航天部门的***不接受正确意见。为此,苏联航天负责人卡马宁将军被撤职。 这一事故是原苏联载人航天活动中最为悲惨的一次。事故发生后,又一次推迟了苏联空间站的使用计划,礼炮1号此后再无人进入。飞控中心不得已,于发射后175天,忍痛发出降轨指令,将其退回到太平洋上空烧毁。联盟号飞行又一次中断飞行达2年3个月,以改进联盟号安全性能,将乘员从3人减为2人,并增加了1套生命保障设备,规定在上升、返回段必须穿上航天服。 载人飞船作为人类征服宇宙的一种工具,从开始使用至今,不过短短的30多年。在历史的长河中,可谓“弹指一挥间“。与过去出现的任何一种运输工具相比,它是最年轻的,但也是发展最快的。这30多年,它的经历也是曲折的。不少科学家、工程技术专家为它而折腰,几位航天员为它而献身。但它已日臻完善,成为人类往返于空间站和地面的主要运输工具。今后,它还会进一步完善,会在通往月球、火星及其他星球的航行中再显雄风,再创奇迹。
编辑本段中国载人飞船发展
神舟一号~神舟四号
1992年,我国载人航天工程正式立项研制。1999年11月20日,中国第一艘无人试验飞船“神舟”一号飞船在酒泉起飞,21 载人飞船
小时后在内蒙古中部回收场成功着陆,圆满完成“处女之行”。这次飞行成功为中国载人飞船上天打下非常坚实的基础。2001年1月10日,中国在酒泉卫星发射中心成功发射了“神舟”二号飞船。2002年3月25日,中国在酒泉卫星发射中心成功发射了“神舟”三号飞船。2002年12月30日,中国在酒泉卫星发射中心成功发射“神舟”四号无人飞船。
神舟五号
2003年10月15日9时整,我国自行研制的“神舟”五号载人飞船在中国酒泉卫星发射中心发射升空。9时9分50秒,“神舟”五号准确进入预定轨道。这是中国首次进行载人航天飞行。乘坐“神舟”五号载人飞船执行任务的航天员是38岁的杨利伟。他是我国自己培养的第一代航天员。在太空中围绕地球飞行14圈,经过21小时23分、60万公里的太空行程,他于16日6时23分在内蒙古主着陆场成功着陆返回,标志着中国已成为世界上继前苏联、美国之后第3个能够独立开展载人航天飞行的国家。
神舟六号
2005年10月12日9时整,“神舟”六号飞船顺利升空,实现了2名宇航员多天飞行,他们分别是:聂海胜、费俊龙。“神舟”六号于10月16日凌晨安全返回,使我国载人航天技术进一步成熟。“神舟”六号实现了第一次进行多人多天太空飞行试验,为未来航天员在空间站生活和工作奠定了基础。 第一次实现宇航员进入轨道舱。航天员首次往返轨道舱,进行了失重状态下的关闭返回舱门及检漏试验。第一次进行了真正有人参与的空间科学试验。
神舟七号
神舟七号载人飞船于2008年9月25日21点10分04秒988毫秒从中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场用长征二号F火箭发射升空。飞船于2008年9月28日17点37分成功着陆于中国内蒙古四子王旗主着陆场。神舟七号飞船共计飞行2天20小时27分钟。
编辑本段重要时刻
世界第一艘载人飞船前苏联的‘东方号’于1961年4月12日发射。 世界第一艘登月飞船美国的‘阿波罗11号’于1969年7月16日9时32分发射。
“双子星座”计划是美国作为从“水星”到“阿波罗”计划之间过渡,它于1961年12月7日正式宣布实行,到1966年11月结束,前后历时近5年。
“双子星座”计划完成了10次环绕地球轨道载人飞行(每次2人),共耗资接近13亿美元。其主要任务是研究、发展载人登月的技术和训练航天员长时间飞行及舱外活动的能力。
土星5号火箭的研究背景很简单:60年代,火箭运载能力已经成为限制美国航天发展的最核心因素。
因为60年代,美国航天发展最重要的目标是阿波罗登月。正如肯尼迪总统1961年在莱斯大学演讲时说的那样:“我们选择登陆月球,不是因为它简单,而是因为它真的很难”。
当时,为了阿波罗登月,一系列辅助工程上马。
1961-1965年,9个游骑兵(Ranger)任务,全方面获得月球表面情况。
1966-1967年,5个月球轨道器(Lunar Orbiter)任务,重点勘查适合载人登陆的区域并绘制出详细地形地貌图。
阿波罗12号任务时降落地点就在为它做前期准备的测量员附近,也造就了人类两个航天任务在月球表面相遇的神奇纪录
1966-1968年,7个测量员(Surveyor)任务,着陆器直接降落月球,获得未来阿波罗载人登月着陆地区的第一手资料,其中5个任务着陆成功。
1964-1966年,12个双子座(Gemini)载人航天任务,验证了出舱行走、交会对接等核心技术,所有的阿波罗登月宇航员都是这个项目培养出来的。
也就是说,在阿波罗登月之前,NASA(美国国家航空航天局)已经完全了解了月球着陆区的环境、相关的载人航天技术都储备完毕。例如,阿姆斯特朗在双子座8号任务时成为世界首个完成航天器交会对接任务的人,登月第一人的资格足够。
但是,当时还有极其重要的一个环节:怎么过去?火箭怎么办?
登月远比地球附近的载人航天复杂,近地轨道运力几吨、几十吨的火箭远远不够,火箭成为限制载人登月方案的最大因素。
当时总共有四种方案。1月球直接往返;2月球表面集合,用重型火箭分两次任务发射;3地球轨道集合,用大中型火箭多次发射,在地球附近组装后载人登月;4月球轨道集合,飞船到月球后,一部分登陆,一部分留轨。
选择第4种方案的阿波罗飞船实际上也由4个部分组成
第1种方案要求重达4000-5000吨级别的火箭,实在太难,人类也许在阿波罗登月后100年内都不会造出来。因为我们在登月50年后,连土星5号级别的火箭都还没造出来;第2种,对月球着陆技术要求太高,几乎不可能;第3种,当时交会对接技术还没突破,多次对接风险也特别大。最终,阿波罗载人登月选择了方案4,它需要一枚近地轨道运力达到140吨级、月球转移轨道运力达到45吨级的火箭。
冯·布劳恩站在他的得意作品土星5号“前”
任务最后落到了冯·布劳恩团队头上,这位在二战结束后被“回纹针”绝密行动带回美国的德国火箭专家事后也被证明是人类史上最伟大的火箭科学家、没有之一,他在二战后几乎主导了美国所有火箭的研发。1961年登月计划公布后,他们获得天量的资金。
那时候,钱不是问题,问题是能不能把“问题”解决。冯·布劳恩团队不负众望,在他们此前的研究基础上,最终给出了土星A(Saturn-A1,Saturn-A2)、土星B(Saturn-B1)和土星C(Saturn-C1、Saturn-C2、Saturn-C3、Saturn-C4、Saturn-C5)的庞大土星系列火箭家族。当然,冯·布劳恩还提出了C8这个型号,它理论上可以完成直接登月、直接返回(前文方案1),不过以当时的资源、甚至今天的资源都很难实现。
土星是个庞大的载人火箭家族,只不过土星5号(C5)实在太出名掩盖了其他的光辉
人们常说的土星5号,就是指Saturn-C5这一个型号。
土星5号的很多指标是非常惊人的,它的总重量约为2970吨,最大直径101米,高度1106米,近地轨道运力140吨,地月转移轨道极限运力486吨。以中国现役最强火箭长征5号对比而言,长征5号总重量约为867吨,最大直径5米,高度57米,近地轨道运力25吨,地月转移轨道运力8吨。
那个时**育了多么恐怖的钢铁巨兽,可见一斑。
火箭第一级总重约2290吨,其中壳体和发动机质量仅为130吨,2160吨都为燃料,为液氧煤油,发动机工作时间标准流程为165秒,发动机总推力达到了惊人的3510吨!第一级平均每一秒燃烧131吨燃料,换算成汽油差不多够一辆百公里油耗10升的小 汽车 围绕地球赤道开4圈半!
第二级总重约496吨,其中壳体和发动机质量仅为40吨,456吨都为燃料,为液氧液氢,发动机工作时间标准流程为360秒,发动机总推力为514吨;对于第二级消耗的燃料(液氧液氢能量密度是液氧煤油的16倍左右),足够开车绕地球赤道250圈。
第三级总重约123吨,其中壳体和发动机质量仅为13吨,110吨都为燃料,为液氧液氢,发动机工作时间标准流程为两次共计500秒,发动机总推力为100吨。第三级的燃料够开车绕地球60圈。
美丽的《地出》来自阿波罗8号任务,人类首次到月球附近,阿波罗11号时才着陆
更惊人之处在于,这个火箭的可靠性也是很高的。1967年11月9日,阿波罗4号无人测试任务,土星5号成功首飞。但是,1968年的12月11日,它就已经送阿波罗8号乘组前往月球,他们也拍下来载入史册的经典《地出》,这是人类首次从月球看地球。从1967年到1973年,土星5号火箭完成了13次发射任务(12次阿波罗,1次天空实验室)。除了阿波罗6号无人测试时出现了发动机技术问题、但并未酿成大祸,其余都是完全成功,运送了24人前往月球,最终12人登陆月球。
这12人也因而被命名为新物种:能生存在地球和月球的生物。
土星5号对比N1(右)
相比较而言,苏联同时代的登月火箭N1却反复遭遇失败,连续4次试射均在升空后不久爆炸,成为人类载入史册的最强人工(非核)爆炸,苏联最终退出登月竞赛,秘密开始载人空间站计划,也就是礼炮1-7号共计9个空间站(7个成功)。礼炮1号在1971年4月19日秘密升空,随后震惊世人,美国在载人空间站领域被苏联超越。
此时,又是土星5号脱颖而出,把天空实验室空间站(Skylab)送入太空。这个空间站的设计逻辑可以这么简化为“来不及了,还设计啥空间站,直接把土星5号的最上级装大量仪器不就行了,做个百吨级的空间站够用么?而且所有仪器你地面都装好,不用蚂蚁搬家往天上运,反正我们能一次发上去!”。至于载人飞船,则使用阿波罗18-20号飞船,这几个原计划登月的任务在后期被取消。
从各方面指标来看,天空实验室都远超礼炮系列空间站
1973年5月14日,天空实验室升空,它由土星5号的第三级S-IVB改造而来,有轨道舱、空间望远镜、对接舱、气闸舱、服务单元、仪器单元等部分,空重77吨,对接阿波罗飞船状态下超过90吨。内部加压空间超过351立方米,相当于一栋巨大的房子飞在空中。载人对接任务时,甚至不需要用巨大的土星5号火箭,用近地轨道运力在20吨的土星IB火箭发射阿波罗飞船即可。
相比较而言,苏联首个空间站礼炮1号重184吨、加压空间99立方米。
强大土星5号火箭的存在,使得美国立即又在空间站领域赶上并超过苏联。但是,在70年代后,土星5号还是遗憾退役了。有一系列原因。
首先,它实在太贵了。以1960-1970年代的美元计,土星5号研发费用是64亿美元,一次发射的价格就是18亿美元,那个年代的18亿美元大概可以等同于今天的12亿美元。
其次,应用需求不再。美国靠着这个火箭,登上月球,在太空竞赛中制霸苏联,在冷战中占据先机,在东西方两大阵营对抗中重夺主动权。但1975年前后,苏美签订了一系列协议,中止太空竞赛,双方砍掉了大量航天项目,尤其是需要重型火箭的任务,土星5号一下失去了需求。
苏联解体后,更没有需求。
土星5号创造了人类火箭天顶 科技 ,那是特殊政治的时代、不计成本的投入、深厚积累的技术等一系列原因共同促成的,如今很难再有机会达到当年那个状态了。
如果刻意追求复现甚至超过土星5号,是极其不明智的决定,时代变了。
NASA在研的新一代重型火箭太空发射系统和猎户座飞船同样昂贵,目前研制花费已经近400亿美元
目前,世界各航天大国都在“慢慢来”,NASA的太空发射系统、SpaceX的大猎鹰火箭、蓝色起源的新阿姆斯特朗、俄罗斯的新联盟和安加拉、中国的长征9号都处在在研或论证阶段,它们的最终设计目标都是达到土星5号的级别,但达到这种成熟版本预计都会在2030年以后。
也就是说,土星5号成功后,60多年内都没有对手。
而要想超过土星5号,例如达到曾经的土星C8级别,就目前的环境来看,阿波罗登月后100周年纪念时能实现就已经是人类航天的新奇迹。
“神舟十二号”与“天和”核心舱自主快速交会对接只需65小时
“神舟十二号”与“天和”核心舱自主快速交会对接只需65小时,神舟十二号采用6小时的快速对接模式,比地球上绝大多数的快递要快得多,为什么可以这么快呢, 目前为止全世界在太空实施的对接已经超过500次,大多数美俄进行的。
“神舟十二号”与“天和”核心舱自主快速交会对接只需65小时1倒计时,我国又要发射载人飞船了!这次神舟十二号发射有一个亮点,那就是将采用快速对接模式,发射后6小时就可以实现与天和号的对接!
神舟十二号任务
2016年7月17日,神舟十一号成功发射,在7月19日实现天宫二号自动对接,用时2天。2021年4月23日美国发射的“奋进”号龙飞船,用了24小时才与国际空间站对接成功。神舟十二号采用6小时的快速对接模式,比地球上绝大多数的快递要快得多,为什么可以这么快呢?
6小时快速对接模式是最快的吗?
虽然我国航天对接已经进入6小时对接时代,但是还不是最快的。2021年4月9日发射的俄罗斯联盟飞船MS-18已经实现了3小时2分的超快对接模式,是历史上和空间站最快速的对接。
联盟号飞船对接
航天史上最快的对接记录
俄罗斯联盟号3小时的超快模式是对接空间站最短的时间,但仍然不是世界上最快的太空交汇对接。
1967年10月30日,俄罗斯两艘无人飞船186、188号实现了1小时8分的超快对接(飞船对接),这是人类史上航天器的首次自动对接,时间记录至今未被打破。
俄罗斯火箭发射
1966年3月16日,美国航天员阿姆斯特朗和斯科特乘坐“双子星座”8号飞船手动与“阿金纳”无人飞行器对接,是人类首次空间站对接。此外,美国双子座载人飞船创下了1小时34分的载人飞船对接记录。
飞船是如何与空间站对接的?
发射飞船和空间站对接,首先飞船发射时候需要和空间站同一个平面,这个一般是靠地球自转到达,所以这种发射有个时间窗口。
飞船与空间站对接要解决的两个问题
飞船发射入轨后,会先在更低的轨道开始绕地球运行,需要追上在更高轨道的空间站,就要解决高度差和相位差(角度差)两个问题,一般有两种方法:
第一种是稳定轨道追逐法,飞船首先解决高度差问题,经过两次加速后达到和空间站同一轨道高度。然后经过多次减速,利用小轨道周期短办法缩短相位差,从而追上空间站。
稳定轨道追逐法一
稳定轨道追逐法二
第二种是同椭圆轨道法,它是先调整角度、然后再调整高度,经过多次调轨,不断逼近空间站轨道。当两者轨道很接近的时候,再从空间站下方、后方缓慢变轨接近。这种方法耗时比较长,一般需要2~3天,但比较稳当。
同椭圆轨道法
俄罗斯超快速对接的原因一是国际空间站经过发射点上空时候开始发射,此时相位角差距最小。其次就是在飞行过程不做任何多余飞行,在飞船轨道绕行期间不绕完一圈就开始变轨,这样绕地球不到两圈就可以追上空间站。
当然,俄罗斯的超快速对接原理看似很简单,但是要对轨道计算、飞船定位、加速增量等各种误差要计算非常精确,这不但需要很深厚的技术积累,还要有丰富的实践经验。
变轨示意
有哪些国家掌握天空对接技术?
目前为止全世界在太空实施的对接已经超过500次,大多数美俄进行的。虽然距离首次对接已经过去了50多年,但世界上仍只有美、俄、中、欧空局及日本独立掌握太空对接技术。
神舟十二号飞船6小时对接意义
神舟十二号对接口
我国神舟十二号飞船采用6小时快速对接模式,展示了我国在航天技术上的深厚积累,可以实施精度要求高、技术难度大的航天活动,也表明我国已经从航天大国开始变成航天强国。2021年5月29日发射的天舟二号货运飞船,也是采用6小时(实际8小时)的快速对接模式,可以说是为载人飞船预先进行了一次演练。
“神舟十二号”与“天和”核心舱自主快速交会对接只需65小时2大家有没有注意到,不论是神舟1号发射,还是现在神舟12号发射,都使用的是长征二号F火箭,长征二号F几乎成为了中国航天员的专用“座驾”,发射成功率为100%,那么我们就来了解一下为何长征二号F火箭如此优秀?
长征二号F火箭全长5834米,由一,二子级结构组成,直径335米,助推器直径225米,整流罩直径38米,起飞质量4798吨,能一次性将84吨有效载荷送入近地轨道,长征二号F推进剂使用的是四氧化二氮和偏二甲肼,起飞推力为604387吨。
最重要的是,长征二号F可靠性为097,安全性为0997,是我国所有型号火箭中可靠性和安全性最高的火箭,这就是为什么我国要把它作为神舟飞船和中国宇航员的专用“座驾”了。
长征二号F共发射了15次,共17人次进入太空,神舟五号杨利伟,神舟六号费俊龙和聂海胜,神舟七号翟志刚、景海鹏和刘伯明,神舟九号景海鹏、刘旺和刘洋,神舟十号聂海胜、张晓光和王亚平,神舟十一号景海鹏和陈冬,神舟十二号聂海胜、刘伯明和汤洪波。
神舟12号飞船正载着三名中国宇航员一步步地接近中国空间站,几个小时之就要与中国空间站交会对接了,届时,中国人将成为中国空间站的首批入住人员,我们终于圆了期待已久的“空间站梦想”。
众所周知,以美国和俄罗斯为首打造的国际空间站已经运行20多年了,即说名字上带有“国际”两字,但实际上很不称职,美国一直阻止中国人入驻。
但是现在,并不是我国羡慕美国,反而是美国羡慕我们,因为国际空间站已经衰老,2025年左右退役,而中国空间站才刚刚开始。
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