双子星座号飞船的介绍

美国载人飞船 系列。从1965年3月到1966年11月共进行10次载人飞行。主要目的是在轨道上进行机动飞行、交会、对接和航天员试作舱外活动等。为“阿波罗”号飞船载人登月飞行作技术准备(见阿波罗工程)。“双子星座”号飞船重约32～38吨，最大直径3米，由座舱和设备舱两个舱段组成。

“水星”号飞船

“水星”计划是美国1958年开始实施的第一个载人航天计划。鉴于当时与前苏联竞争的紧迫形势，该计划的基本指导思想是尽可能利用已经掌握的技术和成果，以最快的速度和简单可靠的方式抢先把人送上天。

“水星”号飞船计划的主要目的是把载1名航天员的飞船送入地球轨道，绕地球飞行几圈后安全返回地面。“水星”飞船计划始于1958年10月，结束于1963年5月。“水星”号飞船由圆台形座舱和圆柱形伞舱组成，共进行了25次飞行试验，其中6次载人。在经过了17次不载人飞行试验后，美国才于1961年5月5日进行了首次载人亚轨道飞行。载人亚轨道飞行试验成功后，美国于1962年2月20日进行了首次载人轨道飞行，绕地球3圈，飞行4小时55分钟后返回地面。

美国通过“水星”计划证明人能够在空间环境中生存和有效地驾驶飞船，也取得了载人飞船设计的初步经验。但是在这一回合的载人航天竞争中输给了前苏联，突出表现为载人上天的时间落后于前苏联，航天运载能力也处于劣势。

“双子星座”号飞船

继用“水星”号飞船完成了首次载人航天发射后，美国又开发了“双子星座”飞船，作为从“水星”到“阿波罗”计划之间的过渡。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。该计划历时5年，完成了10次环地轨道载人飞行，每次2人，共花费128亿美元。“双子星座”号飞船计划是为“阿波罗”号飞船计划提供飞行经验，准备各种技术条件，提供经过训练并富有实际飞行经验的航天员。“双子星座”号飞船计划始于1961年11月，结束于1966年11月。这期间共进行了12次飞行试验，其中2次不载人，10次载人。”双子星座“号飞船由再入舱和连接舱组成，其飞行试验重点解决了轨道交会、对接、航天员出舱活动和机动飞行变轨等技术问题。

“阿波罗”号飞船

经美国航宇局和冯·布劳恩等火箭专家论证，提出美国在20世纪60年代经过努力能够达到而又刚好超出前苏联的目标是载人登月。于是，美国总统肯尼迪于1961年5月25日宣布了“阿波罗”载人登月计划。

“阿波罗”号飞船由指挥舱、服务舱和登月舱组成。1969年7月16日，美国使用“土星”5号运载火箭将载有3名航天员的“阿波罗”11号飞船送入空间，7月21日飞船抵达月球，美国航天员阿姆斯特朗实现了人类登月的梦想。

美国为实施“阿波罗”计划还研制了“徘徊者”、“勘测者”、“月球轨道环行器”无人月球探测器、土星族重型运载火箭，以及由逃逸系统、指令舱、服务舱和登月舱组成的阿波罗飞船，这些工作为1969年把人送上月球奠定了坚实的技术基础。

“阿波罗”登月计划于1961年5月23日起开始实施，直至1972年12月结束。期间共进行了17次飞行试验，其中“阿波罗”1号至“阿波罗”6号为无人亚轨道与地球轨道飞行；“阿波罗”7号为载人地球轨道飞行；“阿波罗”8号和9号为载人月球轨道飞行、“阿波罗”11号至“阿波罗”17号为载人登月飞行（只有“阿波罗”13号失败）。“阿波罗”计划共花费240亿美元，先后完成6次登月飞行，把12人送上月球并安全返回地面。它不仅实现了美国赶超前苏联的政治目的，同时也带动了美国科学技术特别是推进、制导、结构材料、电子学和管理科学的发展。但是“阿波罗”计划耗资太大，几乎占用了航宇局20世纪60年代全部经费的3/5，严重影响了美国空间科学和空间应用领域的发展，迫使美国重新考虑下一步的航天目标。

“天空实验室”计划

在得知前苏联的“礼炮”1号空间站升空后，美国赶紧利用“阿波罗”计划剩余的土星运载火箭和载人飞船作为运输系统以及积累的技术成果，将“土星”5号运载火箭的末级改装成了美国第一个试验性空间站“天空实验室”。故此，“天空实验室”又称“阿波罗”应用计划。

1973年5月15日，“天空实验室”发射升空，开展试验性空间站活动，该空间站重82吨，长36米，容积316米3。该计划至1974年2月结束，耗资25亿美元，共完成3次载人活动。先后有9名航天员每批3人在此空间站上工作了18、59、84天，进行了天文观测、地球资源勘查、生物医学和材料加工等270项试验，突出显示了人在空间长期生活和从事检查、维修、排除故障和进行科研工作的能力。美国认为只是利用“阿波罗“计划的剩余材料便研制出了空间站，在技术上没有什么难度，同时也没有意识到空间站的潜在价值，加之美国认为研制兼具运载火箭和载人飞船性能的可重复使用的航天飞机更具潜力，至此美国转向了航天飞机的研制。直至20世纪80年代才重新提出研制“自由“号永久性载人空间站。

航天飞机

航天飞机是可重复使用的航天器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，是人类首次研制的可重复使用往返于天地之间的运输系统。航天飞机还可用于在空间释放与维修人造卫星和空间探测器、地球资源勘探和环境监测、空间加工和科学试验、建造空间结构等方面。航天飞机是一种具有重要民用与军用价值的多用途航天器，它的出现是美国航天技术发展的一次飞跃。实现了航天运载器由一次使用向部分重复使用的过渡。

航天飞机由三部分组成，包括可重复使用100次的轨道器；一次性使用的外挂燃料箱；两个可回收的重复使用20次的固体火箭助推器。美国共制造了6架航天飞机，分别是“企业”号、“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“阿特兰蒂斯”号和“奋进”号。其中“挑战者”号航天飞机在1986年1月28日的发射中爆炸，7名航天员全部遇难。

国际空间站

20世纪80年代初，为了迎接21世纪空间产业化和军事化的挑战，美国开始酝酿建造空间站。其主要目的是继续保持美国空间领先地位，推进空间产业开发，并为未来建立永久性月球基地和进行载人行星探索做准备。1984年1月25日，美国总统里根下令正式研制大型永久载人空间站，要求美国航宇局在10年内完成，耗资80亿美元，并邀请加拿大、西欧及日本等盟国参加空间站的建设。1988年2月，美国政府依据对国内国际形势的研究又颁发了新的空间政策，正式确定了扩大载人航天活动、实施月球和火星载人飞行长远目标。最初通过的空间站设计方案采用动力塔式双龙骨结构，由4个压力舱、4个能源舱、2个后勤舱、移动式遥控服务中心和4个自由飞行平台及轨道转移飞行器组成，电源系统由先进的太阳能发射镜提供87千瓦的功率。经过若干次改进，到1995年，国际空间站总重量为430吨，主桁架长88米，居住舱的容积为1200米3，4个太阳电池阵宽110米，能提供110千瓦的电源功率，其中用户使用功率为46千瓦。其运行高度平均为397公里。

双子星座8号飞船为美国载人飞船双子星座号飞船系列之一。双子星座号飞船，从1965年3月到1966年11月共进行10次载人飞行。主要目的是在轨道上进行机动飞行、交会、对接和航天员试作舱外活动等。为“阿波罗”号飞船载人登月飞行作技术准备。

“双子星座”号飞船重约32～38吨，最大直径3米，由座舱和设备舱两个舱段组成。

“水星”计划结束后，当时的美国总统肯尼迪已经很明确地提出，把登月作为载人航天的发展目标。因此NASA花了两年时间来设计第二代飞船，即“双子星座”飞船，作为登月计划和水星计划中间的过渡计划。而且这一计划的目的相当明确，主要是完善飞往月球所需的关键、但尚未经过测试的技术，包括：轨道变换、轨道会合、轨道对接以及在轨道上进行太空舱外活动。

为了准确地操纵飞船，设计人员为“双子星座”安装了几个火箭发动机，使它可以在轨道上做向前、向后和侧向的运动，以改变轨道。复杂的任务要求由两人来驾驶飞船，这就使得飞船的体积增大。而且“双子星座”飞船太空飞行的时间一般需要持续一到两周，以确定人体是否能够承受长时间的失重状态，所以需要大量的电力和能源，为了满足这个要求，“双子星座”飞船增加了设备舱，安装电源系统、推进剂储箱等设备。

当时使用的普通化学电池功率小、寿命短，不足以维持长期飞行，而太阳能电池技术上也不成熟，因此设计人员采用了燃料电池，这种电池依靠燃料的化学反应释放出来能量转变成为电能输出。

两名航天员，加上增加的支持系统、补给及推进剂，使得“双子星座”飞船的重量比“水星号”增加了一倍。要把它送入太空，“水星号”所用的“宇宙神号”运载火箭已经无能为力，“大力神2号”运载火箭便成了“双子星”飞船的运载火箭。设计人员经过较长时间的考察发现运载火箭在发射时发生爆炸的机会极小，因此“双子星座”取消了逃逸救生塔，采用弹射座椅作为应急情况下的救生措施。

“双子星座”计划的一项主要内容是实现太空行走，NASA的设计人员考虑到如果为太空行走再设计一个过渡舱，势必会增加飞船的重量和大小，因此采用了一种简化的设计，不安装专门的出舱活动过渡舱，而直接将座舱作为过渡舱。

“双子星座”飞船的侧部各有一个矩形舱门，它具有极好的关闭密封性，可以在太空中打开和关闭。执行舱外任务时，航天员先使舱内氧气压力下降，采用航天服的供氧系统呼吸。当舱门打开时，任舱内氧气散失，出舱进行活动。当完成任务返回舱内时，关闭舱门后再重新放出氧气，使座舱增压。

回收方式上，飞船在返回前在轨道上抛掉设备舱，然后发动机舱的4台反推制动火箭点燃，将飞船推入载入轨道，最后再抛掉发动机舱，座舱像水星飞船一样单独再入大气层，下降到低空时打开降落伞，航天员和座舱一道在海上溅落。

1965年3月23日，“双子星座3号”飞船进行了第一次载人太空飞行，航天员维吉尔·I·葛理森和约翰·W·杨完成了这次飞行，飞行中航天员启动推进器改变自己的轨道形状，实施了倾角的微小改变。两个月后，航天员詹姆士·A·麦克迪维特和爱德华·H·怀特乘坐“双子星座4号”进入太空飞行了5天，并且在绕轨道第三圈时，由怀特实现了美国人首次的太空行走，出舱时他身上连着一根管缆，利用一个手持的小型火箭来实现太空机动。

1966年3月16日，美国的“阿吉纳”8号无人飞船和“双子星座”8号载人飞船对接取得成功。这是人类历史上两个飞行器最先在宇宙中对接成功。

宇宙飞船在宇宙中只能按既定的轨道运行，一旦进入轨道，飞船不烧燃料而是靠惯性飞行的。如果没有多余的燃料，宇航员本领再大也无法对它发号施令，想改变一点轨道或调整一下速度都是不可能的。要使两个飞行器在宇宙中会合对接，就要求人能对飞船操纵自如。

“双子星座”计划是阿波罗工程的第二阶段，从1965年3月到1966年11月，“双子星座”共进行了10次载人飞行，累计40天9小时53分，主要任务是在轨道上进行手控操纵机动飞机、会合对接及宇航员的舱外活动，为载人登月做技术上的准备。

美国在进行了地面试验和不载人飞行后，“双子星座”3号由“大力神”火箭发射，进行首次载人飞行。指令长格里索姆和驾驶员约翰扬，在绕轨三圈飞行中，用手动操纵完成了飞船上下、左右、前后及变轨道的机动飞行。1965年6月3日，“双子星座”4号驾驶员怀特还进行了太空行走。“双子星座”7号先于6号发射。当两者相距30厘米时，实现了宇宙飞船的首次会合。

1966年3月16日，“双子星座”8号在轨道上与“阿吉纳”8号无人飞船相距几百米时，宇航员阿姆斯特朗和斯科特启动姿态控制和微进发动机，向无人飞船慢慢逼近。“双子星座”8号的对接杆插入无人飞船的锥形连接锁孔中，两艘飞船就像两节火车车厢一样牢固地连接在一起，对接取得了成功。此后，又连续进行了4次会合对接试验，其中3次获得成功，解决了会合对接中的重大技术问颢。

“双子星座”号系列飞船是美国的第二代载人飞船，“双子星座”号系列飞船先后进行了12次飞行试验，其中2次无人飞行和10次载人飞行。“双子星座”计划共耗资12834亿美元，其中飞船为7974亿美元，占总费用的62%；运载火箭为4098亿美元，占总费用的3193%；支援设施为0762亿美元(其中用于改造全球通讯设备为5600万美元)，占总费用的594%。“双子星座”计划主要是为阿波罗载人登月计划提供飞行经验，准备各种技术条件。

在某种意义上讲，“双子星座”号飞船形状与“水星”号飞船有相似之处，他们基本呈圆锥—钟形，全长57米，底部最大直径3米，重30吨—39吨。

“双子星座”号飞船的返回舱里乘2名航天员，全长34米，最大直径为23米，航天员活动空间255立方米。总重量1982千克，其中包括2名航天员的体重144千克和座椅的重量426千克。舱内用纯氧，压力340毫帕。

而其设备舱则长14米，最大直径305米，重1278千克，其中环控生保系统的重量为117千克。

飞船结构采用分舱段布局原则，把每个分系统的所有部件都放置在一个紧凑的舱体内，这样既便于检查和组装，又便于出故障时更换。从第五艘到第十二艘“双子星座”飞船都是用了燃料电池，这种电池结构较简单、紧凑，能耐冲击和振动，体积小、重量轻、比功率高。此外，飞船还采用弹射座椅作为紧急救生手段，它不仅在发射阶段而且在着陆阶段可为航天员提供一种救生手段。

那么，“双子星座”飞船主要都完成了什么任务呢？

1958年，美国宇航局总部和太空任务小组开始考虑“水星”载人航天计划之后美国的载人航天计划的目标和任务。以吉尔罗斯和费格特为首的太空任务小组对此尤为关心，他们认为这项计划应在“水星”计划已完成的任务基础上，主要实现两大目标：载人轨道飞行时间大大延长，达到1周以上；实现飞船在轨道上机动、交会和对接。

1961年，当美国制定了“阿波罗登月计划”后，这一计划的任务更加明确起来，即为完成登月任务探索、试验新技术，最重要的有两方面：一是将载人飞行时间延长到2周，以充分研究人在太空生活和工作的适应性；二是完成两个航天器在轨机动、交会和对接。这两大任务在登月期间都会遇到。这样，“双子星座”计划就变成“阿波罗”计划的辅助项目。

作为一项既是独立的又是过渡性的计划，“双子星座”计划取得了许多开创性成就，为“阿波罗”计划提供了极其宝贵的经验和技术成果，其中包括：

（1）提供了足够执行“阿波罗”计划的长时间飞行经验，包括生理、医学、生活等方面。

（2）验证了飞船在载人条件下温度、供氧、压力长期工作的可靠性和寿命。

（3）完成了最重要的飞行器交会与对接，为载人登月的月球轨道对接方案提供了有力的证据。

（4）完成了长达2小时以上的舱外活动，为宇航员在月面活动积累了经验。

（5）实现飞行器姿态控制、机动和变轨飞行。这是“阿波罗”计划必不可少的任务。

（6）实现受控再入，提高了落点精度，为宇航员的安全提供了更大的保障。

（7）飞船分成几段，在再入时只回收载人舱。“阿波罗”飞船也采用了这种格局。

（8）“双子星座”飞船的新型燃料电池获得了验证和改进，它成功用于“阿波罗”飞船。

（9）“双子星座”飞船存在的一些问题，如姿态控制系统的可靠性、救生系统故障、宇航服笨重、太空行走困难等被“阿波罗”计划广泛吸取并加以改进。

（10）“双子星座”计划还提供了宇航员训练、太空生活等方面的经验。此外，“双子星座”计划的历次飞行对“阿波罗”计划任务的确定提供了直接的指导。

（11）远距离对地通讯获得发展和验证。

（12）地面各控制台站的工作满足远程太空飞行的要求。

此外，该计划还在对地观测、科学试验方面取得大量成果。

知识点

燃料电池

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。它具有发电效率高、环境污染少等优点。

这种电池由一种或多种化学溶液组成，其中插入两根称为电极的金属棒。一个电极上的电势比另一个电极上的大，因此，如果这两个电极用一根导线连接起来，电子就会通过导线从一个电极流向另一个电极。这样的电子流就是电流，只要电池中进行化学反应，这种电流就会继续下去。手电筒的电池即是代表。