圖解世界載人航天發(fā)展史（十六）

□ 邸乃庸

圖解世界載人航天發(fā)展史（十六）

□ 邸乃庸

天地往返載人航天器“阿波羅”號飛船

“阿波羅”號飛船主要由指令艙和服務艙兩個艙段組成，圓錐狀的指令艙在前，圓柱狀的服務艙置后。指令艙高3.5米，底部直徑3.9米，重約6噸。服務艙直徑3.9米，高7.6米，重25噸。圖為正在環(huán)繞月球軌道上運行的登月艙內的航天員拍攝的“阿波羅”號飛船。

美國“阿波羅”號飛船和登月艙一起構成了人類第一次登上月球的載人航天器，實現(xiàn)了人類自古以來的豪邁理想?！鞍⒉_”號飛船和登月艙一起總長16米、重45噸。圖為“阿波羅”號飛船（左）和登月艙（右）的連接組合體。

指令艙分為前艙、乘員艙和后艙3部分。前艙設置有著陸系統(tǒng)（降落傘、回收設備等）、本艙段姿態(tài)控制系統(tǒng)等。乘員艙為密封艙，艙內空氣是34千帕的純氧，有供航天員生活14天的必需品和救生設備。后艙內安裝有姿態(tài)控制發(fā)動機系統(tǒng)，各種儀器和船載計算機、無線電系統(tǒng)等。

“阿波羅”號飛船的指令艙和服務艙具有分離功能。指令艙中部是密封艙，是3名航天員生活與工作的艙段，設置有飛船的控制設備，還有出艙的側面艙門。服務艙是非密封艙，分為6個隔艙，安裝有推進系統(tǒng)的推進劑貯箱、發(fā)動機、燃料電池供電系統(tǒng)（不用太陽能）、航天員生命保障系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)等。

在“土星5號”運載火箭推進下飛往月球過程中，“阿波羅”號飛船從“土星5號”末級火箭分離，展開后面整流罩，露出整流罩內的登月艙（左圖）。然后飛船調頭180度，靠近火箭前端的登月艙并與其對接（右圖），登月艙與火箭分離，飛船將登月艙從火箭中拉出，最后拋棄火箭，“阿波羅”號飛船與登月艙組合體繼續(xù)向月球飛行。

“阿波羅”號飛船與登月艙組合體進入環(huán)繞月球的運行軌道后，選擇好著陸地點，兩位航天員駕駛登月艙與“阿波羅”號飛船分離（左圖），降落在月面上，而飛船則一直在環(huán)繞月球軌道上運行。月面工作完成后，航天員返回登月艙中的上升級，點燃上升發(fā)動機（右圖），離開登月艙下降級，上升返回到環(huán)繞月球的運行軌道。

在環(huán)繞月球運行軌道中，航天員駕駛上升級與“阿波羅”號飛船對接，兩位航天員回到指令艙內，而后，拋棄上升級（左圖，服務艙前端四周的4臺分離發(fā)動機點火工作，實現(xiàn)分離），向地球返回。進入環(huán)繞地球軌道準備返回地面前，先將服務艙分離（右圖，服務艙分離發(fā)動機點火工作，實現(xiàn)分離）。

“阿波羅”號飛船指令艙以3頂降落傘支撐減速濺落于海洋上（左圖），自動漂浮在海面，由救援人員實施救援（右圖，救援直升機正在將一名航天員救起，另外兩名航天員已經(jīng)出艙，和救援人員一起在救生筏上等待，救援軍艦停泊在附近）。

天地往返載人航天器航天飛機

美國航天飛機是世界上第一種能夠部分重復使用的天地往返載人航天器。它由軌道飛行器（簡稱軌道器）、固體發(fā)動機助推器（簡稱助推器）和外部推進劑貯箱（簡稱外貯箱）三大部分構成。航天飛機長56.14米，起飛質量2041噸，軌道器固定在外貯箱上，外貯箱與助推器連接在一起，航天飛機像火箭一樣垂直起飛。圖為等待發(fā)射的“哥倫比亞號”航天飛機，有翼的是軌道器，兩側白色的是助推器，中間棕色的是外貯箱。

軌道器長37.24米、高17.27米、翼展23.79米、重63.4噸，分為前機身、中段、后機身3部分。前機身主要由頭錐和密封艙兩部分構成。頭錐位于軌道器最前端，是提供姿態(tài)控制力最有效的部位，所以設置了眾多姿態(tài)控制和平移用發(fā)動機（左圖）。頭錐的后面就是航天員所在的密封艙，分為上、中、下三部分，上面是飛行艙，是航天員對軌道器進行駕駛和操作遙控機械臂的地方。飛行艙的前部是駕駛軌道器位置，具有大量儀表和操控設備（右圖），有6個朝向前方的舷窗，供航天員觀測。

飛行艙的后部是操作遙控機械臂和協(xié)助航天員艙外活動的位置，有大量顯示儀表和控制裝置，機械臂控制手柄處于儀表之間（左圖）。飛行艙頂部設置有兩個舷窗，主要用來供航天員觀測軌道器與空間站對接情況（右圖）。飛行艙的下面是中艙，飛行艙與中艙的通行是通過位于飛行艙地板上的方形艙門實現(xiàn)的。

軌道器的中段是長18.3米、直徑4.6米、容積300立方米的巨大貨艙，可以運送25噸貨物進入太空并攜帶11噸貨物返回地面。有兩扇艙門，進入太空后開啟，以輻射方式散發(fā)軌道器內多余的熱量。側邊安裝有長15.3米的遙控機械臂，需要時還可以將機械臂加長。貨艙內可以裝載空間站艙段、各種衛(wèi)星、太空實驗室等有效載荷。

中艙靠貨艙一側還設置一個氣閘艙，氣閘艙直徑1.6米（通過直徑0.91米），長2.1米，容積4.2立方米，內外兩個艙口各有一個密封艙門，可容納兩名身著艙外航天服的航天員（左圖）。航天飛機在太空單獨飛行時，通過氣閘艙航天員可以進入貨艙，對貨艙內的有效載荷開展工作；航天飛機執(zhí)行與空間站對接任務時，在貨艙內氣閘艙出口處安裝通道，在通道上端安裝對接機構（右圖），航天員通過氣閘艙、對接通道在軌道器與空間站之間通行，航天飛機使用的對接機構是異體同構周邊式對接機構（導向器內翻）。

中艙的下面是底艙，底艙是設備艙，安裝有生命保障、環(huán)境控制、電源、廢物箱等各種設備。航天員可以通過中艙的地板進入底艙，進行設備維護維修等工作。左圖是在底艙生命保障系統(tǒng)中的二氧化碳清除系統(tǒng)；右圖是航天員在底艙維護設備后通過艙門返回中艙。

軌道器從太空返回地面時，使用軌道機動發(fā)動機進行制動進入返回軌道，再入大氣層后以空氣阻力減速，像滑翔機一樣無動力著陸。進場著陸時改為人工駕駛，打開起落架準備著陸（左圖），著陸后打開降落傘減速停在跑道上（右圖）。

軌道器的后機身主要安裝有：3臺主發(fā)動機（設計可重復使用50次），使用外貯箱內液氧和液氫推進劑；2臺軌道機動發(fā)動機，使用一甲基肼和四氧化二氮推進劑，用于將軌道器最終送入運行軌道和為機動提供動力；還有姿態(tài)控制用小發(fā)動機。

由于返回大氣層后的飛行中會遇到強烈的空氣動力加熱，軌道器的外表面包裹了一層防熱層：機翼前緣等部位，空氣動力加熱最強烈，使用碳防熱材料（頭錐和機翼前緣稍淺區(qū)域）；其余迎風面（底部）空氣動力加熱也相當劇烈，最高溫度達到1260攝氏度，防熱層是由一塊塊耐高溫的陶瓷防熱磚構成的，共使用約2萬多塊防熱磚（深色區(qū)域）；軌道器的上表面是背風面，氣動加熱較緩，溫度只有370攝氏度，是由氈狀二氧化硅防熱材料構成防熱層（白色區(qū)域）。

中艙是航天員生活艙，設置有航天員所需的一切生活設備。中艙設有獨特的單人睡眠間，能夠提供4名航天員使用，可以關閉艙門，提供比較好的睡眠環(huán)境（左圖），其他航天員用睡袋睡眠。中艙還是航天員就餐的餐廳，食品全部分類裝箱貯存在這里，還有注水裝置、烤箱、抽氣馬桶等設備。航天飛機飛行時間比較長，航天員必須鍛煉身體，中艙還設置有功率自行車等鍛煉設備（右圖）。