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内容包括:在无人营救的情况下

作者:admin发布时间:2020-02-29 22:25

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  载人飞船工程是我国迄今为止最大的航天工程,由7个系统组成,即:宇航员系统、飞船应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统和着陆场系统。

  宇航员系统是载人航天工程的一个重要组成部分,与其他6个系统相比,具有较大的特殊性。载人航天飞船工程与其他航天工程最重要的区别就在于人类的直接参与飞行。宇航员系统是一个以宇航员为中心的医学和工程相结合的复杂系统,涉及航天生命科学和航天医学工程等许多重要领域。宇航员系统的任务是负责制定出宇航员选拔方案、内容和标准,并选拔、培训出能够执行载人飞行任务的宇航员;对宇航员实施有效的医学监督和医务保障;与此同时完成宇航服、食品和用具等装船项目的研制。

  载人飞船是有人驾驶的空间飞行器,由于飞船的发射、运行以及返回过程中特有的环境条件的复杂性、严酷性,还有飞船本身技术的复杂性以及出现故障的可能性和危险性,这些都决定了飞船驾驶员——宇航员不是一般人可以胜任的。

  宇航员首先要能适应火箭飞行过程和太空生活中的各种恶劣条件,其次还要完成各项航天飞行任务,所以宇航员的选拔和训练都是极其严格的,甚至用苛刻和严酷来形容也一点儿都不过分。宇航员都是从工作性质较接近的歼击机驾驶员中选拔的那些身体素质和心理素质均好,训练有素并具有相当飞行经验,而且愿为航天事业献身的人。

  各国航天界对宇航员的选拔都是极其重视的,选拔宇航员是一个复杂的过程,被选上进行训练的人员也不一定都能成为真正的宇航员,所以说选拔上的人员只能叫预备宇航员或试验宇航员。要成为预备宇航员或试验宇航员还要过下面的几关:

  首先是身体和心理素质的要求,要进行临床及住院的检查,生理学和心理学的检查。宇航员必须具备有健康的体魄、敏锐的思维和坚毅的性格。

  鉴于太空生存的特殊要求,备选的宇航员必须进行详尽的医务检查。首先从研究所有病历资料做起,然后化验血液、尿和大便,接着进行心电、胸电冲击图检查,还要对胸腔、大肠、鼻旁窦、脊柱腰骶部位、胃、食管和牙齿的X光照片进行研究,另外,对眼科、前庭功能、心血管系统、肺活量等进行的一系列检查也是必不可少的。在以上提及的身体条件中尤以心血管、中枢神经系统最为重要。

  由于航天活动的特殊性,还要求宇航员必须具备优良的心理素质,包括他们的个性心理、性格气质、智商水平和工作效率等方面的内容;考核他们在特殊环境下的适应能力、应急能力和耐力也是选拔宇航员必不可少的一项内容。备选的宇航员必须进行超重耐力、立位耐力、高低温耐力、最大体力负荷耐力实验,以及噪声、振动实验和完全隔绝的孤独实验。

  其次,作为被选拔的宇航员,对他们的阅历、知识水平和知识结构方面的要求也是很高的。他们起码应有不低于大学的文化程度并且能够适应航天环境,可以迅速掌握好航天飞行器的操作。从以上可以看出,选拔出一个合格的预备宇航员是非常不容易的,“千军易得,一将难求”,这些人都是从无数候选者中千挑万选出来的,从各方面来讲都是人群中的佼佼者。

  选拔固然不易,训练更是艰苦。在被选拔出的预备宇航员中,经过以后艰苦严格的训练、观察、测试检查,不断有人被淘汰,只有完全达到宇航员条件的人才能做正式的宇航员。

  那些刚刚入选的预备宇航员,在刚刚感到喜悦的同时,艰苦、枯燥甚至是苛刻的训练生活就开始了。

  我们常人很难想象得到,一艘飞船有多少系统,每个系统有多少设备,每个设备又有多少个操作按钮,然而宇航员要一一地了解它,并且掌握它;我们同样不能想象,从火箭起飞到太空飞行,一直到返回舱安全降落地面,这其中要经历多少极其复杂而且与地面完全不同的过程,其中许多是人们在地面上做梦也想不到的,而宇航员要了解它、感受它,还要掌握它;同时,宇航员的太空之旅不是普通乘客的观光旅游,他们是去工作,要完成复杂的太空作业,他们必须掌握相关的所有知识。

  由此我们可以想象得出,为了完成这么多的任务,宇航员要学习、掌握多少的新知识、新理论,要经受多少在地面上创造的严酷条件的考验。

  一般训练包括了各种科学技术知识的理论学习,包括了天文学、地质学、大气物理学、机械、电子、测控、飞行力学、气象学、制导导航理论、计算机理论、火箭技术基础和航天医学生物学等;还要学习和熟练掌握飞船的总体设计情况,包括飞船的各系统组成、系统的工作原理、可能的故障模式和采取的对策;在飞船的生产安装过程中,还要观看飞船的生产情况、设备结构和飞船的安装情况等。

  首先是体质训练。一般有大家都比较熟悉的早操、球类、田径、登山、游泳和体育比赛等。这项训练是在医务人员的监督下进行的,目的是增强体质,提高机体对各种应急因素的耐力。其中登山运动最为有益,它不仅能训练宇航员的体质,还可向宇航员提供低气压和氧分压、空气温度和湿度急剧变化及紫外线、红外线辐射的条件,以提高机体对特殊因素作用的稳定性。

  其次是飞行训练和航天模拟训练。在航天过程中有许多对人类影响重大的外界因素,主要有飞船上升阶段和下降阶段的超重、震动和噪声,以及轨道飞行阶段的失重、真空、辐射和悬殊的温差变化。为了使宇航员熟悉和适应这些独特的环境状况,人们在地面上建立了一系列的模拟设备,例如大型离心机、失重飞机、震动台、噪声模拟器、变温舱、变压舱、辐射室等等。宇航员要在专门的设备上进行超重、失重、低气压、高低温度交变、振动、噪声、冲击、寂寞隔绝环境下的针对训练。

  在航天生活中最常见到而且必须长期忍受的就是失重了,这也是宇航员生活与正常人生活最不同的地方,必须重点训练。在基础训练中和专门训练中都将重点进行,我们将在介绍专门训练时详细介绍失重训练的具体情况。

  另外,经常的飞行训练可以保持宇航员的飞行技术,还可以进一步提高宇航员在可能的失误情况下迅速做出判断和反应的能力。

  除以上训练外,还要进行必要的救生训练。为了训练宇航员在着陆后的自救能力,要进行热带、沙漠以及海上的紧急着陆训练。先以授课的形式讲解生存概念,各种环境条件特征和要素,然后进行生存方法的示范练习,最后每种情况至少进行一周的训练,内容包括:在无人营救的情况下,如何出舱、如何呼救、无线电联系、定向,甚至觅食、搭帐篷等一系列保证生存的工作。

  专门训练是针对特定的飞船在发射前1年的训练。在专门训练之前,宇航员对飞船的有关知识已经掌握很多了。这时要对他们进行基本操作知识、操作技能和操作程序的训练,还有宇航员分组配合工作的训练,以及航天生活方式的训练。通过这种训练,使宇航员能够掌握飞行计划,并熟练地操控飞船完成预定的任务,很好地在太空中生存。

  这时宇航员要在专门的飞船模拟器中进行训练,美国的休斯敦载人航天中心、俄罗斯加加林宇航中心都有完备的训练模拟器。模拟器可以完全模拟飞船的各个系统设备的工作情况,模拟飞船的发射、运行、交会对接、返回制动以及返回地球时的各种过程和现象,使宇航员就像进行真实飞行一样,完成一次完整的飞行,做应该做或可能做的各种工作。

  除此之外,模拟器还可以根据对飞船的故障分析,模拟数百种故障。这种有意造成的故障,可以训练宇航员的分析判断、排除故障的能力及应变能力。经过这样的训练,宇航员在真正航天飞行过程中遇到故障也可以较好地完成任务,不至于手忙脚乱了。

  宇航员还要再次接受飞行中可能受到的环境训练,例如飞船的热真空试验。这项试验是在特制的可以抽成真空的容器内进行,宇航员进入被放在真空模拟器中的飞船内工作,进行试验,模拟高真空和温度交变条件下的环境。

  宇航员在太空中遇到的最普通又最长期的特殊情况就是失重了,为此宇航员必须接受严格的失重训练,并在起飞前再次接受这方面的长期培训。

  为了在地面上能够形成模拟空间失重情况,人们想了许多办法。开始时是采用飞机的抛物线飞行造成失重环境,但是这种办法只能产生30秒钟的失重状态,后来又采用了落塔式、落管式等方法,但这些方法最多只能产生几分钟的失重环境。而宇航员在太空中要长期处于失重状态,为了训练宇航员对失重状态的适应能力,就必须创造长时间的失重环境,使宇航员达到在这种环境下训练的目的。为此,美国人在马歇尔空间中心研制了大型中性浮力水槽试验装置。

  简单地说,这个装置就是一个盛有特殊制备用水的大型水槽,直径有23米,深12米。将受试物如飞船放入水中,利用水的浮力作用使它成为中性漂浮物,用以模拟零重力条件。让被训练的宇航员穿上宇航服,并在宇航服上经过适当的配重,使他呈现失重状态,就可以进行长时间的模拟训练了。

  航天模拟训练除了技术性的训练还包括航天生活方式的训练。航天生活的衣食住行与地面上的生活截然不同,在宇航员进入太空前必须在人工大气的条件下、采用特殊作息制度生活一段时间,还必须学会太空食品的食用方法、在太空中穿衣睡觉等实际生活训练。

  经过以上的选拔和训练中的淘汰,剩下的完全达到宇航员条件的人才能成为真正的宇航员,他们不仅要完全符合各方面的严格要求,而且鉴于太空飞行有极大的危险性,他们还要具有勇敢的献身精神,可以说他们都是太空探测的勇士。正是由于他们拥有勇敢的献身精神和勇于探索的能力,才使得人类的载人航天技术取得了辉煌的进步,他们为人类征服宇宙,探索空间做出了巨大的贡献。

  宇航员的训练不仅艰苦、苛刻,而且有时候还要面临极度的危险,甚至面临死亡。

  1967年1月27日,预计担任首次载人飞行的“阿波罗4”号飞船在美国的肯尼迪飞行中心进行地面试验,就在即将发射之际,指令舱内突然燃起了熊熊大火,顷刻之间,飞船就被淹没在了一片火海中,整个座舱内充满了火焰和浓烟,飞船中的3名宇航员只来得及说了一句“救救我们”,就没有了声息。

  由于当时的舱门不能迅速打开,虽然地面人员迅速冲过去抢救了,但是为时已晚,3名宇航员已经都被活活地烧死了。

  这3名宇航员是海军少校罗杰·查非、空军中校爱德华·怀特以及已经参加过两次航天活动的空军中校格里索姆。

  经事后的调查,这次事故是由于电器线路的短路,造成了电火花,引燃了座舱造成的。

  这次惨剧发生之后,美国宇航局对载人飞船的结构做了比较大的改革,安装了可以在2~3秒钟之内迅速打开的活动舱门以代替以前需用90秒钟才可以打开的旧舱门;用金属包皮代替了以前的聚四氟乙烯包皮;用不锈钢导管代替了以前的铝制导管;最重要的一点是后来的座舱中开始冲灌类似于地面空气成分的气体,以代替以前的纯氧。这些改革措施大大加强了宇航员在飞船起飞时的安全性。

  “阿波罗4”号的事故使美国的“阿波罗”号第一次载人航天飞行推迟了1年多的时间,直到1967年10月,美国的“阿波罗7”号才正式载人飞入了太空。

  为了纪念这3位在航天事业英勇献身的宇航员,1971年8月“阿波罗15”号登月飞船的登月舱登上月球的时候,踏上月球表面的两名宇航员所做的第一件事就是将查非、怀特和格里索姆的骨灰撒在了月球的土地上。他们生前没有完成自己的心愿,死后就让他们融入这片魂牵梦绕的土地吧!

  “阿波罗15”号的宇航员撒下怀特等骨灰的同时,还在月面上安放了一块金属牌,牌上刻着到那时为止包括前苏联的所有为人类的航天事业献身的宇航员们的姓名,人类将永远不会忘记这些勇于探险的先驱们。

  宇航员们就是要通过如此艰苦乃至要献出自己生命的训练,才可能成为一名正式的宇航员,才有了进入太空的资格。然而要真正拿到太空的通行证,要想成为一名真正的征服太空的勇士,光凭上述这些还不够,因为即使成为了正式宇航员也不一定意味着可以真正踏入宇宙,他们还必须经过最后一关——上天前的选择。

  前苏联的宇航员加加林是世界上第一个离开地球进入太空的人,实在可以说是一个幸运儿。那么是不是每一个正式的宇航员都有进入太空的幸运呢?当然不是的。

  为了保证载人航天任务的顺利实施,一般在确定宇航员时要准备几组人选,起码要有两组备份,即候补宇航员。据说加加林当年也不过是一个候补宇航员,他的步人太空还具有一定的戏剧性呢!

  因为前苏联的“东方”号飞船决定一次只上一个人,所以一组人中共有3名人选,而加加林是第三名,即最后一名。巧合的是第一名宇航员可能是精神紧张,晚上没有休息好,在第二天即将发射前,做最后的身体检查时,发现其血压不正常,心律也不佳,他就被淘汰了,决定换第二名人选上。更巧的是,第二名宇航员可能心里一直在紧张,“万一第一个人不行,马上就轮到我了”,不由得多了几分期盼与兴奋,何况这事情又带有一定的危险性,心里不免又有些紧张和不安,所以一检查身体,也未达到飞行的条件,又被淘汰了。而加加林的心态与前两位就不太一样了。他认为前面有两位宇航员呢,他们都是从许多训练者中精选出来的,两人都不合格而轮到他的可能性不大。因此,他的心境平和,情绪放松,饮食休息十分自如,一经测量,一切正常,当时决定由他进舱,完成这一划时代的使命,加加林的名字也因此而载入史册。

  通过上面的故事来看,我们可以说加加林是历史的幸运儿,由此我们也可以看出飞行前心理素质的重要性了。飞行前心态的调整就是进入太空前宇航员要过的最后一关。

  宇航员系统不仅是选拔和训练宇航员,还包括对宇航员实施有效的医学监督和医务保障。

  宇航员的训练和培训需要花费大量的金钱,所以说宇航员是用金子打造出来的,宇航员的健康和生命是极为重要的。

  宇航员的整个训练过程都必须在医务人员的监督下进行,以确保宇航员的身体健康和生命安全。医务人员还必须对宇航员进行定期的身体检查,对宇航员的一点儿小恙更是忽视不得。

  宇航员们在太空中的健康更是不容忽视的大问题。载人飞船上设立有遥测设备,这些设备除了向地面传送飞船的各种工程参数以外,最重要的一个任务就是随时向地面传送宇航员的生理参数,如血压、心率、体温、呼吸状况等;同时还在宇航员的身上典型部位安装了各种传感器,以观察监视宇航员的身体健康状况和在空间条件下工作时各种生理特征的变化和反应。这样做不仅是为了获得一些人类在太空生活状况的重要参数,主要也是为了宇航员的健康和安全考虑的。自从宇航员一离开地面,地面医务人员的心也就紧跟着紧张起来了,他们随时密切关注着宇航员的每个变化,一旦发现宇航员的身体出现异常的状况时,就会马上与载人飞船联系,如果情况不严重就会指导宇航员自我治疗,如果情况严重,就会让宇航员马上返航。

  可以说,宇航员从开始参加选拔一直到顺利返回地球都是在医务人员的控制之下的,他们能够取得今天如此的成就,医务人员功不可没。

  载人航天整个工程就像一场巨大的战役,俗话说:“兵马未动,粮草先行。”这正好说明了后勤的重要性。

  后勤部门主要负责宇航服、航天食品和航天用具等装船项目的研制,这些都是直接关系到宇航员在太空中的生活乃至生存的重要物品,每个细节都必须考虑周到。

  宇航员在太空中的饮食和生活用品将有一章做专门的介绍,下面就以美国首次登上月球的“阿波罗11”号的宇航员们所穿的宇航服来说明航天后勤工作的复杂性。

  美国宇航局为宇航员登月而特别研制的宇航服每件价值30万美元,由服装、背包生保系统、应急氧储备和天线装置构成,总重量达到了93千克。看到这里有人会问题:穿上这么重的宇航服,宇航员还走得了路吗?这些事儿专家们考虑得很清楚,月球的引力只有地球的1/6,这一整套设备在月球上只有15?5千克重,宇航员穿上它依然可以步履如飞,绝对不会影响他们的工作。这套宇航服一共由16层材料组成,可以保温、供氧,还可以防止微陨石的袭击。

  宇航服上的头盔是与宇航服分离的,使用时用一个金属卡圈与宇航服的头颈部连接到一起。头盔的外壳由一种很结实又很轻巧的聚碳酸盐类材料制成,可以有效防止比较大的撞击。头盔还设计有两层面罩,可以保护宇航员的眼睛不受太空间强烈的紫外线、红外线以及细小的流星微粒的伤害。

  与宇航服配套的手套也是特制的,有一个特殊纤维制成的外壳,内层是绝热的材料,以避免宇航员在工作中与极热或极冷的物体接触时手受到伤害。手套的指端由硅有机橡胶制成,可以提高宇航员手指的敏感性,使得宇航员戴上了看似如此笨重的手套,仍能进行非常细致的工作。

  

  与宇航服配套的套靴的制作也是异常精细的,一共由21层绝热材料制成,可以保证宇航员在任何情况的地面上如履平地。

  宇航服虽然很好,但是毕竟不太舒适,宇航员在飞船中不能一天到晚都穿着它。为此,除了在太空中穿的宇航服之外,后勤部门的专家们还为宇航员们量身制作了一套在载人飞船生活舱内穿的飞行服。这套飞行服由特氟纶材料制成,非常轻便,保暖性能良好,适合宇航员平时在生活舱中穿着。即使这样一套只在生活舱中穿的飞行服,科学家们也没有忘记在衣服上设计了一个特制的口袋,里面装入了宇航员在太空中的一些必备用品,以防不测。

  从以上这些,我们就可以看出后勤研究部门考虑得有多么周到了。正是由于他们细致周到的工作,宇航员们才能在太空中生活得健康、安全和舒适。所以我们才说后勤保障是载人航天必不可少的重要环节。

  飞船应用系统的主要任务就是利用载人飞船进行众多的空间实验,在太空中开展对地观察、环境监测以及进行材料科学、生命科学、空间天文学和流体科学等学科的应用和实验。

  “神舟”号载人飞船,完全是我国自行研制的,是我国目前发射的最大的空间飞行器,它的发射充分显示了我国航天技术的实力。

  就像前面发射情况下看到的那样,在火箭发射的时候,我们其实并看不到飞船是什么样子,而只是看到了一个大罩子,这个罩子是什么呢?它又有什么用呢?我们所见到的这个大罩子就被称为整流罩,它的作用是保护飞船。一方面因为飞船上有很多娇气的设备,例如太阳能电池帆板、飞船上用来对地观测的窗口,这些设备为了防止污染,在发射前都需要保护;另一方面就是为了防止飞船发射时的气动加热。

  那么,什么叫气动加热呢?火箭从发射台起飞后,它的速度是从零开始逐渐加大的,在飞出大气层以前就可以达到2~3千米/秒的速度,这么高的速度会使得飞船和大气产生强烈的摩擦,产生巨大的热量。我们都知道摩擦生热的道理,在火箭发射时产生的这种摩擦生热的情况就叫做气动加热。

  在火箭和飞船进入太空的阶段气动加热会使太阳电池过热,影响使用的效果,甚至会损毁太阳电池,使得载人飞船在进入太空后没有能量。还有,气动加热烧毁的东西还会污染飞船的窗口,影响飞船在太空中执行任务的质量。

  因此,为了保护飞船,使得飞船可以在太空圆满完成任务,飞船在发射之前就包在了整流罩里,直到飞船飞出大气层后整流罩才被抛掉,这时载人飞船才以真面目暴露在太空空间里。

  轨道舱位于飞船的前部,是飞船重要的舱段。轨道舱为密封结构,其外形为两端带有锥角的圆柱形,作为宇航员的主要工作舱和生活舱,宇航员在太空中的主要活动都将在这里进行,所以里面设有完备的生活和工作设施。另外,宇航员在太空活动期间,轨道舱还兼具有效载荷试验时的实验舱、交会对接试验时的对接目标、宇航员出舱活动时的气闸舱以及作为天地往返运输器时的货舱。

  轨道舱除了以上功能还有一个重要的功能,就是作为卫星的功能。载人飞船完成了轨道任务返回时,不是一起回来的,只有返回舱回到地面,其他的两个舱段就留在了轨道上。因此,轨道舱还将在轨道上工作下去,起到了一颗卫星的功能。这是一个非常巧妙的方法,既完成了空间任务,返回舱带着在太空中得到的成果返回了地球,轨道舱又得到了废物利用,避免了不必要的浪费,实在是一举几得的好事。

  飞船中部呈倒锥形的部分就是返回舱了。返回舱为密闭防热结构,是宇航员们的座舱,宇航员们还要靠它返回地球,所以对它的要求最高,它要有一系列的设施以保障宇航员们的安全。

  之前已经谈到了气动加热的问题,返回舱返回地面的时候同样会遇到这个问题。而且返回舱在返回时以8千米/秒的速度冲向地球,距离地球越近大气的密度也就越大,返回时的气动加热比发射的时候还严重得多,因此就会产生更大的热量。然而此时飞船已经没有整流罩的保护了,这就要靠返回舱了。因此,对返回舱的结构材料的要求很高,必须要解决一系列的技术问题,使得返回舱要有良好的防热和隔热性能,飞船不仅不能被焚毁于大气层中,还要保证飞船内部的温度不能超过一定的范围,否则宇航员承受不了也将前功尽弃。

  气动加热的问题在航天史的早期被称为热障,意思就是说气动加热是一道难以逾越的屏障。当然,随着科学技术的发展,这个屏障早已被聪明的人类越过了,但是,气动加热问题在现代航天界依然是一个技术难关,目前世界上也只有美国、俄罗斯和中国解决了这个问题。

  推进舱位于飞船的尾部,也是一个圆柱体,而且由于宇航员不会进入这个舱段,所以推进舱的结构是非密封的。其底部是与火箭对接的对接面,舱内主要装有飞船的动力装置。推进舱的主要作用是存贮燃料和用于飞船的姿态控制、轨道维持、变轨和制动等。

  载人飞船上在这三大舱段内还装有许多系统设备,例如生命保障系统、通讯系统以及宇航员的生活设施等。

  对于载人飞船的发射,火箭可是极为重要的一环,载人飞船必须得由火箭加速到一定速度并送入预定轨道,载人飞船才能围绕地球飞行,遨游太空。

  “神舟”号载人飞船的发射利用的是我国自己研制的“长征”系列运载火箭。“长征”系列运载火箭曾经多次在我国的发射史上立下大功,在世界的运载火箭系列中也享有盛誉。

  “长征”系列运载火箭虽然出色,但直接用来发射载人飞船还是不行的。火箭发射载人飞船时,宇航员的安全性指标要达到0?997以上,所以原来的“长征”号运载火箭用于载人飞船的发射,其可靠性还是远远达不到要求。

  为了达到宇航员安全性指标,“长征”运载火箭还要进行大量的适应性修改设计,以提高火箭的可靠性和安全性。工程技术人员对“长征”运载火箭原有的箭体结构、动力装置系统、控制系统、遥测系统、外弹道测量系统都进行了改造,提高了其可靠性,另外还增加了故障检测系统和逃逸救生系统,以提高上升阶段宇航员的安全性。

  火箭的故障检测系统和逃逸救生系统的设置是载人航天不同于其他航天飞行器的突出特点,是保障宇航员安全必不可少的设施。

  首先发射载人飞船的火箭上必须有故障自动诊断系统,能够随时监测火箭各个部位和各个系统是否出现了故障,而且能够立即识别出故障的严重程度,判断对宇航员的安全是否有威胁。一旦发现严重的事故,就要启动逃逸救生系统,使逃逸飞行器与火箭的所有机械、电路、气路、液路迅速分离,并带领宇航员飞行到安全的区域。这一系列动作往往只争毫秒之间。

  能不能准确地进入预定的轨道是飞船能否正常工作和准确返回的关键的第一步,而发射入轨则主要是火箭的功劳,所以说“神舟”号顺利进入太空,“长征”火箭立了一个头功。

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