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“神舟”逐鹿太空

时间:2022-10-28 15:54:03 来源:网友投稿

精彩片断欣赏:“10、9、8、7、6、5、4、3、2、1,点火……”2008年9月25日21时10分04秒,酒泉卫星发射中心,火焰和浓烟笼罩了发射塔架,随着一声巨响,长征二号F运载火箭驮着我们的主角神舟七号载人飞船,拖着长长的火焰冲向天空:两秒钟后火箭穿过云霄,但火箭发出的“轰隆”声如声声闷雷响彻夜空,响彻神州大西北的戈壁滩……

关键词:神舟七号载人飞船(简称“神七”)、长征二号F运载火箭。

神气的“神七”

神舟七号与以往的“神舟”系列飞船相比更加神气,它在“体态”上呈现出“眼睛”更亮、“翅膀”变少、“躯干”拉长等三大特点。

与“神六”相比,“神七”在轨道舱、推进舱的舱体安装了两部摄像机,用于观测航天员在舱外试验的全过程,航天员在附近“行走”等动作也可尽收“眼”底。这两部摄像机均为长方体,重量比家用小摄像机还轻许多,这双精巧的小“眼睛”不仅“明亮”,同时还能应对极端温度、真空、辐射、粒子等空间环境的干扰。

由于“神七”携带更多载荷,因此飞船的能源保障至为关键。为减轻飞船负重,“神七”的能量源泉,也就是形似“翅膀”的太阳电池翼,从“神六”的两对减少为一对。

与“神六”相比,“神七”的“躯干”,也出现了一少一多的变化。“一少”是飞船减少了轨道舱的16台发动机,仅保留了推进舱和返回舱的动力设备。这是因为航天员完成任务准备返回地球时,轨道舱将不再继续驻守轨道,而是与飞船返回舱分离,坠入大气层燃烧并消失。此前,“神六”、“神五”飞船在航天员返回地球时,轨道舱与飞船脱离后,仍会在轨运行大约半年时间,进行一些科学实验,并把有关实验数据传输到地面,在动力耗尽后,再渐渐被地球引力拉回大气层焚毁。

“一多”是轨道舱内增加了一个“夹层”。这个“夹层”就是气闸舱,它的作用是为航天员出舱、进舱提供气压缓冲——出舱前要减压,从太空返回后要升压,其原理类似潜水员进出深海潜艇时需进行水压调节。同时,由于轨道舱相关载荷的增加,“神七”飞船的“躯干”部分比“神六”有所拉长。

拓展阅读:一般飞船分为三个舱段,由前到后的安装次序是:轨道舱、返回舱和推进舱。

轨道舱呈圆桶形状,是航天员工作、生活和休息的地方。

返回舱是载人飞船惟一返回地球的舱段。飞船起飞、上升到入轨及返回着陆时,航天员都在返回舱内。返回舱是飞船的指挥控制中心。

推进舱是圆柱形的,舱内安装有推进系统发动机和推进剂,其使命是为飞船提供所需动力,飞船电源、环境控制和通信等系统的一部分设备也安装在这里。

很可靠的坐骑

驮着“神七”上天的火箭是长征二号F运载火箭,它是我国第一款为载人航天研制的高可靠性、安全性运载火箭。

长征二号F运载火箭是在长征二号捆绑火箭的基础上,按照发射载人飞船的要求而研制的运载火箭。自1992年开始研制,1999年11月19日首次发射并成功将神舟一号飞船送入太空,在历时8年的研制过程中始终将可靠性、安全性放在首位。火箭的可靠性指标从长征二号E运载火箭的0.91提高到O.97,使它成为目前国内可靠性指标最高的运载火箭。0.97的可靠性就是说100次发射里,可能有3次会危及航天员的生命安全。

长征二号F运载火箭首次采用垂直总装、垂直测试和垂直运输的“三垂”测试发射模式。该火箭属二级捆绑式火箭,由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔等几个部分组成,是目前中国安全性能最好、起飞质量最大、长度最长的火箭。它由箭体结构系统、动力装置系统、控制系统、推进剂利用系统、故障检测处理系统、逃逸系统、遥测系统、外测安全系统、附加系统和地面设备系统共10个系统组成。

长征二号F运载火箭全长58.343米,起飞重量为479吨,但火箭加上飞船的总重量只有约44吨,其他的都是液体推进剂。因此,火箭的90%都是液体,比人体含水比重还高。

拓展阅读:“长征”系列运载火箭是由我国独立研制的中国航天的主力运载工具,自1996年10月以来,已连续进行了66次成功发射。

“长征”系列运载火箭有4大系列12个型号,包括长征一号、长征二号、长征三号和长征四号等,构成了具有中国特色的“长征”运载火箭家族。

长征二号系列火箭是一种两级火箭,是中国航天运载器的基础型号。1975年11月26日,长征二号火箭完成了中国第一颗返回式卫星发射任务。

长征二号F运载火箭,是我国目前惟一用于发射载人飞船的火箭。

到目前为止,“长征”系列火箭共进行了108次成功发射,自1996年lO月以来,已连续进行了66次成功发射。

精彩片断欣赏:当“神七”在轨道上飞到第27圈时,两名航天员进入轨道舱,关闭返回舱舱门,互相协助穿好航天服后,泄压、开舱门,一名航天员穿国产“飞天”号舱外航天服出舱活动。

关键词:舱外航天服、伴飞小卫星、固体润滑材料

很帅很科幻

航天员能圆满地完成舱外活动,我国自主研制的“飞天号”舱外航天服功不可没。

看外表,“飞天号”航天服就像一件加厚、特大码的连身羽绒服。“飞天号”航天服通体纯白,躯干像盔甲,四肢像面包,从上到下依次是头盔、上肢、躯干、下肢、压力手套和靴子,背上还有一只1.30米高的大背包。“飞天号”航天服的袖子和裤腿的长度可以根据每个航天员的身长进行调节。通过调节大小,一套航天服可以用于不同身材的航天员,身高160厘米到180厘米的人都可以穿。“飞天号”舱外航天服每套重量约120公斤,造价3000万元人民币左右。其庞大的形体,反光的面罩,看上去很帅很科幻。

穿“飞天号”航天服时,航天员要从衣服的背部进入,先入两腿,再入胳膊,戴上头盔,然后关上背包门。与其说是“穿”,不如说是“坐”进航天服更形象。

“飞天号”航天服躯干的设计厚度为1.5毫米,相当于两根头发丝的粗细,却是由六层不同的材料组成的。从内到外,由特殊防静电处理过的棉布织成的舒适层,橡胶质地的备份气密层,复合关节结构组成的主气密层,涤纶面料的限制层。通过热反射来实现隔热的隔热层,以及最外面的外防护层组成。外层的防护材料可耐受正负100摄氏度以上的温差变化。

重而不笨、行动灵活,是中国舱外航天服的一大特点。设计师们在上肢的肩、肘、腕和下肢的膝、踝等关节处,使用了气密轴承。在轴承的作用下,航天员的手脚可以随意转动,同时能严格保证气密

性。科研人员还巧妙地利用了仿生结构,使关节活动更自如。

拓展阅读:航天服虽然是“批量”生产的,但手套却运用了国际上先进的“三维数字扫描”技术,为每个航天员量身定做的,既安全又灵活。戴上它,航天员能够轻松握持直径为25毫米的物体,拿起一个水杯更不在话下。手心握物部位的那些凸粒状橡胶,是为了隔热和防滑而设计的。

很小很能干

航天员完成出舱行走后,我国“神舟”系列飞船首次释放的伴飞小卫星从“神七”飞船轨道舱顶部脱离。

伴飞小卫星质量大约40千克。全部载荷不足10千克,含测控通信、照相、热控、自主导航定位、星务管理系统等。作为一颗完整的卫星,它可谓“麻雀虽小,五脏俱全”,个头虽小,本事却很大。

以前中国的小卫星都是靠运载火箭发射入轨的,而这次是将小卫星安放在“神七”轨道舱的最前端,当飞船进入预定轨道后既可按指令自动弹出飞船,也可由航天员手动择机释放,投放方式更灵活。

伴飞小卫星可以作为侦察卫星使用。“神七”的伴飞小卫星上,装有与“嫦娥一号”类似的CCD立体相机(两台以上同时工作的数码相机),可以拍摄出高清晰度的地表图像。

伴飞小卫星能够成为一种非常可怕的太空武器。它既可以由飞船择机释放,去执行反击敌方太空目标的任务,又是我飞船最得力、最忠实的“保镖”——当敌方对我飞船发起攻击时,我飞船可以适时释放伴飞小卫星,用所携带的武器摧毁敌方攻击武器或与之同归于尽。

释放后,这颗伴飞小卫星已顺利完成前期空间观测任务,共下传1000多幅飞船多角度图像,且均清晰完整。

拓展阅读:伴飞小卫星简称为“伴星”,是伴随在另一航天器附近作周期性相对运动的卫星,大都具备一定轨道机动能力,它往往以空间站、航天飞机、载人飞船或大卫星等大型航天器作为任务中心或服务对象,按照一定的空间相对构型共同在轨飞行。伴星技术是国际航天领域一项重要应用技术,国外已有多个研究和发展计划,现已有多颗类似的“伴星”伴随航天器发射上天。

特殊的“太空游客”

“神七”航天员翟志刚成功实现了中国人迈向太空的第一步。许多人注意到,他在出舱后完成的第一项工作就是取回一个体积与一包A4打印纸相当的包包。包包里装的是什么呢?

原来,这是“神七”搭载的固体润滑材料样本,总质量3千克,共有4大类11种材料。固体润滑材料样品的相关试验装置,在发射时已经安装完毕,固定在轨道舱的外舱壁上,在太空环境下暴露约43.5小时,再由航天员出舱取回。也许有人会问:“大老远的费这么大的力,带些润滑材料到太空干吗?”

说到润滑材料,人们常常会想起润滑油、润滑脂,而很少有人会想到固体润滑材料。其实,与润滑油、润滑脂一样,固体润滑材料也是一类重要的润滑材料,只不过与具有上千年历史的润滑油脂相比,它的资历要浅得多,人类研究和使用这一类润滑材料也只有半个世纪的历史。

尽管历史不长,但它却以优异的性能获得了广泛的认同,其应用范围越来越广,大有与传统润滑油脂分庭抗礼的趋势。尤其是在以航空航天为代表的军工高技术领域,固体润滑材料更以其出色的性能和不可替代的重要作用后来居上,牢牢占据了首选润滑材料的位置。

回到实验室后,这些特殊的“太空游客”将接受进一步研究。太空环境中的紫外光和高活性的原子氧,会改变材料性能,导致润滑性能降低、衰退甚至失效。

研究润滑材料特性衰退或改变的机理,有助于发展新型、高性能的空间应用材料。通过添加一些新的成分,可以使材料从太空返回后的润滑性能不仅不降反而上升,从而提高航天机械运动部件固体润滑材料的性能。

拓展阅读:最典型的固体润滑材料是名墨。和它结构类似的氮化硼也是一种优良的固体润滑材料。有趣的是,无论是石墨还是氮化硼,这两种硬度极低的材料,在呈立方状态下都是世界上最为坚硬的材料(石墨的立方状态就是金刚石)。工业上常用的固体润滑材料还有二硫化钼,汽车底盘很多就是运用这种材料制成。体育比赛用的滑石粉也是固体润滑材料。

下集 归来

精彩片断欣赏:2008年9月28日17时37分,遨游太空68小时27分的神舟七号飞船,在顺利完成空间出舱活动和一系列空间科学试验任务后,闯过道道鬼门关,成功降落在内蒙古中部阿木古朗草原上。

关键词:鬼门关。

安全返回是载人航天的最后一个环节,也是关键的一环。对于神舟七号飞船来讲,返回时要闯过四道“鬼门关”。

第一关是分离关。也就是使飞船从运行姿态调整到返回姿态,其中包括让轨道舱与返回舱、推进舱分离。

第二关是调速关。飞船高速进入大气层时会产生巨大的冲击过载,就像飞机撞山一般,所以必须使过载限制在人的耐受范围内。采用的方法是通过开动推进舱的火箭发动机产生制动来降低飞船的速度。

第三关是高温关。飞船返回时与大气层的剧烈摩擦会产生几千度的高温,因此必须有先进的防热措施,否则钢筋铁骨也要化成灰烬。返回舱在再次进入大气层时,要使用特制防热材料做的舱底保持向前,从而保证在与空气剧烈摩擦所产生的高温高压下,舱内温度正常。

第四关是着陆关。这最后一关极为重要,否则就功亏一篑。前苏联一艘联盟飞船就曾因为在过最后一关时,降落伞的伞绳被缠绕住,降落伞打不开,返回舱以极高的速度冲向地面,致使船毁人亡。飞船返回舱下降到稠密的大气层后,回收、控制系统开始工作,打开降落伞,进一步减速。着地前,着陆缓冲装置开始工作,使返回舱以很低的速度(2~3米/秒以下)实现软着陆,保证航天员安然无恙。另外,要保证返回舱落点精度,以便返回舱能被及时发现,航天员能被及时营救。前苏联一艘飞船就曾因落点精度差,结果营救人员一时找不到,航天员被困在冰天雪地的森林中,差点冻死。

拓展阅读:中国是世界上第3个拥有返回式卫星的国家,已成功发射17颗,返回16颗。我国已熟练地掌握了卫星返回技术,拥有研制高可靠回收系统的丰富经验,从而为神舟系列载人飞船的安全返回着陆奠定了坚实的基础。

续集 “神八”在行动

精彩片断欣赏(预测):2009年至2011年之间,神舟八号飞船将带着更重要的任务升空,在太空中完成交会对接;然后,还要建立空间站……

关键词:神舟八号。

无比精彩的场景,让我们拭目以待……

(编辑 孙世奇)

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