李大耀

前蘇聯(lián)自1958年開始發(fā)展載人飛船,截至其1991年12月完全解體止,共研制成功“東方號”、“上升號”、“聯(lián)盟號”、“聯(lián)盟T號”和“聯(lián)盟TM號”載人飛船。前蘇聯(lián)解體后,俄羅斯繼承了前蘇聯(lián)的載人航天技術(shù),繼續(xù)研制發(fā)射“聯(lián)盟TM號”載人飛船。上述這5種載人飛船按它們的發(fā)展順序、主要目的和技術(shù)水平,可以分為第一代和第二代。

前蘇聯(lián)的第一代載人飛船

前蘇聯(lián)的第一代載人飛船主要用來驗證在幾天時間內(nèi)載人航天的可行性,基本上由返回艙和儀器艙兩個艙段組成。返回艙是航天員的座艙,為密封艙。其容積小,采用彈道方式返回地面。這一代飛船有2個型號:“東方號”載人飛船和其經(jīng)改裝而成的“上升號”載人飛船。

1、“東方號”載人飛船

“東方號”載人飛船為前蘇聯(lián)、也是世界上的第一種載人航天器,1958年開始研制,只能載1名航天員。該飛船起飛重量4725公斤,其中返回艙重量2460公斤。返回艙外形為圓球形,直徑2.3米,自由空間容積1.6立方米?！皷|方號”載人飛船于1961年4月～1963年6月共進(jìn)行了6次載人航天,每次飛行的持續(xù)時間最短約1.5小時、最長約6天。其中,第三、四次(即1962年8月發(fā)射的“東方”3號、4號載人飛船)和第五、六次(即1963年6月發(fā)射的“東方”5號、6號載人飛船)還進(jìn)行了兩艘飛船的編隊飛行。2兩艘飛船之間的距離最近時為5公里。

在用“東方號”飛船進(jìn)行載人航天前,前蘇聯(lián)于1960年5月～1961年3月發(fā)射了5艘稱為衛(wèi)星式飛船的無人試驗飛船。其中,第一艘裝人體的模擬件,其返回艙返回時因制動火箭定向不準(zhǔn)確未能轉(zhuǎn)入返回軌道;第三艘載2條狗,其返回艙在返回過程中因再入角大而被燒毀;第二艘(載2條狗)和第四、五艘(均載1條狗和1個航天員模擬件)的返回艙均成功回收。

2、“上升號”載人飛船

“上升號”載人飛船為“東方號”載人飛船的改型產(chǎn)品,起飛重量約5.5噸。該飛船首次實現(xiàn)了1船載3名航天員和進(jìn)行了航天員出艙活動試驗。

“上升號”載人飛船只進(jìn)行了2次載人航天,每次飛行時間約1天。其中,1964年10月第一次發(fā)射的“上升1號”載人飛船載3名航天員;1965年3月第二次發(fā)射的“上升2號”載人飛船載2名航天員,有1名航天員出艙在艙外空間逗留20多分鐘。為適應(yīng)航天員出艙的需要,“上升2號”增加了1個氣閘艙。

在“上升號”飛船進(jìn)行的上述2次載人航天之前,前蘇聯(lián)于1964年10月和1965年2月分別發(fā)射了與“上升1號”飛船結(jié)構(gòu)相同的“宇宙47號”無人飛行器、與“上升2號”飛船結(jié)構(gòu)相同的“宇宙57號”無人飛行器,進(jìn)行了“上升號”載人飛船的先驗性試驗。

前蘇聯(lián)的第二代載人飛船

前蘇聯(lián)第二代載人飛船起先主要用于驗證從幾天到十幾天較短時間載人航天的可行性和試驗兩個航天器在軌道上交會對接的技術(shù)、航天員通過艙外空間在兩個飛船之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移的技術(shù),后來主要用作載人空間站(本文為敘述方便起見,將載人太空實驗室也歸于載人空間站)的運人運輸器。這一代載人飛船由返回艙、軌道艙和儀器/設(shè)備艙等3個艙段和對接機(jī)構(gòu)等組成。返回艙容積不大,采用彈道-升力方式返回地面。這一代飛船有3個型號:“聯(lián)盟號”和其經(jīng)相繼改進(jìn)而成的“聯(lián)盟T號”、“聯(lián)盟TM號”3種載人飛船。

1、“聯(lián)盟號”載人飛船

“聯(lián)盟號”載人飛船1962年開始研制,起飛重量6.5～6.8噸。其中,返回艙重量2.8噸(其著陸時的重量為2.0～2.2噸),軌道艙(包括對接裝置,下同)重量1.2～1.3噸,儀器/設(shè)備艙重量2.5～2.8噸。返回艙(外形為鐘形)和軌道艙都是密封艙,最大直徑2.2米,自由空間容積分別為2.5立方米和4.0立方米。該載人飛船有兩種狀態(tài):一為原狀態(tài),即原設(shè)計方案狀態(tài);二為新狀態(tài),即對原設(shè)計方案進(jìn)行更改后的狀態(tài)。原狀態(tài)的“聯(lián)盟號”載人飛船為設(shè)置了太陽能電池翼、可自主飛行十幾天的3座位飛船。因座艙(即返回艙)直徑小,乘載的3名航天員只能穿普通飛行服而不能身著航天服。該狀態(tài)“聯(lián)盟號”載人飛船在執(zhí)行為“禮炮1號”空間站運送航天員任務(wù)前,于1967年4月～1970年6月共進(jìn)行了9次飛行。其中,第一艘飛船(即“聯(lián)盟1號”載人飛船,以下類同)載1名航天員,座艙返回時因降落傘系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致航天員殉職;第二艘飛船未載人,是第三艘飛船的軌道交會目標(biāo);第三艘飛船載1名航天員,與第二艘飛船進(jìn)行了2次軌道交會;第四艘和第五艘飛船(1969年1月發(fā)射)分別載1名航天員、3名航天員,兩者實現(xiàn)了軌道交會對接。第五艘飛船的2名航天員還通過37分鐘的艙外活動轉(zhuǎn)移到第四艘飛船。第六艘、第七艘和第八艘飛船(1969年10月發(fā)射)分別載2名航天員、3名航天員、2名航天員,三者進(jìn)行了編隊飛行。其中第六艘飛船進(jìn)行了首次空間材料加工實驗;第九艘飛船(1970年6月發(fā)射)載3名航天員,但未裝對接系統(tǒng),創(chuàng)軌道飛行18天的記錄,進(jìn)行了醫(yī)學(xué)實驗、生物實驗、地球資源觀測、導(dǎo)航試驗和天文物理觀測。在“聯(lián)盟1號”和“聯(lián)盟2號”載人飛船發(fā)射間隙,前蘇聯(lián)于1966年11月～1968年8月發(fā)射了“宇宙”133號、140號、186號、188號、212號、213號、238號)7個以“宇宙號”命名的無人飛行器,來試驗“聯(lián)盟號”載人飛船的有關(guān)技術(shù),其中有2組(每組2個)飛行器進(jìn)行了軌道交會對接試驗。

原狀態(tài)的“聯(lián)盟號”載人飛船于1971年4月和6月進(jìn)行的第10次、第11次飛行中,承擔(dān)了向“禮炮1號”空間站各運送1組3名航天員的任務(wù)。其中,“聯(lián)盟10號”載人飛船雖與空間站成功對接,但航天員未能進(jìn)入空間站;“聯(lián)盟11號”載人飛船的3名乘員進(jìn)入空間站工作生活了22天后乘飛船返回地面時,因座艙漏氣導(dǎo)致3名航天員窒息身亡。

“聯(lián)盟11號”載人飛船發(fā)生了災(zāi)難性事故后,前蘇聯(lián)對“聯(lián)盟號”載人飛船原設(shè)計方案作了如下重大更改。首先,為了安全起見,將乘員從3人減為2人,從而使航天員在發(fā)射和返回時均能穿航天服坐于座椅內(nèi);其次,取消了太陽能電池翼,船上用電全部由化學(xué)電池供給。后面這項改變,使“聯(lián)盟號”載人飛船的自主飛行時間減至2天多。在這2天多的自主飛行時間內(nèi),飛船如不能完成與空間站的交會對接任務(wù),就必須向地面返回。

新狀態(tài)的“聯(lián)盟號”載人飛船于1973年9月和12月各進(jìn)行了1次獨立的載人飛行。其中,后一次飛行使用的“聯(lián)盟13號”載人飛船(通常將原狀態(tài)飛船與新狀態(tài)飛船統(tǒng)一連續(xù)編號)未裝對接系統(tǒng),但仍配置了太陽能電池翼。在為期8天的軌道飛行期間,進(jìn)行了醫(yī)學(xué)、生物實驗、地球資源觀測、天文物理觀測和自主導(dǎo)航等試驗。在新狀態(tài)的“聯(lián)盟號”飛船這2次飛行的前后,前蘇聯(lián)于1972年6月～1974年3月用“宇宙”496號、573號、613號、656號4個“宇宙號”無人飛行器,對新狀態(tài)飛船作了檢測性飛行。

新狀態(tài)的“聯(lián)盟號”載人飛船從其第三次飛行(按統(tǒng)一編號,此次飛行使用的是“聯(lián)盟14號”載人飛船)開始,執(zhí)行向“禮炮”3～6號空間站運送航天員的任務(wù)。

新狀態(tài)的“聯(lián)盟號”載人飛船于1974年7月～1977年2月與“禮炮”3～5號空間站進(jìn)行的9次軌道交會對接中,有2次對接失敗,1次雖成功對接但航天員未能進(jìn)入空間站,1次未載航天員,主要用來考察飛船隨同空間站作較長時間飛行后的性能,在軌飛行93天。其余5次共將10名航天員送入空間站;于1977年10月～1981年5月與“禮炮6號”空間站進(jìn)行的16次軌道交會對接中,有2次對接失敗、1次未載人,其余13次共將26名航天員送入空間站。

新狀態(tài)的“聯(lián)盟號”載人飛船除上述27次飛行外,還進(jìn)行了4次載人飛行。其中,1974年12月發(fā)射的“聯(lián)盟16號”載人飛船試驗了將與美國“阿波羅號”載人飛船對接飛行的技術(shù)狀態(tài);1975年7月發(fā)射的“聯(lián)盟19號”載人飛船實現(xiàn)了與美國“阿波羅18號”載人飛船對接飛行和兩飛船航天員的互訪,也就是一飛船上的航天員通過艙外空間進(jìn)入另一飛船;1975年4月發(fā)射的“聯(lián)盟18A號”載人飛船,因運載火箭末級制導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致飛船應(yīng)急返回;1976年9月發(fā)射的“聯(lián)盟22號”載人飛船,試驗了多光譜相機(jī)對地攝影技術(shù)。

2、“聯(lián)盟T號”載人飛船

“聯(lián)盟T號”載人飛船為“聯(lián)盟號”載人飛船的改進(jìn)型,其外形與原狀態(tài)的“聯(lián)盟號”載人飛船相同,起飛重量6.85噸。其中,返回艙重量3噸(其著陸時的重量為2.3噸),軌道艙重量1.1噸,儀器/設(shè)備艙重量2.75噸。與新狀態(tài)的“聯(lián)盟號”載人飛船相比,“聯(lián)盟T號”載人飛船的主要改進(jìn)點和效果有:恢復(fù)了太陽能電池翼,從而使飛船自主飛行時間增長;采用了新的、質(zhì)地更加柔軟和輕逸的材料制作航天服,從而使航天服的重量和體積均有減小;控制系統(tǒng)改為基于船載數(shù)字計算機(jī)的無平臺慣性系統(tǒng)(即捷聯(lián)式慣性系統(tǒng)),可使飛船在無人干預(yù)的情況下自動執(zhí)行飛行控制任務(wù);動力系統(tǒng)采用雙組元統(tǒng)一推進(jìn)系統(tǒng),由此使姿態(tài)控制發(fā)動機(jī)在緊急情況下可作為主發(fā)動機(jī)(變軌發(fā)動機(jī))的備份;返回艙內(nèi)部進(jìn)行了重新設(shè)計,加之航天服體積縮小,使返回艙可容納3名身著航天服的乘員。

“聯(lián)盟T號”載人飛船于1979年12月啟用,首次發(fā)射的是1艘無人飛船。在此之前,前蘇聯(lián)于1974年8月～1979年1月用“宇宙”670號、772號、869號、1001號、1074號5個“宇宙號”無人飛行器進(jìn)行了與“聯(lián)盟T號”載人飛船有關(guān)的技術(shù)試驗?！奥?lián)盟T號”載人飛船于1980年6月～1985年6月分別為“禮炮6號”空間站和“禮炮7號”空間站送入3組(共7名)航天員、9組(共24名)航天員。在此期間,還進(jìn)行了另外2次載人發(fā)射。其中,1983年4月發(fā)射的“聯(lián)盟T8號”未能與“禮炮7號”空間站對接;1983年9月發(fā)射的“聯(lián)盟T10A號”臨射前運載火箭推進(jìn)劑泄漏引起大火,航天員逃逸救生成功。題圖為“聯(lián)盟T號”飛船與“禮炮7號”空間站組成的軌道聯(lián)合體。

最后一次發(fā)射的“聯(lián)盟T號”載人飛船為1986年3月發(fā)射的“聯(lián)盟T15號”飛船。該飛船將2名航天員先送入當(dāng)年2月發(fā)射入軌的“和平號”空間站的核心艙,后又轉(zhuǎn)移到“禮炮7號”空間站、最后再送回到“和平號”空間站,完成了航天員在處于相鄰軌道上兩個空間站之間的轉(zhuǎn)移任務(wù)。它在一定程度上起到了軌道間機(jī)動飛行器的作用。

3、“聯(lián)盟TM號”載人飛船

“聯(lián)盟TM號”載人飛船是“聯(lián)盟T號”載人飛船的現(xiàn)代化產(chǎn)物,起飛重量7.7噸。其中,返回艙重量3.7噸(其著陸時的重量為3噸),軌道艙重量1.2噸,儀器/設(shè)備艙重量2.8噸。與“聯(lián)盟T號”載人飛船相比,“聯(lián)盟TM號”載人飛船的主要改進(jìn)點和效果有:采用了新的對接系統(tǒng),使飛船能與處在任何相對姿態(tài)的空間站對接,而“聯(lián)盟T號”載人飛船的錐形對接裝置要求空間站與飛船的軸線一致才能對接;采用了新而輕的降落傘,使飛船攜帶物資達(dá)350公斤,使其攜帶返回地面物資的重量增加到100公斤;動力系統(tǒng)提高了性能和可靠性,使封存時間延長到6個月;采用了新的通信系統(tǒng)等。

“聯(lián)盟TM號”載人飛船于1986年5月進(jìn)行了1次不載人飛行、試驗了與“和平號”空間站的對接可行性后,從1987年2月開始執(zhí)行為“和平號”空間站運送航天員的任務(wù)。截至前蘇聯(lián)完全解體的1991年12月,“聯(lián)盟TM號”載人飛船共為“和平號”空間站送入11組(共29人次)航天員。1992年～2000年,俄羅斯研制發(fā)射的“聯(lián)盟TM號”載人飛船共為“和平號”空間站送入17組(共45人次)航天員,其中包括最后一次進(jìn)駐“和平號”空間站的1組2名航天員,并為正在建造的國際空間站送入第一組3名航天員。

小結(jié)

從前蘇聯(lián)(俄羅斯)于1958年～2000年發(fā)展飛船載人航天的情況,可以看到:

在各種型號載人飛船進(jìn)行載人飛行之前(個別的型號在首次載人飛行發(fā)生災(zāi)難性事故之后),都用與之相近的無人航天器或不載人狀態(tài)的飛船進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)的先驗性試驗。對有的型號的載人飛船,如“東方號”、“聯(lián)盟號”等,進(jìn)行這種先驗性試驗的無人航天器較多,最多達(dá)7個。

研制載人飛船首先解決的是航天員安全進(jìn)入太空、在軌道上生活和工作、返回地面的問題,然后再試驗兩航天器軌道交會對接技術(shù)和航天員出艙活動技術(shù)。同時,進(jìn)行后兩項試驗的飛船狀態(tài)不僅相互之間(指或單獨試驗對接、或單獨試驗出艙)可以有所不同,而且與僅用于前一項試驗的飛船狀態(tài)有較大差異。例如,“上升1號”載人飛船實現(xiàn)了1船載3名航天員,而用來進(jìn)行首次航天員出艙活動的“上升2號”載人飛船只載2名航天員、但增設(shè)了1個作為航天員出艙通道的氣閘艙;不進(jìn)行交會對接試驗的“聯(lián)盟號”載人飛船不帶對接裝置。

從發(fā)生時間的先后來看,1965年3月用載人飛船進(jìn)行航天員首次出艙活動試驗要比進(jìn)行兩載人飛船首次軌道交會對接試驗(1969年1月)來得早。但在載人飛船用作空間站的乘員運輸器之前,僅利用載人飛船進(jìn)行過2次為時很短、任務(wù)簡單且具有政治色彩(爭世界第一)的出艙活動。除上述2次外,航天員出艙活動直至1977年12月才有“禮炮6號”空間站重新開始進(jìn)行。從安全性出發(fā),利用載人飛船進(jìn)行出艙活動試驗也具有一定的局限性。因為載人飛船的飛行時間很短,而航天員在入軌后的頭3～5天內(nèi)處于適應(yīng)太空環(huán)境的調(diào)節(jié)期。在這個調(diào)節(jié)期內(nèi),一般不宜進(jìn)行航天員出艙活動。

盡管在將載人飛船用作空間站的乘員運輸器之前,用2艘“聯(lián)盟號”載人飛船進(jìn)行了1次軌道交會對接試驗并獲得成功,但“聯(lián)盟”型載人飛船與空間站的對接一直到“聯(lián)盟TM號”載人飛船、“和平號”空間站出現(xiàn)后才未出現(xiàn)兩者對接失敗的記錄。“聯(lián)盟號”載人飛船在與“禮炮”1號、3～6號空間站進(jìn)行的27次軌道交會對接中,有4次失敗,兩者對接失敗率為14.8%?！奥?lián)盟T號”載人飛船在與“禮炮”6號、7號空間站進(jìn)行的15次軌道交會對接中有1次失敗,兩者對接失敗率為6.7%。

研制載人飛船的最終目的是作為載人空間站的乘員運輸器,即所謂“造船為建站”。

責(zé)任編輯:兆然■