□ 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(hào)飛船

“阿波羅”號(hào)飛船主要由指令艙和服務(wù)艙兩個(gè)艙段組成，圓錐狀的指令艙在前，圓柱狀的服務(wù)艙置后。指令艙高3.5米，底部直徑3.9米，重約6噸。服務(wù)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(yùn)行的登月艙內(nèi)的航天員拍攝的“阿波羅”號(hào)飛船。

美國(guó)“阿波羅”號(hào)飛船和登月艙一起構(gòu)成了人類第一次登上月球的載人航天器，實(shí)現(xiàn)了人類自古以來(lái)的豪邁理想?！鞍⒉_”號(hào)飛船和登月艙一起總長(zhǎng)16米、重45噸。圖為“阿波羅”號(hào)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(shè)置有著陸系統(tǒng)（降落傘、回收設(shè)備等）、本艙段姿態(tài)控制系統(tǒng)等。乘員艙為密封艙，艙內(nèi)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(shè)備。后艙內(nèi)安裝有姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，各種儀器和船載計(jì)算機(jī)、無(wú)線電系統(tǒng)等。

“阿波羅”號(hào)飛船的指令艙和服務(wù)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(shè)置有飛船的控制設(shè)備，還有出艙的側(cè)面艙門。服務(wù)艙是非密封艙，分為6個(gè)隔艙，安裝有推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)劑貯箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池供電系統(tǒng)（不用太陽(yáng)能）、航天員生命保障系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)等。

在“土星5號(hào)”運(yùn)載火箭推進(jìn)下飛往月球過程中，“阿波羅”號(hào)飛船從“土星5號(hào)”末級(jí)火箭分離，展開后面整流罩，露出整流罩內(nèi)的登月艙（左圖）。然后飛船調(diào)頭180度，靠近火箭前端的登月艙并與其對(duì)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(hào)飛船與登月艙組合體繼續(xù)向月球飛行。

“阿波羅”號(hào)飛船與登月艙組合體進(jìn)入環(huán)繞月球的運(yùn)行軌道后，選擇好著陸地點(diǎn)，兩位航天員駕駛登月艙與“阿波羅”號(hào)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(yùn)行。月面工作完成后，航天員返回登月艙中的上升級(jí)，點(diǎn)燃上升發(fā)動(dòng)機(jī)（右圖），離開登月艙下降級(jí)，上升返回到環(huán)繞月球的運(yùn)行軌道。

在環(huán)繞月球運(yùn)行軌道中，航天員駕駛上升級(jí)與“阿波羅”號(hào)飛船對(duì)接，兩位航天員回到指令艙內(nèi)，而后，拋棄上升級(jí)（左圖，服務(wù)艙前端四周的4臺(tái)分離發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作，實(shí)現(xiàn)分離），向地球返回。進(jìn)入環(huán)繞地球軌道準(zhǔn)備返回地面前，先將服務(wù)艙分離（右圖，服務(wù)艙分離發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作，實(shí)現(xiàn)分離）。

“阿波羅”號(hào)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(dòng)漂浮在海面，由救援人員實(shí)施救援（右圖，救援直升機(jī)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(jī)

美國(guó)航天飛機(jī)是世界上第一種能夠部分重復(fù)使用的天地往返載人航天器。它由軌道飛行器（簡(jiǎn)稱軌道器）、固體發(fā)動(dòng)機(jī)助推器（簡(jiǎn)稱助推器）和外部推進(jìn)劑貯箱（簡(jiǎn)稱外貯箱）三大部分構(gòu)成。航天飛機(jī)長(zhǎng)56.14米，起飛質(zhì)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(jī)像火箭一樣垂直起飛。圖為等待發(fā)射的“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)，有翼的是軌道器，兩側(cè)白色的是助推器，中間棕色的是外貯箱。

軌道器長(zhǎng)37.24米、高17.27米、翼展23.79米、重63.4噸，分為前機(jī)身、中段、后機(jī)身3部分。前機(jī)身主要由頭錐和密封艙兩部分構(gòu)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(shè)置了眾多姿態(tài)控制和平移用發(fā)動(dòng)機(jī)（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(duì)軌道器進(jìn)行駕駛和操作遙控機(jī)械臂的地方。飛行艙的前部是駕駛軌道器位置，具有大量?jī)x表和操控設(shè)備（右圖），有6個(gè)朝向前方的舷窗，供航天員觀測(cè)。

飛行艙的后部是操作遙控機(jī)械臂和協(xié)助航天員艙外活動(dòng)的位置，有大量顯示儀表和控制裝置，機(jī)械臂控制手柄處于儀表之間（左圖）。飛行艙頂部設(shè)置有兩個(gè)舷窗，主要用來(lái)供航天員觀測(cè)軌道器與空間站對(duì)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(shí)現(xiàn)的。

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

中艙靠貨艙一側(cè)還設(shè)置一個(gè)氣閘艙，氣閘艙直徑1.6米（通過直徑0.91米），長(zhǎng)2.1米，容積4.2立方米，內(nèi)外兩個(gè)艙口各有一個(gè)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(jī)在太空單獨(dú)飛行時(shí)，通過氣閘艙航天員可以進(jìn)入貨艙，對(duì)貨艙內(nèi)的有效載荷開展工作；航天飛機(jī)執(zhí)行與空間站對(duì)接任務(wù)時(shí)，在貨艙內(nèi)氣閘艙出口處安裝通道，在通道上端安裝對(duì)接機(jī)構(gòu)（右圖），航天員通過氣閘艙、對(duì)接通道在軌道器與空間站之間通行，航天飛機(jī)使用的對(duì)接機(jī)構(gòu)是異體同構(gòu)周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)（導(dǎo)向器內(nèi)翻）。

中艙的下面是底艙，底艙是設(shè)備艙，安裝有生命保障、環(huán)境控制、電源、廢物箱等各種設(shè)備。航天員可以通過中艙的地板進(jìn)入底艙，進(jìn)行設(shè)備維護(hù)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(hù)設(shè)備后通過艙門返回中艙。

軌道器從太空返回地面時(shí)，使用軌道機(jī)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)進(jìn)入返回軌道，再入大氣層后以空氣阻力減速，像滑翔機(jī)一樣無(wú)動(dòng)力著陸。進(jìn)場(chǎng)著陸時(shí)改為人工駕駛，打開起落架準(zhǔn)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(jī)身主要安裝有：3臺(tái)主發(fā)動(dòng)機(jī)（設(shè)計(jì)可重復(fù)使用50次），使用外貯箱內(nèi)液氧和液氫推進(jìn)劑；2臺(tái)軌道機(jī)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使用一甲基肼和四氧化二氮推進(jìn)劑，用于將軌道器最終送入運(yùn)行軌道和為機(jī)動(dòng)提供動(dòng)力；還有姿態(tài)控制用小發(fā)動(dòng)機(jī)。

由于返回大氣層后的飛行中會(huì)遇到強(qiáng)烈的空氣動(dòng)力加熱，軌道器的外表面包裹了一層防熱層：機(jī)翼前緣等部位，空氣動(dòng)力加熱最強(qiáng)烈，使用碳防熱材料（頭錐和機(jī)翼前緣稍淺區(qū)域）；其余迎風(fēng)面（底部）空氣動(dòng)力加熱也相當(dāng)劇烈，最高溫度達(dá)到1260攝氏度，防熱層是由一塊塊耐高溫的陶瓷防熱磚構(gòu)成的，共使用約2萬(wàn)多塊防熱磚（深色區(qū)域）；軌道器的上表面是背風(fēng)面，氣動(dòng)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(gòu)成防熱層（白色區(qū)域）。

中艙是航天員生活艙，設(shè)置有航天員所需的一切生活設(shè)備。中艙設(shè)有獨(dú)特的單人睡眠間，能夠提供4名航天員使用，可以關(guān)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(shè)備。航天飛機(jī)飛行時(shí)間比較長(zhǎng)，航天員必須鍛煉身體，中艙還設(shè)置有功率自行車等鍛煉設(shè)備（右圖）。