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神舟五号八大悬念          【字体:
神舟五号八大悬念
作者:唐开生    教育来源:中考物理网    点击数:101    更新时间:2004-12-30

[悬念一]首次飞天为何选择白天发射
  新华社酒泉10月15日电(记者奚启新、白瑞雪)与以往“神舟”系列发射时间不同,中国载人航天首次飞行选择在白天发射。载人航天工程发射场系统总设计师周建平说,“神舟”五号载人飞船选择在白天发射,主要是考虑白天温度有利于发射人员工作,而且万一发生意外可充分保障航天员的安全。

  周建平说,按照中国载人航天首次飞行计划,航天员将乘坐飞船在太空绕地球飞行14圈,时间大约21小时。选择白天发射能够保证飞船返回地面时同样是白天,有利于地面搜救人员找寻目标。

  航天发射需要确定一天中的某一个时间段作为飞船发射的时机,这个时间段被称为发射“窗口”。周建平说,一号至四号“神舟”飞船的发射“窗口”选择在夜晚,主要是便于飞船发射升空时,地面的光学跟踪测量仪易于捕捉到目标。而这次发射与以往最大的不同,是首次载人飞行。因此,以人为本,充分保障航天员的安全,就成了这次发射最大的特点。

  [悬念二]载人航天的生命线在哪里

  新华社酒泉10月15日电(记者曹智、白瑞雪)“高可靠和高安全是载人航天的生命线。”载人航天工程火箭系统总指挥黄春平在发射现场接受新华社记者采访时说,这次用于载人发射的火箭具有高可靠性和高安全性,保证了航天员在上升段的安全。

  载人航天工程对运载火箭系统的任务要求是:能够保证把载人飞船安全可靠地送入预定轨道,在上升段若出现重大故障,能使航天员安全脱离故障危险区。黄春平介绍说,“长征”二号F型火箭在设计上最突出的特点是增加了故障检测处理系统和逃逸系统。按照故障发展的快慢程度,故障检测处理系统选择箭上自动诊断或者地面人工诊断模式进行工作。根据故障检测处理系统发出的故障信息,由逃逸塔、整流罩上半部分、栅格翼等组成的逃逸系统能够把飞船带离箭体。

  “故障统计和分析表明,发生故障主要是在上升段和返回段,尤其是火箭上升段。从发射前30分钟到火箭整流罩分离前,一旦发生故障,这两个系统能迅速进行数据判断,从而实施待发段逃逸、低空逃逸或者高空逃逸,并能在整流罩分离之后火箭出现故障的情况下,向飞船发出逃逸救生信息,以保证航天员的安全。”黄春平说。

  黄春平说,“我们的故障检测处理系统和逃逸系统具有国际先进水平”。

  “高可靠性和高安全性是设计出来的,生产出来的,管理出来的。”黄春平介绍说,火箭研制人员把提高产品质量作为保证火箭高可靠性和高安全性的重点。“电器系统就有近4万个元器件。所有元器件都经过了筛选和40多个回合的增长试验,不仅要在模拟飞行环境下达到设计指标,而且在此基础上要有裕度。比如,从火箭发射到飞船入轨只有短短的600秒,但火箭的可靠性增长试验却达到了546小时。”黄春平说。

  黄春平是中国“863”高技术计划第一批首席科学家、中国运载火箭技术研究院原副院长。据他介绍,“长征”二号F型火箭的可靠性指标为0.97 ,这就是说发射100发火箭只能有3次出现问题。同时,火箭的安全性指标为0.997 ,这意味着1000 次故障所采取的救助措施只有3次是不成功的。

  [悬念三]中国航天员的真实太空生活

  新华社北京10月15日电(记者曹智、白瑞雪)按预定程序,火箭托举着飞船升空583秒后船箭即分离。船箭分离标志着飞船进入了外层空间的近地轨道,航天员也就开始了在轨飞行的工作和生活。中国载人航天工程航天员系统总指挥兼总设计师宿双宁在接受新华社记者采访时,介绍了航天员将如何在太空工作和生活。

  今年52岁的宿双宁,历任中国载人航天工程航天员系统无人飞船拟人载荷及医学评价分系统副主任设计师、主任设计师,航天员系统总体主任设计师,航天员系统副总设计师等职,对航天员的选拔训练、医学监督和医学保障等非常熟悉。

  密封舱环境:几乎与地面一样

  宿双宁说,“神舟”飞船由推进舱、轨道舱、返回舱等部分组成,其中轨道舱和返回舱为密封舱,是航天员工作和生活的空间。航天员的工作、饮食和睡眠都在轨道舱内进行。飞船环境控制与生命保障系统,在密封舱内为航天员创造一个接近地面大气的生存环境。航天员在舱内工作、生活时消耗氧气、排出二氧化碳、产热产湿,环境控制和生命保障系统通过供气调压、通风净化、温湿度控制、测量控制等子系统的设备,将密封舱内的大气总压、氧分压、二氧化碳分压、温度和湿度等关系航天员生存的大气环境指标,控制在与地面基本一致的水平。

  飞船管理:主要靠地面操作

  宿双宁介绍,飞船在轨期间主要是依靠预先设计的程序自动进行控制,航天员在轨期间只是辅助地面对飞船进行监控、管理和操作。为了完成这些工作,他要观察和记录飞船的运行状态。当然,飞船的运行状态,地面也在遥测和控制,并以地面为主,航天员在飞船内依靠地面获取信息。比如,飞船飞行时太阳帆板打开要对着太阳、飞船姿态要对地定向等,返回舱内的仪表都会给航天员提供很多有关这方面的信息。航天员要根据飞行时段,就飞船内设备的工作状态、飞行姿态控制等是否正常,向地面报告情况,从而便于地面对飞船进行监控和管理。

  宿双宁说,除了对飞行器进行管理,航天员自己的身体状况、饮食、睡眠、大小便等的情况,都要向地面报告。如果飞船自动控制的功能出现故障,航天员要取代自动控制系统进行人工控制。比如,飞船刚入轨时是椭圆轨道,飞行几圈后要进行变轨。飞船的姿态控制系统将在地面的遥控下进行变轨。变轨期间如果出现故障,就要依靠航天员的人工控制。

  太空饭菜:一日三餐均可口

  宿双宁告诉记者,航天员一日三餐的食谱由营养学家制定,早、中、晚三餐,三天之内不会重样。食品为各种罐头和复水食品,米饭、水果都以真空脱水的状态贮存,食用前可以复水,也可用加热设备加热。航天员的食品设计要求,主要是残渣要少,热能要高同时易消化。考虑到中国人的饮食习惯,飞船还为航天员准备了像八宝饭、鱼香肉丝之类的适合中国人口味的食品。

  两次睡眠:每次三至四小时

  宿双宁说,飞船上还安装了类似吸尘器的残渣收集器。对便溺物的处理,飞船上采用专门的收集处理装置来进行有效处理。飞船上没有床、没有被子、没有枕头,只有一个睡袋,航天员可以将睡袋挂在舱壁上,钻进睡袋,一拉拉链就可以睡觉。睡觉一般安排在不需要航天员向地面飞控中心报告和配合工作的时段,一次安排三四个小时。在这次飞行中,为航天员安排了两次睡觉时间。

  宿双宁介绍说,航天员在轨期间,还安排了他写飞行日志以及与地面通话、与医生交谈等项目。如果有时间,航天员在太空中还可以拍摄照片和录像。

  [悬念四]逃生模式究竟有几种

  新华社酒泉10月15日电(记者曹智、白瑞雪)用于中国首次载人发射的“长征”二号F型火箭,有三种模式保证航天员在发生意外时能够安全逃生。火箭系统总体主任设计师张智接受新华社记者采访时说,这三种模式是:低空逃逸、高空逃逸和船箭应急分离。

  据张智介绍说,安置在火箭最顶端的逃逸塔长约8米,形状酷似一根巨大的避雷针,火箭的低空逃逸就是通过逃逸塔来实现的。低空逃逸是指起飞前30分钟到起飞后两分钟即火箭抛逃逸塔前,其中包括在发射台上的逃逸。

  张智介绍说,上升段是飞船发生故障概率最高的时段之一。这个时段最危险的有三个区间:起飞至火箭离开发射塔架;起飞后约52秒左右的“跨音速”区,即气流脉动压力最大的区间;以及起飞后约68秒左右的“最大速度头”区,即空气动力最大的时刻。在这些危险区间,火箭一旦发生故障,以逃逸塔为动力的逃逸飞行器即拽着飞船的返回舱和轨道舱与火箭分离,这被称为“有塔逃逸”。

  其他两种模式的工作原理同低空逃逸类似。张智说,火箭抛逃逸塔到整流罩分离前(起飞后约200秒)可实施高空逃逸即“无塔逃逸”,由4个高空逃逸发动机和两个高空分离发动机为整流罩提供动力,从而带飞船离开箭体;整流罩分离后到船箭分离前(起飞后约584秒)如果发生故障,可实施船箭应急分离。飞船成功逃逸后,将降落在内蒙古巴丹吉林沙漠到陕西榆林约800公里的范围内。届时酒泉卫星发射中心应急救生大队将迅速出动直升机进行搜救。

  “我们的逃逸系统设计十分周密。”张智对火箭逃逸系统的可靠性把握十足。“不过,这是我们最不希望用上的系统。”他说。

  [悬念五]太空与地面怎样联络

  新华社北京10月15日电(记者田兆运、孙彦新)中国载人航天工程飞船系统副总设计师秦文波在接受新华社记者采访时说,“神舟”五号飞船装有52台发动机,能够精确调整飞船飞行姿态和运行轨道。此外,飞船采用了多种先进的通信手段,确保航天员与地面指挥控制中心通信联络的顺畅。

  秦文波说,在太空飞行中,推进分系统安装的发动机是地面对飞船进行姿态调整或轨道控制的惟一手段。因为飞船的姿态调整和轨道控制要求精度很高,所以,发动机何时点火,持续多长时间,是一项复杂而关键的技术。

  秦文波介绍说,“神舟”五号飞船的推进舱安装有28台发动机,飞船与火箭分离后,飞船在运行段的姿态和轨道控制任务均由这些发动机承担。飞船返回舱上的8台发动机,担负着调整返回时的姿态和降落速度的任务。轨道舱上的16台发动机则主要用于其自身运行轨道的控制。“经过前4次无人飞船飞行实验的检验,证明我们的推进技术是成熟可靠的,完全能够满足实际需要。”秦文波对飞船上的推进分系统充满信心。

  在谈到如何保证航天员与地面指挥控制中心保持通信联络时,秦文波说,“科技人员成功解决了这一难题。安装在飞船返回舱内的电视摄像头对图像信息进行压缩后传回地面,地面收到后经过解压缩,即可看到连续而清晰的电视画面。同时,传输通道还可同步传送航天员的话音、身体生理信息以及相关数据。为确保航天员与地面的话音通畅,技术人员采取了S波段、短波和超短波等多种通信技术手段。”

  [悬念六]太阳帆板如何应对180℃温差

  新华社北京10月15日电(记者田兆运、孙彦新)随着“神舟”五号载人飞船脱离运载火箭顺利进入太空,展开后的太阳帆板就像是飞船长出了两对硕大的翅膀,通过将太阳能转换成电能,来为飞船上的电器设备提供能源。

  “太阳帆板有供电和充电两大功能,相当于一个小型发电站。飞船上虽备有应急电源,但支持的时间有限,主要还是依靠太阳帆板提供电能。”负责太阳帆板设计的主管设计师孔旭东说,“神舟”飞船上的太阳帆板采用了大量先进的复合材料,以便在尽可能提高发电效能的同时,减轻其自身质量,其身价达到了上千万元。

  据孔旭东介绍,太阳帆板设计和研制的主要困难是如何适应复杂的空间环境。飞船在空间运行的低轨道环境复杂,密度高的等离子体、原子氧以及紫外线照射等不确定因素,都可能对太阳帆板的结构和电磁片等造成伤害。飞船在太空中大约每90分钟绕地球一周,其间要经受180摄氏度的温差考验,这种频繁的高低温转换,要求太阳帆板在制造上必须解决热胀冷缩的难题。孔旭东说,为解决上述问题,他们专门研制了模拟空间环境的试验装置,并在太阳帆板的制造上采用了特殊材料。

  [悬念七]谁为飞船保驾护航

  新华社北京10月15日电(记者田兆运、孙彦新)从北京航天指挥控制中心显示大厅的大屏幕上可以清楚地看到,针对“神舟”五号飞船空中运行轨道布设的13个测控站,组成了庞大的航天测控通信网,为飞船提供测控通信支持。

  中国载人航天工程测控通信系统总设计师于志坚向新华社记者介绍说,在“神舟”五号飞船任务中,由酒泉控制中心、北京指挥控制中心和西安测控中心对分布在国内外的13个测控站实施管理和调度,共同完成飞船的测控通信任务。这13个测控站包括分布在三大洋上的4条“远望”号远洋测量船、国内陆上5个固定测控站和1个活动测量站以及3个国外测控站。3个国外测控站为纳米比亚站、卡拉奇站和马林迪站,其中马林迪站是为确保首次载人航天飞行而新增设的测控站。

  “这些测控中心和测控站共同组成了统一的测控通信网,是我国航天史上规模最庞大、系统最复杂、技术最先进、可靠性更高的测控系统。”于志坚介绍说,由北京跟踪与通信技术研究所研究设计的这套系统,利用我国有限的国土跨度和航天测控资源,通过优化站船的布局,可以确保火箭和飞船在上升段、变轨段、返回制动段、分离段等关键飞行段落的测控通信支持。

  [悬念八]载人飞船技术含量有几何

  据新华社酒泉10月15日电(记者白瑞雪)火箭专家在接受新华社记者采访时说,用于中国载人航天发射的“长征”二号F型火箭,首次采用了55项新技术。其中包括首次采用“三垂”测试发射模式;首次采用远距离测试发射控制技术;首次研制了全冗余的控制系统,实现双套制导与稳定控制技术等。

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