图解世界载人航天发展史（十六）

□ 邸乃庸

图解世界载人航天发展史（十六）

□ 邸乃庸

天地往返载人航天器“阿波罗”号飞船

“阿波罗”号飞船主要由指令舱和服务舱两个舱段组成，圆锥状的指令舱在前，圆柱状的服务舱置后。指令舱高3.5米，底部直径3.9米，重约6吨。服务舱直径3.9米，高7.6米，重25吨。图为正在环绕月球轨道上运行的登月舱内的航天员拍摄的“阿波罗”号飞船。

美国“阿波罗”号飞船和登月舱一起构成了人类第一次登上月球的载人航天器，实现了人类自古以来的豪迈理想。“阿波罗”号飞船和登月舱一起总长16米、重45吨。图为“阿波罗”号飞船（左）和登月舱（右）的连接组合体。

指令舱分为前舱、乘员舱和后舱3部分。前舱设置有着陆系统（降落伞、回收设备等）、本舱段姿态控制系统等。乘员舱为密封舱，舱内空气是34千帕的纯氧，有供航天员生活14天的必需品和救生设备。后舱内安装有姿态控制发动机系统，各种仪器和船载计算机、无线电系统等。

“阿波罗”号飞船的指令舱和服务舱具有分离功能。指令舱中部是密封舱，是3名航天员生活与工作的舱段，设置有飞船的控制设备，还有出舱的侧面舱门。服务舱是非密封舱，分为6个隔舱，安装有推进系统的推进剂贮箱、发动机、燃料电池供电系统（不用太阳能）、航天员生命保障系统和散热系统等。

在“土星5号”运载火箭推进下飞往月球过程中，“阿波罗”号飞船从“土星5号”末级火箭分离，展开后面整流罩，露出整流罩内的登月舱（左图）。然后飞船调头180度，靠近火箭前端的登月舱并与其对接（右图），登月舱与火箭分离，飞船将登月舱从火箭中拉出，最后抛弃火箭，“阿波罗”号飞船与登月舱组合体继续向月球飞行。

“阿波罗”号飞船与登月舱组合体进入环绕月球的运行轨道后，选择好着陆地点，两位航天员驾驶登月舱与“阿波罗”号飞船分离（左图），降落在月面上，而飞船则一直在环绕月球轨道上运行。月面工作完成后，航天员返回登月舱中的上升级，点燃上升发动机（右图），离开登月舱下降级，上升返回到环绕月球的运行轨道。

在环绕月球运行轨道中，航天员驾驶上升级与“阿波罗”号飞船对接，两位航天员回到指令舱内，而后，抛弃上升级（左图，服务舱前端四周的4台分离发动机点火工作，实现分离），向地球返回。进入环绕地球轨道准备返回地面前，先将服务舱分离（右图，服务舱分离发动机点火工作，实现分离）。

“阿波罗”号飞船指令舱以3顶降落伞支撑减速溅落于海洋上（左图），自动漂浮在海面，由救援人员实施救援（右图，救援直升机正在将一名航天员救起，另外两名航天员已经出舱，和救援人员一起在救生筏上等待，救援军舰停泊在附近）。

天地往返载人航天器航天飞机

美国航天飞机是世界上第一种能够部分重复使用的天地往返载人航天器。它由轨道飞行器（简称轨道器）、固体发动机助推器（简称助推器）和外部推进剂贮箱（简称外贮箱）三大部分构成。航天飞机长56.14米，起飞质量2041吨，轨道器固定在外贮箱上，外贮箱与助推器连接在一起，航天飞机像火箭一样垂直起飞。图为等待发射的“哥伦比亚号”航天飞机，有翼的是轨道器，两侧白色的是助推器，中间棕色的是外贮箱。

轨道器长37.24米、高17.27米、翼展23.79米、重63.4吨，分为前机身、中段、后机身3部分。前机身主要由头锥和密封舱两部分构成。头锥位于轨道器最前端，是提供姿态控制力最有效的部位，所以设置了众多姿态控制和平移用发动机（左图）。头锥的后面就是航天员所在的密封舱，分为上、中、下三部分，上面是飞行舱，是航天员对轨道器进行驾驶和操作遥控机械臂的地方。飞行舱的前部是驾驶轨道器位置，具有大量仪表和操控设备（右图），有6个朝向前方的舷窗，供航天员观测。

飞行舱的后部是操作遥控机械臂和协助航天员舱外活动的位置，有大量显示仪表和控制装置，机械臂控制手柄处于仪表之间（左图）。飞行舱顶部设置有两个舷窗，主要用来供航天员观测轨道器与空间站对接情况（右图）。飞行舱的下面是中舱，飞行舱与中舱的通行是通过位于飞行舱地板上的方形舱门实现的。

轨道器的中段是长18.3米、直径4.6米、容积300立方米的巨大货舱，可以运送25吨货物进入太空并携带11吨货物返回地面。有两扇舱门，进入太空后开启，以辐射方式散发轨道器内多余的热量。侧边安装有长15.3米的遥控机械臂，需要时还可以将机械臂加长。货舱内可以装载空间站舱段、各种卫星、太空实验室等有效载荷。

中舱靠货舱一侧还设置一个气闸舱，气闸舱直径1.6米（通过直径0.91米），长2.1米，容积4.2立方米，内外两个舱口各有一个密封舱门，可容纳两名身着舱外航天服的航天员（左图）。航天飞机在太空单独飞行时，通过气闸舱航天员可以进入货舱，对货舱内的有效载荷开展工作；航天飞机执行与空间站对接任务时，在货舱内气闸舱出口处安装通道，在通道上端安装对接机构（右图），航天员通过气闸舱、对接通道在轨道器与空间站之间通行，航天飞机使用的对接机构是异体同构周边式对接机构（导向器内翻）。

中舱的下面是底舱，底舱是设备舱，安装有生命保障、环境控制、电源、废物箱等各种设备。航天员可以通过中舱的地板进入底舱，进行设备维护维修等工作。左图是在底舱生命保障系统中的二氧化碳清除系统；右图是航天员在底舱维护设备后通过舱门返回中舱。

轨道器从太空返回地面时，使用轨道机动发动机进行制动进入返回轨道，再入大气层后以空气阻力减速，像滑翔机一样无动力着陆。进场着陆时改为人工驾驶，打开起落架准备着陆（左图），着陆后打开降落伞减速停在跑道上（右图）。

轨道器的后机身主要安装有：3台主发动机（设计可重复使用50次），使用外贮箱内液氧和液氢推进剂；2台轨道机动发动机，使用一甲基肼和四氧化二氮推进剂，用于将轨道器最终送入运行轨道和为机动提供动力；还有姿态控制用小发动机。

由于返回大气层后的飞行中会遇到强烈的空气动力加热，轨道器的外表面包裹了一层防热层：机翼前缘等部位，空气动力加热最强烈，使用碳防热材料（头锥和机翼前缘稍浅区域）；其余迎风面（底部）空气动力加热也相当剧烈，最高温度达到1260摄氏度，防热层是由一块块耐高温的陶瓷防热砖构成的，共使用约2万多块防热砖（深色区域）；轨道器的上表面是背风面，气动加热较缓，温度只有370摄氏度，是由毡状二氧化硅防热材料构成防热层（白色区域）。

中舱是航天员生活舱，设置有航天员所需的一切生活设备。中舱设有独特的单人睡眠间，能够提供4名航天员使用，可以关闭舱门，提供比较好的睡眠环境（左图），其他航天员用睡袋睡眠。中舱还是航天员就餐的餐厅，食品全部分类装箱贮存在这里，还有注水装置、烤箱、抽气马桶等设备。航天飞机飞行时间比较长，航天员必须锻炼身体，中舱还设置有功率自行车等锻炼设备（右图）。