[文章]：中苏美首次载人航天飞行技术比较(资料)

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去年，"神舟－5号"载人飞船成功发射并安全返回，表明中国首次载人航天飞行圆满成功。中国成为世界上第三个用自行研制的运载火箭和载人飞船，将自己培养的航天员送入太空的国家。从人类首次实现载人航天飞行，到"神舟－5"号的圆满成功，历时四十多年。与苏联和美国首次载人航天飞行相比，中国运输火箭技术与载人飞船技术的发展，受到世界各国的广泛关注。

一、中国载人航天飞行技术成熟，安全、可靠性高
　　 中国的载人航天事业走的是一条具有中国特色的自主创新之路。虽然起步较晚，但一开始起点较高。它所涉及的主要关键技术都是中国自行研制的，以载人飞船为例，中国载人航天工程总设计师王永志认为，"神舟"飞船的研制成功，使中国的载人飞船技术达到国际第三代载人飞船的水平。"长征二号F"运载火箭可靠性高、安全性好，技术成熟，达到20世纪90年代国际先进水平。
　　 1、"神舟"号飞船的设计技术先进，功能强大，后续发展基础好
　　 "神舟"号飞船由结构与机构、环境控制与生命保障、热控、导航与控制、推进、测控与通信、数据管理、电源、回收着陆、仪表照明、有效载荷、乘员和应急救生13个分系统组成，采用3舱段结构，从上向下依次是轨道舱、返回舱和推进舱。
　　 轨道舱兼具生活舱和留轨试验的功能，高3米，呈圆柱形，两边用锥形密封，上方装有雷达天线，用于空间对接，在返回舱返回后，可以留轨作为空间实验室，由侧面的太阳电池阵提供能源。该电池阵可产生1.3千瓦的能量，是"联盟"号飞船的3倍。轨道舱的多适应性为今后中国载人航天工程实施飞船和空间飞行器交会对接技术的突破奠定了基础。相比之下，俄罗斯"联盟"号飞船的轨道舱呈球形，没有侧面太阳电池阵，在返回舱返回后即废弃了。
　　 返回舱内装有航天员座椅和各种仪表，由钛框组件、侧壁结构、密封大底和防热大底四大部件组成。其中侧壁内层采用铝合金焊接的承力密封结构，外层为防热结构，两层胶接在一起。密封大底由金属承力结构、内外蒙皮、端框、反推发动机组成。防热大底在飞船再入大气层后，距地面10千米的高空被整体抛掉。返回舱直径2.5米，体积比"联盟"号飞船大13％左右，是目前世界上可利用空间最大的飞船，能容纳3名航天员。
　　 "神舟"号飞船推进舱装有4台主发动机，而美国的"阿波罗"号飞船只有1台主发动机，俄罗斯的"联盟"号飞船也只有1台主发动机和1台备用发动机。"神舟"号飞船的推进舱尺寸也比"联盟"号飞船的大，重量比"联盟"号飞船的轻，具有改进的热防护能力，并采用可烧蚀热防护技术。
　　 "神舟"号飞船在结构上也比"联盟"号飞船复杂，仅密封接口就多达200多处，远多于"联盟"号。飞船内还装有完善的设备仪器，稍加改装就可以完成对接任务或者作为货运飞船往返于地面与空间站之间。
　　 2、"长征二号F"运载火箭结构合理，技术成熟，安全系数高
　　 用于发射"神舟"飞船的"长征二号F"运载火箭，全长58.343米。起飞质量479.8吨，整流罩最大直径3.8米。它可将8吨重的有效载荷送入近地点高度200千米、远地点高度350千米的轨道。该型火箭在"长征二号E"火箭的基础上增加了两个新系统，即逃逸系统和故障检测处理系统，以保证载人航天飞行的高安全可靠性。
　　 "长征二号F"运载火箭技术成熟、可靠，其可靠性指标由不载人运载火箭的0.91提高到0.97，其中控制系统的可靠性由0.94提高到0.992，故障检测系统的可靠性为0.999。

二、苏联首次载人航天开创人类太空飞行先河
　　 莫斯科时间1961年4月12日9点7分，尤里·加加林乘坐"东方－1"号飞船进入太空，实现了人类首次太空飞行。"东方"号飞船属于早期的载人航天器，设计目的仅仅是为了证实人类可以进入太空并且安全返回。飞船结构比较简单，留空时间短，计算机系统也仅限于最基本的设备。
　　 1、"东方"号飞船生命保障系统合理，留空时间短，功能较单一
　　 "东方"号飞船由返回舱和仪器舱组成，总长4.41米，最大直径为2.43米，重4725千克，返回舱自由空间1.6立方米，可搭载一名航天员，在轨时间最长为5天。
　　 返回舱是航天员工作、生活的舱段。该舱呈球形，重2460千克，内径2.3米。舱内有手控装置、导航仪表、无线电通信设备、生命保障系统和着陆系统以及科学实验仪器、摄像机和照相机，有足够的水和食品。仪器舱外形为一个短圆柱段和两个锥体组成，最大直径为2.43米，重达2265千克。舱内安装的仪器设备仅在运行中使用，而不再返回地面。
　　 为了保证航天员在飞船中的正常生命活动，"东方"号飞船返回舱内有环境控制和生命保障系统。舱内充满1个大气压的氮氧混合气体，其中氧气占21％，氮气79％，接近地球的大气环境。舱内温度为17摄氏度－26摄氏度，相对湿度为45％－65％，二氧化碳浓度不超过0.5％。
　　 为在意外条件下挽救航天员的生命，返回舱座椅下面装有两台固体火箭，紧急情况可以将座椅弹射出来。座椅里备有救生包、食品、水、药品和防身枪支，以供应急救生着陆使用。返回舱内还装有3套降落伞系统，一套供整舱降落用，两套供座椅弹射降落时使用。由于弹射救生座椅只能用于7千米以下，中高空用弹射座椅救生会伤害航天员，因此在航天器起飞的前40秒如果出意外，座椅直接将航天员弹出舱外，如果意外发生在40－150秒，则先关闭运载火箭，等降落至7千米后再将飞行员弹出，如果在更高的轨道段出故障，则将返回舱分离，直接返回地面。
　　 当飞船返回时，先将仪器舱分离，然后制动火箭点火，使返回舱进入过渡轨道。再入方式为弹道式，无升力控制，因而过载较大，达8－12g，大于5g过载的持续时间达到100秒。在正常返回情况下，"东方"号飞船的两种着陆方式：一种是航天员坐在座椅上和整舱一起着陆，一种是将航天员弹出舱外单独着陆。
　　 2、苏联运载火箭技术先进，安全可靠性高
　　 苏联的运载火箭是在液体洲际导弹基础上发展而来。火箭全长38.46米，底部最大直径10.3米，起飞质量287吨，起飞推力4002.5千牛，近地运载能力4730千克，太阳同步轨道动载能力1840千克。
　　 "东方"号运载火箭共发射了149次，成功率超过99％，最后一次发射是在1991年。在"东方"号的基础上，苏联又发展了"上升"号、"联盟"号、"闪电"号和"进步"号，成为一个庞大的运载火箭家族。

三、美国首次载人航天飞行计划仓促上马
　　 1962年2月20日，美国发射了"水星－6"号载人飞船，进行了4小时55分钟的地球轨道飞行。这是美国的首次载人航天飞行。"水星"号飞船的发射并不是由于技术发展水到渠成，而是出于政治原因的需要仓促上天的，相对于"东方"号，它更加简陋，大多数性能指标都远远落后。
　　 1、"水星"号飞船设计技术落后，仓促上马，功能更为单一
　　 与苏联的飞船类似，美国的第一种载人飞船"水星"号也采用了两舱段结构，分为座舱和伞舱。飞船外形呈圆锥形，高2.9米，底部直径1.83米，顶部直径0.5米，包括救生塔在内，总长7.92米，飞船质量每次发射时不太一样，以首次轨道飞行的"水星－6"号为例，起飞质量1934千克，在轨质量1355千克，溅落时为1130千克。"水星"号飞船伞舱呈圆柱体，下部圆锥体为座舱。座舱里只能乘坐1名航天员，设计最长飞行时间为2天。
　　 "水星"号飞船上装有通信、姿态控制、供配电、热防护、环境控制和生命保障以及回收着陆等系统，配置有座椅、手控装置、摄像机、降落伞和橡皮艇等设备。"水星"号飞船装有两套相互独立的遥测分系统，用来传输座舱工程参数和航天员生理参数。两个雷达信标机用于地面跟踪测量。飞船上还设有两路无线电话路，有记录遥测数据的磁记录。飞船的制动火箭安装在座舱的防热罩上，再入大气层后即抛掉。飞船姿态控制以自动为主，另有两种手控方式作为备份。
　　 "水星"号飞船的座舱环境与"东方"号飞船不同，舱内大气采用1/3大气压的纯氧。这种方式比"东方"号要简单许多，压力低，成份单一，所以容易调压，不需要像"东方"号那样坚固的舱体结构和复杂的调压系统，从而降低了飞船的重量。但是，这种方式的副作用也很明显，首先长期呼吸纯氧会抑制人体红细胞生长，对眼鼻也有刺激作用；其次由于座舱是纯氧环境，一旦发生火灾将很难控制。
　　 "水星"号飞船的控制系统也是采用自动为主，手动备份的方式，通过喷管向外喷射气体来控制飞船的俯仰、偏航、滚动等动作。由于计算机设备较原始，"水星"号在航行的时候还鼓励航天员通过手动方式控制飞船。1963年"水星－9"号在飞行时自动控制系统发生故障，航天员库帕手动控制飞船姿态，成功返回地球。
　　 "水星"号飞船的返回方式和"东方"号飞船大致相同，采用弹道式再入。"水星"号飞船底朝下进入大气层，由于飞船形状的关系，可以获得一定升力，从而得到一定的气动控制。航天员用手动方式可以改变航行路线，飞向海上溅落地点，在降落的最后阶段，打开降落伞，使飞船轻轻落在海面上。这种方式比起"东方"号飞船在地面降落，对飞船的结构强度要求降低，但对座舱密封性能要求更高，1961年"水星－4"号飞船在亚轨道飞行后溅落大洋中，座舱进水，航天员格里索姆险些被淹死。
　　 2、美国首次载人飞行运载火箭技术性能差，故障率较高
　　 美国在试验"水星"号飞船时，最早采用"水星－红石"运载火箭进行了载人亚轨道试验。这种火箭由"红石"导弹发展而来，曾成功地将美国第一颗人造地球卫星送入太空，也具备把"水星"号飞船送入轨道的能力。但这种火箭达不到绝对安全可靠的要求和足够的性能裕量。真正把美国人送入地球轨道的是"水星－宇宙神"运载火箭。
　　 "宇宙神D"型运载火箭是在"宇宙神D"型洲际导弹基础上改装而成，是一种单级运载火箭。"水星－宇宙神"火箭在"宇宙神D"上进行了一些改进，火箭全长29.07米，最大直径4.876米，起飞质量117.93吨，起飞推力1610.26千牛。
　　 "宇宙神D"火箭的飞行轨道由两套互相关联的系统进行制导和控制：即无线电－惯性混合制导系统和自动驾驶仪飞行控制系统。该型火箭共飞行了18次，失败了6次，成功率仅为67％。