航天专家谈神舟五号如何载人遨游(图)

https://zylofonmediaonline.com/__proxy_domain/www.sina.com.cn 2003年10月15日15:00 新民晚报

　　我国首次载人航天飞行“神舟”五号今天从中国酒泉卫星发射中心发射升空。飞船靠什么升空，在太空环地球运行14圈？飞船舱内航天员如何工作、生活？飞船升空后怎样实现“天地对话”？载人飞船如何安全地在预定地区着陆？对于这些热点问题，本报记者采访了上海航天技术研究院参与“神舟”五号研制的部分航天专家，请他们回答读者感兴趣的话题。

　　飞船的动力源泉

　　或仰或俯，或上或下，或滚动，或偏航，以不同姿态翱翔于太空的不同轨道，飞船需要巨大的动力源泉。为“神舟”五号的飞行和姿态控制提供动力部分，名叫“推进系分统”，全部由上海航天技术研究院设计、生产。记者就“神舟”五号的动力机制采访了上海航天研究院韩宏印研究员。

　　简单地说，推进剂在高温高压的发动机燃烧室中燃烧，转化成超音速气体，喷出后产生反作用力，这就是飞船的动力所在，与之最像的是飞机的喷气式发动机。两者的区别在于，飞机以大气中的氧气为燃烧氧化剂，只能在大气层中飞行，而飞船在真空中穿梭，必需自带氧化剂四氧化二氮气；而且，飞船发动机用的推进剂是烃类燃料，比飞机燃料高能得多。

　　飞船的推进舱、返回舱和轨道舱各自拥有一套完整的推进系统，主要由轨道控制发动机和姿态控制发动机组成。前者卧于飞船底部，推力较大；后者分散于船身的各个部位，推力较小。推进舱拥有的发动机数量居三舱之最，因为只要三舱不分离，飞船的动力都有赖于推进舱的推进系统。

　　韩宏印研究员告诉记者，推进剂的储箱每个都有好几百升的体积，其中的液体难免晃动，如何把晃动减至最小，确保处于失重状态中的航天员感觉不到这外力，是系统设计的一大难点。科研人员通过大量的理论计算、仿真计算和反复试验，最后用一种变曲率的金属膜片解决了这道难题：有相当刚性又有一定变形能力的金属膜片始终和液体紧密贴合，有效地约束了液体的形状和运动。

　　又比如，处于高频燃烧中的发动机很不稳定，容易烧毁，科研人员利用声学技术，在燃烧室内开了面积、深度不一的声腔，以抑制燃烧产生的震荡压力。经过充分试验，这一抑制高频燃烧不稳定的技术是可靠的，赋予了发动机动态燃烧稳定的品质。

　　本报记者董纯蕾

　　向着太阳展“巨翅” “抓牢”热能变电能

　　飞船控制系统正常运行要靠电，飞船测控通信要靠电，飞船的照明和热控也要靠电。但远在太空，不能从地面远架电线，背上大批的蓄电池也相当于背了石头往山上跑，飞船的电源系统靠什么供给长时间的能量需求呢？

　　——当然是太阳最红！专门研究电源系统的上海航天技术研究院陶建中研究员笑着表示，在太空里还有什么是比太阳更方便、更稳定的能源点呢？而位于轨道舱和推进舱两侧的太阳能帆板就是接受能源的最好媒介。

　　“神舟”五号能轻松徜徉在宇宙还能不停电，秘密就在轨道舱和推进舱两侧张开的四排对称型大“翅膀”上：轨道舱左右2翼翅膀每翼各2块，推进舱左右2翼翅膀每翼各4块，这4翼12块有效面积共32平方米的特大号太阳能帆板，为“神舟”五号及时传输神经信号吸取能量。

　　飞船绕地球一周的过程，就是从阳光区到阴影区过渡的过程，也是从太阳能向电能转化的过程。飞行在能量充沛的阳光区里，飞船的每翼太阳能帆板受驱动装置和控制器指导，随时调整方向面朝太阳，抓牢时机积极地接受强劲热能，直到没有阳光的最后一瞬；被“抓”来的热能可瞬间转化成电能，然后开始奔跑于飞船上需要能量的各个神经末梢，同时暂时用不了的多余能量被存进镍镉蓄电池。几十分钟，飞船保持着在阳光区里的最后姿态飞入没有阳光的阴影区，在时间稍短的飞行中，太阳能帆板因不见阳光而暂做休息，刚才“吃”饱了电的蓄电池则开始释放电能满足舱内各系统、各配件用电户的需求。而当飞船又脱离阴影区再重回阳光区的一瞬间，太阳能帆板因为来了能量，又开始变得活跃起来，继续尽心尽职地开展工作。

　　同时，因为成功实现了多机组并网，三大舱里的用电能合理调配，缺哪补哪，实现了飞船的正常工作。

　　本报记者胡晓晶

　　“眼耳嘴手”巧配合 “来话畅听”天地间

　　载人航天工程的测控通信分系统，被航天专家们形象地比喻为飞船的“眼睛、耳朵、嘴巴和手”。“神舟”五号的这套“感官”系统是由几十台?璞浮⒓竿蚋鲈骷钩傻模夂傅憔陀惺竿蚋觥6蟛糠植饪赝ㄐ派璞付嫉谏虾：教旒际跹芯吭骸Ｒ虼耍筛迷旱穆来罂芯吭崩唇步馓斓丶淙绾味曰埃亲詈鲜什还牧恕?

　　飞船上的外测和遥测设备就好比地面看飞船的许多双“眼睛”，再通过数据返回，飞船就能看到自己的“一举一动”了。比如，地面指挥部发送一个无线信号上去，飞船回一个信号下来，一来一回间便能准确定位飞船的运动轨迹，包括位置、速度和轨道。通过这些信号，我们便可以遥遥地看到飞船上的机器工作是否正常。最奇妙的是，就连航天员的身体状况都逃不过这双敏锐的“眼睛”。

　　“神舟”五号的这许多双“眼睛”里，数字电视系统大概是最直观的一个。采用全数字信号的电视，将为地面直播航天员在舱内的举手投足，每秒25帧的画质和家用数字电视没啥两样。令国人自豪的是，上海航天技术研究院从1992年起就开始攻关数字电视项目，而当时国际上才刚刚开始流行模拟彩电。

　　“神舟”五号的“耳朵”和“嘴巴”主要指的是它的话音和天线系统。飞船的话音设备分为USB、超短波和短波三个信道，分别用于传输数据、上下通话和应急通话，前两个信道用的都是数字话音，只有短波信道用的是模拟话音。航天员头戴耳机，就能和地面指挥部实现实时对话了。除了这些无线沟通手段，飞船也能靠天线来传输发射轨道和推进舱运行状态等信息，正负76度的波束宽度大大提高了“神舟”五号的接收范围。

　　“黑障”是较受关注的一个飞船通信问题，即飞船的返回舱高速下降至距地面30－70公里时，会因为外表温度的飙升而出现几秒钟的等离子屏障，暂时和外界失去联络。吕大奎表示，出现“黑障”时，飞船已回到大气层以内，其轨道已可通过部分测控信号得到掌握，所以不必担心。出了“黑障”后，“神舟”五号马上又能用超短波等信道和地面取得联系了。

　　实际上载人飞船的许多指令执行不用有劳航天员，而是借助遥控系统这只无形的“手”来完成的。地面指挥部发出调轨道、纠姿态、分离、返回等命令，遥控系统“言听计从”，马上做出相应的动作。正是通过这些“眼睛、耳朵、嘴巴和手”，远在太空的“神舟”五号依然可以和大气层这一边的地球畅所欲言地对话。

　　本报记者董纯蕾

　　舱外“盔甲”在身舱内“四季如春”

　　航天员之所以能安全上天下地，还能无畏宇宙里的冰冻火烤，关键还是有了飞船舱体的庇护。上海航天技术研究院刘宗映研究员研究的是神舟飞船的总体设计和推进舱设计，接下来，就由他带大家对“神舟”五号的舱内舱外来个“亲密接触”。

　　“神舟”五号相比美国的两舱宇宙飞船，由推进舱、返回舱和轨道舱三舱组成，其中轨道舱将在返回前先行分离，在太空继续工作成为卫星，推进舱则在距地140公里高度时自毁于大气层。

　　另外相比俄式的三舱飞船，“神舟”五号则更宽敞更先进：首先是各舱“内容”够大，航天员在舱内生活得更舒适。其次设计更先进，比如在上海负责的推进舱设计上就有两大创新：一是与返回舱之间用了更简单的杆系连接，二是率先实现了全新的非密闭可保温系统，维修起来更方便。另外，由于是“新生代”，“神舟”五号比起前辈们更是现代“电子高手”，更多20世纪末的先进电脑高科技武装其中，包括能让我们看到航天员舱内的现场活动彩色画面的图像压缩传输技术。

　　“神舟”五号舱内到底啥样？还有人担心宇宙里是正宗的“冰火两重天”，飞船里的航天员如何吃得消？刘宗映研究员则请大家放心，因为飞船外表皮有隔热层做“保安”，腹腔内又有智能热控系统做“保姆”，藏在飞船肚子里的航天员享受着“四季如春”舒适环境，并能亲眼纵览九天美景。

　　飞船每绕地球飞行一周，必经过约一小时的阳光区和三四十分钟的阴影区，由此外表要经历起码正负100摄氏度两种温度的巨变，甚至当返回舱重返大气层时温度更超过1000摄氏度。但实际上，航天员无须亲身体验到这忽冷忽热的生死考验，因为飞船外表细致地覆盖着由非金属复合材料做成的隔热层，飞船穿上这身硬“盔甲”就能及时挡住宇宙的变温。同时，因为外面的变温影响不到里面，飞船舱内的热控调节系统只管当好航天员的“环境保姆”，它营造出温度20摄氏度、湿度70％、气压近地的舒适环境，航天员在这里不出汗、不受凉，甚至呼吸的空气也像在地上时一样，是1：4的氧氮混合气体。

　　普通人要是连坐20个小时的飞机就觉得不舒服，那我们的航天员要在“神舟”五号上连坐不止20个小时，能坐得舒服吗？刘研究员解释说，飞船为了让航天员尽量坐得舒服，在小细节上也动了大脑筋。在设计上，飞船的重心也要符合人体力学原理，尤其在发射和回收阶段，飞船的重心其实就在航天员的心脏附近。就连航天员坐的航天椅，也是有抗冲击和减震功能的特制椅，既减轻了飞船垂直升空时底下8个大推力火箭同时产生的共计600吨推力，也缓解了回来落地时冲击带来的不适。

　　能够从宇宙亲眼俯瞰地球，这无疑是许多航天发烧友的梦想，现在，航天员已实现了这个愿望。在“神舟”五号的轨道舱和返回舱，有几个排球大小的圆形旋窗，中国航天员就是通过这些窗口，实现了中国人第一次在太空里看地球、看到万里长城的梦想。本报记者胡晓晶

　　“神舟”五号载人飞船升空回收示意图叶舜绘