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神舟:载人航天的故事-第3部分
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了广泛的研究和讨论。但一方面由于美国政府及军事机构在发展战略武器思想上的错误，致使人造卫星和运载火箭研究长期没有进入实质性阶段；另一方面由于各计划的开展都是在不同的部门或部门间开展的，没有一个高度统一的部门负责，造成人才、资金、设备等资源的分散和浪费，所以美国在运载火箭及人造卫星的发展中落后于苏联。直至1958年1月31日，才在卡纳维拉尔角，由丘比特…1号火箭将探险者…1号卫星送入太空。美苏运载火箭、人造卫星技术的发展虽然是两国军备竞赛下的产物，但在人类的历史长河中，他们在航天领域所取得的每一项进展作为世界科技文化的一部分同样也是对人类历史的贡献，谱写了世界航天史的新篇章。继美苏成功的发射了第一颗人造卫星后，其它一些国家也开始根据自己的国情制定各自的航天发展计划，并取得了极大的成功。航天技术也由最初的军事目的逐渐转向民用，各国相继发展了包括通信卫星、气象卫星、资源卫星等应用卫星，并相应的改进、发展了运载火箭，提高它的可靠性和运载能力。正因为这些航天技术的出现，使我们的社会文化和生活发生了革命性的变化，也看到实现千百年以来的梦想——载人太空飞行的可能，随着新技术的出现，我们最终实现了这个梦想，在宇宙中飘舞起我们的长袖。
载人航天系统的组成
虽然20世纪50年代美苏相继将人造卫星送入了太空，开始了对太空、星体的探索研究工作，但这仅仅是对太空间接的接触，人类最终的梦想是有一天可以自由的在太空中或其它星球上活动，而只通过显示屏幕或机械臂去生硬的感受太空是永远达不到这个目标的。对太空这一继陆地、海洋、大气层之后的又一活动领域，要完全的认识它，需要人类直接的进入太空，利用自己的眼睛、耳朵、大脑、四肢去直接的探索。
既然人要进入太空进行科学研究、资源开发，那么首要问题就是人类如何进入太空？在太空中如何进行这些研究工作？你会看到这些都要借助于载人航天来实现。这一章将介绍载人航天技术的含义、载人航天系统的组成、分类以及载人航天器的轨道动力学问题。
载人航天技术
太空中的环境与我们现在所生活的环境是截然不同的，由于没有了地球引力、大气的存在，再加上太空的环境极其恶劣，如果没有一套系统的支持，那么人类是不可能在太空中生存的。因此世界各国都在积极的开展载人航天活动，发展载人航天技术，而载人航天技术最集中的体现就是载人航天系统。
载人航天系统的组成
任何事物都不是单独存在的，一个事物的存在总是依赖于相关的很多事物，比如航空飞行器的飞行，要依赖可以起落的机场，驾驶员或自动控制仪器的操纵，地面人员对空中的交通管理等等。载人航天作为一个复杂的系统同样也要包括很多部分，这个系统首先包括载人航天器和运载火箭；为了发射和回收载人航天器还需要有发射场、着陆场；对航天器而言我们需要知道它的位置、轨道，这就要对其进行跟踪、轨道测量、遥控和通信，这就靠测控和通信系统来完成；此外还要包括应用系统以及地面保障设施；最重要的还有保障航天员安全、健康所必需的航天员系统。
载人航天器
根据用途、使用情况来看，载人航天器大致可分为三个主要单元：载人飞船、航天飞机、空间站，这三种航天器分别执行了不同的任务。从使用情况看载人飞船可作为载人往返的运输工具，也可作为空间站机组人员的应急救生艇，航天飞机既可运送人员往返也可运货，空间站则是我们在太空中进行科学研究或活动的一个基地。各国在发展自己的航天器计划时，除了把它作为自己综合国力的体现，更重要的考虑因素还包括投入和收益比，以及航天器的用途。
当你要出差时，你需要用什么来装你的用品呢？当然根据你的需要来决定。如果你出差的机会不多，你很可能买个简易的包或拿自己平时用的包来携带自己的东西，甚至有可能用几个塑料袋来装东西，这主要根据你的要带的东西来决定了，等出差回来，这些包很可能就不用了。但随着业务的增多，出差的机会多了，你发现需要有个好的、结实耐用的旅行包，这样你就决定去商场买一个包，来满足你的要求。当你的业务比较固定时，只集中在了某个城市而且来回跑的频率比较高的时候，有些东西比如你的一些衣服可能就不会来回携带，而是存放在那里了。航天器的发展也是根据航天的需要综合考虑的。
载人飞船
载人飞船是指小升阻比的载人航天器，它必须用火箭发射，在空间轨道运行后经过制动，沿着一定的弹道穿过大气层，用降落伞和着陆缓冲系统系统实现软着陆。
升阻比指飞行器升力与阻力的比值。
弹道是指飞船返回时；其重心运动的轨迹。
软着陆指在天体（如月球）上作不损坏飞行器的着陆
一般来说这种航天器都是单次使用的，完成了宇宙飞行的任务后不是全部返回地球，只保证飞船的一部分——返回舱的正常降落。载人飞船由乘员返回舱、轨道舱、服务舱、对接舱和应急救生装置等部分组成，登月飞船还具有登月舱。返回舱为飞船的座舱，航天员在发射入轨时，在完成对飞船的在轨和降落控制的基本操作时，以及着陆后在等待撤离工具时都在这个舱内。它是整个飞船的控制中心，不仅要承受起飞、上升和轨道运行的各种条件，还要经受再入大气层和返回地面阶段的减速和加热过程。轨道舱用来进行科学研究，以及航天员的进餐、锻炼、睡觉和休息。服务舱通常安装推进系统、电源和气源等设备，对飞船起到服务保障的作用。对接舱是用来与空间站或其它航天器对接的舱段。
载人飞船的用途主要有：进行近地轨道飞行，试验各种载人航天技术，如轨道交会、对接和航天员在轨道上出舱，进入太空活动等；考察轨道上失重和空间辐射等因素对人体的影响，发展航天医学；进行载人登月飞行；为空间站接送人员和运送物资；进行军事侦察和地球资源勘测；进行临时性的天文观测。
航天飞机
航天飞机是以火箭发动机为动力具有飞机外形，往返于地球表面和近地轨道之间的可重复使用的载人及载货飞行器。航天飞机所承担的任务比载人飞船要多，除了可以完成载人飞船的任务，它还可以完成卫星的释放、回收与维修，进行各种微重力科学试验等多种任务。在返回大气层中下降时航天飞机可以完成较大的气动机动飞行；在大气层中下降平稳，降落地点的精度高。
航天飞机中的航天员包括驾驶员、任务专家和有效载荷专家，一般的人数是7人。
有效载荷对载人航天器而言指在空间中直接执行如空间技术试验、空间生命科学试验、空间材料制作试验等特定任务的系统。有效载荷是一个相对的说法，对运载火箭而言它的有效载荷指的就是火箭送入太空的内容，包括卫星、航天员、载人航天器等，但箭体及推进剂就不包括在内。
载人空间站是在近地轨道上运行的有人居住的设施，其用途可以从小型实验室扩展到具有加工生产、对天对地观测及星际飞行运转等综合功能的大型轨道基地。
载人航天器的运行因为完全脱离了大气层，在与地球完全不同的环境中运行，一旦运行中出现了问题将会直接威胁到航天员的安全，所以载人航天器必须解决一系列极其复杂的问题，比如实现运动的控制、维持航天员生命活动的正常条件、保证规定的工作温度、为在轨装置提供电能、向地面传送遥测信息等等。为了完成这些任务，航天器里有专用的在轨系统、发动机装置、机电等其它设备。航天技术中把这些设备划分成不同的子系统，可以有十几种之多，而每个子系统又都是相当复杂的。
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运载火箭
任何飞行器的升空首先都要克服地球引力的作用，飞机是利用空气的压力差来获得升力的，而航天器需要的升力要比飞机的大很多，这样才能有足够的速度来把它送入到太空轨道中，不断的理论证明要获得这样的效果只有通过运载火箭这个巨人的肩膀才能实现。在载人航天系统中提到运载火箭系统不仅包括运载火箭，还包括相应的地面保障设施。
在早期火箭研究甚至现在有些人的概念里有一个错误的概念，火箭是靠推动空气来获得力的。但事实上，在没有空气的太空中火箭的表现更加惊人。
目前运载火箭的技术已经比较成熟，相应的理论基础——火箭学也相当完善，各国都拥有不同的运载火箭系列，科研人员在每一次航天任务中往往根据不同的需要来选择火箭。
发射场
我们看到飞机的升空需要一个专门的机场，用来使它达到起飞速度，从而获得足够的升力。同样航天器的升空也需要特定的场址，即通常所说的发射场。发射场内具有整套的试验设施和设备，航天器的装配、储存、监测和发射都是在这里进行，发射后测量飞行轨道、发送控制指令、接收和处理遥测信息，也是在这完成。载人航天器发射场还包括航天员在空间飞行前留住和体检的设施。
由于载人航天器的特殊性其发射场的场址选择要根据载人航天器发射试验技术的特点和安全要求来确定。发射场场址的选择，有着十分复杂的综合性要求。如它应靠近工业区，这样有方便的交通条件，但又应远离人口稠密的地区，这样利于缩小出现发射失败所造成的地面损失；它要求雷雨少、湿度小、风速低、温差变化不大的地方，又要有丰富的水源，且应尽量靠近赤道的低纬度地区；它要求地质坚实，有较好的安全条件，又要求地势平坦开阔，有良好的布局和发射条件等。
世界主要航天发射场
发射场 所在国家 经纬度 主要发射方向
拜科努尔发射场哈萨克斯坦 °N °E东北
普列谢茨克基地俄罗斯 °N °E东北
卡普斯金亚尔发射场俄罗斯 °N °E北
肯尼迪航天中心美国 °N °W东南
西部航天导弹试验中心美国 °N °W西南/南
沃洛普斯飞行中心美国 °N °W东南/南
酒泉卫星发射中心中国 °N °E东南
西昌卫星发射中心中国 °N °E东南
太原卫星发射中心中国°N °E南
种子岛航天中心日本°N °E东南
鹿儿岛航天中心日本°N °E东南
库鲁发射场法国航空局°N °W东
圣马科发射场意大利°S °E东
斯里哈里科塔发射场印度°N °E东
帕尔马基发射场以色列°N °E西
N…北纬S…南纬E…东经W…西经大部分发射场的发射方向都是朝东的，主要为了利用地球的自转角速度，节约火箭能量。
十大著名发射场
拜科努尔发射场建于1955年；是前苏联（俄罗斯）最大的载人航天器发射场，也是世界上最大型的发射场之一。该发射场位于哈萨克斯坦共和国境内的丘拉塔姆地区。发射场东西长约80公里，南北约30公里，场区地形起伏，是人烟稀少的半沙漠草原区。1967年以来，“联盟”系列飞船、“宇宙”号卫星、“礼炮”号空间站和前苏联第一架航天飞机〃暴风雪“号都是从这里开始太空之旅的。发射场分成几大作业区：载人航天器发射区、大型运载火箭发射区、航天飞机发射区，还设有航天博物馆和各种陈列室，用以进行航天科普教育。
普列谢茨克基地曾是前苏联一个秘密的导弹发射场。虽早建于1957年，但直到1966年3月发射“宇宙112号”侦察卫星时，才被英国一中学业余卫星跟踪小组发现而暴露于世。该基地位于俄罗斯白海以南300余公里的阿尔汉格尔斯克地区。它早期是洲际导弹的作战基地，从1966年起才使用四种火箭和九座发射台来发射大倾角的侦察、电子情报、导弹预警、通信、气象和雷达校准卫星，其中三分之二为军用，是世界上发射卫星最多的发射场，发射次数达到全世界总数一半左右，繁忙时一天发射两枚运载火箭。由于该基地不进行载人飞行器的发射，因此发射操作的自动化程度很高，每年的发射次数，平均是拜克努尔发射场的倍。
肯尼迪航天中心成立于1962年7月，是美国宇航局进行航天器测试发射最重要的场所，特别在载人航天器方面是美国独一无二的。该中心位于美国东部佛罗里达州东海岸的梅里特岛，与卡纳维拉尔角相邻，不过两者的隶属关系不同，后者属于美国空军，有长达一万公里的射向航程，主要从事战略导弹飞行试验。场区总面积560多平方公里，有14个发射区，其中多数已停止使用或拆除，梅里特岛北端有为著名的“阿波罗”登月计划建造的39号发射场及其工业区，后改建为美国航天飞机的发射场，是观看壮丽的航天飞机起飞的最佳场所。在肯尼迪航天中心发射过“双子星座”号、“阿波罗”号飞船以及“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“奋进”号和“阿特兰蒂斯”号航天飞机。
西部航天导弹试验中心成立于1964年5月，曾是空军试验靶场，1979年10月改为现名，是美国最重要的军用航天发射基地，主要用于战略导弹、武器系统试验和各种军用卫星、极轨卫星的发射。它位于美国西部洛杉矶北面的西海岸，占地近400平方公里，场区全为起伏的丘陵。它有跨越太平洋直达夸贾林岛区的8000公里航线以及十分完善的落点定位系统。
酒泉卫星发射中心建于1958年，原为导弹武器试验靶场，位于甘肃酒泉以北的戈壁滩，海拔约1000米，是中国第一卫星发射场中心，拥有完整的卫星、火箭测试发射系统，高精度的跟踪测量设备，先进的控制、指挥、计算系统和配套的保障设施。一年中适合航天发射的天数高达320天。该发射中心的主要任务是利用长征系列火箭，发射大倾角、中低轨道的各种试验卫星和应用卫星。酒泉卫星发射中心为中国航天事业做出了一系列重大贡献，以“八个第一”载入史册：发射第一枚导弹和火箭，发射第一枚导弹核武器，发射第一颗人造地球卫星，发射第一颗返回式卫星，胜利地实现第一次洲际导弹的太平洋发射，第一次“一箭三星”，第一次向国外用户提供搭载服务。在中国已成功发射的卫星中，有三分之二是从酒泉大地上天的。现包括“神舟”系列载人飞船的发射和试验基地。
西昌卫星发射中心1970年开始筹建、1983年建成，是中国最南端的航天发射场，目前专门用于发射地球静止卫星。它位于西昌市西北65公里的幽深峡谷中，四季如春、雾天极少、能见度极高，是卫星升空出发的最佳“起点站”。中心共有测试发射、指挥控制、跟踪测量、通信、气象和技术勤务六大系统，拥有上万台各种设备仪器，是世界上第一流的航天城。两座高大的发射架分别用来发射长征二号、长征三号和长征二号捆绑式火箭。为适应对外发射服务，中心建成亚洲最高大的卫星厂房，海外运来的“外星”首先在这栋超净的大楼里进行“体验”。
种子岛航天中心位于日本本土最南部种子岛的南端，1974年建成。它在竹崎和大崎有两个发射场地，占地平方公里，拥有发射塔、控制中心、静态点火试车台和火箭与卫星装配车间等技术设施，是日本最大的航天发射场。日本大多数试验卫星和应用卫星都在这里发射，而相邻的鹿儿岛航天中心主要发射科学探测卫星。由于日本渔民的反对，这两个发射场只能在每年的l、2月和8、9月渔业淡季时进行发射活动。
库鲁发射场也称圭亚那航天中心，是目前法国惟一的航天发射场，也是欧空局（ESA）开展航天活动的主要场所。它位于南美洲北部法属圭亚那中部的库鲁地区，在沿大西洋海岸的一片狭长草原上。由于发射场紧靠赤道，对发射静止卫星极为有利。库鲁发射场1966年动工兴造，1971年建成，共耗资亿法郎。早期仅进行探空火箭和“钻石号”运载火箭发射。1979年12月“阿里安那”运载火箭在这里首次发射成功，至今该系列发射成功率已达90％以上，独揽了全球一半以上的卫星发射市场。
圣马科发射场是世界上惟一的海上航天发射场，位于距肯尼亚福莫萨湾海岸约5公里的海上，比库鲁发射场更靠近赤道。海上发射场与陆上发射场不同，发射台的台柱完全固定在汪洋大海的大陆架上台面露出水面，类似海上石油钻井平台。卫星和火箭由大型舰船运来。再安装在发射架上实施发射。发射场1967年正式启用，曾多次用美国的“侦察兵”等火箭发射小型航天飞行器。
斯里哈里科塔发射场是印度的导弹试验和卫星发射场，位于印度南部东海岸的斯里哈里科塔岛。发射场于1979年正式使用，1980年7月18日印度用自制的火箭成功发射人�
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