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作者:冯化平

出版社:辽海出版社

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太空与卫星武器传奇

太空与卫星武器传奇试读:

前言

军事是一个国家和民族强大和稳定的象征,在国家生活中具有举足轻重的作用。国家兴亡,匹夫有责,全面而系统地掌握军事知识,是我们每一个人光荣的责任和义务,也是我们进行国防教育的主要内容。

军事知识所包括的内容非常广泛,我们只有分门别类地进行了解和掌握,才能全面而系统地掌握相关知识。

军事科技是一切科学技术的先锋,能够极大地促进基础科技的发展。军事战争既有保卫和平反对侵略的正义战争,也有进行武力占领践踏正义的侵略战争,但不论什么战争,都具有极大的破坏性,我们都应当避免发生。军事人物既有和平的护卫者,也有发动战争的恶魔。无论是军事领袖,还是元帅将领或英雄,他们都是人类和平的守护神,是人类正义的化身和良知的体现,他们的聪明才智和大无畏的精神是人类宝贵的精神财富,我们必须不断学习和发扬,让其精神永垂不朽。军事历史是我们了解人类发展的主要窗口。军事与政治向来是相伴相随的,军事历史是政治历史的演绎,也是政治历史发展的高潮。任何一个朝代或者一个国家的开始与终极,都是伴随着军事战争的开始或终极。军事历史使政治历史更加集中与清晰,更加丰富与生动。

青少年若想培养自己的军事爱好,必须从多方面去了解军事知识,学习军事历史,掌握军事动态。这样才能对世界军事形态有一个宏观的认识,并为维护和保卫世界和平作出自己的贡献。

为了使青少年军事爱好者对军事知识有一个全方位的了解,我们特地编写了这套“青少年军事爱好培养”。以上各册图书内容全部为青少年培养军事爱好必备知识,内容系统全面,并根据具体内涵进行相应归类排列,是青少年培养军事爱好的最佳读物,具有很强的趣味性、可读性和知识性,是青少年培养体育运动爱好的配套系列读物,非常适合各级图书馆收藏和陈列。

太空武器科技知识

军用航天器

军用航天器是指专门用于军事目的的航天器。截至2001年12月底,世界各国已发射的5400多个航天器中,直接为军事服务的约占70%,航天技术已成为世界经济发达国家军事技术特别是军事高技术不可缺少的重要组成部分。

军用航天器大致可分为三类:一是已经大量使用的卫星系统;二是处于研究发展中的天基武器;三是处于试验阶段的载人航天器。

发展历程

自1957年10月4日苏联发射世界上第一颗人造地球卫星以来,军用航天器经过试验阶段后,在20世纪60年代中期先后投入使用。从70年代起,进入提高阶段。侦察卫星提高了分辨率;通信卫星扩大了通信容量和提高了抗干扰能力;气象卫星扩大了辐射探测波段和提高了分辨率;导航卫星提高了定位精度,并向全天候、全天时导航方向发展。

军用航天器有的还实现了“一星多用”。例如,照相侦察卫星兼有电子侦察和海洋监视的功能;导弹预警卫星兼有核爆炸探测的功能等。

在20世纪60年代,载人航天器主要发展了卫星式载人飞船和月球载人飞船。1961年4月12日,苏联发射了世界上第一艘载人航天飞船“东方”号。1969年7月20日,美国航天员首次登上月球。1971年、1973年,苏联和美国先后发射各自的第一个航天站。此后,苏联进行了大规模卫星式载人飞船和航天站的试验活动。美国则集中力量研制航天飞机。1981年4月12日,美国发射了世界上第一架航天飞机“哥伦比亚”号。

中国于1970年4月24日发射第一颗人造地球卫星,到1986年2月共发射18颗人造地球卫星。其中包括:6颗回收型卫星,用一枚运载火箭发射的3颗卫星,一颗地球同步试验通信卫星和一颗地球同步通信卫星。中国是世界上能回收卫星和发射地球同步卫星的少数几个国家之一。

分类

军用航天器绝大部分是人造地球卫星(简称人造卫星),按用途可分为侦察卫星、通信卫星、导航卫星、测地卫星、气象卫星和反卫星卫星等。载人飞船、航天站和航天飞机,截至20世纪80年代中期仍是军民合用,尚未发展成专门的军用载人航天器。

轨道

军用航天器大多采用环绕地球的近圆轨道,轨道高度和倾角随具体任务而异。例如,照相侦察卫星要求在光照条件基本相同的情况下,拍摄高分辨率的像片,采用较低的轨道,其中有些是太阳同步轨道;通信卫星要求通信覆盖面积大,采用高轨道,大多是地球同步轨道。

组成

航天器由不同功能的若干系统和分系统组成。一般分为专用系统和保障系统两类。前者用于直接执行特定任务;后者用于保障专用系统正常工作。

专用系统

随航天器所执行的任务不同而异。例如,照相侦察卫星的可见光照相机或电视摄像机,电子侦察卫星的无线电接收机和天线,通信卫星的转发器和通信天线,导航卫星的双频发射机、高稳定度振荡器或原子钟,反卫星卫星的跟踪识别装置和武器等。

保障系统

结构分系统

用于支承和固定航天器上的仪器设备,使各分系统构成一个整体,并承受力学和空间环境载荷。它一般由壳体、框架、隔板和支架等组成。

温度控制分系统

用于保障仪器设备在空间环境中处于允许的温度范围之内。常用的温控材料和部件,有温控涂层、隔热材料、温控百叶窗、热管、加热器和热交换器等。

电源分系统

用于为航天器上的仪器设备提供电能。它一般由一次电源、控制器、功率变换器和电缆网等组成。一次电源有太阳电池、氧化银电池、燃料电池和核电池等。

姿态控制分系统

用于保持或改变航天器的运行姿态以满足任务需要,例如,使照相机镜头对准地面,使通信天线指向地球上某一区域等。常用的姿态控制方式,有三轴控制、自旋稳定、重力梯度稳定和磁力矩控制等。

轨道控制分系统

用于保持或改变航天器的运行轨道,通常由轨道机动发动机提供动力,由程序控制装置控制或由地面测控站遥控。

无线电测控分系统

包括航天器上的无线电跟踪、遥测和遥控三个部分。跟踪部分主要由信标机和应答机组成,用于发出信号以便地面测控站跟踪航天器并测量其轨道。遥测部分主要由传感器、调制器和发射机组成,用于测量并向地面发送航天器的各种参数。遥控部分一般由接收机和译码器组成,用于接收地面测控站发来的无线电指令,传送给有关分系统执行。

计算机分系统

用于贮存各种程序、进行信息处理和协调管理航天器上各有关分系统工作。

返回分系统

用于保障返回式航天器安全、准确返回地面。它一般由制动火箭、降落伞、着陆缓冲装置、标位装置和控制装置等组成。载人航天器除上述分系统外,还设有维持航天员生活和工作的生命保障分系统,以及仪表显示与手控、通信和应急救生等分系统。

测地卫星

专门用于大地测量的人造卫星。卫星测地有几何方法和动力学方法。几何方法是通过同步测定几个地面点到卫星的方向和距离,构成空间三角网,计算出地面点坐标。动力学方法则是通过精确测定卫星轨道的摄动,推算出地面点坐标、地球形状和引力场参数等。

卫星测地可用来测定地上任意点的坐标和测绘所需地区的地形图,在现代战争中具有重要价值。测地卫星的设备有闪光灯、激光反射镜、无线电信标机和重力梯度仪等。

发展趋势

军用航天器的发展趋势是:提高生存能力和抗干扰能力,实现全天时、全天候覆盖地球和实时传输信息,延长工作寿命,扩大军事用途和提高经济效益。

空间探测器

概述

空间探测器:又称深空探测器或宇宙探测器。对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人航天器,空间探测的主要工具。

空间探测器装载科学探测仪器,由运载火箭送入太空,飞近月球或行星进行近距离观测,做人造卫星进行长期观测,着陆进行实地考察,或采集样品进行研究分析。

空间探测器按探测的对象划分为月球探测器、行星和行星际探测器、小天体探测器等。

空间探测器离开地球时必须获得足够大的速度才能克服或摆脱地球引力,实现深空飞行。探测器沿着与地球轨道和目标行星轨道都相切的日心椭圆轨道(双切轨道)运行,就可能与目标行星相遇;增大速度以改变飞行轨道,可以缩短飞抵目标行星的时间。

为了保证探测器沿双切轨道飞到与目标行星轨道相切处时目标行星恰好也运行到该处,必须选择在地球和目标行星处于某一特定相对位置的时刻发射探测器。探测器可以在绕飞行星时,利用行星引力场加速,实现连续绕飞多个行星。

空间探测器的显著特点是,在空间进行长期飞行,地面不能进行实时遥控,所以必须具备自主导航能力;向太阳系外行星飞行,远离太阳,不能采用太阳能电池阵,而必须采用核能源系统;承受十分严酷的空间环境条件,需要采用特殊防护结构;在月球或行星表面着陆或行走,需要一些特殊形式的结构。

飞行原理

空间探测器离开地球时必须获得足够大的速度(见宇宙速度)才能克服或摆脱地球引力,实现深空飞行。探测器沿着与地球轨道和目标行星轨道都相切的日心椭圆轨道(双切轨道)运行,就可能与目标行星相遇,或者增大速度以改变飞行轨道,可以缩短飞抵目标行星的时间。例如,美国“旅行者”2号探测器的速度比双切轨道所要求的大

为了保证探测器沿双切轨道飞到与目标行星轨道相切处时目标行星恰好也运行到该处,必须选择在地球和目标行星处于某一特定相对位置的时刻发射探测器。例如飞往木星约需1000天的时间,木星探测器发射时木星应离会合点83°(相当于木星在轨道上走1000天的路程)。

根据一定的相对位置要求,可以从天文年历中查到相应的日期,这个有利的发射日期一般每隔一、二年才出现一次。探测器可以在绕飞行星时,利用行星引力场加速,实现连续绕飞多个行星(见行星探测器轨道)。

技术特点

空间探测器是在人造地球卫星技术基础上发展起来的,但是与人造地球卫星比较,空间探测器在技术上有一些显著特点。

控制和导航

空间探测器飞离地球几十万到几亿公里,入轨时速度大小和方向稍有误差,到达目标行星时就会出现很大偏差。例如,火星探测器入轨时,速度误差1米/秒(大约是速度的万分之一),到达火星时距离偏差约10万公里。因此在漫长飞行中必须进行精确的控制和导航。

飞向月球通常是靠地面测控网和空间探测器的轨道控制系统配合进行控制的(见航天器轨道控制)。行星际飞行距离遥远,无线电信号传输时间长,地面不能进行实时遥控,所以行星和行星际探测器的轨道控制系统应有自主导航能力(见星际航行导航和控制)。

例如,美国“海盗”号探测器在空间飞行八亿多公里,历时11个月,进行了2000余次自主轨道调整,最后在火星表面实现软着陆,落点精度达到50公里。此外,为了保证轨道控制发动机工作姿态准确,通信天线始终对准地球,并使其他系统正常工作,探测器还具有自主姿态控制能力。

通信系统

为了将大量的探测数据和图像传送给地面,必须解决低数据率极远距离的传输问题。解决方法是在探测器上采用数据压缩、抗干扰和相干接收等技术,还须尽量增大无线电发射机的发射功率和天线口径,并在地球上多处设置配有巨型抛物面天线的测控站或测量船。空间探测器上还装有计算机,以完成信息的存贮和处理。

电源系统

太阳光的强度与到太阳距离的平方成反比,外行星远离太阳,那里的太阳光强度很弱,因此外行星探测器不能采用太阳电池电源而要使用空间核电源。

结构状况

空间探测器承受十分严酷的空间环境条件,有的需要采用特殊防护结构。例如“太阳神”号探测器运行在近日点为

有些空间探测器在月球或行星表面着陆或行走,需要一些特殊形式的结构,例如适用于在凹凸不平表面上行走的挠性轮等。

空间探测器的任务

空间探测既包括对地球空间范围的探测,也包括对月球,行星和行星际空间进行探测。对地球以外的空间探测的主要目的是:研究月球和太阳系的起源和现状,通过对太阳系各大行星及其卫星的考察研究,进一步揭示地球环境的形成和演变情况;认识太阳系的演化,探寻生命的起源和演变历史,利用宇宙空间的特殊环境进行各种科学实验,直接为国民经济服务。

空间探测器装有科学探测仪器,执行空间探测任务。空间探测的主要方式有:1、在近地空间轨道上进行远距离空间探测。2、从月球或行星近旁飞过,进行近距离探测。3、成为月球或行星的人造卫星,进行长期的反复观测。4、在月球或行星及其卫星表面硬着陆,利用着陆之前的短暂时间进行探测。5、在月球或行星及其卫星表面软着陆,进行实地考察,也可将获取的样品送回地球进行研究。6、在深空飞行,进行长期考察。

空间探测器的成果

空间探测的范围集中在地球环境、空间环境、天体物理、材料科学和生命科学等方面。自1957年10月4日第一颗人造卫星发射上天,到2000年全世界已发射了100多个空间探测器。它们对宇宙空间的探测取得了丰硕成果,所获得的知识超过了人类数千年所获知识总和的千百万倍。

1958年1月31日美国发射成功第一颗卫星探险者1号,它首次探测到地球周围存在一个高能电子、粒子聚集的辐射带,这就是著名的范·艾伦辐射带。

1958年末美国发射的先驱者3号探测器,在飞离地球10万千米的地方又发现了第二条辐射带。这是利用人造卫星和空间探测器最初探测的典型成果。

从1958年开始,人类用人造卫星、宇宙飞船、空间站和航天飞机等作为探测手段,对近地空间的环境,如地球辐射带、地球磁层、太阳辐射、极光、宇宙线等进行了探测。

美国的“探险者”、“轨道地球物理观测站”、“轨道太阳观测站”系列,苏联的宇宙号、预报号、质子号系列中的一部分,中国的“实践”系列等,借助携带的科学仪器,测量了地球大气层、电离层、磁层的基本结构,测量了太阳光辐射谱、空间粒子成分、高能电子、高能质子和太阳磁场等参量及其变化,探测了各类现象之间的相互关系等。

通过对空间环境的探测和研究,为各类航天器的发射和飞行,航天员较长时间在太空生活,并实现太空行走和其他太空活动,提供了重要数据和安全条件。

从1959年开始,人类已经跨过近地空间到月球以至月球以外的深空进行探测活动。各种空间探测器相继考察了月球,拜访了太阳系的水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星以及“哈雷”彗星等。

其中对月球的考察最详细,甚至派遣了航天员赴月球实地考察;对金星、火星不仅拍摄绘制了地形图,而且还多次发射无人探测器在金星和火星表面着陆进行科学考察。科学家由此初步揭开了月球和太阳系各大行星的不少奥秘,回答了过去天文学家们争议不休的许多不解之谜。

从1960年美国发射第一颗天文卫星“太阳辐射监测卫星”开始,人类陆续发射了分别对X射线、V射线、紫外线和红外线等进行观测的天文卫星,它们突破了地球大气层对天体辐射的阻挡,获取了来自宇宙空间整个波段的电磁辐射,实现了高灵敏度和高分辨率的观测,使对天体的观测波段扩大到紫外线、X射线、V射线等地面无法观测的波段,从而不断揭示出宇宙的真实面貌。

各国的空间探测器

1959年1月苏联发射了第一个月球探测器——月球1号,此后美国发射了徘徊者号探测器、月球轨道环行器、勘测者号探测器。60年代以后,美国和苏联先后发射了100多颗行星和行星际探测器、分别探测了金星、火星、水星、木星和土星,以及行星际空间和彗星。其中有先驱者(美)、金星(苏)、水手(美)、火星(苏)、太阳神(美、德合作)等探测器。

美国在1972年3月发射的先驱者10号探测器,已在1986年飞越冥王星的平均轨道,成为第一个飞出太阳系的航天器。美国1989年5月发射的麦哲伦号探测器,于1990年8月后一直绕金星飞行,1991年发现金星仍存在地质活动。日本于1991年8月发射太阳-A探测器,用于观测太阳活动。军用载人航天器

载人航天器包括载人飞船、空间站、航天飞机和正在研制中的单级火箭式的空天飞机,它们都可执行军事任务。但它们的军事应用至今大多只是一种设想。载人航天器可军用也可民用,军用载人航天器实际上仅就载人航天器的军事应用而言。

载人飞船

载人飞船是能保证宇航员在空间轨道上生活和工作,执行航天任务并返回地面的航天器,它的运行时间有限,仅能一次性使用,可独立进行航天活动,也可以作为往返于地面和空间站之间的“渡船”,还能与空间站或其他航天器在轨道上对接后进行联合飞行。

典型的载人飞船由对接装置、轨道舱、返回舱、仪器设备(主要装有动力和电源设备等)舱和太阳帆板等部分组成。载人飞船容积较小,所载消耗性物质数量有限,不具备再补给能力,不能重复使用。但它是第一种将人直接送入太空的航天器,是航天技术在人造卫星技术基础上的新的突破。

载人飞船能担负的军事使命有:作为地面与空间站的军是运输工具,可向空间站运送各种军事补给物资以及接送人员,进行空间救护等;试验新的军用航天设备;用于特定目标的侦察与观察等。

1961年4月12日,苏联发射了世界上第一艘“东方”号飞船,后来又发射了“上升”号飞船和“联盟”号飞船。与此同时,美国也相继发射成功“水星”号飞船、“双子星座”号飞船和“阿波罗”号飞船等载人飞船。

20世纪70年代后,美国放弃了飞船,转而发展技术难度更大的航天飞机,而苏联则继续改进完善“联盟”号飞船,使其性能有了很大的提高。例如,“联盟T”和“联盟TM”是苏联在“联盟”号基础上研制而成的高性能的载人飞船,至今“联盟TM”载人飞船仍在使用。

空间站

空间站是大型、绕地球轨道作较长时间航行的载人航天器,是多用途的空间基地。空间站的建立标志着载人航天技术发展进入一个新阶段。世界主要航天大国无不把建立长期性载人空间站(空间基地或空间基础设施)作为发展载人航天的目标。

与载人飞船相比,空间站具有容积大、载人多、寿命长和可综合利用的优点。由于空间站可载许多复杂的仪器设备,并可由人直接操作,因而可以完成复杂的、非重复性的工作任务。

空间站被认为是发展航天技术、开发和利用宇宙空间的基础设施。任何国家要想真正参与空间的开发利用,都必须建立空间站。这是因为:

首先,空间站是卫星、飞船、航天飞机等各类航天器和宇宙探测器的轨道基地,可以停靠、维修保养各类航天器及宇宙探测器,并对它们进行后勤供应,从而可大大确保其运行的安全性,延长使用寿命,提高经济效益。

其次,空间站是航天器与地球之间的中转站,例如可由货运飞船(卫星式飞船)、载人飞船或航天飞机等天地往返运输系统不断地将物资和人员由地面送往空间站,同时又可将有关资料、研究结果及人员等运回地面。

第三,空间站作为空间基地,可以在上面建造大型空间系统并将其部署在工作轨道上,还可以通过轨道转移飞行器和轨道机动飞行器将各种卫星发射部署到不同的轨道上,特别是可以空间站为基地向宇宙深处发射各种宇宙探测器。

第四,空间站是人在空间利用高真空和失重环境进行科学研究和材料加工制造的好场所,还可由人在空间完成地球资源勘测、天气预报、天文观测等多种任务,并均能获得在地面上所不能获得的结果。

第五,空间站有重要的军事应用价值,将对高技术战争以巨大的影响。

从理论上分析,空间站有广阔的军事应用前景。例如:军用航天飞机或空天飞机以空间站为基地可对付任何卫星式作战平台,并随时对全球任何地方构成威胁。空间站可以部署、组装、维修和回收各种军用航天器,并可试验、部署和使用空间武器等。空间站是可以俯瞰全球的理想的侦察基地,可以直接参与跟踪、监视、捕获和拦截敌方航天器和洲际弹道导弹的作战行动。

1981年,苏联“礼炮”6号空间站上的宇航员曾从空间站上发射一枚导弹摧毁靶星。1987年,苏联的“和平”号空间站曾用激光束瞄准并跟踪一枚洲际导弹。这些试验曾使美国人极为担心。

此外,空间站还可以在军用卫星、飞机和地面监视系统的配合下,成为空间预警、指挥、控制、通信和情报中心。因此,建立空间站对于未来的高技术战争具有战略意义。

自1971年苏联发射了世界上第一个空间站以来,到目前为止,只有苏联和美国独立发射过空间站。苏联发射了8个空间站,其中7个“礼炮”号空间站,1个“和平”号空间站。美国只发射了一个“天空实验室”空间站,目前正在与多国合作加紧研制“阿尔法”国际空间站。

航天飞机

航天飞机是部分可重复使用的、往返于地面和近地轨道之间运送有效载荷并完成特定任务的空间飞行器。航天飞机有多种设计方案,现已研制成功的航天飞机是由轨道器、助推器(即助推火箭)、外燃料箱三部分组成。这种航天飞机垂直发射。由火箭运载入轨,入轨时助推火箭及燃料箱均抛掉,只有轨道器在轨道上飞行,执行轨道任务后再重返大气层并滑翔着陆。

航天飞机的问世是航天技术发展的一个新的里程碑,航天飞机比火箭、卫星和飞船具有更多的优点和更多的用途,在军事上也有巨大的应用潜力。这主要表现在:

第一,航天飞机可用于部署、维修、回收各种卫星(包括军用卫星),美国的航天飞机已多次成功地完成此类任务。

第二,航天飞机可方便地实施空间机动,执行反卫作战任务,拦截摧毁或俘获敌方卫星。

第三,航天飞机可执行空间侦察,对地面目标进行监视、跟踪,还可对敌方弹道导弹发射和飞机进行预警。

第四,航天飞机可作为从地面至空间站的军事交通工具,为军事目的向空间站接送人员和物资,为建立永久性空间军事基地和军事工厂服务,等等。

目前,只有美国和苏联研制成功了航天飞机。1981年4月12日,美国发射了世界上第一架航天飞机“哥伦比亚”号。1988年11月15日苏联第一架航天飞机“暴风雪”号也成功地进行了不载人的试验飞行。除美国、苏联外,日本的“希望”号无人航天飞机现正在研制之中。

航天飞机研制成功是航天技术的重大突破,是人类航天史上一项划时代的成就。然而实际研制成的航天飞机还没有达到预期的效果。以美国航天飞机为例,主要表现在飞行频度低,研制费、发射费昂贵,一次性运载火箭的可靠性差,载人运货合一,不能满足军事需要等。为此,美、英、德等国正计划研制能水平起降的空天飞机。

空天飞机

空天飞机是能在普通跑道上水平起降,并在大气层内和空间轨道上飞行的完全可重复使用的航天器,20世纪80年代兴起的空天飞机计划是以解决天地往返运输、军用跨大气层飞行器和民用高超音速运输机为背景的。美国集中了科学界、工业界和军方的优秀人才,实施国家空天飞机(NASP)计划。

继美国之后,英国提出了“霍托尔”空天飞机方案,德国提出了“桑格尔”空天飞机方案,法国、苏联、日本、印度等国家也提出了各自的空天飞机计划。但目前除了美国在研制单级火箭式空天飞机之外,其他国家的空天飞机计划并未付诸实施。如果空天飞机一旦研制成功,当然可以用于军事。

空天飞机除了能执行航天飞机所完成的各项军事使命之外,还特别适于作为一种强大的战略武器装备使用。正如美国军方一些高级官员所预言的,未来只要用4架空天飞机组成的航天机群就足以覆盖全球。

美国“轨道快车”系统

2007年3月8日,美国“宇宙神”5型火箭携带“轨道快车”先期技术验证装置从佛罗呈达州卡纳维拉尔角发射升空,开始了为期4个月的自主交汇和停靠能力验证试验。“轨道快车”系统由两颗卫星组成,一颗是作为维修卫星的波音公司“自主空间传送机器人轨道器”(ASTRO),另一颗是鲍尔宇航公司替代下一代耐用卫星(NEXTSat)进行试验的客户卫星、它们被部署在492千米的圆形低地球轨道上倾角46度经过验证试验后NEXTSat和ASTRO卫星分别于7月21入日和22日脱离轨道。“轨道快车”计划的概况

轨道快车项目作为空间试验计划(STP)的一部分“由美国国防部出资除了轨道快车”空间试验计划还包括STPSat-1卫星和另外3颗小卫星。“轨道快车”计划的目的“轨道快车项目的用途是验证星载机器人维护在轨卫星的技术可行性,演示验证在轨交互对接,在轨维修与器件更新等操作。按照美国航空航天局的说法,“轨道快车”计划的目的是验证卫星交汇,捕获,停靠,维修以及补充燃料等空间技术,以支持未来更广泛领域内的商用,民用和国防空间计划,“为美国未来空间能力的关键技术提供支撑在今后几十年内替代宇航员的空间操作”。

具体地说美国期望通过该验证项目获得新的空间操作能力,包括为卫星补充燃料使其能够进行机动以扩大覆盖范围,改变飞临目标上空的时间并提高卫星的生存能力,延长其寿命对在轨卫星进行维修更换故障组件,更新系统部件,调整卫星结构,使卫星能够在发射后进行技术升级而不需要发射新的卫星:进行空间资源保护或部署专业卫星进行空间检查,在提高在轨卫星性能的同时减少其寿命周期费用,并为其他轨道维修任务提供技术储备。

除了民用和商业空间活动,“轨道“快车”计划将使卫星能够支撑重要的国防任务,在空间作战领域引发新一轮革命尤其是,在轨卫星燃料补充技术将为美国卫星提供更强的机动能力为应急任务提供灵活的战术安排。比如,通过机动飞行避免空间碎片或其他物体的碰撞改变侦察卫星的运行轨道和对地面目标的观察时间,以对抗地面的伪装活动等等。“轨道快车”的一对试验卫星“轨道快车”系统的两颗卫星由“宇宙神”5,型火箭同时发射ASTRO维修卫星安装有先进的机器人可以为客户卫星在轨更换部件、补充消耗品,NEXTSat客户卫星则替代“下一代耐用卫星”进行试验,既代理被维修卫星,也在试验中作为维修卫星的燃料和备件仓库;两颗卫星相伴着围绕地球旋转并多次进行停靠和分离以验证在轨燃料补充和卫星修复技术,包括更换电池和计算机,关键的技术装置是一个先进而小巧,称为先进视屏导航传染器(AVGS)的自主导航系系统,主马歇尔空间飞行中心研发。

ASTRO维修卫星长

ASTRO卫星能够在500米范围内通过与存储的不同角度拍摄的NextSat卫星图像相比较,确定其相对姿态ASTRO的机动和定位系统,有16个3

NEXTSal客户卫星重224千克,长“轨道快车”的验证内容“轨道快”车的验证项目包括一周时间的初始校验,对接后的推进剂传送试验:ASTRo利用机械手向NEXTSat传送电池,拔插2个传感器计算机的电源插头,抓住NEXTSat卫星并将其移动到2米左右的不同位置然后与ASTRO重新对接,NEXTSat卫星被释放并自主飞行,ASTRO卫星退后,16分钟后重新停靠,最后,改变照明条件,在7千米的范围内进行7次交汇和捕获演练所涉及的操作大体上可以分为以下几类:

自主捕获卫星。ASTRO卫星在靠近NEXTSat卫星时利用机械手前端照相机获取的图像,自主捕获NEXTSat甚至在相对对动速度和初始偏差很大的情况下仍然能够顺利完成任务。

自主定位及对接。ASTRO靠近NEXTSat将其捕获,用机械手进行定位,并可靠地对接。

主视频监测。对接以后,对卫星将要进行机械操作的位置进行视频监测,监测点包括旋转机械装置、天线、接口界面,相机和太阳电池板等自主更换组件。标准备件包括电池,飞行计算机,科学仪器以及其他可替换的组件。在被损坏或需要更新的部件被替代后,开始实际的维修操作。

上述验证内容是未来卫星维修中的典型操作,必须可靠、低成本并高度自主地进行通过4个等级的维修操作验证,最终全面验证卫星的自主维修能力“轨道快车”计划的进展

2002年3月,美国国防高级研究计划局(DARPA)确定波音公司作为“轨道快车”计划的主要承包商,负责完成第二阶段轨道快车“先进技术的研制任务。项目团队由“幻影”工作小组领导,成员包括鲍尔宇航公司、TRW空间与技术公司、麦克唐纳机器人技术公司查尔斯实验室以及星系统科研公司。

其中,星系统科研公司负责停靠捕获系统,麦克唐纳机器人公司负责ASTRO的机械臂及相关的计算机软硬件,诺·格公司负责燃料传输和推进系统(包括连接两星的流体软管),轨道科学公司负责’先进视频导航传感器,麻省理工学院实验室负责任务管理软件的开发。

美国国防部导弹防御局为先进空间机器人技术的研发花费了20多亿美元,以支持未来有人及无人卫星维修,轨道快车就是项目之一。其他项目中,安装在航天飞机上的机器人系统已经部署,捕获和维修了许多在轨飞行的卫星,包括对哈勃空间望远镜的4次成功维修在国际空间站上装有移动维修系统,维修对象不仅是国际空间站自身,而且包括访问国际空间站的空间飞行器。“轨道快车”验证计划的内容很广泛,包括国防,民用和商用等领域的技术验证任务,2007年3月8月开始的“轨道快车”任务中,第一次在空间进行无人更换组件,成功进行了如下试验:

燃料传送和组件更换试验。在发射一周后,成功地从ASTR0NEXTSat传输肼燃料,其中,利用压力传输系统传送了14

自主停靠和捕获验证试验。5月11日,“轨道快车”系统成功完成了自主飞行停靠和捕获任务。ASTRO卫星利用携带的照相机、视频导航系统和停靠机械装置,靠近并捕获NEXTSat随后与之分离、后退到10米及30米的距离,并保持靠近飞行,然后再次利用其机械手完成对NEXTSat的捕获。这项验证任务完全由卫星自主完成,没有交换相对导航信息、没有任何干预。也没有由地面控制,标志着首次自主在轨停靠与捕获操作获得成功。

全自主运转和捕获验证试验。6月16日,在5个小时的试验中,“轨道快车”系统完成了NEXTSat卫星自主运转和捕获试验。ASTRO维修卫星与NEXTSat客户卫星成功进行了分离、旋转和对接操作。这次试验最初用被动传感器进行导航信息的非主动交换,或者由地面控制器参与。ASTRO卫星定位在NextSat卫星上方60米,沿着一条虚拟的“Rbar”线——一条地心经NextSat卫星的延长线去捕获后者。

ASTRO和NEXTSaI在对接模式上开始验证。在预定时间ASTRO自主地与NextSat分离到120米的距离,随后保持这个距离围绕后者旋转17分钟,在飞行过程中利用传感器系统持续跟踪后者并微调与它的距离。然后,ASTRO机动到NEXTSat上方,沿“Rbar”线方向接近后者到几厘米的距离,捕获机械装置抓住NEXTSat,轻柔地使两星对接到一起。“轨道快车”技术的潜在军事应用

无容置疑,一颗具备在轨监视,燃料加注、硬件更换,软件修改功能的卫星,也自然能使客户卫星失效,损毁能恶意修改星上软件,能干扰卫星的通信,还能通过喷涂化学物质遮挡卫星传感器的视场,而且这种反卫星手段具有极大的隐蔽性。因此,“轨道快车”中验证的关键技术拥有潜在的军事应用前景。一旦“轨道快车”技术成熟,美军将进一步提高其空间感知、空间控制和空间作战能力,并直接推动空间攻防技术迈向实战,为最终在空间部署反卫星武器、确立绝对空间优势打下基础。“轨道快车”技术在如下几方面具有极高的军事价值和诱人的军事应用前景。

提高空间监视能力“轨道快车”卫星利用星载监视设备以及灵活的轨道机动和精确定位能力,不仅可以绕飞到特定的敌方军事目标上空,锁定感兴趣的目标区域进行持续侦察、监视,跟踪,利用星载成像设备拍摄高分辨率图像,为军事作战提供实时信息支援而且能灵活避免对方的反卫星侦察,保护自身不受敌方的攻击,从而提高卫星的生存能力。

实现天基反卫星“轨道快车”项目所验证的技术为美国研制反卫星武器奠定了基础一一既可利用高精度自主末制导(包括自主导航)技术及灵活快速的轨道机动能力,对敌对国的军事卫星实现动能直接撞击;又可以利用星载机械臂将其拉近、实施破坏乃至摧毁,或将它推离正常轨道,使之丧失作战能力,或利用卫星停靠技术,对其实施软杀伤。这种天基太空拦截方式的主要优点是:拦截距离大可以在全球范围内进行拦截,不受被拦截目标轨道高度的限制,使用方便,隐蔽性好。

美国虽然没有公开宣示进行反卫星技术的研发,但是各种事实表明,美国近年来一直在大力发展反卫星技术。它发展的“自主交会技术演示验证”(DART)卫星和XSS系列卫星,包括2003年发射的XSS-10及2005年发射的XSS-11可以为发展反卫星武器提供技术支持。

在轨补给,延长卫星寿命

目前的卫星都是“一次性使用”的产品,只能依靠发射升空时携带的“运行给养”维持一定的寿命。一旦燃料耗尽或发生严重故障,地面控制人员往往无计可施,只能眼看着它毁灭。而“自我维护与保养”和“相互维护与保养”能力,可以大大提升与延长在轨卫星的寿命。

美国拥有数量庞大的军事卫星并高度依赖它。如若“轨道快车”项目所验证的在轨补给技术趋于成熟,一旦重要的军事卫星在战时出现故障或燃料耗尽,美军就可以通过在轨维修、加注燃料的方式使其重新投入战斗,如现有军事卫星的侦察能力无法满足战争要求,还可以通过更换部件实施在轨技术升级,最大限度的发挥军事卫星的作战能力。

快速进入并占据空间“轨道快车”卫星的设计思路体现了在战时根据需要迅速部署微小军事卫星的作战思想。小型的“轨道快车”卫星可以放在改装后弹道导弹的弹头部位或者用火箭运载器发射。这些运载器成本低、可靠性高、发射准备时间短,能够随时大量向空间部署武器,满足现代战争对于快速反应的作战需要。

美国全球快速打击系统

X-37B空天飞机和HTV-2都是美国“全球快速打击系统”计划的重要组成部分。该计划由美国国防部负责,20世纪90年代启动,目标是让美国拥有新型的常规洲际导弹和超高速无人运载工具,在一个小时之内以常规武器摧毁远距离敌人目标。“太空战机”X-37B

X-37B由美国波音公司旗下“幻影工厂”制造,长约9米,高约3米,翼展约4

外界推测,X-37B可用于通讯侦察和部署小型卫星,在战时很可能还会执行一些进攻性军事任务,例如控制、捕获或摧毁敌国航天器和卫星,对敌国进行军事侦察等。因此,尽管美国军方一再强调其民用性,但外界还是将其当作“太空战机”的雏形。

X-37B的研发最初是由美国航空航天局启动的,后来改由美国国防高级研究计划局实施,最终又被美国空军快速反应能力办公室接手,该项目至今仍是美军最高级别军事机密之一。

美联社推测,X-37B研发项目已耗资数亿美元,而另一架性能更为先进的X-37B也已在研制之中,预计将于2011年升空。

速度超快HTV-2

HTV-2高超音速无人机则是美国“猎鹰”项目的一个子项目,该项目作为“全球快速打击系统”计划的重要组成部分存在,共有四个子项目,分别为HTV-1、HTV2、HTV-3X和HCV。目前,HTV-2是“猎鹰”项目的重点,其用途是从美国本土发射超高速武器,确保能在两小时内从太空打击全球任何一个地方。

HTV-2一次性载弹达12000磅,可在2个小时内对9000英里外的目标实施闪电突袭。HTV-2的作战方式是由运载火箭将其发射进入太空,自行飞向攻击目标,从太空向目标发动攻击,然后重返地球。一般是提前48小时做准备,按照目前的水平,每发射一次需500万美元,成本费用比较高昂。

HTV-2在52分钟内就可以从美国本土到达全球各处目标,再入大气层后,减速、滑翔到适当的区域,再将各种弹药,如集束炸弹、联合直接攻击弹药、钻地弹等抛撒在目标上空,实现精确打击。

由于太空中没有空气阻力,从HTV-2上发射的导弹能够轻易达到10马赫(即10倍音速),而目前在大气层中飞行的导弹由于空气阻力的关系,连超过音速的都很少。因此当HTV-2对他国卫星等军事目标进行导弹打击时,目前的地面防御体系完全没有用处。

美国空军的新型军用航天器

诺斯罗普-格鲁曼公司为美空军发展一种可回收再度使用、快速转变的新型航天飞行器即军用航天飞机。该军用航天飞机将能够在数小时内,在美军需要执行新的作战任务时,发射有效载荷进入轨道。

目前诺格公司正在为该新型飞行器进行一套关键部件系统的安装和地面测试工作。

美空军希望通过验证测试,进一步验证并降低这种新型航天飞行器在技术和资金投入上的风险,美空军未来计划将这种航天飞行器作为一种军用航天飞机进行发展和部署。

关键部件包括组合火箭推进剂储存装置、垂直尾翼部件、内部燃料舱结构部件、结构安全监视传感设备和热防护系统瓦片验证分区等。

另外,综合地面验证系统将帮助我们分析并改变航天飞机在技术和资金上的障碍,这将为以后建造、综合和发展军用航天飞机打下基石。

到目前为止,诺格公司已经制造出合成低温燃料舱,并验证了其结构的整体性,这种合成低温燃料舱直径达到6英尺,其大小和想象中的军用航天飞机所匹配。与同体积的铝制燃料舱相比,合成低温燃料舱重量轻了10%到25%,这一突破将提升航天飞机的有效载荷。

作为测试的一部分,诺格公司还为燃料舱安装了传感设备,验证其监视合成结构的安全。此外,诺格公司还验证一些建造安装金属热防护镶板的新方法。

此外,结构安全自动监视系统将在航天飞机发射之前和返回着陆之前,为结构完整性进行精确的评估。实施军用航天飞机任务中,这一系统还可降低检察并维护飞机结构问题的时间和经费。同样,热防护系统也是军用航天飞机的主要保护系统之一,这一系统可满足航天飞机在各个飞行阶段的抗热需要。

诺格公司综合系统部是美国主要的航天和防御系统综合机构,其主要任务是设计、发展、制造和支持各型综合系统;而诺格公司作为美国主要的军工企业,其综合系统部主要为美军提供情报、侦察和搜索、航天设备、战场管理指挥和控制系统提供支持。

美国X-51高超音速飞行器

2010年3月9日,美国空军对X-51“乘波者”高超声速飞行器进行首次飞行试验,试验总共将进行4次。

X-51采用普惠公司制造的空气式超音速燃烧冲压引擎,可提供超过200秒的动力冲压支持,使飞机在短时间内提速至5马赫。之前最长的动力冲压时间来自美国航空航天局所制造的试验机X-43,即可提供12秒的动力支持。

美国空军官员称这次试验为四次试飞中的第一次。这次试飞被认为是使用碳氢燃料冲压引擎驱动的首次飞行。

高超音速飞行通常的始速为5马赫(声速的5倍),但是由于传统的涡轮引擎无法提供相应的热量和压力要求,这一飞行也向研究人员提出了非同一般的技术挑战。该项目组的官员说,使用冲压引擎提供动力支持就如同在飓风中点燃火柴,并让火柴保持燃烧。“经过美国空军研究实验室、防御远景研究规划局和产业发展团队为期6年的努力,这第一次飞行终于得以实现,”布林克说,“现在我们将回去仔细审查我们的数据。我敢肯定没有测试是完美的,我们会发现异常。但是我们需要在下次飞行之前解决存在的问题。任何人都知道我们必须不断地了解更多的东西,否则的话,我们就会遇到麻烦。”

布林克指出,因为X-51A引擎研发和测试程序都很复杂(导致成本高),所以必须注意控制成本。该小组已经吸收利用或调整现有的成熟技术,并从一开始就决定不设立飞行测试设备回收系统,以便控制成本,从而为研发超音速燃烧冲压引擎积攒资金。他还指出,X-51A的研发将为开发太空和高超声速武器的提供有益的技术参考。X51是美军一小时全球打击的重要组成武器。

美国水星号飞船

美国第一个载人飞船系列。从1961年5月~1963年5月共发射6艘。前两次是绕地球不到一圈的亚轨道飞行,后4次是载人轨道飞行。主要目的是试验飞船各种工程系统的性能,考察失重环境对人体的影响、人在失重环境中的工作能力以及对发射和返回过程中遇到超重的忍耐力等。

结构特点

飞船总长约2

座舱内可乘坐一名航天员,设计的最长飞行时间为2天。航天员躺在特制的座椅上,通过飞船舷窗、潜望镜和显示器可观测地球表面。

在座舱外面大钝头处覆盖一层很厚的防热材料。飞船返回前点燃制动火箭,然后抛弃制动火箭组合件,再入大气层,下降到低空时打开降落伞,航天员与飞船一起溅落在海上,由直升机和打捞船只回收。

1961年5月5日水星号飞船进行了首次亚轨道载人飞行,飞行高度186千米,飞行距离约480千米,飞行时间15分22秒,其中失重5分4秒,飞船在大西洋上溅落。同年7月21日水星号飞船进行了第二次亚轨道载人飞行,飞行高度190千米,飞行距离488千米。

在空间运行中航天员曾试验使用手控装置保持飞行路线,进行滚动和偏航飞行,拍摄了地球陆地构造、气象云图和天体等照片。

航天员发现在轨道飞行中通过舷窗观测地平线和天体,可使飞船正确定位,从而可取消座舱中笨重的潜望镜,使飞船作漂移式飞行以节省燃料。

控制系统“水星”飞船的姿态控制系统以自控为主,另有两种手控方式作为备份。航天员仅在必要时使用手控装置控制飞船的飞行姿态,在飞船操纵方面仅起到辅助作用,基本上是一名供地面研究人员了解人对空间飞行环境适应能力的受试验者。但在飞行中也表现出了人的主观能动性。

猩猩安全返回

1959年12月,美国开始试验新研制的“水星”号飞船。为了测试座舱的性能,科学家们两次使用了猴子,并取得了回收的成功。第三次的测试由一只猩猩来担当宇航员的角色。这只猩猩名叫汉姆,它在上天前经过了严格的训练。这次,汉姆进入飞船座舱后,“红石”火箭将座舱送入离地260千米的空间,座舱在空间划了一个660千米长的大圆弧后,安全降落在海面上。负责打打捞的直升飞机很快把试验座舱从水面提起,送到一艘登陆艇上。当救护人员打开舱门时,汉姆若若无其事地将两手交叉在胸前,兴奋地步出座舱,毫不客气地拿过慰劳它的一个大苹果大吃起来。汉姆是几个最早进入太空的地球生物之一。

亚轨道飞行

在美苏太空竞赛中,苏联的加加林首次实现太空飞行,拔得头筹。这使得美国人的情绪有些不平衡,当时美国的水星计划上有许多准备工作需要做。

1961年5月5日,命名为自由7号的水星飞船在卡纳维拉尔角由改装的红石火箭发射升空,飞船上乘坐的是美国第一位宇航员阿兰·谢帕德。这完全是一次弹道发射,飞船上升的最大高度为186千米。

飞船正常分离后,又以弹道状载入大气层并安全回收。这种飞行方式被称为亚轨道飞行。据说在全部15分22秒的飞行过程中,谢帕德只有5分钟的失重经历。时隔两个月,宇航员格里索姆于7月21日乘坐自由钟7号飞船又一次进行了亚轨道飞行,基本过程同帕德完全相同。

美国为什么首先选择进行亚轨道飞行呢?这主要是因为美国宇航界认为,载人航天技术难度大,在进行正式的轨道飞行之前,应当首先进行较简单的亚轨道飞行试验,以降低飞行的风险,为载人轨道飞行积累经验。

另外,美国的载人航天计划一切从零开始,包括运载火箭都是在红石、宇宙神等导弹基础上研制的,首先进行亚轨道飞行易于取得成功,对在苏美载人航天竞赛中获胜也十分有利。

美国双子星座号飞船

总述

双子星座号系列飞船是美国的第二代载人飞船,总共进行了12次飞行试验,其中2次无人飞行和10次载人飞行。水星号飞船计划始于1961年11月,结束于1966年11月,历时5年。双子星座计划共耗资12

双子星座计划主要是为阿波罗载人登月计划提供飞行经验、准备各种技术条件。

结构特点

双子星座号飞船形状与水星号飞船相似,基本呈圆锥——钟形,全长5

返回舱。乘2名航天员,全长3

设备舱。长1

飞船结构采用分舱段布局原则,把每个分系统的所有部件都放置在一个紧凑的舱体内,这样既便于检查和组装又便于出故障时更换;从第5艘到第12艘双子星座飞船都是用了燃料电池,这种电池结构较简单、紧凑,能耐冲击和振动,体积小、重量轻、比功率高;飞船还采用弹射座椅作为紧急救生手段,它不仅在发射阶段而且在着陆阶段可为航天员提供一种救生手段。

性能特点

双子星座号飞船与水星号飞船相比,作了较大的改进,实现了载2名航天员飞行。飞船设计为手控操纵为主,成为至今为止美国载人空间飞行器中受控程度最高者,在双子星座飞行中,航天员真正成为飞船的驾驶与操纵人员,并且除人对空间环境的适应情况的实验外,还进行了一些技术试验,实现了一些新的空间技术方面的突破,主要包括航天员舱外活动技术和空间飞行器的交会/对接技术,以及使用计算机的自动飞行控制技术。

双子星座计划共进行了10次载人飞行,总计飞行时间971小时48分。

1958年,美国宇航局总部和太空任务小组开始考虑水星载人航天计划之后美国的载人航天计划的目标和任务。以吉尔罗斯和费格特为首的太空任务小组对此尤为关心。他们认为这项计划应在水星计划已完成的任务基础上,主要实现两大目标:载人轨道飞行时间大大延长,达到1周以上;实现飞船在轨道上机动、交会和对接。

当1961年美国制定了阿波罗登月计划后,这一计划的任务更加明确起来,即为完成登月任务探索、试验新技术,最重要的有两方面:一是将载人飞行时间延长到2周,以充分研究人在太空生活和工作的适应性;二是完成两个航天器在轨机动上的交会和对接。这两大任务在登月期间都会遇到。这样,双子星座计划就变成阿波罗计划的辅助项目。

1965年3月双子星座飞船首次载人发射,到1966年11月,双子星座飞船先后进行了9次载人飞行,圆满完成预定任务。此外,双子星座计划还取得了大量对地观测、空间科学试验成果:宇航员共进行了52项实验,其中27项是新技术实验,8项是医学实验,另外17项是科学实验。双子星座飞船还在不同的高度上拍摄了1400张地球彩色照片。

科研意义

飞船完成了空间交会和对接工作,宇航员在开放空间活动长达2小时,最长飞行时间达14天,实现了飞船姿态控制、机动、变轨飞行和受控再入,发展了新型燃料电池,宇航员积累了长时间飞行的经验,包括生理、医学、生活等。为阿波罗计划提供了极其宝贵的经验和科学技术成果。

科技成果

第一,提供了足够执行阿波罗计划的长时间飞行经验,包括生理、医学、生活等方面。

第二,验证了飞船载人条件下温度、供氧、压力长期工作的可靠性和寿命。

第三,完成了最重要的飞行器交会与对接,为载人登月的月球轨道对接方案提供了有力的证据。

第四,完成了长达2小时以上的舱外活动,为宇航员在月面活动积累了经验。

第五,实现飞行器姿态控制、机动和变轨飞行。这是阿波罗计划必不可少的任务。

第六,实现受控再入,提高了落点精度,为宇航员的安全提供了更大的保证。

第七,飞船分成几段,在再入时只回收载人舱。阿波罗飞船也采用了这种格局。

第八,双子星飞船的新型燃料电池获得了验证和改进,它成功用于阿波罗飞船。

第九,双子星飞船存在的一些问题,如姿态控制系统的可靠性、救生系统故障、宇航服笨重、太空行走困难等被阿波罗计划广泛吸取并加以改进。

第十,双子星计划还提供了宇航员训练、太空生活等方面的经验。此外,双子星计划的历次飞行对阿波罗计划任务的确定提供了直接的指导。

第十一,远距离对地通讯获得发展和验证。双子星座号飞船

第十二,地面各控制台站的工作满足远程太空飞行的要求。此外,该计划还在对地观测、科学试验方面取得大量成果。

美国双子星座8号飞船

双子星座8号飞船为美国载人飞船双子星座号飞船系列之一。双子星座号飞船,从1965年3月到1966年11月共进行10次载人飞行。主要目的是在轨道上进行机动飞行、交会、对接和航天员试作舱外活动等。为“阿波罗”号飞船载人登月飞行作技术准备。“双子星座”号飞船重约3“水星”计划结束后,当时的美国总统肯尼迪已经很明确地提出,把登月作为载人航天的发展目标。因此NASA花了两年时间来设计第二代飞船,即“双子星座”飞船,作为登月计划和水星计划中间的过渡计划。而且这一计划的目的相当明确,主要是完善飞往月球所需的关键、但尚未经过测试的技术,包括:轨道变换、轨道会合、轨道对接以及在轨道上进行太空舱外活动。

为了准确地操纵飞船,设计人员为“双子星座”安装了几个火箭发动机,使它可以在轨道上做向前、向后和侧向的运动,以改变轨道。复杂的任务要求由两人来驾驶飞船,这就使得飞船的体积增大。而且“双子星座”飞船太空飞行的时间一般需要持续一到两周,以确定人体是否能够承受长时间的失重状态,所以需要大量的电力和能源,为了满足这个要求,“双子星座”飞船增加了设备舱,安装电源系统、推进剂储箱等设备。

当时使用的普通化学电池功率小、寿命短,不足以维持长期飞行,而太阳能电池技术上也不成熟,因此设计人员采用了燃料电池,这种电池依靠燃料的化学反应释放出来能量转变成为电能输出。

两名航天员,加上增加的支持系统、补给及推进剂,使得“双子星座”飞船的重量比“水星号”增加了一倍。要把它送入太空,“水星号”所用的“宇宙神号”运载火箭已经无能为力,“大力神2号”运载火箭便成了“双子星”飞船的运载火箭。设计人员经过较长时间的考察发现运载火箭在发射时发生爆炸的机会极小,因此“双子星座”取消了逃逸救生塔,采用弹射座椅作为应急情况下的救生措施。“双子星座”计划的一项主要内容是实现太空行走,NASA的设计人员考虑到如果为太空行走再设计一个过渡舱,势必会增加飞船的重量和大小,因此采用了一种简化的设计,不安装专门的出舱活动过渡舱,而直接将座舱作为过渡舱。“双子星座”飞船的侧部各有一个矩形舱门,它具有极好的关闭密封性,可以在太空中打开和关闭。执行舱外任务时,航天员先使舱内氧气压力下降,采用航天服的供氧系统呼吸。当舱门打开时,任舱内氧气散失,出舱进行活动。当完成任务返回舱内时,关闭舱门后再重新放出氧气,使座舱增压。

回收方式上,飞船在返回前在轨道上抛掉设备舱,然后发动机舱的4台反推制动火箭点燃,将飞船推入载入轨道,最后再抛掉发动机舱,座舱像水星飞船一样单独再入大气层,下降到低空时打开降落伞,航天员和座舱一道在海上溅落。

1965年3月23日,“双子星座3号”飞船进行了第一次载人太空飞行,航天员维吉尔·I·葛理森和约翰·W·杨完成了这次飞行,飞行中航天员启动推进器改变自己的轨道形状,实施了倾角的微小改变。两个月后,航天员詹姆士·A·麦克迪维特和爱德华·H·怀特乘坐“双子星座4号”进入太空飞行了5天,并且在绕轨道第三圈时,由怀特实现了美国人首次的太空行走,出舱时他身上连着一根管缆,利用一个手持的小型火箭来实现太空机动。“双子星座”计划的一个重要任务是实现轨道会合和对接。1965年12月4日和12月15日“双子星座7号”和“双子星座6号”分别进入太空,实现了太空会合,在间距只有40米的情况下持续飞行了7个多小时,最近时只有

1966年7月18日“双子星座10号”飞船载着约翰·杨和迈克尔·科林斯进入轨道,实现与“阿金纳3号”的对接任务,完成了登月计划的关键技术。接着“双子星座11号”和“双子星座12号”飞船又分别实现了两次对接任务。

至此“双子星座”计划圆满地完成了预定目标,作为一项既是过渡性又是独立的计划,取得了许多开创性的成就,也为“阿波罗”登月计划提供了极其宝贵的经验和科学技术成果。整个飞行期间,航天员共进行了52项试验,在不同高度上拍摄了1400张地球彩色照片,全面的研究了人在太空中长期工作和生活的情况。为航天技术人员及地面机组人员提供了发射火箭所需的大量的实践活动。到“双子星座12号”飞行结束时,美国航天员已经有了2000小时的太空飞行记录,而此时苏联的飞行时数只有500多小时,美国人至此开始领先于苏联。

美国“阿波罗”号飞船“阿波罗”号飞船是美国实施载人登月过程中使用的飞船。美国于20世纪60年代至70年代初组织实施的载人登月工程,或称“阿波罗”计划。它是世界航天史上具有划时代意义的一项成就。工程开始于1961年5月,至1972年12月第6次登月成功结束,历时约11年,耗资255亿美元。在工程高峰时期,参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数超过30万人。

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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