“神州号”宇宙飞船的发射回收过程 是一篇物理研究性课

“神州号”宇宙飞船的发射回收过程 是一篇物理研究性课
题

神舟五号
发射时间：2003年10月15日9时整
发射火箭： 新型长征二号F捆绑式火箭,此次是长征系列运载火箭第71次飞行,也是继1996年10月以来,我国航天发射连续第29次获得成功.
飞船进入轨道所需飞行时间：9时10分,船箭分离,“神舟”五号载人飞船准确进入预定轨道.
返回时间：2003年10月16日6时28分
发射地点：酒泉卫星发射中心
着陆地点：内蒙古中部阿木古朗草原地区
飞行时间/圈数：21小时/14圈
搭载物品： 除了中国飞天第一人杨利伟外,“神舟”五号载人飞船返回舱内还搭载有一面具有特殊意义的中国国旗、一面北京2008年奥运会会徽旗、一面联合国国旗、人民币主币票样、中国首次载人航天飞行纪念邮票、中国载人航天工程纪念封和来自祖国宝岛台湾的农作物种子等.
试验项目： 神舟5号将尽量减少机舱内的实验项目及仪器,以腾出更多空间来供航天员活动并执行科学观察任务,可以说这一次的任务主要是考察航天员在太空环境中的适应性.
新技术应用： 首次增加了故障自动检测系统和逃逸系统.其中设定了几百种故障模式,一旦发生危险立即自动报警.即使在飞船升空一段时间之后,也能通过逃逸火箭而脱离险境.
神舟六号飞船仍为推进舱、返回舱、轨道舱的三舱结构,整船外形和结构与原来相同,重量基本保持在8吨左右.飞船入轨后先是在近地点200公里,远地点350公里的椭圆轨道上运行5圈,然后变轨到距地面343公里的圆形轨道,绕地球飞行一圈需要90分钟,飞行轨迹投射到地面上呈不断向东推移的正弦曲线.轨道特性与神舟五号相同.
由于此次飞行没有交会对接任务,神舟六号取消了用于这项功能的附加段,另外,飞船上新增加了40余台设备和6个软件,使飞船的设备达到600余台,软件82个,元器件10万余件.
神舟六号的改进大致可以归纳为四个方面：
一、围绕两人多天飞行任务的改进.首先,准备了足量甚至余量的航天员消耗品,包括食品、水、睡袋等.食品柜置于轨道舱中,以前处于空置状态.按照每人每天一个半暖壶的用水量,通过水箱和单独的软包装两种方式准备了航天员用水.其次,提高了座舱的环境控制能力.一人一天呼出近一升水,神舟六号提高了对水汽冷凝的能力,扩大了冷凝水箱,把所有裸露管线都贴上了吸水材料,确保飞船湿度控制在80％以下.舱内的氧气、温度和湿度都可自动感应并调节.
二、轨道舱功能使用方面的改进.放置了很多航天员生活的必需品,如食品加热装置和餐具等.轨道舱中挂有一个睡袋,供两名航天员轮流休息用.失重状态下人其实可以浮在空中睡觉,但考虑到人在地面养成的习惯,所以通过睡袋人为地制造一种“床”的感觉,否则航天员睡觉时可能会产生坠入万丈深渊的错觉.轨道舱中还有一个专门的清洁用品柜,航天员可以用里面的湿巾等物品进行清洁.大小便收集装置这次也是首次使用.
三、提高航天员安全性的改进.返回舱中航天员的坐椅设计了着陆缓冲功能,这是为了在反推火箭发生故障时依然能够保证航天员安全.神舟五号飞船里只有杨利伟乘坐的那个坐椅有着陆缓冲功能,并且有个小的缺陷,就是返回前坐椅提升后航天员难以看到舷窗外的情况.神舟六号对缓冲器进行了重新设计,并与整船结合进行了反复试验,从高塔、飞机上抛下的3次试验每次均获得了成功.返回舱与轨道舱之间的舱门,如果在返回时关闭不严,将威胁航天员安全.俄罗斯曾经有3名航天员因此而丧生.神舟六号科研人员研制成功了舱门密闭快速自动检测装置,并花费了数月时间研制出一种专用抹布,这种布不产生纤维、静电、异味,专门用来清洁舱门.
四、持续性改进.我国载人航天工程于1992年正式启动,至今已经过去了13年,飞船上最初使用的元器件和原材料有的已经不再生产,个别技术已经稍显落伍.神舟六号做了一些日常的持续性改进.比如神舟一号到五号上的“黑匣子”,是1994年研制的,存储容量只有10兆字节.现在的黑匣子不仅存储量比原来大了100倍,而且数据的写入和读出速度也提高了10倍以上,体积却不到原来的一半.
神舟六号飞船构成
轨道舱：“多功能厅”
“神舟”飞船的轨道舱是一个圆柱体,总长度为2．8米,最大直径2．25米,一端与返回舱相通,另一端与空间对接机构连接.“神六”的轨道舱之所以被称为“多功能厅”,是因为2名航天员除了升空和返回时要进入返回舱以外,其他时间都在轨道舱里.轨道舱集工作、吃饭、睡觉、盥洗和方便等诸多功能于一体.
逃逸塔：保飞船万全
逃逸救生塔：位于飞船的最前部,高8米.它本身实际上就是由一系列火箭发动机组成的小型运载火箭.在运载飞船的火箭起飞前900秒到起飞后160秒期间火箭运行距离在0至100公里,一旦发生紧急情况,这个救生塔将紧急启动,拽着“神舟六号”飞船的返回舱和轨道舱与火箭分离,迅速逃离险地,并利用降落伞降落到安全地带.
留轨舱：航天员的“家”
轨道舱：也叫工作舱.其外形为两端带有锥角的圆柱体,它是航天员的“太空卧室”兼“工作间”.它还兼有航天员生活舱和留轨实验舱两种功能,所以也称留轨舱.轨道舱里面装有多种试验设备和实验仪器,可进行对地观测,其两侧装有可收放的大型太阳能电池帆翼、太阳敏感器和各种天线以及各种对接结构,用来把太阳能转换为飞船的能源、与地面进行通讯等.作为航天员的“太空卧室”,轨道舱的环境很舒适,舱内温度一般在17至25摄氏度之间.
返回舱：航天员的“驾驶室”
返回舱：又称座舱,它是航天员的“驾驶室”.是航天员往返太空时乘坐的舱段,为密闭结构,前端有舱门.“神舟六号”完成绕地飞行任务后,两名航天员也将乘坐返回舱回归地球.
推进舱：又叫仪器舱.通常安装推进系统、电源、轨道制动,并为航天员提供氧气和水.推进舱的两侧还装有面积达20多平方米的主太阳能电池帆翼.
缘何选择秋季发射?
两年前的这个时候,我国第一艘载人飞船神舟五号发射成功.今年神六的发射,又逢金秋时节,难道是巧合吗?不是.这是因为秋季的气象条件,最适合我国发射载人飞船.
飞船发射季节的选择,要考虑到各种可能影响到发射的因素,其中气象条件是最直接、最关键的决定因素.
飞船上天后,要由航天测控网对飞船实施测控管理.如果把神舟飞船比作放飞太空的“风筝”,那么,航天测控网就是那根重要的“风筝线”.我国的航天测控网由多个地面测控站和4艘远望号航天测量船组成.这4艘测量船分别是太平洋上的“远望”一号和“远望”二号测量船,印度洋上的“远望”四号测量船,大西洋上的“远望”三号测量船.其中,3艘测量船都在纬度相对较高的南半球.
南半球的季节正好与我国相反.我国的春夏季节在南半球是秋冬季节,海况很恶劣,即使正常航行都难保安全,更不用说在海上执行测控任务了,因此不宜发射飞船.我国的秋冬季节在南半球是春夏季节,海况较好,便于航行和执行测量任务.因此,我国神舟一号至五号飞船的发射时机都选在与南半球相反的秋冬季节.
另外,秋季和冬季相比,尽管2002年12月30日发射的神舟四号曾突破我国低温发射的历史纪录,但在载人航天飞行中,以人为本、充分保障航天员的安全,成为发射的最大特点,因而发射段的气象条件也是非常重要的.显然,秋季比冬季更适宜.因此,两年前的神五和今年的神六载人飞船都选择了在秋季发射.
据中国科学院空间环境预报中心研究员龚建村介绍,“今年正是接近周期谷底的位置,预计神舟六号飞行期间太阳活动稳定,适合人类开展空间活动.”
龚建村说,人们已经掌握了太阳的活动周期是11年,2000年是这个周期的最高峰,2006年达到谷底.因此今年太阳异常活动频次较低,大趋势有利于人类开展空间活动.神六将在“晴好天气”中飞行.
关于专用牛奶
从神州五号拔地而起、实现中国载人航天零的突破,到神州六号的两人多天外太空飞行,中国航天员专用奶蒙牛牛奶,陪伴着航天员们从撒满汗水的训练场走向了浩瀚的太空,见证了中国载人航天事业的艰苦与辉煌.航天员食品的选择有着怎样的特殊要求、蒙牛牛奶又是如何成为“中国航天员专用牛奶”的?伴随着神州六号的成功归来,笼罩在航天员食谱上的神秘面纱也被营养专家轻轻地揭开.
在中国,一名空军飞行员要从1000名军人中选出,而100名空军飞行员中,只有一个人有机会成为战斗机飞行员,航天员则是从这些战斗机飞行员中千里挑一,经过各方面综合考察比较后最终选拔出来的.为了确保这些肩负祖国重任的“国宝”们保持良好的身体和心理素质,早在神州五号首次载人航天任务之前,一个由各方专家组成的营养小组就开始了苛刻的航天员专用食品遴选工作.为了确保航天食品的安全、绿色和营养,航天医学工程研究所有关航天员食品的规定长达8页之多!对“全营养食品”牛奶的考察和选定工作首当其冲.
奶源是决定牛奶品质的第一关键,因而也成为专家们考核的首要因素.考虑到以内蒙古大草原为核心的中国西部大草原地处国际公认的中温带季风气候优质奶牛饲养带,是整个中国无可匹敌、世界上也具有领先意义的优质草原,主要奶源基地全部处于这一地带的蒙牛乳业进入了专家们的视野.而在蒙牛的生产基地,他们又看到了全球领先的“样板工厂”,在这里,每一滴原生奶经过一道道全自动工序成为香浓合格的牛奶产品,全过程都在封闭无菌的状态中进行.从市场到工厂、从工厂到牧场,蒙牛牛奶的表现说服了每一位专家.
国家航天部门经过严格检测后,认为蒙牛牛奶的各项指标均已经达到或超过国内、国际标准.凭借着纯天然、高质量、丰富的营养和好的口味,蒙牛牛奶最终成为太空营养学专家唯一指定的“中国航天员专用牛奶”.从此,“每天三杯奶”成为了航天员训练、工作和生活中的一首“白色乐章”.
每天早晨,在享用精心搭配的其他食品的同时,航天员都要喝一杯蒙牛牛奶来有效保证全天的热能和营养”.而在午餐之后,训练基地的营养师又会及时为每一个航天员送上一杯蒙牛酸奶.原来,酸奶中含有的乳酸、醋酸等有机酸,不仅赋予了酸奶清爽的酸味,还能帮助牛奶形成细嫩的凝乳,从而降低肠道PH值,促进胃肠蠕动和消化液的分泌、抑制有害微生物的繁殖,让航天员们一个下午都精神抖擞.“蒙牛已经将其酸奶产品中的益生菌由两种变成了四种,这样不仅营养价值比同类产品有了明显的提高,其帮助消化、抑制有害菌的作用也得到了更一步的加强,很受航天员们的欢迎.”基地的营养师这样评价道.
结束了一天紧张的训练之后,航天员们还将在晚饭时喝上一杯牛奶.营养专家指出,一方面,晚餐饮用的牛奶,其安神作用促进了航天员的深度睡眠,另一方面,人体处于睡眠状态下,也更易于吸收牛奶中的蛋白质.
“一天三杯牛奶,每天500-800毫升.这个科学的食谱既保证了营养补给,又不至于引起脂肪堆积,不仅适用于宇航员,用样也适用于普通人”!营养专家认为,航天员膳食中牛奶的科学搭配,值得在全社会进行大力推广.
成为“中国航天员专用牛奶”,对于蒙牛,既是一项崇高的荣誉,也是一种期待和责任.在中国航天事业用一个又一个辉煌成就“鼓舞中国心”的同时,每一个蒙牛人也在致力于“强健中国人”的伟大使命.2003年,当神州五号拔地而起,实现中国载人航天事业零的突破时,蒙牛牛奶也迅速成为了中国液体奶市场的领跑者,并于2004年成为了国家体育总局训练局运动员训练专用牛奶,为中国健儿扬威世界赛场奉献了自己的力量.随后,蒙牛率先建起了中国规模最大的“澳亚国际牧场”,在国内第一个引进机器人挤奶设施,种植世界十二国优质牧草,养殖全球优质奶牛,开启了中国乳业奶源升级之路.2005年,当神州六号用完美的姿态围绕着我们这颗美丽的星球一圈圈旋转的时候,蒙牛已经以日销液体奶7000吨的成绩,超越众多百年历史的跨国乳业巨头,成为了全球液体牛奶领域的领先者.作为首位“中国航天事业合作伙伴”,蒙牛不仅将“为中国喝彩”,还将用洁白醇厚的牛奶,为每一个航天员、每一个中国人的健康加油,为“强健神州梦想”而不懈追求.
经典瞬间二：直刺九天
灰白色的低云层层叠叠,零号指挥员的倒计时口令回响在空旷的发射场上.12日9时整,轰鸣声中,托举着神舟六号飞船的长征二号F型运载火箭喷着金黄的尾焰,稳稳地离开了发射台.几秒钟后,火箭破云而入,随即消失在云层里.第一次安装在火箭上的摄像头,把火箭的一路飞行画面实时传送到飞控中心的屏幕上.“助推器分离成功!”“一二级分离成功!”随着火箭的每一个完美动作,掌声骤起,人们大声叫好.583秒后,船箭分离,飞船入轨. 两度金秋,两度飞天.继杨利伟之后,两位中国人再次叩启苍穹.
经典瞬间三：天地传情
一张无形的测控通信巨网联结着天与地,也联结起了两个家庭.12日21时30分,正在进行第9圈飞行的两名航天员与来到北京飞控大厅的亲人开始了天地通话.
“小费”,王洁像平时那样轻轻地叫了一声丈夫,似乎费俊龙就在身边而不是343公里高的太空,14岁的儿子费迪则与父亲相约返回后一起去钓鱼.聂海胜的妻子聂捷林问,此时此刻你感觉好吗?聂海胜回答说,我感觉很好.11岁的聂天翔为两个半小时后将迎来41岁生日的父亲唱起了生日快乐歌,停泊在南大西洋上的远望三号测量船传回的画面上,聂海胜为女儿鼓掌,然后擦了一下眼角.歌声中,原本安静的飞控制,所有的人鼓掌应和.
经典瞬间四：太空早餐
13日6时10分,飞船飞行第15圈.聂海胜拿着勺子,从食品盒中舀出一块食物,让它飘在空中.费俊龙用手轻轻一碰,食物飞入口中.两人冲着摄像头开心地笑了起来.这份早餐是在轨道舱进行加热的.神舟五号飞行中,杨利伟吃的是小月饼.神舟六号上装备了食物加热器,两名航天员不仅能品尝到50多种食品,还能吃上热腾腾的饭菜.
加热,进餐,航天员吃饭的每一个动作都不简单,都宣告着中国载人航天新的一步.继续考核载人航天的基本技术,是神舟六号的第一大任务.所谓“基本技术”,就包括保障多人多天太空生活的环境控制与生命保障技术.
经典瞬间五：穿舱试验.
没有什么词语比“飘”和“游”更能准确地描述航天员在太空中的运动状态了.13日14时25分,费俊龙从座椅上起身,拉着扶手、助力绳,头先脚后地进入轨道舱,随后回到返回舱,聂海胜则从轨道舱到返回舱进行了两次类似的动作.以鱼儿在水中轻轻游动般的姿势,航天员顺利完成了3次穿舱试验.
飞船系统顾问郑松辉说：“试验表明,航天员的活动对飞船姿态影响很小,飞船可保持正常飞行,不需纠正飞船姿态.” 而从12日航天员第一次进入轨道舱起,中国已成为世界上第三个能够进行有人参与的空间科学试验的国家.
经典瞬间六：刮胡须和翻筋斗
16时11分.费俊龙似乎心情不错,涂上特殊的剃须膏后,拿着剃须刀开始“美容”.他非常专注地看着前方,镜头切换过去——原来,他面前的舱壁上有一面镜子.像飞船操作的任何一个动作一样,刮胡须时的费俊龙仔细而又轻松.在太空刮胡须,是否也需要特别培训呢?
20分钟后,更精彩的一幕开始了：费俊龙半蹲在地上,用双手撑住船舱地上的两个固定物,然后突然向前,完成了中国人在太空中的第一个前滚翻!仿佛意犹未尽,费俊龙又翻了三个筋斗.聂海胜一直在为他拍照,两人不时相视而笑.
飞船总设计师张柏楠说,这4个筋斗不是安排的,而是航天员在获知飞船姿态控制良好的结果后,自己进行的游戏.在失重的空间里要抑制住自由漂浮的愿望,或许是件困难的事.3次穿舱试验完成后,航天员从此可以放开手脚,尽情享受摆脱地球引力的自由.孙悟空一个筋斗十万八千里,费俊龙在3分钟里翻了4个筋斗,一个筋斗351公里.
经典瞬间七：温暖对话 神舟遨太空,天地心相连.
15日下午4时许,胡总书记来到北京航天飞行控制中心.4时28分,飞船进入测控区,费俊龙、聂海胜在飞船舱内的图像清晰地显示在大屏幕上.总书记拿起电话,同两位航天员亲切交谈.聂海胜向总书记报告：神舟六号飞行正常,我们的身体感觉很好,空间科学实验正按计划顺利进行.胡总书记说,听到你们身体状况良好,各项实验顺利进行,我们十分高兴.你们作为担任这次飞行任务的航天员,做出了杰出贡献,祖国和人民为你们感到骄傲.希望你们沉着冷静,精心操作,圆满完成任务.祖国人民期盼着你们胜利凯旋.费俊龙激动地表示,衷心感谢总书记的关怀,衷心感谢祖国人民的支持.我们一定圆满完成任务.4时33分,实时通话结束,大厅响起热烈的掌声. 经典瞬间八：太空问候
16日19时59分,中国航天员科研训练中心主任陈善广与两位航天员通话.陈善广说：“这几天,我们收到全国各界群众和世界各地同胞的来电,向你们表达亲切的问候和祝愿,期盼你们平安归来.”“感谢全国人民,感谢台湾同胞、港澳同胞、海外侨胞对我们的关心和厚爱.”聂海胜雄浑的声音,从距离地面343公里的太空传来.
两年前,太空中第一次响起了中国人的声音,独上九霄的杨利伟在神舟五号上向地球发出问候.短短两年后,中国实现了从一人一天到两人多天的载人航天飞行大跨越.今天,中国航天员再次从太空向同胞致以问候.
此刻,神舟六号的舷窗外一片蔚蓝,正在进行第71圈绕地飞行的神舟六号正掠过南印度洋上空.在此之前,神舟六号飞船曾多次飞越台湾、香港、澳门的正上空.
杨利伟在回忆他两年前的神五飞行时说,经过这21个小时的太空之旅,对国家和民族的理解更加深刻了.或许,此刻向同胞发出太空问候的两位航天员,正在接受这同样的心灵洗礼.
经典瞬间九：神舟回家
17日凌晨,位于内蒙古四子王旗阿木古朗牧场的主着陆场星光灿烂.这是一段令人焦急的时光,飞船在航行了325万公里之后,正沿着既定的返回轨迹,飞向祖国的怀抱.
4时08分,喀什测控站发现目标,飞船飞入祖国上空.一朵“彩云”出现在广阔的草原上,在1200平方米的主降落伞牵引下,飞船缓缓向预定着陆点飘落.飞船距离地面1米时,反推发动机精确点火.返回舱的速度由8米每秒迅速下降到1米每秒,如同一片羽毛,轻轻地落在草原上.4时33分,飞船返回舱着陆,航天员报告身体感觉良好.
北京飞行控制中心里掌声四起.费俊龙的父亲费长宝由衷地赞叹：“祖国真伟大!”
5时38分,身着航天服的费俊龙自主出舱,聂海胜随后走出,挥动鲜花向搜救人员致意,欢呼声惊醒了草原的黎明. 这一刻,距离神舟六号发射115个小时又32分钟；距杨利伟完成中国首次载人航天飞行后顺利返回两年又22个小时；距离中国载人航天工程启动13年又26天.