宇宙飞船

宇宙飞船（space capsule）或称航天舱、太空舱、太空船，是一种航天器，其用途是运送有效载荷往返太空。其再入舱为钝体，没有机翼，可再入地球大气层。载人飞船，如联盟号或猎户座，通常辅以服务舱或过渡舱，有时还会增加一个额外的舱段来扩展操作空间。尽管已经有载人航天飞机被发射至太空轨道，但大多数载人航天器设计仍然使用宇宙飞船。

现役的载人飞船有联盟号、神舟和龙飞船2号，货运飞船有进步号、天舟、龙飞船2号货运版和天鹅座。目前正在开发的新载人飞船有NASA的猎户座、波音星际航线、俄罗斯的鹰、印度的加冈扬和中国的新一代载人飞船。历史上的载人飞船有东方号、水星号、上升号、双子座和阿波罗，活跃的计划有新谢泼德发射。载人飞船必须能够在太空的真空条件下维持生命，往往还有苛刻的热环境和辐射环境要求。它可以是一次性的（如联盟号），也可以是（如载人版龙飞船）。

历史

东方号 

东方号是苏联第一艘载人飞船。人类历史上第一次载人航天，即是由宇航员尤里·加加林于1961年4月12日乘坐东方一号完成的。

该飞船最初的设计包含了两种用途，一个是用作苏联第一个间谍卫星天顶计划的相机平台，另一个则是用作载人航天器。这种设计对于该项目能够获得苏联共产党的支持至关重要。该设计使用球形返回舱，以及一个双锥体下降舱，用于容纳推进器、在轨消耗品和用于脱离轨道的制动火箭。这种基本设计已经使用了大约40年，逐渐应用于一系列人造卫星。

返回舱由烧蚀隔热材料完全覆盖，直径，重。飞船被罩在鼻锥里，以降低发射时的阻力；圆柱状的内舱直径约，几乎与飞船的纵轴相垂直。宇航员坐在带有单独降落伞的弹射座椅上，以在发射时的紧急状况下逃生，及在正常飞行情况下着陆。飞船有自己的降落伞，以便降落。尽管官方消息称加加林是在飞船内一起着陆的，这也是根据国际航空联合会（IAF）的规则对首次载人航天飞行资格的要求，但后来发现，所有东方号的宇航员都是从飞船中弹射出来分别着陆的。该舱还有一个朝后的锥形设备舱，长，重，搭载了氮氧呼吸气体、电池、燃料、推进器和。它可以支持长达十天的飞行。东方号成功进行了六次发射，最后两次是结伴飞行的。最长的飞行时间仅有五天，是东方五号在1963年6月14日至19日的飞行。

由于姿态控制推进器位于设备舱中，而该舱在临再入前被丢弃，因此无法主动控制返回舱的路径和方向。与水星号的锥形设计不同，上升号采用了球形设计，这样可以在体积相同的情况下将隔热罩直径最小化，但这也意味着必须在所有方向保护飞船以免再入时过热。通过调整重心，可以对飞船的再入方向进行一定控制。保持宇航员的背部朝向飞行方向是正确且必要的，这样可以在最高达8到9倍的重力加速度下提供最好地保护。

上升号 

上升计划以东方号的设计为基础，并进行了修改，以搭载多名宇航员，共进行了两次飞行。舱室由圆筒形更改为一个更宽的矩形，这样可以容纳三名宇航员并排乘坐（上升1号），或者两名宇航员，中间夹一个可充气的，以进行舱外活动（上升2号）。返回舱顶部增加了一个备用的固体燃料反推火箭。上升号的弹射座椅被取消以节省空间，因此并没有为乘员提供在发射或着陆的紧急情况下的逃生手段。整个上升号飞船重达。

空间不足意味着上升1号的宇航员没有穿宇航服。上升2号的两名宇航员都穿着宇航服，因为宇航员阿列克谢·列昂诺夫准备出舱活动。这就需要一个气闸，因为飞船的电气系统和环境系统都是风冷的，飞船完全减压会导致它们过热。气闸重达，发射时折叠起来的直径为，高。在轨道上展开后，其长度为，内径为，外径为。另一名宇航员也穿着宇航服，以防返回舱意外失压。气闸在使用后被丢弃。

上升号没有弹射座椅，这意味着在着陆时宇航员需要位于飞船内，而不像东方号那样宇航员弹射出来与飞船分别着陆。上升号为此开发了一种新的着陆系统，在降落伞绳上增加了一个小型固体燃料火箭。它在返回舱接近地面时点火，以提供更软的着陆。

水星号 

水星飞船的主要设计师是，他在美国国家航空咨询委员会（NACA）时期就开始了载人航天研究。飞船长，宽；加上发射逃逸系统，总长度为。飞船的内部活动空间有，仅够容纳一名乘员。其内部有120个控件：55个电气开关、30个保险丝和35个机械杠杆。最重的飞船水星-宇宙神9号的满载重量达。其表层由René 41制成，这是一种能够承受高温的镍合金。

飞船呈锥形，窄端有一个颈部。它有一个凸起的底座，上面有一个隔热罩，它是由覆盖了多层玻璃纤维的铝组成的。隔热罩上绑着一个制动火箭包（右图中的Retro rocket package），它由三枚火箭组成，用于返回期间的飞船制动。在这三枚制动火箭之间还有三枚小火箭，用于在入轨时将飞船与运载火箭分离。当不再需要制动包时，就会切断它的固定带。挨着隔热罩的是加压乘员舱。在舱内，宇航员被绑在合身的座椅上，他的面前是各种仪器，背靠在隔热罩上。座椅下方是环境控制系统（Environmental system），提供氧气和热量，净化空气中的CO2、蒸汽和气味，以及（在轨飞行中）收集尿液。飞船窄端的回收舱内有三个降落伞：一个用于稳定自由落体的引导伞（Drogue parachute）和两个主要的降落伞，一个主伞（Main parachute）和一个备用伞（Reserve parachute）。在隔热罩和乘员舱内壁之间有一条着陆裙（landing skirt），用于在着陆前抛下隔热罩。回收舱顶部是天线部分，其中包含了通讯天线（Antenna）和引导飞船方向的扫描仪（Horizon scanners）。上面还附有一个襟翼（Reentry spoiler），以确保飞船再入时以隔热罩朝前。发射逃生系统安装在飞船的窄端，它有三枚小型固体燃料火箭，可以在发射失败时紧急点火，将飞船与助推器安全分离。它将展开飞船的降落伞，在附近海面溅落。

水星号飞船没有机载计算机，而是依靠地面计算机进行所有的再入计算，然后在飞行中通过无线电将结果（制动点火时间和点火姿态）发送给飞船。水星太空计划中使用的所有计算机系统都位于地球上的NASA设施中。计算机系统使用的是计算机。

在苏联的首次载人轨道太空飞行近一个月后，美国将它的第一位水星宇航员艾伦·谢泼德送入亚轨道飞行。在苏联人于8月6日发射了第二艘东方号，并进行了为期一天的太空飞行之后，美国终于在1962年2月20日将第一名美国人约翰·格伦送入太空轨道。美国总共发射了两艘载人亚轨道水星号飞船和四个载人轨道飞船，飞行时间最长的是，飞行了32个半小时，共绕轨道飞行22圈。

双子座计划 

飞船本身的许多组件，通过它们自己的小检修门都可以够得到。与水星号不同，双子座使用了全固态电子设备，其模块化设计使其易于维修。

双子座的紧急发射逃逸系统没有使用由固体燃料火箭驱动的逃逸塔，而是使用了飞机式的弹射座椅。逃逸塔又重又复杂，NASA的工程师认为可以取消，因为的会在接触时立即燃烧。与使用低温燃料的宇宙神和相比，泰坦II助推器爆炸时的冲击效应和火焰都比较小。弹射座椅足以将宇航员与发生故障的运载火箭分离。在高海拔地区，由于无法使用弹射座椅，宇航员则会在飞船内返回地面，而飞船则会与运载火箭分离。

使用弹射座椅的主要支持者是，他根本不喜欢水星号的逃逸塔，而是希望使用一种更简单的替代方案，同时还能减轻重量。他反复观看了几部关于宇宙神和泰坦II号洲际弹道导弹的事故影片，他通过这些影片估计了运载火箭爆炸时所产生火球的大致尺寸，并据此判断泰坦II号的爆炸要小得多，因此飞船可以依靠弹射座椅来逃离。

另一边，水星号逃逸塔的设计者费吉特并不喜欢这种配置。弹射座椅除了可能对宇航员造成严重伤害外，它们在升空后也只能使用约40秒，因为此时助推器已经达到1马赫的速度，不可能再弹射了。他还担心，如果宇航员在飞行中弹射，他们可能会穿过泰坦的尾流。但他后来补充道：“双子座最好的事情是，他们永远不必逃逸。”

双子座的弹射系统从未在双子座舱内进行过纯氧加压测试，发射前也没有。1967年1月阿波罗1号致命的火灾表明，用纯氧对飞船加压会造成极其危险的火灾隐患。在1997年的口述历史中，宇航员托马斯·斯塔福德在谈到1965年12月双子座6A号的发射中止时说，当时他和指挥飞行员瓦尔特·施艾拉差点被从飞船中弹出：

双子座是第一艘携带机载计算机的载人飞船，该计算机被称为，用来帮助管理和控制任务机动。这台计算机有时被称为双子座飞船机载计算机（Gemini Spacecraft On-Board Computer，简称OBC），与土星非常相似。双子座导航计算机重。其磁芯存储器有4096个内存地址，每个地址包含一个39位的字，该字由三个13位的“”组成。所有数值数据都是补码整数（有时作为定点数使用），要么存储在字的前两个音节中，要么存储在累加器中。指令（总是使用4位和9位操作数）可以放在任何音节中。

阿波罗号 

阿波罗飞船最初是在1960年构思的，是水星计划后续的三人飞船，是一项可扩充的任务。它可用于将宇航员送至地球轨道的空间站，或用于飞往月球或在月球轨道飞行，还可能在月球着陆。1960和1961年，美国航天局向几家公司征求了，而费吉特和已经开始了设计工作，使用一个圆锥/钝体飞船（指令舱），以及一个能提供电力和推进力的圆柱形服务舱作支持。NASA于1961年5月审查了参与者的设计，但约翰·肯尼迪总统提出了在1960年代把人送上月球的全国性计划，于是NASA决定拒绝可行性研究并继续费吉特的设计，着眼于登月任务。建造阿波罗的合同被交给了北美航空。

阿波罗的指令/服务仓（Command/Service Module，简称CSM）最初的设计是将三个人放在一个大的有腿的着陆平台上，直接带到月球表面。指令舱的直径为，长。服务舱长，加上发动机喷嘴，飞船的总长度为。使用的推进器拥有的推力，以将CSM推离月球表面并将其送回地球。这需要一个比土星五号大得多的单个运载火箭，或者使用土星五号多次发射，然后在地球轨道上进行组装，再将其送往月球。

早期决定使用月球轨道交会的方法，使用较小的登月舱（Lunar Excursion Module，简称LEM）在月球轨道和月面之间运送两个人。质量的减少使得登月任务可以用单个土星五号来发射。由于重要的开发工作已经开始设计，因此决定继续使用现有的设计作为Block I，同时开发一个能够与登月舱交会的Block II版本。除了增加对接通道和探针外，Block II还能根据从Block I的设计中学到的经验对设备进行改进。Block I将用于无人试飞和有限几次地球轨道载人飞行。虽然推进器比要求的更大，但其设计并没有更改，因为重大的开发已经在进行中了；不过，推进剂罐的尺寸略有缩小，因为对燃料的需求有所变化。根据宇航员的建议，Block II指令舱把两扇内嵌式舱门，替换为一扇外开舱门，以便在任务结束时更容易出来。这是为了避免舱门意外打开，此类事故曾经在古斯·格里森的水星-红石4号飞行中发生过。

水星号和双子座的实践证明，发射前充入的纯氧，结合内嵌式舱门设计，是灾难性的。1967年1月27日，为准备2月份的首次载人发射，阿波罗1号的全体船员——格里森、爱德华·怀特和罗杰·查菲在发射台上参加发射前测试时，被席卷船舱的大火夺去生命。内嵌门使得宇航员在遇到危险时，无法逃脱或被救出。调查揭示，火灾可能是由磨损的电线产生的火花引起的，并点燃了本不该放在船舱内的易燃材料。载人飞行计划被推迟了，同时对Block II飞船进行了设计变更，将发射前船舱中的气体由纯氧替换为类似空气的氮/氧混合物，除去船舱和宇航服中的易燃材料，并密封所有电线和腐蚀性冷却液管线。

Block II飞船加满燃料后重，执行了四次载人地球和月球轨道测试飞行，以及七次载人月球着陆任务。飞船的一个修改版本还曾将三名乘员运送到天空实验室空间站，还执行过与苏联联盟号宇宙飞船对接的阿波罗-联盟测试计划。阿波罗飞船在1974年之后退役。

货运飞船 

随着空间站的使用和长期的太空驻留，对货运飞船的需求有所增加。与载人飞船相比，纯货运飞船不需要生命维持系统，甚至大部分货运飞船在任务结束后，会携带空间站产生的废物再入大气层烧毁。

现役宇宙飞船

联盟号 

1963年，科罗廖夫首先提出了三人的联盟号宇宙飞船，用于在地球轨道组装的月球探测任务。苏联领导人尼基塔·赫鲁晓夫向他施压，要求他推迟联盟号的开发，将工作转移到上升号，后来又允许他为空间站和月球探测任务开发联盟号。他使用了一个小型、轻便的钟形再入舱，在其顶端连接了一个轨道乘员舱，包含了主要的任务生活空间。服务舱使用两块太阳能电池板来发电，并包含一个推进系统发动机。型号是为地球轨道设计的，其再入舱重，直径，长，内部容积。其球形轨道舱重，直径，含对接探针长，内部容积。飞船总质量为。

科罗廖夫去世之后，从1967到1971年，其中10艘飞船进行了载人飞行。第一艘（联盟1号）和最后一艘（联盟11号）发生了最早的太空死亡。科罗廖夫开发了一种的变体，用于月球任务，但从未载人飞行过。

直到今天，俄罗斯人仍在继续开发和使用联盟号。

神舟 

中国在1990年代开发了“神舟”飞船，其设计理念和联盟号一样，包括轨道舱、返回舱及服务舱。它于1999年进行了第一次无人测试飞行，并在2003年10月进行了首次载人飞行，将杨利伟送入地球轨道并绕地球14圈。截至2022年5月，已经成功发射13次，其中载人7次。

龙飞船2号 

SpaceX七座的龙飞船2号于2020年5月30日首次将宇航员送往国际空间站，执行的是NASA的示范2号任务。龙飞船最初的设想是，作为SpaceX开发的无人飞船，用于NASA的合同。但后来增加了载人飞行的需求，这使得飞船经过了重大的重新设计，其通用性有限。

新谢泼德 

蓝色起源开发的六座新谢泼德飞船是一种亚轨道载人飞船，专为需要人工参与的研究和太空旅游而设计。飞船也可以执行无人飞行，以携带更多的有效载荷和实验设备。

开发中的载人飞船设计

俄罗斯

美国 

 猎户座飞船
 波音星际航线

印度 

 加冈扬号飞船

中国 

 新一代载人飞船

伊朗

参见 

 轨道舱
 返回舱
 服务舱
 太空探索

注释

参考文献

外部链接 

 
 
 

航天器
俄羅斯發明