载人飞船

猎户座飞船、星际客机龙飞船2号、联盟号飞船阿波罗飞船、双子座飞船

载人飞船是一种用于载人航天的飞船，属于载人航天器。载人飞船负责将宇航员送往太空，并在太空飞行结束后再入大气层，在地表着陆或溅落。在轨期间载人飞船可以独立飞行，也可以与空间站等其他航天器交会对接。

在11款进行过载人轨道飞行的天地往返载人航天器中，有10款是载人飞船。与另一种能够天地往返的载人航天器——航天飞机相比，它的优点是设计简单、运行便宜，有逃逸系统；缺点是容积较小，所搭载的航天员人数与物资都较少，无法运送及回收大型在轨设备，对下行精密货物的着陆冲击更大。历史上大多数载人飞船都不能重复使用和虽然曾重复使用过，但没有载人。新一代载人飞船为可复用设计。

## 历史

人类成功发射的第一艘载人飞船是由前苏联在1961年4月12日发射升空的东方一号，而它搭载的宇航员尤里·加加林也成为人类史上的第一位宇航员。1961年到1972年间美国实行了阿波罗计划，于1969年7月16日用阿波罗11号成功将人类送上月球，乘员之一的尼尔·阿姆斯特朗也成为首位踏上月球的人类。中国于2003年10月15日成功发射了第一艘载人飞船神舟五号，航天员杨利伟成为首位进入太空的中国人。

## 设计

<image>

载人飞船由多个舱段组成：

- 返回舱，也称指令舱，是载人飞船的核心舱段，也是整个飞船的控制中心，返回座舱不仅和其他舱段一样要承受起飞、上升和轨道运行阶段的各种应力和环境条件，而且还要经受再入大气层和返回地面阶段的减速过载和气动加热。
- 服务舱，也称推进舱、仪器舱，通常安装推进系统、电源和气源等设备，对飞船起服务保障作用。
- 轨道舱是太空人在轨道上的工作场所，里面装有各种实验仪器和设备。联盟号宇宙飞船和神舟飞船采用。
- 货舱仅龙飞船2号采用，主要沿用自龙飞船1号，用于非加压货物运输，光伏模组也位于此舱段。
- 登月舱是用于作载人月球着陆器的舱段。仅阿波罗飞船采用。
- 气闸舱是用于舱外活动的舱段。仅上升2号配有专用的气闸舱，其他飞船则由既有舱段兼任。
- 对接舱是为了执行阿波罗-联盟测试计划，用于将阿波罗飞船的对接口转化为联盟号宇宙飞船适配的APAS，并作为气闸舱使用，适配两方不同气压的舱段。

载人飞船的发展可分为若干代：

- 第一代载人飞船为单人飞船，两舱设计（返回舱和服务舱），用于实现最早的载人航天飞行，如东方号、水星号
- 第二代载人飞船为两人或三人飞船，两舱或三舱设计，用于出舱活动和交会对接测试，如上升号携带气闸舱时为三舱、双子座号
- 第三代载人飞船为三人飞船，三舱设计，多出一个轨道舱或登月舱，如联盟号飞船、阿波罗飞船、神舟飞船
- 新一代载人飞船为多人飞船，两舱设计，通过部分可重复使用能力提高经济性，如猎户座飞船、龙飞船2号、梦舟飞船等

根据运行轨道，载人飞船可分为近地轨道载人飞船与深空（月球）载人飞船，前者一般用于空间站往返运输，后者用于载人登月。由于轨道不同，后者的设计难度更大，需解决若干深空飞行独有的困难：所需的ΔV更高，飞行时间更长，范艾伦辐射带以外的辐射防护，返回再入时的速度也更大导致对热防护要求更高等。

根据乘坐人数，只能乘坐一名航天员的可归入单人航天器。

### 新一代载人飞船设计

<image>

新一代载人飞船为两舱结构，其特点是返回舱体积、质量增大，最大乘员数量是过去的载人飞船的两倍及以上，配合部分可复用设计，提高了飞船经济性。龙飞船2号发射时不需要配置有效载荷整流罩，提高了飞船经济性，星际客机虽不需要配置有效载荷整流罩，但需要配置裙板。

<image>

此外，猎户座太空船、梦舟载人飞船和鹰宇宙飞船作为有载人月球任务需求的飞船，需要减轻飞船质量，以获得更高的ΔV，仍采用逃逸塔设计。星际客机将逃逸系统整合到了服务舱上。龙飞船2号将逃逸系统整合到了返回舱上，与轨道机动系统融合，采用可复用设计提高了飞船经济性，具备全程逃逸能力，并可在降落伞失效时反推着陆，提高了飞船安全冗余。

## 用途

- 进行近地轨道飞行，试验各种载人航天技术，如轨道交会和对接及太空人在轨道上出舱，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，发展航太医学。
- 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。

## 各型号载人飞船

### 东方号

<image>

东方号是苏联即人类第一种载人飞船。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。这种军民两用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，用于容纳姿态控制推进器、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2.3m，重2460kg。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1m，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2.25m锥形设备舱，长2.43m，重2270kg，搭载了氮氧呼吸气体、电池、燃料、姿态控制推进器和制动火箭。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

<image>

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气闸，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5682kg。

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250kg，发射时折叠起来的直径为700mm，高770mm。在轨道上展开后，其长度为2.5m，内径为1m，外径为1.2m。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

<image>

水星飞船的主要设计师是马克西姆·费吉特，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。150飞船长10.8ft，宽6ft；加上发射逃逸系统，总长度为25.9ft。131飞船的内部活动空间有100ft3，仅够容纳一名乘员。47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。245最重的飞船水星-宇宙神9号的满载重量达3000lb。490其表层由René 41制成，这是一种能够承受高温的镍合金。136

飞船呈锥形，窄端有一个颈部。131它有一个凸起的底座，上面有一个隔热罩，134－136它是由覆盖了多层玻璃纤维的铝蜂窝结构组成的。140、143隔热罩上绑着一个制动火箭包（右图中的Retro rocket package）132－134，它由三枚火箭组成，用于返回期间的飞船制动。132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。188当不再需要制动包时，就会切断它的固定带。134挨着隔热罩的是加压乘员舱。136－144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。136－137座椅下方是环境控制系统（Environmental system），提供氧气和热量，138净化空气中的CO2、蒸汽和气味，以及（在轨飞行中）收集尿液。139在第一次亚轨道飞行中，没有收集尿液；而另一次，宇航员在太空服中增加了一个储水器。368飞船窄端的回收舱144－145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）。144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。135回收舱顶部是天线部分，145－148其中包含了通讯天线（Antenna）和引导飞船方向的扫描仪（Horizon scanners）。147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。199发射逃生系统安装在飞船的窄端，179－181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。179

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IBM 701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，飞行时间最长的是水星-宇宙神9号，飞行了32个半小时，共绕轨道飞行22圈。

### 双子座号

<image>

<image>

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，因为泰坦II双子座运载火箭的自燃推进剂会在接触时立即燃烧。与使用低温燃料的宇宙神和土星运载火箭相比，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吉姆·张伯林，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：

所以事实证明，如果我们不得不这样做，我们就会看到，就会变成两颗信号弹被发射出来，因为我们已经在15-16psi的纯氧中浸泡了一个半小时。你还记得我们在卡纳维拉尔角发生的悲惨火灾。（……）天哪，等到火灭了，宇航服都要烧光了。所有东西都在氧气里泡着。所以感谢上帝。那是另一回事：NASA从来不在“如果没办法就只好弹射”的条件下进行测试。他们确实在中国湖进行了一些测试，那里有一个双子座飞船的模型，但他们所做的只是将它充满氮气。他们在做滑车测试的时候，并没有给它充满氧气。

双子座是第一艘携带机载计算机的载人飞船，该计算机被称为双子座导航计算机，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），与土星运载火箭数字计算机非常相似。双子座导航计算机重58.98lb。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“音节 (计算机)”组成。所有数值数据都是26位计算补码整数（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位操作码和9位操作数）可以放在任何音节中。

### 阿波罗号

<image>

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阿波罗飞船可行性研究，而费吉特和空间任务组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12ft，长11ft。服务舱长13ft，加上发动机喷嘴，飞船的总长度为36ft。使用自燃推进剂的推进器拥有20500lbf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16.7psi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63500lb，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。

### 联盟号

<image>

1963年，科罗廖夫首先提出了三人的联盟号载人飞船，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。联盟7K-OK型型号是为地球轨道设计的，其再入舱重2810kg，直径2.17m，长2.24m，内部容积4.00m3。其球形轨道舱重1100kg，直径2.25m，含对接探针长3.45m，内部容积5.00m3。飞船总质量为6560kg。

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9850kg的7K-LOK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

<image>

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。

### 龙飞船2号

<image>

SpaceX载人龙飞船于2020年5月30日执行载人龙飞船示范2号任务，首次将宇航员送往国际空间站，标志着美国自2011年太空航天飞机退役后，重新获得从本土发射太空人进入近地轨道的载人航天能力。

### 星际客机

<image>

星际客机采用两舱构型，用于国际空间站载人往返。它于2024年的波音载人飞行测试任务首飞，飞船将宇航员送到国际空间站，但由于自身问题，最终无人返回地球。

### 猎户座

<image>

猎户座飞船是4人深空飞船，采用两舱构型，用于载人登月的阿耳忒弥斯计划。它于2026年的阿耳忒弥斯2号任务首次载人飞行，飞掠了月球。

### 鹰

鹰是俄罗斯研制中的下一代载人飞船，具备可重复使用能力。

### 加冈扬号

<image>

加冈扬号是印度研制中的第一种载人飞船，为两舱构型，可搭载3人，用于印度载人航天计划。

### 梦舟

梦舟飞船是中国研制中的新一代近地轨道与深空（月球）载人飞船，具备可重复使用能力，预计2026年左右首飞。

### 伊朗载人飞船

伊朗载人飞船最早于2005年由伊朗通讯社透露，目前仍处于早期阶段，据说2023年的一次太空生物试验与载人飞船有关。

## 型号列表

<image>

国家｜型号｜首次载人轨道飞行｜末次载人轨道飞行｜载人轨道飞行次数｜轨道飞行人次｜最大乘员数

东方号飞船｜东方1号1961年4月12日｜东方6号1963年6月16日｜6｜6｜1

美国｜水星号飞船｜水星-宇宙神6号1962年2月20日｜水星-宇宙神9号1963年5月15日｜4｜4｜1

上升号飞船｜上升1号1964年10月12日｜上升2号1965年3月18日｜2｜5｜3

美国｜双子座飞船｜双子座3号1965年3月23日｜双子座12号1966年11月11日｜10｜20｜2

/俄罗斯｜联盟号宇宙飞船｜联盟1号1967年4月23日｜联盟MS-292026年7月14日｜152｜403｜3

美国｜阿波罗太空船｜阿波罗7号1968年10月11日｜阿波罗-联盟测试计划1975年7月15日｜15｜45｜3

神舟飞船｜神舟5号2003年10月15日｜神舟23号2026年5月24日｜17｜47｜3

美国｜龙飞船2号｜载人龙飞船示范2号2020年5月30日｜SpaceX载人12号2026年2月13日｜20｜76｜4(7)

美国｜星际客机｜波音载人飞行测试2024年6月5日｜波音载人飞行测试2024年6月5日｜1波音载人飞行测试为载人发射，无人返回｜2｜2(7)

美国、

<image>

欧洲空间局｜猎户座太空船｜阿提米丝2号2026年4月6日｜阿提米丝2号2026年4月6日｜1｜4｜4

梦舟载人飞船｜梦舟2号预计2027年｜0｜0｜(7)

印度｜加冈扬号飞船｜加冈扬4号预计2027年｜0｜0｜(3)

俄罗斯｜鹰宇宙飞船｜预计2028年｜0｜0｜(6)

美国｜SpaceX星舰飞船｜预计2028年｜0｜0｜(100)

合计｜228｜612

## 事故

- 联盟1号：1967年4月24日，飞船入轨后一侧太阳能电池板未能正常展开，导致供电严重不足，同时姿态控制系统也出现异常，使飞船难以稳定定向。这些问题使得后续的轨道操作和对接任务被迫取消，飞行任务转为紧急返回。在返回过程中，飞船的制动和姿态控制仍然不稳定，多次尝试后才完成再入准备。真正的致命问题出现在着陆阶段，引导伞虽然弹出，但主降落伞未能成功展开，备用伞也未能正常拉出，导致返回舱以自由落体状态高速撞击地面，宇航员弗拉基米尔·科马洛夫遇难。
- 联盟5号：1969年1月18日，飞船在经历了服务舱分离失败、错误姿态再入和约9G的弹道返回后，本来已经挺过了最危险的阶段，但着陆时又出现了问题，主降落伞部分缠绕，用于最后减速的缓冲火箭失效，返回舱以远高于正常情况的速度撞击地面，宇航员鲍里斯·沃雷诺夫在撞击中多处摔伤，撞掉了数颗牙齿。
- 联盟11号：1971年6月30日，返回舱再入大气层，因分离时返回舱的压力阀门被震开，导致密封性能被破坏，返回舱内迅速减压，致使三名太空人格奥尔基·多布罗沃尔斯基、维克托·帕察耶夫和弗拉迪斯拉夫·沃尔科夫因急性缺氧、体液沸腾而死亡。
- 联盟18A：1975年4月5日，联盟号运载火箭的三级分离失败，飞船在约192公里高度被迫中止飞行，由于当时飞船姿态异常，逃逸和再入过程产生了约20.6-21.3G的峰值过载，部分回忆录和后期资料甚至提到瞬时峰值可能接近26G，两位宇航员瓦西里·拉扎列夫和奥列格·马卡罗夫在事后都幸存了下来，但拉扎列夫遭受了内伤，之后再也没有执行过太空飞行任务。