细说中国神舟飞船之推进系统[组图]

2005-10-25 10:32:56 【大. 中 小】 查看评论

    随着神舟6的飞天，网络上又出现了各种各样的文章，或褒奖或批驳，这些文章带着自己的主观情绪，结论自然也就大不相同。本系列文章尝试从纯技术的角度，较为细致的描绘一下神舟，希望能帮助我们得出一个较为客观的结论。同时，尽管本人的所获得的资讯均来自大众渠道，但是，为了显而易见的原因，文中将所涉及的较为精确的数值都已经改为近似值。
    
    拜中央台罕见的大规模全天直播，很多离我们生活遥远的空间科学在短短的数日成了茶余饭后的闲资。在荧屏前，宇航员翻两个跟头，穿一下舱门，也成了举国关注的事，我们可能第一次知道，这些看似极其普通的动作竟然会影响到飞船飞行的平稳。在微重力和近似真空的外太空，飞船的姿态控制，远远超出了我们的想象，这里我们首先就从飞船的推进系统说起。
    
    这次神舟飞天，在运载火箭上安装了遥视设备，让普通百姓和科学家们一起实时观看到神舟飞船和运载火箭分离的镜头，在这些珍贵的视频中，首次见到神舟在太空中运行的整个身姿，在美丽的地球的衬托下，这艘飞船显得寂静而孤单地飘浮着，遗憾的是遥视镜头随着二级火箭的翻滚很快滑出了我们的视野，我们没能看到神舟轨道控制发动机喷出的火焰。毫无疑问，神舟的推进系统是我国航天器中最复杂的，三个舱段都有各自的推进分系统，如果想象力行的话，神舟的推进系统的喷管就像是只刺猬，遍布全身。
    
    （网上流传较广的一张神舟推进系统示意图）
    
    神舟的推进系统除了能保证在正常飞行时，为飞船提供轨道机动、姿态控制、返回制动和再入控制；在飞船自主飞行结束后，为轨道舱提供轨道控制和姿态控制。还必须在发射段应急救生情况下，能为逃逸的返回舱提供再入控制动力；运载火箭抛掉整流罩后，当运载火箭或飞船出现严重故障而必须逃逸时，还要为飞船逃逸的调姿、制动和着陆点控制或非正常入轨提供动力。
    
    神舟推进舱段安装有4台额定真空推力2500N的轨道控制发动机，推进剂为四氧化二氮／一甲基肼，研制工作始于1993年，经历了模样、初样和正样三个阶段。各类热试验70余次(共400多次启动)，累计点火时间约15个小时，其中高空模拟试验约10小时。另安装8台额定真空推力150 N和16台额定真空推力25 N的大、小姿态控制发动机。在太空中，随着液体燃料的消耗，燃料贮箱内的液体会产生晃动，影响到飞船的飞行，所以神舟飞船采用了变厚度、变曲率的大型金属膜片贮箱，用传感器来测量膜片变形位移量，监测燃料的剩余。同时，神舟的管路控制件有近百只，近200根气、液路导管，其中除增压气体和推进剂无冗余外。其余均采用冗余的主、副系统，可以想象在狭小的空间，让这样的一套超复杂的系统安装并正常的运行，需要付出多少人的努力。
    
    返回舱舱段安装有8台推力为150N的发动机，一只橡胶囊式燃料贮箱，推进剂选用无水肼，除推进剂无冗余外，其它均采用主、副冗余设计。在神舟的试验飞行中，科研人员发现，由于返回舱推进系统有燃料泄漏，舱内环境受到污染，在这次神舟返回时，我们也可以看到回收人员戴着防毒面具对发动机喷管进行监测的照片，就是防止万一出现的燃料泄漏。在设计上，神舟返回舱气、液排放出口时没有采用电暴阀，而由电磁阀控制，排放结束后还能关闭，消除着陆时残余推进剂外流对航天员安全造成的威胁。
    
    （神舟六返回舱落地后工作人员在监测燃料是否泄漏）
    
    神舟轨道舱段安装有16台5N发动机，一只橡胶囊式燃料贮箱，推进剂选用无水肼，除发动机有主、副2组外，其余设计无冗余。该子系统在返回舱分离后才工作，但其寿命却可大于6个月。因此，其设计原则基本上是根据卫星而不是载人航天器确定的。从这点看，它不会成为真正意思的载人空间试验室或轨道站，也就是说，宇航员不会在独立的轨道舱里工作。
    
    
    神舟的推进系统借鉴了“联盟一TM”飞船，但是由于中国有成熟的研制生产返回式卫星的经验，以及早先夭折的载人航天计划，因此神舟的推进系统与“联盟一TM”飞船有着本质的不同，从推进剂燃料的角度，由于我国对无水肼的使用有多年的实际经验，并没有采用“联盟”系列的过氧化氢。“联盟一TM”飞船的管路控制件采用的是气动阀，而神舟普遍选用了电磁阀。从推进系统设计的整体分析，客观的说神舟飞船是在“联盟一TM”飞船的基础上进行了大幅度的优化和提高。
    
    作者：鼎盛王朝 老掉牙的AK47

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