神舟载人飞船各大子系统及其工作原理.doc

神舟10号载人飞船 神舟号载人飞船第1章 神舟号简介神舟十号是我国的第十艘神舟系列飞船，与前两艘神州八号和神州九号相比，它是我国一艘载人空间对接飞船，按计划它将与天宫一号目标飞行器进行对接，如果对接成功，则表明我国已经基本掌握了空间飞行器交会对接技术，将对后续的天宫二号即第二代空间实验室的建设打下坚实的基础。【发射时间】预计在2012年 【任务实施】预计会有三名宇航员同时升空，任务时间520天。【飞行器名称】神舟十号 【飞行器生产国家】中国 【计划发射时间】2012年 【发射项目】与神舟八号、神舟九号完成对接任务。 【发射成功意义】表明我国已经基本掌握了空间飞行器交会对接技术。第2章 神舟号的结构系统 飞船由轨道舱、返回舱、推进舱和附加段组成，总长9530mm，总重8470kg。飞船的手动控制功能和环境控制与生命保障分系统为航天员的安全提供了保障。神州十号的结构系统，如图2-1所示。图2-1 神舟号结构系统示意图2.1 轨道舱轨道舱是飞船进入轨道后航天员工作、生活的场所。舱内储备有食物、饮水和大小便收集器、睡袋等生活装置外，还有空间应用和科学试验用的仪器设备。 返回舱返回后，轨道舱相当于一颗对地观察卫星或太空实验室，它将继续留在轨道上工作半年左右。2.2 返回舱 图2-2 在着陆场飞船的返回舱呈钟形，有舱门与轨道舱相通。放回舱式飞船的指挥控制中心，内设供3名航天员斜躺的座椅，共航天员起飞、上升和返回阶段乘坐。座椅前下方是仪表板、手控操纵手柄和光学瞄准镜等，显示飞船上个系统机器设备的状况。航天员通过这些仪表进行监视，并在必要时控制飞船上系统机器设备的工作。返回舱均是密闭的舱段，内有环境控制和生命保障系统，确保舱内充满一个大气压力的氧氮混合气体，并将温度和湿度调节到人体合适的范围，确保航天员在整个飞行任务过程中的生命安全。 另外，舱内还安装了供着陆用的主、备两具降落伞。神舟好飞船的返回舱侧壁上开设了两个圆形窗口，一个用于航天员观测窗外的情景，另一个供航天员操作光学瞄准镜观测地面驾驶飞船。返回舱的底座是金属架层密封结构，上面安装了返回舱的仪器设备，该底座重量轻便，且十分坚固，在返回舱返回地面进入大气层时，保护返回舱不被炙热的大气烧毁。2.3 推进舱推进舱，圆柱形，内部装载推进系统的发动机和推进剂，为飞船提供调整姿态和轨道以及制动减速所需要的动力，还有电源、环境控制和通信等系统的部分设备。设备舱的尾部是飞船的推进系统。主推进系统由4个大型主发动机组成，它们在推进舱的底部正中。在推进舱侧裙内四周又分别布置了4对纠正姿态用的小推进器，说它们小是和主推进器比，与其他辅助推进器比它们可大很多。另外推进舱侧裙外还有辅助用的小型推进器。2.4 附加段 附加段也叫过渡段，是与另一艘飞船或中国空间站交会对接的对接机构。 第3章 神舟号与“天宫“空间站对接“天宫”空间站目标飞行器将在2011年底发射，实际上是空间实验室的实验版，主体为短粗的圆柱型，直径比神舟十号飞船更大，前后各有一个对接口。采用两舱构型，分别为实验舱和资源舱，实验舱由密封的前锥段、柱段和后锥段组成，实验舱前端安装一个对接机构，以及交会对接测量和通信设备，用于支持与飞船实现交会对接。资源舱为轨道机动提供动力，为飞行提供能源。“神舟十号”是一艘搭载3名航天员的飞船，将与”天宫“号进行有人和无人自动对接。 图3-1 “天宫”号目标飞行器(左)与“神舟号”(右)对接的想象图第4章 神舟号的供电系统“神舟”飞船采用了太阳电池阵为主的电源方案，将随着“神舟”10号载人飞船脱离运载火箭顺利进入太空，展开后的太阳帆板就像是飞船长出了两对硕大的翅膀，通过将太阳能转换成电能，来为飞船上的电器设备提供能源。太阳能帆板电源供给电池功率调理与分配有效载荷CDHSAOCSECLS图4-1供电系统的工作过程 “太阳帆板有供电和充电两大功能，相当于一个小型发电站。飞船上备有应急电源，但支持的时间有限，主要还是依靠太阳帆板提供电能。神舟10号飞船上的太阳帆板采用了大量先进的复合材料，提高发电效能。图4-2 太阳帆板示意图第5章 神舟号的推进系统5.1 神舟号推进系统简介作为“神舟”号载人飞船关键之一的推进分系统、由推进舱、返回舱和轨道舱3个独立的推进子系统组成。其主要任务是：在正常飞行情况下，为船箭分离后飞船的继续飞行提供轨道机动、姿态控制、返回制动和再入控制等所需的冲量；当飞船的轨道舱执行留轨利用任务时，为轨道舱的留轨飞行提供轨道控制和姿态控制冲量；在发射段应急救生情况下，为逃逸的返回舱提供再入控制动力；在发射段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逃逸救生时，还可为飞船逃逸的调姿、制动和着陆点控制或非常入轨提供动力。推进分系统的研制不仅包括3个舱的推进子系统、而且包括阀门控制驱动器、遥测变放器、管路温控和控温仪，以及基地的推进剂加注和地面测试勤务等。5.2 推进分系统设计推进分系统是飞船的动力之源。如果该系统发生故障, 必将危及飞船的飞行和航天员的安全, 因此其技术要求相当高。如在置信度0. 7 时, 要求可靠度为0. 997 8, 安全性为0. 999 84, 保证一次故障正常飞行, 两次故障安全返回。为此, 研制中必须采用的新技术多且难度高, 如要求在0. 15g 冲击下, 所有贮箱内推进剂的总晃动力不能大于5N。因此,整个分系统非常复杂, 仅发动机就有五种52 台之多, 其分布如图4-1所示。图5-1 “神舟”号载人飞船推进分系统5 种发动机的分布5.3 推进舱推进子系统期望推力控制器推进剂管理火箭推力能量传感器图5-2 推进子系统的工作原理从某一指定时刻所期望的推力输出入手，推进系统控制器管理这些输入，明确发送给推进剂管理执行器的指令，控制推进剂的流量。在期望的状态下，综合传感器输入的信息，执行推进剂管理和能量控制器的指令，推进子系统产生系统的输出推力。第6章 神舟号的制导、导航与控制系统神舟10号飞船制导、导航与控制(GNC)分系统负责从发射到返回全过程中飞船的控制任务。图6-1 神舟飞船变轨示意图第7章 神舟号测控与通信系统在“神舟”飞船七大系统中，测控与通信至关重要。如果航天器好比是风筝，测控站和分布在三大洋的远洋测量船就是牵住风筝的那一根线，地面的控制系统就像放风筝的人，测控与通信总体方案设计水平的高低，直接关系着载人航天工程的成败。图7-1 测控通信系统当运载火箭发射和载人飞船上天飞行以及返回时，需要靠测控通信系统保持天地之间的经常性联系，完成飞船遥测参数和电视图像的接收处理，对飞船运行和轨道舱留轨工作的测控管理。这个测控通信系统由北京航天指挥控制中心、陆上地面测控站和海上远望号远洋航天测量船队组成，执行飞船轨道测量、遥控、遥测、火箭安全控制，航天员逃逸控制任务额。我国航天器测控系统已经形成了以西安卫星测控中心为中枢，以十多个固定台站、活动测控站和远望号测量船为骨干的现代化综合测控网。神舟10号飞船测控系统使用S波段系统，通过同一套发射机和天线系统、接收设备发送或接收遥测和遥控信号以及话音和电视信号。第8章 运载火箭系统 神舟10号使用长征二号F火箭发射。火箭功能及性能满足工程总体和飞行任务要求；产品技术状态受控，研制质量良好，出现的质量问题已经全部归零或有不影响飞行任务的明确结论；完成了规定的可靠性安全性项目试验，各项准备工作满足载人航天飞行产品出厂放行准则的要求。图8-1 长征二号F火箭选用长征2F运载火箭主要因为：火箭的可靠性为0.7，安全性为0.97：0.7的可靠性就是说100次发射里，只有3次火箭可能出现问题；0.97的安全性是指火箭出现1000次问题里，可能有3次会危及航天员的生命安全。这是载人火箭的特性。一般的商用火箭可靠性为0.1到0.3，没有安全性要求。火箭起飞重量为479吨：火箭加上飞船重量约44吨，其它的都是液体推进剂。因此，火箭的90都是液体，比人体含水量还大。水通常占人体的60到70。飞船重量为8吨多，占船箭组合体起飞重量的六十二分之一：要把一公斤的东西送入轨道，火箭就得消耗62公斤。神舟六号飞船比神舟五号在重量上有所增加，因此发射神六的火箭也重了不少。火箭芯级直径为3.5米：我国铁轨轨距定为1.435米，按照这个轨距修建的铁路，能够运输的货物最宽为372米，去掉车厢外壳，只剩下3.5米。因此，用标准铁路进行运输的火箭最大直径只能达到3.35米。火箭入轨点速度为每秒7.5公里：这个速度是音速的22倍。 火箭轨道近地200公里，远地350公里：地球半径6400公里，火箭轨道与地球的距离，为地球半径的几十分之一。 第9章 发射场系统 载人航天发射场的基本任务是，为运载火箭、飞船、有效载荷提供满足技术要求的转载、总装、测试及运输设施；为航天员提供发射前的生活、医监、医保和训练设施；为载人飞船发射提供全套地面设施；组织、指挥、实施载人飞船的测试、发射及飞行上升段的指挥、调度、监控、显示和通信；组织、指挥、实施待发段和上升段的应急救生；完成运载火箭上升段的跟踪测量和安全控制；为航天指挥控制中心提供有关参数和图像；提供载人航天发射区的后勤服务保障。图9-1 酒泉卫星发射中心载人航天发射场神舟10号飞船发射场选用“酒泉卫星发射中心” 。酒泉卫星发射中心又称“东风航天城”，是中国科学卫星、技术试验卫星和运载火箭的发射试验基地之一，是中国创建最早、规模最大的综合型导弹、卫星发射中心，也是中国目前唯一的载人航天发射场。随着任务的变化，发射场在神七任务中不仅要为舱外航天服提供测试环境和技术保障，还要重新制定测试和发射流程，把舱外航天服与飞船的联试、舱外航天服与火箭的联试等纳入测试流程。 第10章 神舟号发射的意义神舟号载人飞船是“神舟”号系列飞船之一，是中国首次发射的载人航天飞行器与中国空间站对接的飞船，将运送3名航天员进入空间站