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水星號載人飛船

水星號飛船(水星計劃),是美國第一個載人飛船系列。從1961年5月-1963年5月美國共發射6艘水星號飛船,主要目的是試驗飛船各種工程系統的性能,考察失重環境對人體的影響、人在失重環境中的工作能力以及對發射和返回過程中遇到超重的忍耐力等。

名稱水星號載人飛船研制國家美國
首次發射時間1961年5月

背景

在美蘇太空競賽中,蘇聯成功發射第一艘載人飛船,成功的將宇航員加加林送入太空并安全返回。這使得美國人的情緒有些不平衡,當時美國的水星計劃上有許多準備工作需要做。

1961年5月5日,命名為自由7號的水星飛船在卡納維拉爾角空軍基地由改裝的紅石火箭發射升空,飛船上乘坐的是美國第一位宇航員阿蘭·謝帕德。這完全是一次彈道發射,飛船上升的最大高度為186千米。飛船正常分離后,又以彈道狀載入大氣層并安全回收。這種飛行方式被稱為亞軌道飛行。據說在全部15分22秒的飛行過程中,謝帕德只有5分鐘的失重經歷。

美國為什么首先選擇進行亞軌道飛行呢?這主要是因為美國宇航界認為,載人航天技術難度大,在進行正式的軌道飛行之前,應當首先進行較簡單的亞軌道飛行試驗,以降低飛行的風險,為載人軌道飛行積累經驗。另外,美國的載人航天計劃一切從零開始,包括運載火箭都是在紅石、宇宙神等導彈基礎上研制的,首先進行亞軌道飛行易于取得成功,對在蘇美載人航天競賽中獲勝也十分有利。

飛船設計

水星號飛船總長約2.9米,最大直徑1.8米,重約1.3~1.8噸。由圓臺形座艙和圓柱形傘艙組成。在發射時,水星號飛船的頂端還有一個高約5米的救生塔。座艙內可乘坐一名航天員,設計的最長飛行時間為2天。航天員躺在特制的座椅上,通過飛船舷窗、潛望鏡和顯示器可觀測地球表面。在座艙外面大鈍頭處覆蓋一層很厚的防熱材料。飛船返回前點燃制動火箭,然后拋棄制動火箭組合件,再入大氣層,下降到低空時打開降落傘,航天員與飛船一起濺落在海上,由直升機和打撈船只回收。航天員發現在軌道飛行中通過舷窗觀測地平線和天體,可使飛船正確定位,從而可取消座艙中笨重的潛望鏡,使飛船作漂移式飛行以節省燃料。

水星號飛船內部構造

圖:水星號飛船內部構造

在任務的發射階段,飛船和宇航員依靠發射逃逸系統來避免受發射事故的危害。逃逸系統是安裝在飛船上方的一個能產生231kN推力的固體火箭塔。在發射事故產生時,逃逸系統在1秒內啟動,將飛船和宇航員帶離失效的運載火箭,隨后依靠飛船的降落傘著陸。助推火箭熄火后,逃逸塔完成使命從飛船上脫落,由一枚能產生3.6KN的固體火箭工作1.5秒提供分離推力。

箭船分離時,飛船上的三枚推力為1.8KN的固體火箭點火1秒。這三枚火箭成為加速火箭。

飛船只配備了姿態控制推力器,因此在軌道注入和制動減速期間,飛船不能改變軌道。飛船高低部分各有6個噴射器,每個軸上兩個。噴射器的燃料補給來自兩個分離的燃料罐,一個自動供給,一個手動供給。宇航員可以選擇控制噴射器中的任意一個。飛船還被設計為可以完全接受地面控制,以便在宇航員無法控制時控制飛船。

飛船有3枚固體制動火箭,每枚推力4.5kN,工作時間10秒。但一枚火箭足矣將飛船帶回地球。制動時一枚火箭先點火,5秒后第二枚點火,5秒后第三枚點火。

飛船的頂端有個檔板,飛船再入時如果頂端在前,流過檔板的氣流會將飛船調整為防護盾在前的安全姿態。再入過程中,宇航員在軌道段要承受8G的加速度,在亞軌道段要承受11-12G的加速度。

原始設計時計劃為飛船配備鈹吸熱式防護盾或者燒蝕防護盾,后續試驗確定使用后者。因為燒蝕盾更可靠(可使原設計的盾厚度降低,從而降低飛船重量),更易生產(當時美國只有一家公司生產為數不多的鈹)且更廉價。

運載火箭

水星計劃使用了三種運載火箭:

小喬伊火箭 - 8次亞軌道機械測試,2次運送猴子,以及若干逃逸系統測試。

紅石運載火箭 - 4次亞軌道機械測試,一次運送黑猩猩,2次載人亞軌道飛行。

宇宙神運載火箭 - 4次亞軌道機械測試,2次在軌飛行,1次運送黑猩猩,4次載人軌道飛行。

小喬伊火箭搭載試驗版飛船主要用來進行逃逸塔和飛行中斷程序測試。紅石火箭主要用于亞軌道飛行,宇宙神火箭用于軌道飛行。小喬伊火箭是專為水星計劃設計的固體火箭,而宇宙神火箭原本是用來運送核彈頭,因運送比彈頭更重的飛船而做了必要的加固。1958年10月,水星-朱庇特導彈也曾被考慮作為亞軌道運載工具,但在1959年又因預算原因取消了此計劃。大力神系列導彈也曾考慮做水星計劃的運載工具,但計劃付諸實施前水星計劃就終止了,大力神系列導彈用于隨后進行的雙子星座計劃。

水星計劃中,也使用了一枚偵察兵火箭,水星-偵察兵1號計劃運送一顆衛星來評估遍布全球的水星追蹤系統,但衛星隨火箭在飛行44秒后由靶場安全系統摧毀。

無人飛行

水星計劃含有20次無人發射,并非所有發射都以進入太空為目標,也并非所有發射都達到了預期目標。其中4次飛行搭載了靈長類動物,第15次發射搭載了一只叫做山姆的獼猴。整個計劃中使用的動物見下表:

山姆,一只獼猴。1959年12月4日乘坐小喬伊2號到85千米高空。

山姆小姐,一只獼猴,1960年1月21日乘坐小喬伊1B到15千米高空。

含,一只黑猩猩,1961年1月31日乘坐水星-紅石2號進行亞軌道飛行。

以挪士,一只黑猩猩,1961年11月29日成坐水星-宇宙神5號進行軌道飛行。

載人飛行

美國首批宇航員是從110名軍隊飛行員中甄選出的,選擇他們是因為他們達到的物理標準。NASA在1959年4月9日宣布了這7名宇航員。但最終只有6名宇航員上天,斯雷頓由于心臟原因未能執行任務。

宇航員

斯科特·卡彭特

戈爾登·庫勃

約翰·格倫

維吉爾·格里森

瓦爾特·施艾拉

艾倫·謝潑德

迪克·斯雷頓

自謝潑得的“自由7號”起,之后的每名宇航員都為他們的飛船起一個以“7號”結尾的名字,以彰顯他們的團隊精神。

發射記錄

任務 飛船名 火箭 宇航員 發射時間 備注
水星-紅石3號 自由7號 紅石運載火箭 艾倫·謝潑德 1961年5月5日 首位進行亞軌道飛行的美國人
水星-紅石4號 自由鐘7號 紅石運載火箭 維吉爾·格里森 1961年7月21日 第二次亞軌道飛行,飛船因艙門意外打開,在營救前沉沒,于1999年打撈
水星-宇宙神6號 友誼7號 宇宙神運載火箭 約翰·格倫 1962年2月20日 首位進入地球軌道的美國宇航員(在軌3圈)
水星-宇宙神7號 極光7號 宇宙神運載火箭 斯科特·卡彭特 1962年5月24日 在軌3圈,返回時偏離預定著陸點402千米,卡彭特代替斯雷頓執行此次任務
水星-宇宙神8號 西格馬7號 宇宙神運載火箭 瓦爾特·施艾拉 1962年10月3日 執行工程測試,在軌6圈
水星-宇宙神9號 信仰7號 宇宙神運載火箭 戈爾登·庫勃 1963年5月15日 首位在軌超過一天的美國宇航員,最后一位單獨進入太空的宇航員,在軌22圈
水星-宇宙神10號 自由7號II 宇宙神運載火箭 艾倫·謝潑德 預計在1963年10月發射,進行三日任務,1963年6月13日取消
水星-宇宙神11號 宇宙神運載火箭 維吉爾·格里森 預計在1963年發射,進行一日任務,1962年10月取消
水星-宇宙神12號 宇宙神運載火箭 瓦爾特·施艾拉 預計在1963年發射,進行一日任務,1962年10月取消

發射情景

六次水星號載人飛船發射情景

圖:六次水星號載人飛船發射情景

水星號載人飛船
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最新更新:2015-08-07 14:02
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