载人航天四大关键技术是什么？

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第一大关键：运载火箭

众所周知，载人航天是人类利用航天器在外层空间的飞行活动。外层空间是无氧气的近似真空的环境，要想克服地球引力而将航天器送出大气层，就必须依靠推力极大、载荷能力极强的运载火箭来完成。运载火箭与在空气中飞行的飞机不同，它不是靠空气中的氧气作氧化剂，而是靠自身携带的氧化剂与燃烧剂作火箭动力来源的。火箭可以在大气层内和大气层之外的太空中飞行，它的飞行原理是利用火箭发动机进行化学燃烧时产生高温高速喷射气体的反作用力而将火箭推向前方。这种推动火箭向前飞行的力叫“推力”。在真空中，火箭的推力要比在大气层中大15％左右。通过推进剂燃烧产生的“推力”可以使火箭获得巨大的速度，长时间喷射气体，火箭就会不断加速。

实践证明：仅靠一枚火箭的推力是无法将载人飞船或其他类型的航天器送到宇宙空间的。因为靠一枚火箭是不可能一下子就将航天器的速度增至11.2千米／秒(即第二宇宙速度)，从而摆脱地球引力逃离地球的。实践经验告诉我们，必须使用多级火箭逐渐加速的方法才能实现载人航天。因为，要想把重达几吨甚至几十吨的载人飞船或航天飞机、空间站送上宇宙空间(还要考虑到火箭的自身重量)，不仅需要有极大的推力，同时也要有极高的速度才能完成。此外，火箭启动速度过高，会使人遭受到极高的加速度，它会导致航天员死亡。那么，怎么办呢?为解决上述问题，既让火箭的推力和速度达到脱离地球引力，又让航天员不遭受过高的加速度，于是科学家想到采用多级火箭“接力”的办法。

所谓多级火箭就是将几枚火箭串接起来，在第一级火箭上接上第二级火箭，就称为二级式火箭；再在二级火箭上接上第三级火箭，称作三级式火箭。

当第一级火箭加速到4千米／秒的速度时，第二级火箭燃烧，加速到8千米／秒的速度(就是达到了环绕地球飞行而不被地球引力吸下来的7.9千米／秒的第一宇宙速度)；第三级火箭点火燃烧后，又增加了4千米／秒的速度，于是速度达到了12千米／秒(即达到了摆脱地球引力，飞向太阳系的其他星球的第二宇宙速度)。如果要飞出太阳系，那么就要有四级式火箭，使它的速度达到16.7千米／秒的第三宇宙速度。这样，人类就实现宇宙航行的自由了。每一级火箭的燃料用完后，那一级火箭就被甩掉，火箭重量逐渐减轻，速度不断加快。用这种多级火箭方式，就可以发射载人飞船或其他类型的载人航天器。

那么，多级火箭是如何设计的?它的结构如何呢?目前，发射载人航天器的火箭，通常采用三级式火箭，三级火箭中第二级比第三级大得多，而第一级则更大。发射几吨重的人造飞船，第一级火箭应是几百吨甚至几千吨重的庞然大物。

那么，运载火箭的各级是如何安排的呢?宇宙运载火箭的排列一般是：最底部为一级火箭，二级火箭居中，三级火箭居上。载人航天器则放在三级火箭的顶部。迄今制成的最大的宇宙运载火箭是美国的“土星5”号，共有三级，全长110米，直径达10.1米，起飞重量2950吨，它的总推力将近4000吨，三级火箭内共装有近5000万升推进剂，用它可以发射126吨的巨大人造航天器。它曾经把高25米、重45吨、直径10米的“阿波罗11”号飞船送往月球；而前苏联的“G—1—E”运载火箭高102米，载重量可达161吨。中国研制的“长征”系列火箭，有多级、捆绑式等结构，它使用不同推进剂，能产生不同推力，可发射高、中、低不同轨道的各类卫星和航天器。

第二大关键：载人航天器

运载火箭是解决载人航天的第一大关键技术，它可以保障航天器脱离地球引力，将航天器送出大气层而进入太空轨道。进入太空后，就是十分严峻的宇宙环境(无氧、强辐射和高真空)，因此，制作具备先进设施的载人航天器是第二大关键技术。除了需要材料、能源、通信、控制等技术先进外，还必须具备保证航天员生命安全的系统。在航天器中，科学家们为航天员设计了一个密闭座舱，里面有很好的人工环境。

载人航天器的宇宙密闭舱由轻而坚硬的金属制成，舱体的外壳包有绝热材料，可防止舱体在大气层内飞行时产生的气动力热传入舱内；舱内装有带缓冲装置的乘员坐椅；有各种电子设备、仪表及航天员救生与生活装备；舱壁两侧有供航天员观察星空与地球的舷窗(舷窗具有防强光、防紫外线及防辐射的能力)。为防护外界恶劣环境和保证航天员生命安全，这种密闭舱与外界完全隔绝，舱内提供了由人工控制的环境控制与生命保障系统，使舱内的压力、空气成分与地球上相似，并提供了符合人生理需求的温度与湿度条件，航天员能安全和方便地在其中生活与工作。

此外，舱内还设有清除污染物质的设备，以保持舱内空气新鲜。水与食品是人类生存的必需条件，生活在宇宙空间的航天员，需要从地面携带食品、部分饮食用水和卫生用水。有了密闭座舱和保持航天员生存的各种条件与设备，人类就具备了进入宇宙空间的条件。

另外，载人航天器中还设有与地面控制中心联系的通信系统，有自动驾驶和手动驾驶仪器，有各种各样的仪表……总之，载人航天器要比最先进的飞机复杂得多。所以，研制出先进的各类用途的航天器是载人航天的第二大关键技术。

第三大关键：太空安全与人身保障系统

载人航天除具备前述两项关键技术外，第三项关键技术就是太空安全与人身保障系统。除密闭舱中的安全措施外，太空安全与人身保障系统就是宇航服和故障逃逸系统。

在载人飞船中只有密闭舱还是不够的。因为宇宙飞行(航天探宇)的目的是进行探险与开发地外资源，要进行太空作业，登足外星，航天员就不能永远待在密闭舱中。如果航天员在航天飞行中想走出密闭舱，不采取特殊防护措施是不行的。为此，科学家设计了一种能保护航天员免受低压危险并能到密闭舱外从事宇宙空间活动的特殊的装置，即宇航用的航天压力服。

航天服是世界上最昂贵的服装，每件达上百万美元，有的价值上千万美元。 人身安全和生命保障系统的另一种设施便是弹射椅和逃逸塔。这两种设施是用于出现故障和紧急情况时逃离危险现场或飞行器的。在正常返回地面时，这两种设施在某些程序段也是有用的。这是与航天员的人身安全紧密相关的。弹射椅是早期所采用的救生系统，而逃逸塔是后期发展起来的救生系统。使用逃逸塔比弹射椅更加安全，但设备技术也更复杂些。

第四大关键：航天测控与返回

载人航天的第四大关键技术就是测控技术和返回式航天器的回收技术。当航天器被运载火箭从发射场发射升空之后，还必须完成入轨、变轨、飞行、返回、再入等阶段的任务和采用登陆舱与轨道上的指令舱对接、返回等任务。这些阶段的飞行和任务完成都是在地面控制中心控制下，天上、地下联手合作完成的。这就需要有跟踪、测量、监视、控制以及与航天器上的航天员通信联络等技术手段来保障。这些任务是通过地面测控站(网)来完成的。地面测控站可设在飞行器经过的陆上地区、海岛上、海上测量船上，并利用空中的中继通信卫星构成海、陆、空三维立体测控网。

载人航天或返回式卫星(含动物实验卫星等)都需要安全可靠的回收技术，包括：航天器再入技术、降落技术、救援技术(降落救援和医疗救援)、最后是地面疗养。这些内容不仅涉及航天、航空知识，而且还包括医疗保健、人体科学、药学、通信学、控制学、海洋学等多学科领域。如果是太空农业、工业、电子学试验卫星回收，还要涉及农业、工业、电子学等知识领域。如果是载人登月、登陆外星飞行器回收，必然要有外星的土壤、岩石标本的采集与分析，这就涉及微生物学、宇宙学、天体物理学、考古学等更广阔的领域……如此说来，载人航天事业确实是不同寻常的事业，是一个国家高科技实力的综合体现。

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