神舟載人飛船各大子系統及其工作原理

神舟號載人飛船

神舟10號載人飛船

第1章 神舟號簡介

神舟十號是我國的第十艘神舟系列飛船，與前兩艘神州八號和神州九號

相比，它是我國一艘載人空間對接飛船，按計劃它將與天宮一號目標飛行器

進行對接，如果對接成功，則表明我國已經基本掌握了空間飛行器交會對接

技術，將對后續的天宮二號即第二代空間實驗室的建設打下堅實的基礎。

【發射時間】預計在2012年

【任務實施】預計會有三名宇航員同時升空，任務時間5~20天。

【飛行器名稱】神舟十號

【飛行器生產國家】中國

【計劃發射時間】2012年

【發射項目】與神舟八號、神舟九號完成對接任務。

【發射成功意義】表明我國已經基本掌握了空間飛行器交會對接技術。

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神舟10號載人飛船

第2章 神舟號的結構系統

飛船由軌道艙、返回艙、推進艙和附加段組成，總長9530mm，總重

8470kg。飛船的手動控制功能和環境控制與生命保障分系統為航天員的安全

提供了保障。神州十號的結構系統，如圖2-1所示。

圖2-1 神舟號結構系統示意圖

2.1 軌道艙

軌道艙是飛船進入軌道后航天員工作、生活的場所。艙內儲備有食物、

飲水和大小便收集器、睡袋等生活裝置外，還有空間應用和科學試驗用的儀

器設備。

返回艙返回后，軌道艙相當于一顆對地觀察衛星或太空實驗室，它將繼

續留在軌道上工作半年左右。

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神舟10號載人飛船

2.2 返回艙

圖2-2 在著陸場

飛船的返回艙呈鐘形，有艙門與軌道艙相通。放回艙式飛船的指揮控制

中心，內設供3名航天員斜躺的座椅，共航天員起飛、上升和返回階段乘

坐。座椅前下方是儀表板、手控操縱手柄和光學瞄準鏡等，顯示飛船上個系

統機器設備的狀況。航天員通過這些儀表進行監視，并在必要時控制飛船上

系統機器設備的工作。返回艙均是密閉的艙段，內有環境控制和生命保障系

統，確保艙內充滿一個大氣壓力的氧氮混合氣體，并將溫度和濕度調節到人

體合適的范圍，確保航天員在整個飛行任務過程中的生命安全。

另外，艙內還安裝了供著陸用的主、備兩具降落傘。神舟好飛船的返回

艙側壁上開設了兩個圓形窗口，一個用于航天員觀測窗外的情景，另一個供

航天員操作光學瞄準鏡觀測地面駕駛飛船。返回艙的底座是金屬架層密封結

構，上面安裝了返回艙的儀器設備，該底座重量輕便，且十分堅固，在返回

艙返回地面進入大氣層時，保護返回艙不被炙熱的大氣燒毀。

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神舟10號載人飛船

2.3 推進艙

推進艙，圓柱形，內部裝載推進系統的發動機和推進劑，為飛船提供調

整姿態和軌道以及制動減速所需要的動力，還有電源、環境控制和通信等系

統的部分設備。

設備艙的尾部是飛船的推進系統。主推進系統由4個大型主發動機組

成，它們在推進艙的底部正中。在推進艙側裙內四周又分別布置了4對糾正

姿態用的小推進器，說它們小是和主推進器比，與其他輔助推進器比它們可

大很多。另外推進艙側裙外還有輔助用的小型推進器。

2.4 附加段

附加段也叫過渡段，是與另一艘飛船或中國空間站交會對接的對接機

構。

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神舟10號載人飛船

第3章 神舟號與“天宮“空間站對接

“天宮”空間站目標飛行器將在2011年底發射，實際上是空間實驗室的

實驗版，主體為短粗的圓柱型，直徑比神舟十號飛船更大，前后各有一個對

接口。采用兩艙構型，分別為實驗艙和資源艙，實驗艙由密封的前錐段、柱

段和后錐段組成，實驗艙前端安裝一個對接機構，以及交會對接測量和通信

設備，用于支持與飛船實現交會對接。資源艙為軌道機動提供動力，為飛行

提供能源。“神舟十號”是一艘搭載3名航天員的飛船，將與”天宮“號進行

有人和無人自動對接。

圖3-1 “天宮”號目標飛行器(左)與“神舟號”(右)對接的想象圖

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神舟10號載人飛船

第4章 神舟號的供電系統

“神舟”飛船采用了太陽電池陣為主的電源方案，將隨著“神舟”10號載人

飛船脫離運載火箭順利進入太空，展開后的太陽帆板就像是飛船長出了兩對

碩大的翅膀，通過將太陽能轉換成電能，來為飛船上的電器設備提供能源。

太陽能帆板

電源供給 電池

功率調理與

分配

有效載荷 CDHS AOCS ECLS

圖4-1供電系統的工作過程

“太陽帆板有供電和充電兩大功能，相當于一個小型發電站。飛船上備有

應急電源，但支持的時間有限，主要還是依靠太陽帆板提供電能。神舟10

號飛船上的太陽帆板采用了大量先進的復合材料，提高發電效能。

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神舟10號載人飛船

圖4-2 太陽帆板示意圖

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第5章 神舟號的推進系統

5.1 神舟號推進系統簡介

作為“神舟”號載人飛船關鍵之一的推進分系統、由推進艙、返回艙和

軌道艙3個獨立的推進子系統組成。其主要任務是：在正常飛行情況下，為

船箭分離后飛船的繼續飛行提供軌道機動、姿態控制、返回制動和再入控制

等所需的沖量；當飛船的軌道艙執行留軌利用任務時，為軌道艙的留軌飛行

提供軌道控制和姿態控制沖量；在發射段應急救生情況下，為逃逸的返回艙

提供再入控制動力；在發射段運載火箭拋掉整流罩后，當運載火箭或飛船出

現嚴重故障而逃逸救生時，還可為飛船逃逸的調姿、制動和著陸點控制或非

常入軌提供動力。推進分系統的研制不僅包括3個艙的推進子系統、而且包

括閥門控制驅動器、遙測變放器、管路溫控和控溫儀，以及基地的推進劑加

注和地面測試勤務等。

5.2 推進分系統設計

推進分系統是飛船的動力之源。如果該系統發生故障, 必將危及飛船的

飛行和航天員的安全, 因此其技術要求相當高。如在置信度0. 7 時, 要求可

靠度為0. 997 8, 安全性為0. 999 84, 保證一次故障正常飛行, 兩次故障安全

返回。為此, 研制中必須采用的新技術多且難度高, 如要求在0. 15g 沖擊下,

所有貯箱內推進劑的總晃動力不能大于5N。因此,整個分系統非常復雜, 僅

發動機就有五種52 臺之多, 其分布如圖4-1所示。

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神舟10號載人飛船

圖5-1 “神舟”號載人飛船推進分系統5 種發動機的分布

5.3 推進艙推進子系統

期望推力

控制器

傳

感

器

推進劑管理

能

量

火箭

推力

圖5-2 推進子系統的工作原理

從某一指定時刻所期望的推力輸出入手，推進系統控制器管理這些輸

入，明確發送給推進劑管理執行器的指令，控制推進劑的流量。在期望的狀

態下，綜合傳感器輸入的信息，執行推進劑管理和能量控制器的指令，推進

子系統產生系統的輸出——推力。

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神舟10號載人飛船

第6章 神舟號的制導、導航與控制系統

神舟10號飛船制導、導航與控制(GNC)分系統負責從發射到返回全過

程中飛船的控制任務。

圖6-1 神舟飛船變軌示意圖

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神舟10號載人飛船

第7章 神舟號測控與通信系統

在“神舟”飛船七大系統中，測控與通信至關重要。如果航天器好比是風

箏，測控站和分布在三大洋的遠洋測量船就是牽住風箏的那一根線，地面的

控制系統就像放風箏的人，測控與通信總體方案設計水平的高低，直接關系

著載人航天工程的成敗。

圖7-1 測控通信系統

當運載火箭發射和載人飛船上天飛行以及返回時，需要靠測控通信系統

保持天地之間的經常性聯系，完成飛船遙測參數和電視圖像的接收處理，對

飛船運行和軌道艙留軌工作的測控管理。這個測控通信系統由北京航天指揮

控制中心、陸上地面測控站和海上遠望號遠洋航天測量船隊組成，執行飛船

軌道測量、遙控、遙測、火箭安全控制，航天員逃逸控制任務額。

我國航天器測控系統已經形成了以西安衛星測控中心為中樞，以十多個

固定臺站、活動測控站和遠望號測量船為骨干的現代化綜合測控網。神舟

10號飛船測控系統使用S波段系統，通過同一套發射機和天線系統、接收

設備發送或接收遙測和遙控信號以及話音和電視信號。

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神舟10號載人飛船

第8章 運載火箭系統

神舟10號使用長征二號F火箭發射。火箭功能及性能滿足工程總體和

飛行任務要求；產品技術狀態受控，研制質量良好，出現的質量問題已經全

部歸零或有不影響飛行任務的明確結論；完成了規定的可靠性安全性項目試

驗，各項準備工作滿足載人航天飛行產品出廠放行準則的要求。

圖8-1 長征二號F火箭

選用長征2F運載火箭主要因為：

火箭的可靠性為0.7，安全性為0.97：0.7的可靠性就是說100次發射

里，只有3次火箭可能出現問題；0.97的安全性是指火箭出現1000次問題

里，可能有3次會危及航天員的生命安全。這是載人火箭的特性。一般的商

用火箭可靠性為0.1到0.3，沒有安全性要求。

火箭起飛重量為479噸：火箭加上飛船重量約44噸，其它的都是液體

推進劑。因此，火箭的90％都是液體，比人體含水量還大。水通常占人體

的60％到70％。

飛船重量為8噸多，占船箭組合體起飛重量的六十二分之一：要把一公

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神舟10號載人飛船

斤的東西送入軌道，火箭就得消耗62公斤。神舟六號飛船比神舟五號在重

量上有所增加，因此發射神六的火箭也重了不少。

火箭芯級直徑為3.5米：我國鐵軌軌距定為1.435米，按照這個軌距修

建的鐵路，能夠運輸的貨物最寬為3．72米，去掉車廂外殼，只剩下3.5

米。因此，用標準鐵路進行運輸的火箭最大直徑只能達到3.35米。

火箭入軌點速度為每秒7.5公里：這個速度是音速的22倍。

火箭軌道近地200公里，遠地350公里：地球半徑6400公里，火箭軌

道與地球的距離，為地球半徑的幾十分之一。

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神舟10號載人飛船

第9章 發射場系統

載人航天發射場的基本任務是，為運載火箭、飛船、有效載荷提供滿足

技術要求的轉載、總裝、測試及運輸設施；為航天員提供發射前的生活、醫

監、醫保和訓練設施；為載人飛船發射提供全套地面設施；組織、指揮、實

施載人飛船的測試、發射及飛行上升段的指揮、調度、監控、顯示和通信；

組織、指揮、實施待發段和上升段的應急救生；完成運載火箭上升段的跟蹤

測量和安全控制；為航天指揮控制中心提供有關參數和圖像；提供載人航天

發射區的后勤服務保障。

圖9-1 酒泉衛星發射中心載人航天發射場

神舟10號飛船發射場選用“酒泉衛星發射中心” 。

酒泉衛星發射中心又稱“東風航天城”，是中國科學衛星、技術試驗衛星

和運載火箭的發射試驗基地之一，是中國創建最早、規模最大的綜合型導

彈、衛星發射中心，也是中國目前唯一的載人航天發射場。隨著任務的變

化，發射場在神七任務中不僅要為艙外航天服提供測試環境和技術保障，還

要重新制定測試和發射流程，把艙外航天服與飛船的聯試、艙外航天服與火

箭的聯試等納入測試流程。

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神舟10號載人飛船

第10章 神舟號發射的意義

神舟號載人飛船是“神舟”號系列飛船之一，是中國首次發射的載人航天

飛行器與中國空間站對接的飛船，將運送3名航天員進入空間站執行任務，

表明我國已經基本掌握了空間飛行器交會對接技術。這次的成功發射標志著

中國成為繼前蘇聯（現由俄羅斯承繼）和美國之后，第三個有能力獨自將人

送上空間站的國家。這意味著中國已經進入世界最有分量的國家之一。這對

增強國威、增強軍威、振興中華都意義重大。

這一大快人心的消息，將激勵我們振興中華。我們國家的方針是科技興

國，軍隊倡導科技強軍。沒有強大的國防實力，沒有科技的發展，就不能有

效地保衛國家，發展自己，戰勝對手。

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