神舟載人飛船各大子系統(tǒng)及其工作原理

神舟號(hào)載人飛船

神舟10號(hào)載人飛船

第1章 神舟號(hào)簡(jiǎn)介

神舟十號(hào)是我國(guó)的第十艘神舟系列飛船，與前兩艘神州八號(hào)和神州九號(hào)

相比，它是我國(guó)一艘載人空間對(duì)接飛船，按計(jì)劃它將與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器

進(jìn)行對(duì)接，如果對(duì)接成功，則表明我國(guó)已經(jīng)基本掌握了空間飛行器交會(huì)對(duì)接

技術(shù)，將對(duì)后續(xù)的天宮二號(hào)即第二代空間實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【發(fā)射時(shí)間】預(yù)計(jì)在2012年

【任務(wù)實(shí)施】預(yù)計(jì)會(huì)有三名宇航員同時(shí)升空，任務(wù)時(shí)間5~20天。

【飛行器名稱】神舟十號(hào)

【飛行器生產(chǎn)國(guó)家】中國(guó)

【計(jì)劃發(fā)射時(shí)間】2012年

【發(fā)射項(xiàng)目】與神舟八號(hào)、神舟九號(hào)完成對(duì)接任務(wù)。

【發(fā)射成功意義】表明我國(guó)已經(jīng)基本掌握了空間飛行器交會(huì)對(duì)接技術(shù)。

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第2章 神舟號(hào)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

飛船由軌道艙、返回艙、推進(jìn)艙和附加段組成，總長(zhǎng)9530mm，總重

8470kg。飛船的手動(dòng)控制功能和環(huán)境控制與生命保障分系統(tǒng)為航天員的安全

提供了保障。神州十號(hào)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，如圖2-1所示。

圖2-1 神舟號(hào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖

2.1 軌道艙

軌道艙是飛船進(jìn)入軌道后航天員工作、生活的場(chǎng)所。艙內(nèi)儲(chǔ)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(yīng)用和科學(xué)試驗(yàn)用的儀

器設(shè)備。

返回艙返回后，軌道艙相當(dāng)于一顆對(duì)地觀察衛(wèi)星或太空實(shí)驗(yàn)室，它將繼

續(xù)留在軌道上工作半年左右。

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2.2 返回艙

圖2-2 在著陸場(chǎng)

飛船的返回艙呈鐘形，有艙門(mén)與軌道艙相通。放回艙式飛船的指揮控制

中心，內(nèi)設(shè)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(xué)瞄準(zhǔn)鏡等，顯示飛船上個(gè)系

統(tǒng)機(jī)器設(shè)備的狀況。航天員通過(guò)這些儀表進(jìn)行監(jiān)視，并在必要時(shí)控制飛船上

系統(tǒng)機(jī)器設(shè)備的工作。返回艙均是密閉的艙段，內(nèi)有環(huán)境控制和生命保障系

統(tǒng)，確保艙內(nèi)充滿一個(gè)大氣壓力的氧氮混合氣體，并將溫度和濕度調(diào)節(jié)到人

體合適的范圍，確保航天員在整個(gè)飛行任務(wù)過(guò)程中的生命安全。

另外，艙內(nèi)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(cè)壁上開(kāi)設(shè)了兩個(gè)圓形窗口，一個(gè)用于航天員觀測(cè)窗外的情景，另一個(gè)供

航天員操作光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡觀測(cè)地面駕駛飛船。返回艙的底座是金屬架層密封結(jié)

構(gòu)，上面安裝了返回艙的儀器設(shè)備，該底座重量輕便，且十分堅(jiān)固，在返回

艙返回地面進(jìn)入大氣層時(shí)，保護(hù)返回艙不被炙熱的大氣燒毀。

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2.3 推進(jìn)艙

推進(jìn)艙，圓柱形，內(nèi)部裝載推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)劑，為飛船提供調(diào)

整姿態(tài)和軌道以及制動(dòng)減速所需要的動(dòng)力，還有電源、環(huán)境控制和通信等系

統(tǒng)的部分設(shè)備。

設(shè)備艙的尾部是飛船的推進(jìn)系統(tǒng)。主推進(jìn)系統(tǒng)由4個(gè)大型主發(fā)動(dòng)機(jī)組

成，它們?cè)谕七M(jìn)艙的底部正中。在推進(jìn)艙側(cè)裙內(nèi)四周又分別布置了4對(duì)糾正

姿態(tài)用的小推進(jìn)器，說(shuō)它們小是和主推進(jìn)器比，與其他輔助推進(jìn)器比它們可

大很多。另外推進(jìn)艙側(cè)裙外還有輔助用的小型推進(jìn)器。

2.4 附加段

附加段也叫過(guò)渡段，是與另一艘飛船或中國(guó)空間站交會(huì)對(duì)接的對(duì)接機(jī)

構(gòu)。

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第3章 神舟號(hào)與“天宮“空間站對(duì)接

“天宮”空間站目標(biāo)飛行器將在2011年底發(fā)射，實(shí)際上是空間實(shí)驗(yàn)室的

實(shí)驗(yàn)版，主體為短粗的圓柱型，直徑比神舟十號(hào)飛船更大，前后各有一個(gè)對(duì)

接口。采用兩艙構(gòu)型，分別為實(shí)驗(yàn)艙和資源艙，實(shí)驗(yàn)艙由密封的前錐段、柱

段和后錐段組成，實(shí)驗(yàn)艙前端安裝一個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)，以及交會(huì)對(duì)接測(cè)量和通信

設(shè)備，用于支持與飛船實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接。資源艙為軌道機(jī)動(dòng)提供動(dòng)力，為飛行

提供能源。“神舟十號(hào)”是一艘搭載3名航天員的飛船，將與”天宮“號(hào)進(jìn)行

有人和無(wú)人自動(dòng)對(duì)接。

圖3-1 “天宮”號(hào)目標(biāo)飛行器(左)與“神舟號(hào)”(右)對(duì)接的想象圖

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第4章 神舟號(hào)的供電系統(tǒng)

“神舟”飛船采用了太陽(yáng)電池陣為主的電源方案，將隨著“神舟”10號(hào)載人

飛船脫離運(yùn)載火箭順利進(jìn)入太空，展開(kāi)后的太陽(yáng)帆板就像是飛船長(zhǎng)出了兩對(duì)

碩大的翅膀，通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，來(lái)為飛船上的電器設(shè)備提供能源。

太陽(yáng)能帆板

電源供給 電池

功率調(diào)理與

分配

有效載荷 CDHS AOCS ECLS

圖4-1供電系統(tǒng)的工作過(guò)程

“太陽(yáng)帆板有供電和充電兩大功能，相當(dāng)于一個(gè)小型發(fā)電站。飛船上備有

應(yīng)急電源，但支持的時(shí)間有限，主要還是依靠太陽(yáng)帆板提供電能。神舟10

號(hào)飛船上的太陽(yáng)帆板采用了大量先進(jìn)的復(fù)合材料，提高發(fā)電效能。

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圖4-2 太陽(yáng)帆板示意圖

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第5章 神舟號(hào)的推進(jìn)系統(tǒng)

5.1 神舟號(hào)推進(jìn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

作為“神舟”號(hào)載人飛船關(guān)鍵之一的推進(jìn)分系統(tǒng)、由推進(jìn)艙、返回艙和

軌道艙3個(gè)獨(dú)立的推進(jìn)子系統(tǒng)組成。其主要任務(wù)是：在正常飛行情況下，為

船箭分離后飛船的繼續(xù)飛行提供軌道機(jī)動(dòng)、姿態(tài)控制、返回制動(dòng)和再入控制

等所需的沖量；當(dāng)飛船的軌道艙執(zhí)行留軌利用任務(wù)時(shí)，為軌道艙的留軌飛行

提供軌道控制和姿態(tài)控制沖量；在發(fā)射段應(yīng)急救生情況下，為逃逸的返回艙

提供再入控制動(dòng)力；在發(fā)射段運(yùn)載火箭拋掉整流罩后，當(dāng)運(yùn)載火箭或飛船出

現(xiàn)嚴(yán)重故障而逃逸救生時(shí)，還可為飛船逃逸的調(diào)姿、制動(dòng)和著陸點(diǎn)控制或非

常入軌提供動(dòng)力。推進(jìn)分系統(tǒng)的研制不僅包括3個(gè)艙的推進(jìn)子系統(tǒng)、而且包

括閥門(mén)控制驅(qū)動(dòng)器、遙測(cè)變放器、管路溫控和控溫儀，以及基地的推進(jìn)劑加

注和地面測(cè)試勤務(wù)等。

5.2 推進(jìn)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

推進(jìn)分系統(tǒng)是飛船的動(dòng)力之源。如果該系統(tǒng)發(fā)生故障, 必將危及飛船的

飛行和航天員的安全, 因此其技術(shù)要求相當(dāng)高。如在置信度0. 7 時(shí), 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(shù)多且難度高, 如要求在0. 15g 沖擊下,

所有貯箱內(nèi)推進(jìn)劑的總晃動(dòng)力不能大于5N。因此,整個(gè)分系統(tǒng)非常復(fù)雜, 僅

發(fā)動(dòng)機(jī)就有五種52 臺(tái)之多, 其分布如圖4-1所示。

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圖5-1 “神舟”號(hào)載人飛船推進(jìn)分系統(tǒng)5 種發(fā)動(dòng)機(jī)的分布

5.3 推進(jìn)艙推進(jìn)子系統(tǒng)

期望推力

控制器

傳

感

器

推進(jìn)劑管理

能

量

火箭

推力

圖5-2 推進(jìn)子系統(tǒng)的工作原理

從某一指定時(shí)刻所期望的推力輸出入手，推進(jìn)系統(tǒng)控制器管理這些輸

入，明確發(fā)送給推進(jìn)劑管理執(zhí)行器的指令，控制推進(jìn)劑的流量。在期望的狀

態(tài)下，綜合傳感器輸入的信息，執(zhí)行推進(jìn)劑管理和能量控制器的指令，推進(jìn)

子系統(tǒng)產(chǎn)生系統(tǒng)的輸出——推力。

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第6章 神舟號(hào)的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)

神舟10號(hào)飛船制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制(GNC)分系統(tǒng)負(fù)責(zé)從發(fā)射到返回全過(guò)

程中飛船的控制任務(wù)。

圖6-1 神舟飛船變軌示意圖

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第7章 神舟號(hào)測(cè)控與通信系統(tǒng)

在“神舟”飛船七大系統(tǒng)中，測(cè)控與通信至關(guān)重要。如果航天器好比是風(fēng)

箏，測(cè)控站和分布在三大洋的遠(yuǎn)洋測(cè)量船就是牽住風(fēng)箏的那一根線，地面的

控制系統(tǒng)就像放風(fēng)箏的人，測(cè)控與通信總體方案設(shè)計(jì)水平的高低，直接關(guān)系

著載人航天工程的成敗。

圖7-1 測(cè)控通信系統(tǒng)

當(dāng)運(yùn)載火箭發(fā)射和載人飛船上天飛行以及返回時(shí)，需要靠測(cè)控通信系統(tǒng)

保持天地之間的經(jīng)常性聯(lián)系，完成飛船遙測(cè)參數(shù)和電視圖像的接收處理，對(duì)

飛船運(yùn)行和軌道艙留軌工作的測(cè)控管理。這個(gè)測(cè)控通信系統(tǒng)由北京航天指揮

控制中心、陸上地面測(cè)控站和海上遠(yuǎn)望號(hào)遠(yuǎn)洋航天測(cè)量船隊(duì)組成，執(zhí)行飛船

軌道測(cè)量、遙控、遙測(cè)、火箭安全控制，航天員逃逸控制任務(wù)額。

我國(guó)航天器測(cè)控系統(tǒng)已經(jīng)形成了以西安衛(wèi)星測(cè)控中心為中樞，以十多個(gè)

固定臺(tái)站、活動(dòng)測(cè)控站和遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)量船為骨干的現(xiàn)代化綜合測(cè)控網(wǎng)。神舟

10號(hào)飛船測(cè)控系統(tǒng)使用S波段系統(tǒng)，通過(guò)同一套發(fā)射機(jī)和天線系統(tǒng)、接收

設(shè)備發(fā)送或接收遙測(cè)和遙控信號(hào)以及話音和電視信號(hào)。

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神舟10號(hào)載人飛船

第8章 運(yùn)載火箭系統(tǒng)

神舟10號(hào)使用長(zhǎng)征二號(hào)F火箭發(fā)射。火箭功能及性能滿足工程總體和

飛行任務(wù)要求；產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)受控，研制質(zhì)量良好，出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)全

部歸零或有不影響飛行任務(wù)的明確結(jié)論；完成了規(guī)定的可靠性安全性項(xiàng)目試

驗(yàn)，各項(xiàng)準(zhǔn)備工作滿足載人航天飛行產(chǎn)品出廠放行準(zhǔn)則的要求。

圖8-1 長(zhǎng)征二號(hào)F火箭

選用長(zhǎng)征2F運(yùn)載火箭主要因?yàn)椋?/span>

火箭的可靠性為0.7，安全性為0.97：0.7的可靠性就是說(shuō)100次發(fā)射

里，只有3次火箭可能出現(xiàn)問(wèn)題；0.97的安全性是指火箭出現(xiàn)1000次問(wèn)題

里，可能有3次會(huì)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(méi)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(jìn)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(hào)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(hào)飛船比神舟五號(hào)在重

量上有所增加，因此發(fā)射神六的火箭也重了不少。

火箭芯級(jí)直徑為3.5米：我國(guó)鐵軌軌距定為1.435米，按照這個(gè)軌距修

建的鐵路，能夠運(yùn)輸?shù)呢浳镒顚挒?/span>3．72米，去掉車廂外殼，只剩下3.5

米。因此，用標(biāo)準(zhǔn)鐵路進(jìn)行運(yùn)輸?shù)幕鸺畲笾睆街荒苓_(dá)到3.35米。

火箭入軌點(diǎn)速度為每秒7.5公里：這個(gè)速度是音速的22倍。

火箭軌道近地200公里，遠(yuǎn)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(hào)載人飛船

第9章 發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)

載人航天發(fā)射場(chǎng)的基本任務(wù)是，為運(yùn)載火箭、飛船、有效載荷提供滿足

技術(shù)要求的轉(zhuǎn)載、總裝、測(cè)試及運(yùn)輸設(shè)施；為航天員提供發(fā)射前的生活、醫(yī)

監(jiān)、醫(yī)保和訓(xùn)練設(shè)施；為載人飛船發(fā)射提供全套地面設(shè)施；組織、指揮、實(shí)

施載人飛船的測(cè)試、發(fā)射及飛行上升段的指揮、調(diào)度、監(jiān)控、顯示和通信；

組織、指揮、實(shí)施待發(fā)段和上升段的應(yīng)急救生；完成運(yùn)載火箭上升段的跟蹤

測(cè)量和安全控制；為航天指揮控制中心提供有關(guān)參數(shù)和圖像；提供載人航天

發(fā)射區(qū)的后勤服務(wù)保障。

圖9-1 酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場(chǎng)

神舟10號(hào)飛船發(fā)射場(chǎng)選用“酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心” 。

酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心又稱“東風(fēng)航天城”，是中國(guó)科學(xué)衛(wèi)星、技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星

和運(yùn)載火箭的發(fā)射試驗(yàn)基地之一，是中國(guó)創(chuàng)建最早、規(guī)模最大的綜合型導(dǎo)

彈、衛(wèi)星發(fā)射中心，也是中國(guó)目前唯一的載人航天發(fā)射場(chǎng)。隨著任務(wù)的變

化，發(fā)射場(chǎng)在神七任務(wù)中不僅要為艙外航天服提供測(cè)試環(huán)境和技術(shù)保障，還

要重新制定測(cè)試和發(fā)射流程，把艙外航天服與飛船的聯(lián)試、艙外航天服與火

箭的聯(lián)試等納入測(cè)試流程。

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神舟10號(hào)載人飛船

第10章 神舟號(hào)發(fā)射的意義

神舟號(hào)載人飛船是“神舟”號(hào)系列飛船之一，是中國(guó)首次發(fā)射的載人航天

飛行器與中國(guó)空間站對(duì)接的飛船，將運(yùn)送3名航天員進(jìn)入空間站執(zhí)行任務(wù)，

表明我國(guó)已經(jīng)基本掌握了空間飛行器交會(huì)對(duì)接技術(shù)。這次的成功發(fā)射標(biāo)志著

中國(guó)成為繼前蘇聯(lián)（現(xiàn)由俄羅斯承繼）和美國(guó)之后，第三個(gè)有能力獨(dú)自將人

送上空間站的國(guó)家。這意味著中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入世界最有分量的國(guó)家之一。這對(duì)

增強(qiáng)國(guó)威、增強(qiáng)軍威、振興中華都意義重大。

這一大快人心的消息，將激勵(lì)我們振興中華。我們國(guó)家的方針是科技興

國(guó)，軍隊(duì)倡導(dǎo)科技強(qiáng)軍。沒(méi)有強(qiáng)大的國(guó)防實(shí)力，沒(méi)有科技的發(fā)展，就不能有

效地保衛(wèi)國(guó)家，發(fā)展自己，戰(zhàn)勝對(duì)手。

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