水星飛船

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水星飛船（Mercury Crewed Spacecraft）是美國的第一型載人飛船。其從1958年到1963年共飛行29次，進行了多次亞軌道和近地軌道飛行任務，包括無人試飛、載動物試飛、載人飛行。

目錄

總體設計

水星飛船總體由5個部分組成：推進艙、返回艙、降落傘艙、天線艙、逃逸塔。美國很多載人飛船的返回艙直接暴露在火箭頂端，逃逸塔直接接在返回艙頂部，所以一般把逃逸塔算作飛船系統的一部分。這和中國的新一代載人飛船很相似。而中蘇各自研發的神舟載人飛船和聯盟號，逃逸塔位於整流罩頂部，不和飛船直接連接，一般把逃逸塔算作火箭的部分。除了防熱大底外，飛船絕大多數外表面（包括密封大底）使用René41，一種鎳合金，是一種吸熱式防熱材料。

水星飛船的組成部分

推進艙

現在的飛船推進艙（Propulsion module），除了提供推進外，還在軌道飛行段提供電力、熱控等服務，因此又叫服務艙（Service module)。這種叫法在美國比較流行，中國新一代載人飛船的推進艙也改名服務艙了。然而水星飛船的推進艙受發射重量限制，只是一個帶有6個固體火箭發動機的可分離小艙段，在美國一般稱為制動包(Retropack)。一共有3個較大的4.5千牛返回制動發動機和3個較小的1.8千牛分離火箭，間隔60度交替布置。在船箭分離時，分離火箭同時點火，工作1秒，使得飛船和火箭快速分離。返回制動發動機是冗餘的，只要一個點火成功就可以讓飛船順利返回。在返回制動時，3個發動機間隔5秒依次點火，以減小過載。所有火箭發動機的噴管都向外傾斜，可以使推力矢量過飛船質心，在不對稱點火時就不會使飛船姿態發散。此外，還有3條金屬綁帶連接推進艙和返回艙。在返回制動結束後，綁帶和返回艙連接處可以斷開，使推進艙和返回艙分離。

水星飛船推進艙

返回艙

返回艙（Re-entry module）或者乘員艙（Crew Compartment）是一個台體-球殼大底外形的艙段。返回艙里有一個航天員座椅，形狀和航天員身體貼合，背朝大底。航天員在飛行時用束縛帶固定，坐在座椅上。座椅下方和密封大底之間主要安裝了環控生保分系統的設備，主要的任務是保證艙內氧氣壓力、吸收二氧化碳和水蒸氣、保持適宜溫度、收集尿液。除此外還有部分通信設備、滾動控制RCS推進器和RCS用的高濃度過氧化氫貯箱。密封大底下方是防熱大底。防熱大底有鈹合金吸熱式和多層玻璃纖維-單層鋁蜂窩燒蝕式兩種方案。受限於吸熱式防熱大底性能和當時全美國微不足道的鈹合金產量（就只有一家小工廠），後者最終被選用。防熱大底和密封大底之間有一個可以摺疊的緩衝裙，在着陸前不久可以由防熱大底重力展開，內部充氣，減少着陸的衝擊。這實際上就是後來很多飛船使用的緩衝氣囊的最早形態。

水星飛船緩衝裙

航天員座椅上方主要是一些儀表、控制設備，也包括一些諸如氦氣瓶的設備。整個飛船一共120個控制裝置，包括55個開關、30根保險絲、35個機械槓桿。儀錶板上顯示一些對飛行至關重要的信息，諸如船下點、軌道根數等。儀錶板上還有一個潛望鏡窗口，潛望鏡可以360度旋轉，可以作為目視參考。飛船上部的儀錶板兩側艙壁還分別有一塊舷窗，也可以用來作為定向的目視參考。儀錶板旁邊有一個控制手柄組件，可以控制飛船姿態。由於質量受限，水星飛船沒能攜帶液體的軌控發動機上天，這導致飛船不能自由地進行軌道機動。

水星飛船的控制手柄組件

飛船沒有安裝數字計算機。模擬電路只能進行簡單的對地定向、逃逸等操作。返回制動時機必須由地面計算，再通過測控站發出指令，由飛船自動系統或者航天員手動執行。這很不方便。

降落傘艙

降落傘艙是一個圓柱形艙段，安裝在返回艙上端。內部裝有兩個主傘，使用冷備份。主傘必須要用引導傘拉開。

天線艙

天線艙是一個錐度很小的圓台形艙段，安裝在降落傘艙頂部。艙內有一個引導傘、天線組件和地球敏感器。此外，艙外有可以打開的減速板，用於出黑障區後，速度不很快時減速，也可以增大空氣阻力，提高天線艙分離的可靠性。在開傘高度，天線艙會分離，拉出引導傘。

逃逸塔

逃逸塔(Escape tower)，也叫發射逃逸系統(Launch Esacpe System,LES)是一個桁架結構，底端和天線艙底部連接，頂端有一個固體火箭發動機機組，包括逃逸發動機和逃逸分離發動機。逃逸發動機有3個噴口，能產生231千牛的總推力，持續工作38秒；逃逸分離發動機推力3.6千牛，工作時間1.5秒。在危險事件（也常稱為致命故障）發生時，由航天員、地面人員或者飛船自身實施逃逸。首先進行船箭分離，點燃逃逸發動機，將飛船返回艙快速從火箭附近拉開。逃逸發動機熄火後，天線器艙和飛船解鎖，逃逸塔點燃逃逸分離發動機，從天線艙中拉出引導傘。接下來，飛船按照正常的着陸程序，打開主傘，安全着陸。

研發歷史

1958年10月7日，NASA的首位領導人基思·格萊南批准了水星計劃，12月17日，正式對外宣布。

12月29日，北美航空工業公司被授權開發小喬1號火箭做測試飛行之用。1959年1月，麥克唐納飛行器公司被選為水星飛船的主承包商，到2月，飛船的數量確定為12艘。4月，7名宇航員（即水星計劃7人）被選中參加水星計劃。

1959年5月，北美航空公司交付了第一批兩枚小喬1號火箭，6月，又交付首批小喬2號火箭。7月，原定的採用PGM-19木星火箭被取消，取而代之使用宇宙神火箭。10月，通用電氣交付給麥克唐納燒蝕式防熱大底，安裝在第一艘水星飛船上。12月，水星-紅石1號已經安裝在陸軍彈道導彈局的測試台準備靜態測試。

1960年1月，NASA於西電公司簽下水星地面測控系統的合同，合同價值3300萬美元。同在1月，麥克唐納交付了第一批定型的水星飛船，離簽署合同不到一年。2月12日，克里斯托弗·克拉夫特上任主持水星的管理協調工作。4月，第一艘飛船被運往瓦勒普斯島的試驗基地做逃逸塔測試。5月9日，試驗圓滿完成。

發射

水星飛船若進行亞軌道發射，早期測試用小喬1號火箭（主要測試逃逸塔），後期試飛多用紅石號運載火箭（參見水星-紅石發射裝置）。