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水星飞船

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'''水星飞船'''(Mercury Crewed Spacecraft)是美国的第一型 [[ 载人飞船 ]] 。其从1958年到1963年共飞行29次,进行了多次亚轨道<ref>[https://www.sohu.com/a/825590571_121909809 中国更先进的亚轨道轰炸机已成功! ],搜狐,2024-11-25 </ref>和 [[ 近地轨道 ]] 飞行任务,包括无人试飞、载动物试飞、载人飞行。
==总体设计==
水星飞船总体由5个部分组成: [[ 推进舱 ]] 、返回舱、降落伞舱、天线舱、逃逸塔。美国很多载人飞船的返回舱直接暴露在火箭顶端,逃逸塔直接接在返回舱顶部,所以一般把逃逸塔算作飞船系统的一部分。这和中国的新一代载人飞船很相似。而中苏各自研发的神舟载人飞船和联盟号,逃逸塔位于整流罩顶部,不和飞船直接连接,一般把逃逸塔算作 [[ 火箭 ]] 的部分。除了防热大底外,飞船绝大多数外表面(包括密封大底)使用René41,一种镍合金,是一种吸热式防热材料。
==水星飞船的组成部分==
===推进舱===
现在的 [[ 飞船 ]] 推进舱(Propulsion module),除了提供推进外,还在轨道飞行段提供电力、热控等服务<ref>[https://www.sohu.com/a/344408122_120225018 职场人生 || 服务是什么?什么叫服务到位? ],搜狐,2019-09-30 </ref>,因此又叫服务舱(Service module)。这种叫法在美国比较流行,中国新一代载人飞船的推进舱也改名服务舱了。然而水星飞船的推进舱受发射重量限制,只是一个带有6个 [[ 固体火箭发动机 ]] 的可分离小舱段,在美国一般称为制动包(Retropack)。一共有3个较大的4.5千牛返回制动发动机和3个较小的1.8千牛分离火箭,间隔60度交替布置。在船箭分离时,分离火箭同时点火,工作1秒,使得飞船和火箭快速分离。返回制动 [[ 发动机 ]] 是冗余的,只要一个点火成功就可以让飞船顺利返回。在返回制动时,3个发动机间隔5秒依次点火,以减小过载。所有火箭发动机的喷管都向外倾斜,可以使推力矢量过飞船质心,在不对称点火时就不会使飞船姿态发散。此外,还有3条金属绑带连接推进舱和返回舱。在返回制动结束后,绑带和返回舱连接处可以断开,使推进舱和返回舱分离。
==水星飞船推进舱==
===返回舱===
[[ 返回舱 ]] (Re-entry module)或者乘员舱(Crew Compartment)是一个台体-球壳大底外形的舱段。返回舱里有一个航天员座椅,形状和航天员身体贴合,背朝大底。航天员在飞行时用束缚带固定,坐在座椅上。座椅下方和密封大底之间主要安装了环控生保分系统的设备,主要的任务是保证舱内氧气压力、吸收二氧化碳和水蒸气、保持适宜 [[ 温度 ]] 、收集尿液。除此外还有部分通信设备、滚动控制RCS推进器和RCS用的高浓度过氧化氢贮箱。密封大底下方是防热大底。防热大底有铍合金吸热式和多层玻璃纤维-单层铝蜂窝烧蚀式两种方案。受限于吸热式防热大底性能和当时全 [[ 美国 ]] 微不足道的铍合金产量(就只有一家小工厂),后者最终被选用。防热大底和密封大底之间有一个可以折叠的缓冲裙,在着陆前不久可以由防热大底重力展开,内部充气,减少着陆的冲击。这实际上就是后来很多飞船使用的缓冲气囊的最早形态。
===水星飞船缓冲裙===
航天员座椅上方主要是一些 [[ 仪表 ]] 、控制设备,也包括一些诸如氦气瓶的设备。整个飞船一共120个控制装置,包括55个开关、30根保险丝、35个机械杠杆。仪表板上显示一些对飞行至关重要的信息,诸如船下点、轨道根数等。仪表板上还有一个潜望镜窗口, [[ 潜望镜 ]] 可以360度旋转,可以作为目视参考。飞船上部的仪表板两侧舱壁还分别有一块舷窗,也可以用来作为定向的目视参考。仪表板旁边有一个控制手柄组件,可以控制飞船姿态。由于质量受限,水星飞船没能携带 [[ 液体 ]] 的轨控发动机上天,这导致飞船不能自由地进行轨道机动。
==水星飞船的控制手柄组件==
飞船没有安装数字 [[ 计算机 ]] 。模拟电路只能进行简单的对地定向、逃逸等操作。返回制动时机必须由地面计算,再通过测控站发出指令,由飞船自动系统或者航天员手动执行。这很不 [[ 方便 ]]
===降落伞舱===
降落伞舱是一个 [[ 圆柱形 ]] 舱段,安装在返回舱上端。内部装有两个主伞,使用冷备份。主伞必须要用引导伞拉开。
===天线舱===
天线舱是一个锥度很小的圆台形舱段, [[ 安装 ]] 在降落伞舱顶部。舱内有一个引导伞、天线组件和地球敏感器。此外,舱外有可以打开的减速板,用于出黑障区后,速度不很快时减速,也可以增大 [[ 空气 ]] 阻力,提高天线舱分离的可靠性。在开伞高度,天线舱会分离,拉出引导伞。
===逃逸塔===
逃逸塔(Escape tower),也叫发射逃逸系统(Launch Esacpe System,LES)是一个桁架结构,底端和天线舱底部连接,顶端有一个固体火箭发动机机组,包括逃逸发动机和逃逸分离发动机。逃逸发动机有3个喷口,能 [[ 生231 生]]231 千牛的总推力,持续工作38秒;逃逸分离发动机推力3.6千牛,工作时间1.5秒。在危险事件(也常称为致命故障)发生时,由 [[ 航天员 ]] 、地面人员或者飞船自身实施逃逸。首先进行船箭分离,点燃逃逸发动机,将飞船返回舱快速从火箭附近拉开。逃逸发动机熄火后,天线器舱和飞船解锁,逃逸塔点燃逃逸分离发动机,从天线舱中拉出引导伞。接下来,飞船按照正常的着陆程序,打开主伞,安全着陆。
===研发历史===
1958年10月7日,NASA的首位领导人基思·格莱南批准了 [[ 水星 ]] 计划,12月17日,正式对外宣布。
12月29日,北美航空工业公司被授权开发小乔1号火箭做测试飞行之用。1959年1月,麦克唐纳飞行器公司被选为水星飞船的主承包商,到2月,飞船的数量确定为12艘。4月,7名 [[ 宇航员 ]] (即水星计划7人)被选中参加水星计划。
1959年5月,北美 [[ 航空公司 ]] 交付了第一批两枚小乔1号火箭,6月,又交付首批小乔2号火箭。7月,原定的采用PGM-19木星火箭被取消,取而代之使用宇宙神火箭。10月,通用电气交付给麦克唐纳烧蚀式防热大底,安装在第一艘水星飞船上。12月,水星-红石1号已经安装在陆军弹道导弹局的测试台准备静态测试。
1960年1月,NASA于西电公司签下水星地面测控 [[ 系统 ]] 的合同,合同价值3300万美元。同在1月,麦克唐纳交付了第一批定型的水星飞船,离签署合同不到一年。2月12日,克里斯托弗·克拉夫特上任主持水星的管理协调工作。4月,第一艘飞船被运往瓦勒普斯岛的试验基地做逃逸塔测试。5月9日,试验圆满完成。
===发射===
水星飞船若进行亚轨道发射,早期测试用小乔1号 [[ 火箭 ]] (主要测试逃逸塔),后期试飞多用红石号运载火箭(参见水星-红石发射装置)。
==参考文献==
[[Category:320 天文學總論]]
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