物理学和载人航天论文?

载人航天是一项集国家政治、军事、科技力量于一体的高难度系统工程。要真正把人送上太空,甚至让人在太空长期生活,必须突破三个技术难题。

第一个问题是开发一种推力足够大、可靠性极好的飞行器。前苏联发射东方号、阿森松号、联盟号等载人飞船使用的运载火箭都是运载能力在5吨以上的优秀运载工具,发射过程中很少发生事故。为了确保发射万无一失,运载火箭和飞船的关键部件必须是双背或三背的。发射前,火箭和飞船必须经过一系列极其严格的地面测试和模拟飞行,直到不存在任何隐患。据记载,苏联/俄罗斯发射载人飞船近百次,航天员在运载火箭出现问题时使用逃逸塔救生设备的次数只有1次。在美国航天飞机的近100次飞行中,只有挑战者号在灾难性事故中爆炸。难怪有专家说,由于对可靠性的强调,其实相对于航海、航空和陆地交通,航天器活动的安全记录是最好的。

第二个问题是获得足够的空间环境对人体影响的信息,了解人体能够承受的极限条件,找到防护措施。

太空环境与陆地环境有很大不同。太空中是高真空,没有氧气和水。在没有任何防护的情况下,人体会在不到一分钟的时间内由于体内外巨大的压力差而爆炸,体液会迅速沸腾汽化。太空中温差很大。因为没有空气对流,飞船的晨面温度可以达到100℃以上,而影面温度会在-100℃以下。在远离地球的深层空气中,温度会达到人体根本无法忍受的-273℃。太空也充满了有害的宇宙辐射。此外,太空中的失重环境,尤其是飞船上升和返回阶段的加速和减速,会使人体出现平衡功能紊乱、体内组织移位、肌肉萎缩、骨骼脱钙等疾病。

为了保证人在这种环境下的生存,需要研制一种密封的防辐射航天器,要配备空气、水、温度等基本的生命保障条件,供人正常生活。同时,航天员要配备宇航服。一旦宇航员想要走出驾驶舱,在太空中工作,所有的生命支持系统都将由宇航服提供。

在近40年的载人航天实践中,苏联/俄罗斯先后研制了东方号、阿森松号和联盟号三代载人飞船。美国也成功使用了三代载人飞船,分别是水星号、双子座号和阿波罗号,以及航天飞机。截至4月底,世界上已有727名宇航员乘坐这些航天器成功进入太空。

第三个问题是可靠的救生技术和安全返回技术。载人航天和无人航天最大的区别在于救生技术的应用和安全返回的绝对可靠性。

载人航天的救生装置包括弹射座椅、逃生塔、分离驾驶舱和载人移动装置。它们在不同的飞行高度发挥各自的作用。

一般来说,飞行高度在10公里左右时,航天员可以利用弹射座椅弹射出危险的航天器,跳伞救人。也可以启动逃逸塔,让逃逸塔拉动飞船摆脱故障火箭,终身着陆。如果火箭在高空出现问题,航天员无法跳伞,逃逸塔已经按照飞行程序扔掉,唯一的办法就是分离飞船驾驶舱,让它起死回生。一旦飞船在轨,一旦损坏或者宇航员生病需要救援,那么唯一的救命方法就是暂时使用船上的救生装置,在地面等待飞船发射。

飞船安全返回不容易。它需要启动减速、调整姿态、进入返回轨道的技术,要过三道“鬼门关”:一是过载屏障,飞船高速进入稠密大气层会造成巨大的冲击过载,就像飞机撞山一样;二是火焰熄灭,飞船与空气的剧烈摩擦会产生上千度的高温。没有保护,钢筋铁骨也会化为灰烬;第三是冲击屏障。虽然飞船带着降落伞着陆,但其着陆速度仍然达到了每秒14米。如果不采取措施,即使是强壮的人也会被杀死。此外,落点的准确性也是一个大问题。前苏联的一艘飞船返回时,着陆点出现偏差。结果救援人员找不到宇航员,宇航员却被困在冰冻的森林里,差点冻死。

尽管载人航天困难重重,但人类正在一步步掌握其规律。中国航天科学家有能力解决三大难题,中国载人航天工程蓄势待发。