# 写在前面
49年前，1970年4月24日，东方红一号卫星顺利升空，东方红嘹亮的旋律传遍全球。“东方红一号”的发射成功标志着我国成为了世界上继苏联、美国、法国和日本之后第五个能够独立发射人造卫星的国家，虽然比第一个发射卫星的国家苏联晚了13年，但是“东方红一号”的各项技术指标都超过了前四个国家所发射的第一颗卫星，而其重量更是比它们之和还要大，这些都足以令国人感到自豪。
图——东方红一号卫星
这一切都应当归功于艰苦卓绝的两弹一星元勋以及无数无私奉献的工程师、设计师和一线工人师傅。然而，当时的他们可能并没有下考虑过载人航天的问题，毕竟，能把卫星送上天就行了，送人上去？还是“先把地球上的事搞好”吧。
足足33年之后，2003年10月15日，神舟五号搭载航天英雄杨利伟从酒泉卫星发射中心发射，次日返回，这也标志着中国成为继美苏之后第三个把人送入太空的国家。
图——航天英雄杨利伟
众所周知，载人航天必然是要比无人航天更难的，按照我国航天容错率标准，无人航天器的失误率允许有3%，而载人航天只能由3‰，载人飞船的失误率必须是两者的概率叠加，仅仅是0.00009，足见载人飞船的可靠性要求有多高，而载人飞船比卫星先进之处总结起来可以说是有7大技术和3大系统，本文就分别阐述这些技术和系统，与诸君共赏。
图——酒泉卫星发射中心
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# 7大技术
载人飞船从待发段、上升段、轨道运行段、再入段到着陆后等待回收的整个过程为航天员创造了一个能正常生活和有效工作的环境。这个环境能够满足航天员的医学和功效学要求，为此配备了载人飞船特有的系统；同时，座舱内还为航天员配备了个人必需的物品，并使航天员能与地面控制中心通话，向地面传输座舱内和航天员本人的电视图像。载人飞船最具有特点的技术有如下几个：
## 环境控制和生命保障技术
为保证航天员在太空生存和生活，载人飞船具备特有的环境控制和生命保障能力，保证航天员从进入座舱起到离开座舱的全任务期间，座舱内环境适合于航天员生存，保障他们在太空飞行的特殊环境下，安全地生活、正常地工作。为此，在载人飞船上设置了环境控制与生命保障系统。该系统包括以下基本功能模块：供氧调压、气体成分控制、通风净化、座舱内温湿度控制、水管理、食品管理、废弃物收集处理、航天服内循环、烟火监测与防火等。环境控制与生命保障系统包括两部分技术：一是座舱环境控制技术，二是生命保障技术。
载人飞船座舱环境控制技术主要是保证气体环境控制和座舱防火、防噪声和防辐射。气体环境控制主要包括气体总压控制、气体成分控制（包括有害气体的控制与排除）、气体温度控制和气体湿度控制。在轨道真空、恶劣温度的环境下，建立一个密封座舱来提供一个安全的环境。
载人飞船生命保障技术，主要为解决太空飞行条件下，特别是在轨道飞行的微重力条件下，航天员的进食、饮水和个人卫生所遇到的特殊困难，在座舱内配备各种生活支持设施和物资，保证航天员的正常生活。
图——神舟五号模型
## 仪表与照明技术
由于航天员的存在，载人飞船设置了仪表照明分系统。航天员自进入飞船座舱，在整个任务期间，除与地面指挥中心通话联系外，主要信息的获得都来自仪表系统。仪表系统介于航天员与控制过程之间，是为保障飞行过程安全可靠和支持航天员主动完成在轨飞行任务面设置的系统，其主体是对过程进行监视和控制的人一机接口功能，即：将过程状态信息以易于理解的方式传递给航天员，将飞船命令准确地传递给过程。此外，依任务需要，仪表系统还具有支持对过程进行直接控制功能、进行在轨管理功能。
仪表照明系统的主要功能：一是信息显示、报警和手控指令的接收；二是舱内舱外的照明。
图——航天英雄，欢迎回家
## 人工运动控制技术
人，由于其判断力、创造力和处置故障并维修的能力，在航天活动中有着许多不可替代的作用。发挥航天员的主观能动性，由航天员完成自动系统在某些特定条件下难以胜任的工作，是保障航天员自身安全不可忽视的途径。因此，在载人飞船中配备有支持人工操作和控制的设施，以保证一些重要的指令、动作和功能由航天员的操作和控制作为自动系统的备份或单独由航天员来完成。
载人飞船在自动系统失效的情况下，由航天员完成维修或接替自动系统进行控制，因而可以提高系统的可靠性。
图——杨利伟所穿的宇航服
## 应急救生技术
为了保证航天员的安全，载人飞船在重要任务阶段设置有独立的救生措施，配备了应急救生系统，在有故障或发生事故的情况下保证航天员的生命安全。载人飞船的应急救生系统与运载火箭的逃逸系统一起共同完成待发段、上升段、运行段全过程的救生任务。
按载人飞船不同高度和运载火箭不同的状态制定了近十种救生模式。为飞船在轨运行段制定了上百种故障模式和相应的故障对策，并制定了提前和推迟返回的飞行计划和程序，指控中心可以根据飞船的工作状态正确决定有利的返回时刻。由于在应急和故障情况下无法在预定的着陆场着陆和回收，除设有副着陆场外，在国内外陆地和海上设置了若干应急回收区，以保证返回舱着陆后航天员得到及时营救。
## 着陆缓冲技术
由于航天员的存在，着陆前必须进行缓冲以降低航天员经受的冲击。为了实现正常和故障情况下航天员承受的冲击载荷满足要求，载人飞船单独配置了着陆测高设备、着陆缓冲发动机、座椅缓冲器、座椅及束缚系统、座椅赋性垫，对密封大底结构进行了针对性设计。正常情况下，着陆缓冲发动机可将返回舱的降落速度降为2m/s以下，满足航天员冲击载荷要求。在发生发动机故障的情况下，利用结构大底、座椅缓冲器、座椅赋性垫的系统缓冲作用，降低各个方向的冲击，使航天员经受的冲击符合安全要求。
图——神舟五号回收舱
## 升力控制技术
为了提高返回舱的落点精度、保证落点调整能力和降低返回再入过载，载人飞船首次使用了不同于人造卫星的升力控制技术。在高精度导航的保障下，通过控制返回舱的倾侧角来改变作用在返回舱上的升力方向，达到减少气动阻力过载，改变飞行轨道并最终使返回舱在预定位置开的目的。
## 湿度控制技术
湿度问题是载人航天飞行的一个特有问题，而且在无人飞行试验中很难全面考核湿度控制功能。
载人密封舱的湿度控制采用了主动湿度控制和被动湿度控制两个系统共同完成。主动湿度控制系统工作由内外回路和冷凝干燥器完成；被动湿度控制系统作用由粘贴在密封舱内壁的空气吸湿材料和高效吸水复合材料实现。载人飞船待发段和上升段先由主动湿度控制系统工作，再由被动湿度控制系统工作；运行段主要由主动湿度控制系统工作，被动湿度控制系统作为补充手段；返回制动和再入段主要由被动湿度控制系统发挥作用。整个任务阶段，通过主动与被动控制措施的联合作用，可以保证密封舱的湿度满足航天员人体要求。
图——中国第一位女宇航员
# 3大系统
载人飞船由于航天员的特殊要求，以前人造卫星采用的各专业技术往往不能适应。载人飞船在应用卫星技术的基础上进行了发展和改进。采用新技术或突破新的技术关键。主要有以下几个系统：
## 制导、导航与控制（GNC）系统
截人飞船为了满足对落点精度、再入过载和再入时配平攻角的要求，在中国航天器研制历程中第一次采用了制导、导航与控制一体化系统。又由于飞船受到地面测控区的限制以及再入段存在无线电黑障区，要保证再入时的连续制导、导航与控制，必须不依赖地面测控系统，由飞船自主完成。升力控制技术可以达到减少气动限力过载，使返回舱在预定高度顺利开伞。准确的离轨控制是返回舱准确着陆的重要前提，离轨控制的关键在于准时启动制动发动机，以保证推进系统能提供精确的速度增量。
图——火箭发射
## 回收着陆系统
载人飞船的回收着陆系统，首先要保证航天员在着陆时所承受的冲击载荷符合航天医学标准。减少冲击载荷最有效的办法就是降低着陆速度。
飞船的回收着陆系统第一步用降落伞系统把乘坐航天员的返回舱由200m/s的速度降到7m/s左右，这个伞的面积为1200平方米（比回收几百千克载荷的返回式卫星的伞系统的面积大10倍）；第二步在距地面1m的高度再由缓冲发动机点火，使速度降到3.5m/s以下，以保证航天员的安全。
回收着陆系统不仅要能适应返回舱在正常返回条件下的要求，还要适应返回舱在应急返回和发射段各种逃逸救生状态下的要求。为此，该系统的控制计算机必须备有多种模式的工作程序，并能识别工作状态和调用所需工作程序的功能。同时采用“高度一时间”的控制方法。由“静压高度控制器”和“程控器”发出回收着陆程控指令。
图——航天舱返回地球模拟图
## 热控系统
人造卫星热控制系统的主要任务，是保证卫星的结构部件和仪器设备在太空环境下处于一个合适的温度范围内，以保证其正常工作，而载人飞船热控系统还必须保证航天员所需的密封舱温度、湿度、气体流动速度的要求，因此也导致了载人飞船与人造卫星热控制系统的不同，使其具有自身的一些特点。
由于需求的不同，对于人造卫星主要采用被动热控手段，辅助一些电加热和其他的主动热控手段。被动热控主要采用隔热材料、热控涂层、导热填料、热管等，它们的状态一旦确定，在轨道上无法进行调整，但可靠性较高。然而载人飞船主要采用主动热控手段，尤其是流体回路热控制技术。
图——天宫二号模拟图
为满足更高的可靠性与安全性要求，除以上提到载人飞船采用的新技术外，在可靠性与安全性总体设计上也不同于人造卫星。提高载人飞船的可靠性除采用传统的常规的降额、备份、冗余、容错等技术外，还必须要求各重要系统有自主故障诊断和系统重构功能，保证做到“一度故障正常运行，二度故障安全返回”。
除设计上采取极高可靠性与安全性的措施外，还对所有的设计进行了大量的地面试验验证，并发展了可靠性与安全性试验验证技术，所有的一切，都是为了保证宇航员能够安全回家。
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