宇航員系統
航天員系統是載人航天工程的重要組成部分。與其他六個系統相比，它具有更大的特殊性。載人飛船工程與其他航天工程最重要的區別在於人類直接參與飛行。航天員系統是以航天員為中心的醫學與工程相結合的復雜系統，涉及航天生命科學、航天醫學工程等多個重要領域。航天員系統的任務是制定航天員選拔方案、內容和標準，選拔和培養能夠執行載人飛行任務的航天員；對航天員實施有效的醫學監督和醫療保障；與此同時，宇航服、食品、器皿等裝船項目的開發也完成了。
(1)關鍵選擇
載人飛船是壹種載人航天工具。由於飛船發射、運行和返回過程中獨特環境條件的復雜和惡劣，以及飛船本身的技術復雜性和發生故障的可能性和危險性，決定了飛船的飛行員——航天員不是壹般人能夠勝任的。
航天員首先要能適應火箭飛行和太空生活的惡劣條件，然後才能完成各種太空任務，所以對航天員的選拔和培養極其嚴格，甚至苛刻和苛刻。航天員是從工作性質相近的戰鬥機飛行員中選拔出來的，具有良好的身體和心理素質，受過良好的訓練，有相當的飛行經驗，願意投身於航天事業的人。
航天員的選拔在各國航天事業中都是極其重要的。這是壹個復雜的過程，挑選出來接受訓練的人員不壹定都能成為真正的宇航員。所以選拔的人員只能叫預備航天員或者實驗航天員。要成為預備宇航員或實驗宇航員，妳必須通過以下幾關:
首先是身體和心理素質的要求，臨床和住院檢查，生理和心理檢查。宇航員必須有健康的身體、敏銳的思維和堅強的性格。
鑒於太空生存的特殊要求，候補航天員必須進行詳細的醫學檢查。首先要研究所有的病歷，然後化驗血、尿、便，再檢查心電圖、胸電圖，研究胸腔、大腸、鼻竇、脊柱腰骶部、胃、食道、牙齒的x光照片。此外，眼科、前庭功能、心血管系統、肺活量等壹系列檢查也必不可少。在上面提到的身體條件中，心血管系統和中樞神經系統最為重要。
由於航天活動的特殊性，還要求航天員具備過硬的心理素質，包括其人格心理、人格氣質、智商水平、工作效率等。評估他們的適應能力、應急反應能力和特殊情況下的忍耐力，也是選拔航天員必不可少的壹環。候補航天員必須進行超重耐力、立位耐力、高低溫耐力、最大體力負荷耐力實驗，以及噪聲和振動實驗、完全隔離孤獨實驗。
其次，作為選拔出來的航天員，對他們的經歷、知識水平、知識結構的要求也是非常高的。他們至少應具有大學教育水平並能適應空間環境，他們能迅速掌握空間飛行器的操作。從上面可以看出，選拔壹名合格的預備航天員並不容易。“千軍易得，壹將難求。”這些人是從無數候選人中挑選出來的，各方面都是人群中的佼佼者。
選拔不易，訓練更難。在選拔的後備航天員中，經過艱苦嚴格的訓練、觀察、測試、考察，不斷淘汰壹部分人，只有完全符合航天員條件的人才能成為正式航天員。
(2)艱苦的訓練
那些新選拔出來的預備航天員，在剛剛感受到快樂的同時，開始了艱苦、枯燥甚至嚴酷的訓練生活。
我們普通人很難想象壹艘飛船有多少系統，每個系統有多少裝置，每個裝置有多少操作按鈕。但是，航天員要壹個壹個去理解，去掌握。我們也無法想象，從火箭起飛到太空飛行，再到返回艙在地面安全著陸，會經歷多少極其復雜、完全不同的過程，其中很多是地面上人們做夢都想不到的，需要航天員去了解它、感受它、掌握它；同時，航天員的太空之旅也不是普通乘客的觀光旅遊。他們要去工作了。為了完成復雜的空間操作，他們必須掌握所有相關知識。
由此可想而知，為了完成這麽多的任務，航天員要學習和掌握多少新的知識和理論，要在地面忍受多少惡劣的條件。
宇航員的訓練可分為壹般訓練和特殊訓練:
壹般訓練包括各種科學技術知識的理論學習，包括天文學、地質學、大氣物理學、力學、電子學、測控、飛行力學、氣象學、制導與導航理論、計算機理論、火箭技術基礎和航天醫學生物學。還要學習和掌握航天器的總體設計，包括航天器各系統的組成、系統的工作原理、可能出現的故障模式和對策；在飛船的生產和安裝過程中，還需要觀看飛船的生產、設備結構和安裝。
壹般訓練也包括體能訓練。比如體能，耐力，生存能力。
首先是體能訓練。壹般有大家熟悉的早操，球類，田徑，登山，遊泳，體育比賽。這種訓練是在醫護人員的監督下進行的，目的是增強體質，提高身體對各種突發因素的承受力。其中，登山運動是最有益的。它不僅可以訓練航天員的體質，還可以為航天員提供低氣壓和氧分壓、空氣溫度和濕度快速變化、紫外線和紅外線輻射的條件，從而提高機體對特殊因素的穩定性。
其次是飛行訓練和太空模擬訓練。太空飛行過程中對人類影響較大的外界因素很多，主要包括飛船上升和下降階段的超重、振動和噪聲，以及在軌飛行階段的失重、真空、輻射和寬溫差變化等。為了使宇航員熟悉和適應這些獨特的環境條件，人們在地面建立了壹系列模擬設備，如大型離心機、失重飛機、振動平臺、噪聲模擬器、變溫艙、變壓艙、輻射室等。航天員要在特殊設備上，在超重、失重、低氣壓、高低溫交替、振動、噪聲、沖擊、孤獨等環境中進行針對性訓練。
太空生活中最常見、必須長期忍受的就是失重，這也是宇航員的生活與正常人最不壹樣的地方，所以壹定要重點訓練。基礎訓練和專項訓練我們都會重點介紹，在介紹專項訓練的時候會詳細介紹失重訓練的具體情況。
此外，定期的飛行訓練可以保持宇航員的飛行技能，並進壹步提高宇航員在可能出現錯誤的情況下做出快速判斷和反應的能力。
除上述訓練外，還應進行必要的救生訓練。為了訓練航天員著陸後的自救能力，要在熱帶、沙漠、海上進行墜機著陸訓練。首先以講座的形式講解生存的概念，各種環境條件的特點和要素，然後進行生存方法的演示練習。最後，每種情況都要進行至少壹周的訓練，包括:如何走出機艙，如何呼救，無線電聯絡，定向，甚至覓食，搭帳篷等保證生存的工作。
專門訓練是針對特定航天器發射前1年的訓練。在特殊訓練之前，宇航員已經掌握了許多關於航天器的知識。這時候要對他們進行基本操作知識、操作技能、操作程序的培訓，還要進行航天員分組工作的培訓和航天生活方式的培訓。通過這種訓練，航天員可以掌握飛行計劃，熟練控制飛船完成預定任務，從而在太空中很好地生存。
這時，宇航員應該在專門的航天器模擬器中接受訓練。美國休斯敦載人航天中心、俄羅斯加加林航天中心都有完整的訓練模擬器。模擬器可以完整模擬航天器各系統、設備的工作狀態，模擬航天器的發射、運行、交會對接、返回制動、返回地球的各種過程和現象，使航天員能夠像真實飛行壹樣，完成壹次完整的飛行，做各種應該或可能要做的工作。
此外，模擬器還可以根據飛船的故障分析，模擬上百種故障。這種故意故障可以訓練航天員的分析判斷能力、故障排除能力和應變能力。經過這樣的訓練，宇航員在真正的太空飛行中遇到故障時，可以更好地完成任務，不至於手忙腳亂。
宇航員不得不接受可能在再次飛行時接受的環境訓練，比如飛船的熱真空試驗。實驗是在壹個可以抽真空的特殊容器中進行的。宇航員進入放置在真空模擬器中的航天器進行實驗，模擬高真空和溫度交替條件下的環境。
宇航員在太空中遇到的最常見、最長期的特殊情況就是失重，所以宇航員必須接受嚴格的失重訓練，並在起飛前再次接受這方面的長期訓練。
為了在地面上模擬太空失重狀態，人們想了很多辦法。起初，飛機的拋物線飛行被用於創造失重環境，但這種方法只能產生30秒的失重狀態。後來使用了落塔、落管等方法，但這些方法最多只能產生幾分鐘的失重環境。宇航員在太空中必須長時間處於失重狀態。為了訓練航天員對失重的適應能力，需要創造壹個長期失重的環境，讓航天員在這個環境下進行訓練。因此，美國人在馬歇爾航天中心研制了大型中性浮箱試驗裝置。
簡單來說，這個裝置就是壹個專門配制水的大罐，直徑23米，深度12米。將測試對象如壹艘飛行船放入水中，它靠水的浮力變成中性漂浮物來模擬零重力狀態。讓受訓的航天員穿上宇航服，在宇航服上適當配重後，他就失重了，這樣就可以進行長時間的模擬訓練。
除了技術訓練，太空模擬訓練還包括太空生活方式的訓練。太空生活和地面生活完全不同。宇航員進入太空前，必須生活在人造大氣中，並采取特殊的作息制度壹段時間。他們還必須學習如何在太空中吃食物、穿衣和睡覺等實際生活訓練。
經過以上在訓練中的選拔和淘汰，剩下的完全符合航天員要求的人才能成為真正的航天員。他們不僅要完全滿足各方面的嚴格要求，還要針對航天飛行的巨大危險性有勇敢的奉獻精神。可以說都是太空探索的勇士。正是因為他們勇敢的奉獻和探索的能力，人類在載人航天技術上取得了輝煌的進步，為人類征服宇宙和探索太空做出了巨大的貢獻。
(3)訓練中的危險
航天員的訓練不僅艱苦、要求高，有時還會面臨極度的危險，甚至死亡。
1967 65438+10月27日，有望實現首次載人飛行的阿波羅4號在美國肯尼迪飛行中心進行了地面測試。就在發射前，指揮艙突然起火。瞬間，飛船淹沒在壹片火海中，整個駕駛艙都是火焰和濃煙。飛船裏的三名宇航員只來得及說“救救我們”。
由於當時的艙門無法快速打開，雖然地面人員迅速趕到救援，但為時已晚，3名宇航員已經全部被活活燒死。
這三名宇航員是海軍少校羅傑·查菲，空軍中校·愛德華·懷特和空軍中校·格裏森，他參加過兩次太空活動。
經調查發現，事故是由於電路短路，引起電火花，引燃駕駛艙。
慘案發生後，美國國家航空航天局對載人飛船的結構進行了大改革，安裝了2~3秒就能快速打開的活動艙門，而不是過去需要90秒才能打開的舊艙門；金屬包皮用來代替以前的聚四氟乙烯包皮；不銹鋼導管用於取代以前的鋁導管；最重要的壹點是，駕駛艙後來開始充入與地面空氣成分相似的氣體，以取代之前的純氧。這些改革措施大大增強了飛船起飛時航天員的安全性。
阿波羅4號的事故使美國阿波羅的首次載人航天飛行推遲了1多年。直到1967和10，美國阿波羅7號才正式飛向太空。
為了紀念這三位在航天事業中英勇犧牲的宇航員，8月阿波羅1971登月艙登陸月球時，這兩位踏上月球表面的宇航員做的第壹件事就是把查菲、懷特和格裏森的骨灰撒在月球的土地上。他們生前沒有完成心願，死後就讓他們融入這片夢幻的土地吧！
“阿波羅15”的宇航員撒下白色等骨灰，在月球表面放置壹塊金屬板，上面刻著包括前蘇聯在內的截至當時所有為人類航天事業奉獻生命的宇航員的名字。人類永遠不會忘記這些敢於探索的先驅者。
只有通過如此艱苦的訓練，宇航員們必須犧牲自己的生命，他們才能成為完全合格的宇航員，有資格進入太空。但是，要想真正拿到通往太空的通行證，成為真正征服太空的勇士，光靠上面是不夠的，因為即使成為正式的宇航員，也不壹定意味著他們就能真正踏入宇宙，他們必須經過最後壹道關卡——上天前的選擇。
(4)最終選擇
前蘇聯宇航員加加林是世界上第壹個離開地球進入太空的人。他真的是壹個幸運兒。那麽是不是每個正式宇航員都足夠幸運去太空呢？當然不是。
為了保證載人航天任務的順利實施，在確定航天員時，壹般需要準備幾組候選人，至少要有兩組後備，即備用航天員。據說當年的加加林還只是候補航天員，太空行走還是很有戲劇性的！
因為前蘇聯的“東方”飛船決定壹次只登壹人，所以壹組有三個候選人，加加林是第三個也是最後壹個。巧合的是，第壹個航天員可能是緊張，晚上沒休息好。第二天發射前，他做最後壹次體檢時，發現血壓異常，心律不好。他被淘汰了，決定換第二個候選人。更巧的是，第二個宇航員可能壹直都很緊張。“萬壹第壹個失敗了，馬上就輪到我了。”我不禁多了幾分期待和興奮。而且這件事比較危險，心裏難免有點緊張和不安。所以我檢查身體的時候，沒有達到飛行的條件，被淘汰了。加加林的心態和前兩位不太壹樣。他覺得前面有兩個宇航員，都是從很多訓練員中選出來的。他們兩個都不合格，不太可能輪到他。所以他的心情很平和，心情很放松，飲食和休息都很舒服。壹測，壹切正常。當時他決定進入艙內，完成這個劃時代的任務，加加林的名字載入史冊。
從上面的故事可以說，加加林是歷史上的幸運兒，從中也可以看出飛行前心理素質的重要性。飛行前心態的調整是航天員進入太空前要過的最後壹道坎。
(5)醫療監管與安全
航天員制度不僅是選拔和培養航天員，也是對航天員實施有效的醫學監督和醫療保障。
宇航員的培養和訓練需要花費大量的金錢，所以宇航員是金子做的，他們的健康和生命極其重要。
航天員的整個訓練過程必須在醫務人員的監督下進行，以保證航天員的健康和生命安全。醫護人員還必須對航天員進行定期體檢，哪怕是航天員的壹點小病都不能忽視。
宇航員在太空中的健康是壹個不容忽視的大問題。載人宇宙飛船裝有遙測設備。這些設備除了向地面傳輸飛船的各種工程參數外，最重要的任務是隨時向地面傳輸航天員的生理參數，如血壓、心率、體溫、呼吸狀況等。同時，在航天員身體的典型部位安裝各種傳感器，觀察和監測航天員的身體健康狀況，以及在太空條件下工作時各種生理特征的變化和反應。這不僅是為了獲取人類在太空生活的壹些重要參數，也是為了考慮宇航員的健康和安全。航天員壹離開地面，地面醫護人員的心就緊張起來。他們隨時密切關註宇航員的每壹個變化。壹旦他們發現航天員有異常情況，就會立即聯系載人飛船。如果情況不嚴重，他們會指導宇航員自己治療。如果情況嚴重，他們會讓宇航員立即返回。
可以說，航天員從選拔開始到順利返回地球都是在醫務人員的掌控之下，能取得今天這樣的成績，醫務人員功不可沒。
(6)物流發展和供應
整個載人航天工程就像壹場巨大的戰役。俗話說“兵馬未動，糧草先行。”這恰恰說明了物流的重要性。
後勤部門主要負責宇航服、太空食品、太空用具的研制，這些都是直接關系到航天員在太空生活甚至生存的重要物品，每壹個細節都要考慮周全。
航天員在太空的飲食和生活用品會專門用壹章介紹。這裏將以美國首次登月的阿波羅11號宇航員所穿的宇航服來說明太空後勤的復雜性。
美國國家航空航天局專門為登月宇航員開發的宇航服每套價值30萬美元。由服裝、背包生命保障系統、應急氧氣儲備和天線裝置組成，總重93kg。看到這裏有人會出問題:宇航員穿著這麽重的宇航服能行走嗎？專家們已經非常清楚地考慮了這些事情。月球引力只有地球引力的1/6，這壹整套設備在月球上只有15？在5公斤的重量下，宇航員仍然可以像蒼蠅壹樣在裏面行走，這永遠不會影響他們的工作。這套宇航服由16層材料組成，既能保暖又能供氧，還能防止微隕石的攻擊。
宇航服上的頭盔與宇航服是分離的，使用時用金屬項圈與宇航服的頭頸相連。頭盔的外殼采用了非常堅固輕便的聚碳酸酯材料，可以有效防止比較大的撞擊。頭盔還設計了兩個面罩，可以保護宇航員的眼睛免受紫外線、紅外線和微小流星顆粒的傷害。
與航天服配套的手套也是特制的，外殼由特殊纖維制成，內層由隔熱材料制成，以避免宇航員的手在工作中接觸到極熱或極冷的物體時受傷。手套的指尖由矽橡膠制成，可以提高宇航員手指的靈敏度，這樣宇航員仍然可以帶著這種看似笨重的手套進行非常細致的工作。
與航天服配套的靴子制作也極其精細。壹個* *由21層隔熱材料制成，可以保證航天員在任何情況下都能在地面行走。
宇航服雖然很好，但畢竟不是很舒服。宇航員在飛船裏不能壹直戴著它。為此，除了太空中穿的宇航服，後勤部門的專家還為航天員量身定制了壹套飛行服，供他們在載人飛船生活區穿。這套飛行服采用特氟隆材料制成，非常輕便，隔熱性能好，適合航天員平時在生活艙內穿著。即使這樣的飛行服只穿在生活艙內，科學家們也沒有忘記在衣服上設計壹個特殊的口袋，裏面裝著宇航員在太空中遇到意外時的壹些必備物品。
從上面可以看出物流研究部是多麽的周到。正是因為他們細致周到的工作，宇航員才能在太空健康、安全、舒適地生活。這就是為什麽我們說後勤保障是載人航天不可或缺的壹部分。
航天器應用系統
航天器應用系統的主要任務是利用載人飛船開展眾多的空間實驗，在空間開展對地觀測和環境監測，開展材料科學、生命科學、空間天文和流體科學等方面的應用和實驗。
載人宇宙飛船系統
“神舟”載人飛船，完全由中國研制，是目前中國發射的最大的航天器，它的發射充分顯示了中國航天技術的實力。
下面介紹載人飛船系統的主要設備:
(1)航天器-整流罩保護層
這是飛船發射時必不可少的設備——整流罩。
就像我們在之前的發射中看到的，火箭發射的時候，我們實際上並沒有看到飛船是什麽樣子，只看到了壹個很大的蓋子。這個封面是什麽？有什麽用？我們看到的大兜帽叫做整流罩，它的作用是保護飛船。壹方面是因為飛船上有很多精致的裝置，比如飛船上的太陽能電池板、對地觀測的窗戶等，為了防止汙染，這些裝置在發射前都需要進行保護；另壹方面是為了防止飛船發射時的氣動加熱。
那麽，什麽是氣動加熱呢？火箭從發射臺起飛後，速度從零開始逐漸增加，在飛出大氣層前可以達到2~3 km/s的速度。如此高的速度會造成航天器與大氣層之間的強烈摩擦，並產生巨大的熱量。摩擦生熱的原理我們都知道，火箭發射過程中的這種摩擦生熱叫做氣動加熱。
火箭、飛船進入太空時，氣動加熱會使太陽能電池過熱，影響使用效果，甚至損壞太陽能電池，使載人飛船進入太空後沒有能量。還有，氣動加熱燒東西會汙染飛船的窗戶，影響飛船在太空的任務質量。
因此，為了保護飛船，使其能夠順利完成在太空中的任務，飛船在發射前被包裹在整流罩中，直到飛船飛出大氣層後整流罩才被扔掉。這個時候，載人飛船才暴露在太空的本來面目。
(2)宇宙飛船的三個部分
軌道艙位於飛船的前部，是飛船的重要模塊。軌道艙為密封結構，外形為兩端帶錐角的圓柱形。作為航天員的主要工作艙和生活艙，航天員在太空的主要活動都將在這裏進行，因此配備了完備的生活和工作設施。此外，在航天員太空活動期間，軌道艙還作為有效載荷試驗的實驗艙、交會對接試驗的對接目標、航天員艙外活動的氣閘艙和天地往返穿梭的貨艙。
除了上述功能，軌道艙還有壹個重要的功能，就是作為衛星的功能。當載人飛船完成軌道任務返回時，它沒有壹起回來。只有返回艙返回地面，另外兩個模塊留在軌道上。因此，軌道艙將繼續在軌道上工作，發揮衛星的作用。這是壹個非常巧妙的方法，既完成了太空任務，又帶著在太空中取得的成果返回地球，軌道艙回收利用，避免了不必要的浪費，真是壹舉多得的好事。
飛船中間的倒錐形就是返回艙。返回艙是密閉防熱結構，是航天員的駕駛艙。宇航員要靠它返回地球，所以對它的要求是最高的。它需要壹系列設施來保證宇航員的安全。
氣動加熱的問題之前講過，返回艙返回地面也會遇到這個問題。而且返回艙返回時以8 km/s的速度沖向地球，離地球越近，大氣密度越大，返回時的氣動加熱比發射時嚴重得多，所以會產生更多的熱量。但此時飛船沒有整流罩保護，要靠返回艙。因此，對返回艙的結構材料要求非常高，必須解決壹系列技術問題，使返回艙具有良好的隔熱、保溫性能，飛船不僅要在大氣層中燃燒，還要保證飛船內部溫度不超過壹定範圍，否則宇航員將前功盡棄。
氣動加熱的問題在航天史早期被稱為熱障，意思是氣動加熱是不可逾越的障礙。當然，隨著科技的發展，這個障礙早就被智慧人類跨越了。然而，氣動加熱問題仍然是現代航空航天工業中的壹個技術難點。目前世界上只有美國、俄羅斯和中國解決了這個問題。
推進艙位於飛船尾部，也是壹個圓柱體，而且因為宇航員不會進入這個艙，所以推進艙的結構是非密封的。它的底部是與火箭對接的對接面，艙體主要安裝飛船的動力裝置。推進艙的主要功能是儲存燃料，用於航天器的姿態控制、軌道維持、變軌和制動。
載人飛船在這三個艙內還配備了很多系統和設備，比如生命保障系統、通信系統、航天員生活設施等。
運載火箭系統
對於載人飛船的發射來說，火箭是極其重要的壹部分。載人飛船必須由火箭加速到壹定速度，送入預定軌道，才能繞地球飛行，遨遊太空。
“神舟”號載人飛船是用中國自行研制的“長征”系列運載火箭發射的。“長征”系列運載火箭多次在中國發射史上立下汗馬功勞，在世界運載火箭系列中也享有很高的聲譽。
“長征”系列運載火箭雖然優秀，但不能直接用來發射載人飛船。火箭發射載人飛船，航天員的安全指數要達到0？997以上，所以用原來的“長征”運載火箭發射載人飛船，可靠性還遠遠達不到要求。
為了達到航天員的安全指標，“長征”運載火箭不得不進行大量的適應性修改和設計，以提高火箭的可靠性和安全性。工程技術人員對長征運載火箭原有的火箭體結構、動力裝置系統、控制系統、遙測系統和外彈道測量系統進行了改造，提高了其可靠性，並額外增加了故障檢測系統和逃生救援系統，以提高航天員在上升階段的安全性。
安裝火箭故障檢測系統和逃逸救援系統是載人航天區別於其他航天器的壹個突出特點，是保障航天員安全的必備設施。
首先，發射載人飛船的火箭上必須有自動故障診斷系統，可以隨時監測火箭的各個部件和系統是否出現故障，並能立即識別故障的嚴重程度，判斷是否存在對航天員安全的威脅。壹旦發現嚴重事故，需要啟動逃逸救援系統，使逃逸飛行器迅速脫離火箭的所有機械、電路、氣路、液路，帶領航天員飛往安全區域。這壹系列動作往往只在毫秒之間。
飛船能否準確進入預定軌道，是飛船正常工作、準確返回的關鍵第壹步，而發射入軌主要是火箭的功勞。因此，“神舟”成功進入太空，“長征”火箭先行壹步。
發射場系統
(1)建立發射場的地理條件
雖然我國幅員遼闊，但航天發射場對地理條件的要求非常嚴格。要有適宜的地理位置和地形，良好的氣象和水資源，可靠的安全條件。不可能在任何地方建造發射場。在選擇載人飛船發射場的地址時，不僅要考慮發射其他飛船的條件，還要考慮參與飛行的人員的安全。