Las naves espaciales tripuladas por satélite desarrolladas con éxito por Estados Unidos incluyen Mercury, Gemini y Skylab. Según el orden de desarrollo, los usos principales y el nivel técnico, los tres tipos de naves espaciales tripuladas por satélite mencionados pertenecen a la tercera generación.
La nave espacial tripulada Mercury es la nave espacial tripulada de primera generación de Estados Unidos y la nave espacial tripulada más ligera del mundo hasta el momento. Se utiliza principalmente para verificar la viabilidad de los vuelos espaciales tripulados en un corto período de tiempo (unos pocos días). Su desarrollo comenzó en 1958 y sólo puede transportar un astronauta. La nave espacial tiene un peso de despegue de 1 a 1,83 toneladas (principalmente 1,35 toneladas), un tiempo de vuelo diseñado de hasta 2 días y está compuesta por una cabina de paracaídas y una cabina de mando. La cabina (cabina de regreso) es cónica, con un diámetro de fondo de 1,83 m, una altura de 2,9 m y un volumen de cabina sellada de 1,43 m3 (de los cuales el volumen habitable es de 1,02 m3). La nave espacial Mercurio regresó a la Tierra por medios balísticos. Esto se debe a que la nave espacial tiene una forma simple, es un cuerpo giratorio con simetría de eje romo y tiene una relación elevación-arrastre de cero. La relación de elevación a resistencia es la relación de elevación a resistencia. Cuando una nave espacial con una relación elevación-arrastre nula se mueve en la atmósfera, solo genera resistencia y no genera sustentación. Después de entrar en la atmósfera, sigue un camino balístico de regreso a la Tierra. Soporta una gran sobrecarga aerodinámica y la desviación del punto de aterrizaje después del regreso también es grande. Las primeras naves espaciales "Vostok" de la antigua Unión Soviética también adoptaron esta trayectoria de retorno balístico.
La nave espacial Mercury realizó cuatro vuelos espaciales tripulados desde febrero de 1962 hasta mayo de 1963. La duración mínima de cada vuelo es de aproximadamente 5 horas y la duración máxima es de aproximadamente 34 horas. Entre ellos, el sistema de control automático falló durante el primer vuelo, y los astronautas controlaron manualmente el regreso a tierra durante el segundo regreso, debido a un error operativo de los astronautas, el punto de aterrizaje estaba a 400 kilómetros de la posición programada; durante el tercer vuelo, el traje espacial falló y los astronautas regresaron a tierra manualmente. Esto provocó que la temperatura aumentara durante el cuarto regreso, el sistema de control automático falló y los astronautas cambiaron al control manual.
Antes del vuelo espacial tripulado Mercury, se realizaron un total de 6 vuelos suborbitales no tripulados desde el 11 de junio de 1960 al 1 de abril de 1961, de los cuales 4 tuvieron éxito y 1 fracasó por un fallo del lanzamiento. sistema de control del vehículo Capaz de ingresar al vuelo suborbital, 1 no pudo ingresar al vuelo suborbital. De mayo a julio de 1961 se realizaron dos vuelos suborbitales tripulados, el segundo de los cuales regresó y amerizó por falla en la cabina. De septiembre de 1961 a septiembre de 2011 se realizaron dos vuelos orbitales no tripulados, de los cuales el primero fue la primera vez; llevaba un muñeco y la segunda vez llevaba un chimpancé.
La nave espacial tripulada Gemini es la segunda generación de la nave espacial tripulada de los Estados Unidos. Se utiliza principalmente para probar las tecnologías requeridas por la nave espacial tripulada Apolo para completar la misión de alunizaje (incluida la tecnología para que los astronautas vivan). y trabajo en órbita durante 15 días, La tecnología de encuentro y acoplamiento de dos naves espaciales en órbita, la tecnología de las naves espaciales que cambian de órbita y la tecnología de las actividades extravehiculares de los astronautas). El trabajo de desarrollo comenzó en 65, 438+09, 665, 438+0 y puede llevar 2. La nave espacial tiene un peso de despegue de 3,2 a 3,8 toneladas y consta de una cabina de mando y una cabina de equipamiento. La cabina está dividida en dos partes: sellada y no sellada. Pesa entre 1,8 y 2,4 toneladas, tiene forma de cono truncado, un diámetro inferior de 2,3 metros, un diámetro superior de 1 metro y una altura de 1,9 metros. La cabina tiene un volumen de 2,35 metros cúbicos (incluido un volumen habitable de 1,56 metros cúbicos). La cabina de equipamiento se divide en cabina superior y cabina inferior. Los cuatro motores de freno están instalados principalmente en el compartimento superior, y el compartimento inferior contiene motores de motor orbital y su combustible, equipos de comunicación, pilas de combustible, etc. La nave espacial Gemini regresa a la Tierra mediante el método de elevación balística. Su relación elevación-resistencia es mayor que cero y menor que 0,5. Cuando se mueve en la atmósfera, no solo genera resistencia, sino que también tiene una cierta sustentación. Puede controlar la dirección de la sustentación, cambiar la trayectoria de vuelo y ajustar la distancia de aterrizaje. Este tipo de órbita controlable con muy poca sustentación también se denomina órbita semibalística.
La nave espacial tripulada Gemini voló desde marzo de 1965 hasta octubre de 1966** Cada vuelo duró unas 5 horas y el más largo fue de unos 14 días. Entre los 10 vuelos tripulados en órbita, el segundo (en junio de 1965) fue la primera vez que los astronautas estadounidenses salieron de la cabina. Un astronauta salió de la cabina y realizó un vuelo de maniobras con un aparato a reacción durante 21 minutos. . La cuarta y quinta vez (tiempo: 1965:65438+2 meses), dos naves espaciales volaron en formación. Se llevaron a cabo las pruebas de encuentro y acoplamiento entre la nave espacial y la etapa superior del vehículo de lanzamiento sexta, séptima, octava, novena y décima.
Entre ellos, el sexto encuentro y atraque tuvo que regresar de emergencia debido a un error operativo, el séptimo atraque falló debido a una falla del cohete, y solo se logró el octavo vuelo de encuentro, y se lograron los atraques noveno y décimo. La nave espacial "Gemini" realizó un total de cinco actividades extravehiculares de astronautas de aproximadamente 12 horas.
Antes del vuelo espacial tripulado de la nave espacial Gemini, se realizaron tres pruebas de lanzamiento no tripulado desde abril de 1964 hasta junio de 1965. Entre ellos, el segundo lanzamiento fue cancelado debido a un mal funcionamiento del vehículo de lanzamiento después del encendido y una parada de emergencia.
La nave espacial tripulada Skylab (Skylab) se transformó a partir del módulo de comando y el módulo de servicio de la nave espacial tripulada Apolo y se utiliza para transportar astronautas al Laboratorio Espacial Tripulado estadounidense. La nave espacial generalmente está incorporada al sistema de naves espaciales tripuladas Apolo.
La nave espacial tripulada "Skylab" puede transportar 3 astronautas, 5 astronautas durante misiones de rescate y puede volar de forma autónoma durante 8 días. Las tres naves espaciales tripuladas Skylab 2, 3 y 4 completaron la misión tripulada de ida y vuelta desde mayo de 1973 hasta febrero de 1974, * * * enviando 9 astronautas (3 a la vez) al Skylab y regresaron a la Tierra.
Nave espacial tripulada en la luna
La nave espacial tripulada Apolo se utilizó en el programa de alunizaje Apolo. Esta nave espacial es la única nave espacial tripulada que aterrizó con éxito en la luna.
El desarrollo de la nave espacial tripulada Apolo comenzó en 1961. Puede transportar a tres astronautas, dos de los cuales aterrizarán en la Luna. El tiempo de vuelo previsto es de 14 días. La nave espacial consta de un módulo de mando, un módulo de servicio y un módulo lunar (en la foto del título), con un peso de despegue (sin incluir la torre de escape) de unas 45 toneladas. Entre ellos, el módulo de mando pesa alrededor de 6 toneladas y tiene forma cónica con un diámetro de base de 3,9 metros y una altura de 3,5 metros. La cabina sellada tiene un volumen de 7,65 metros cúbicos, de los cuales la cabina habitable tiene un volumen de 5,94 metros cúbicos y regresa al suelo mediante un método de elevación balística. El módulo de servicio pesa aproximadamente 25 toneladas y tiene forma cilíndrica con un diámetro de 3,9 metros y una altura de 6,7 metros. El módulo lunar pesaba unas 14 toneladas en el momento del despegue, tenía 4,3 metros de ancho y una altura máxima de 7 metros. Consta de dos partes: actualización de nivel superior y actualización de nivel inferior. El volumen de la cabina sellada es de 6,65 metros cúbicos, incluidos 4,53 metros cúbicos de volumen vivo.
El proceso de lanzamiento, aterrizaje en la Luna y retorno de la nave espacial tripulada Apolo es mucho más complicado que el de la nave espacial tripulada por satélite. Debe completar la separación, el giro en U y la reorganización en la órbita de transición a la Luna. La nave espacial aterrizó en la luna después de encontrarse en órbita lunar. Este enfoque podría utilizar menos propulsor para aterrizar en la Luna y regresar a la Tierra. La idea central es utilizar una nave hija, el módulo lunar, para descender de la órbita lunar a la superficie lunar y luego regresar a la órbita lunar para encontrarse con una nave nodriza. La nave nodriza es una combinación del módulo de comando y el módulo de servicio.
La nave espacial Apolo llevó a cabo un total de 7 alunizajes tripulados desde julio de 1969 hasta febrero de 1972**. Seis de ellos tuvieron éxito, excepto el tercer vuelo en abril de 1970, que tuvo que regresar a la Tierra desde la zona lunar debido a la explosión del tanque de almacenamiento de oxígeno de la pila de combustible en el módulo de servicio. En estas 6 misiones exitosas de alunizaje, la nave espacial Apolo envió 6 grupos de 12 astronautas a la luna. El tiempo total que los astronautas permanecen en la superficie lunar es de unas 600 horas, con una media de unos 2 días y un máximo de unos 3 días. Cuando hay 28 personas fuera de la cabina, hay 162 personas, con un promedio de aproximadamente 0,5 días por persona. Los astronautas que aterrizaron en la Luna recuperaron 382,7 kilogramos de suelo lunar y muestras de rocas de la Luna y realizaron extensas investigaciones de campo en la superficie lunar cerca de la zona de aterrizaje.
Antes del alunizaje tripulado del Apolo, se llevaron a cabo un total de 8 simulacros de lanzamiento desde junio de 1967 hasta mayo de 1969, incluida 1 prueba en tierra en el lugar de lanzamiento. Entre ellos, la primera prueba en tierra se realizó en la plataforma de lanzamiento en octubre de 1967. Debido a un cortocircuito en los cables de la nave espacial, la cabina llena de oxígeno puro se incendió y explotó, matando a tres astronautas en el segundo, tercero, y cuarto día (6 1967-65438 + octubre a abril 1968) para simular el regreso de los astronautas desde la órbita terrestre a la luna. La quinta vez (tiempo 1968 10 meses) se logró el primer vuelo tripulado alrededor de la Tierra, el tiempo de vuelo fue de aproximadamente 11 días; la sexta vez (tiempo 1968 65438+2 meses) entró en la órbita lunar y realizó el vuelo tripulado alrededor de la luna; ; la séptima Por octava vez (marzo de 1969), en órbita alrededor de la Tierra, los astronautas practicaron los procedimientos de vuelo de la nave espacial en la órbita de transición Tierra-Luna, por octava vez (fecha: mayo de 1969), los astronautas practicaron el alunizaje; módulo en órbita alrededor de la luna Durante los procedimientos de descenso (excluido el aterrizaje) y ascenso, la distancia mínima entre el módulo lunar y la superficie lunar es de sólo 15 km. Los astronautas realizaron cuatro actividades extravehiculares de 8,24 horas de duración fuera del módulo de mando de la nave espacial Apolo.
Después de que la nave espacial tripulada Apolo completó la misión tripulada a la luna, su módulo de comando y módulo de servicio se transformaron en la nave espacial tripulada Skylab y la 1 nave espacial tripulada que todavía se llama Apolo 18. En julio de 1975, la nave espacial realizó un vuelo conjunto con la nave espacial tripulada de la antigua Unión Soviética "Soyuz 19", completando el intercambio de visitas entre astronautas de los dos países. En este punto, se puso fin al desarrollo de naves espaciales tripuladas en los Estados Unidos.
Resumen
Se puede ver en el desarrollo de naves espaciales tripuladas en los Estados Unidos: 1. Cada generación de naves espaciales tripuladas en los Estados Unidos, como Mercury, Gemini, Skylab, etc., realizan misiones con naves espaciales tripuladas. Antes del vuelo orbital, había dos o tres vuelos orbitales no tripulados. Entre ellos, la nave espacial Mercury también realizó 6 vuelos suborbitales no tripulados y 2 vuelos suborbitales tripulados.
La nave espacial tripulada desarrollada por Estados Unidos primero resuelve el problema de que los astronautas entren de manera segura al espacio para vivir, trabajar y regresar a la Tierra, luego prueba la tecnología de encuentro orbital y acoplamiento de las dos naves espaciales y los astronautas. ' Tecnología de actividad extravehicular. Sobre esta base, se llevarán a cabo actividades de alunizaje tripulado.
3. Desde un punto de vista cronológico, Estados Unidos utilizó por primera vez una nave espacial tripulada para realizar actividades extravehiculares de astronautas antes de utilizar una nave espacial para realizar pruebas de encuentro y acoplamiento.
La práctica del aterrizaje tripulado en la luna por parte de la nave espacial estadounidense Apollo demuestra que las personas pueden vivir y trabajar en la luna durante un cierto período de tiempo (aunque sea muy corto).
5. Después de que Estados Unidos puso fin al desarrollo de naves espaciales tripuladas en 1975, desarrolló con éxito un orbitador reutilizable para el transbordador espacial en 1981. Aunque el transbordador espacial estadounidense es la nave espacial tripulada más grande y avanzada del mundo, sus funciones son demasiado diversas y su diseño es muy complejo. En particular, realiza muchas tareas que solo pueden ser completadas por naves espaciales no tripuladas, lo que resulta en tareas muy altas. costos No es económicamente sólido y no logra la intención original de reducir los costos de transporte espacial mediante la reutilización.
Editor: Zhao Ran