神舟载人飞船各大子系统及其工作原理

神舟号载人飞船

神舟10号载人飞船

第1章 神舟号简介

神舟十号是我国的第十艘神舟系列飞船，与前两艘神州八号和神州九号

相比，它是我国一艘载人空间对接飞船，按计划它将与天宫一号目标飞行器

进行对接，如果对接成功，则表明我国已经基本掌握了空间飞行器交会对接

技术，将对后续的天宫二号即第二代空间实验室的建设打下坚实的基础。

【发射时间】预计在2012年

【任务实施】预计会有三名宇航员同时升空，任务时间5~20天。

【飞行器名称】神舟十号

【飞行器生产国家】中国

【计划发射时间】2012年

【发射项目】与神舟八号、神舟九号完成对接任务。

【发射成功意义】表明我国已经基本掌握了空间飞行器交会对接技术。

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神舟10号载人飞船

第2章 神舟号的结构系统

飞船由轨道舱、返回舱、推进舱和附加段组成，总长9530mm，总重

8470kg。飞船的手动控制功能和环境控制与生命保障分系统为航天员的安全

提供了保障。神州十号的结构系统，如图2-1所示。

图2-1 神舟号结构系统示意图

2.1 轨道舱

轨道舱是飞船进入轨道后航天员工作、生活的场所。舱内储备有食物、

饮水和大小便收集器、睡袋等生活装置外，还有空间应用和科学试验用的仪

器设备。

返回舱返回后，轨道舱相当于一颗对地观察卫星或太空实验室，它将继

续留在轨道上工作半年左右。

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2.2 返回舱

图2-2 在着陆场

飞船的返回舱呈钟形，有舱门与轨道舱相通。放回舱式飞船的指挥控制

中心，内设供3名航天员斜躺的座椅，共航天员起飞、上升和返回阶段乘

坐。座椅前下方是仪表板、手控操纵手柄和光学瞄准镜等，显示飞船上个系

统机器设备的状况。航天员通过这些仪表进行监视，并在必要时控制飞船上

系统机器设备的工作。返回舱均是密闭的舱段，内有环境控制和生命保障系

统，确保舱内充满一个大气压力的氧氮混合气体，并将温度和湿度调节到人

体合适的范围，确保航天员在整个飞行任务过程中的生命安全。

另外，舱内还安装了供着陆用的主、备两具降落伞。神舟好飞船的返回

舱侧壁上开设了两个圆形窗口，一个用于航天员观测窗外的情景，另一个供

航天员操作光学瞄准镜观测地面驾驶飞船。返回舱的底座是金属架层密封结

构，上面安装了返回舱的仪器设备，该底座重量轻便，且十分坚固，在返回

舱返回地面进入大气层时，保护返回舱不被炙热的大气烧毁。

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2.3 推进舱

推进舱，圆柱形，内部装载推进系统的发动机和推进剂，为飞船提供调

整姿态和轨道以及制动减速所需要的动力，还有电源、环境控制和通信等系

统的部分设备。

设备舱的尾部是飞船的推进系统。主推进系统由4个大型主发动机组

成，它们在推进舱的底部正中。在推进舱侧裙内四周又分别布置了4对纠正

姿态用的小推进器，说它们小是和主推进器比，与其他辅助推进器比它们可

大很多。另外推进舱侧裙外还有辅助用的小型推进器。

2.4 附加段

附加段也叫过渡段，是与另一艘飞船或中国空间站交会对接的对接机

构。

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第3章 神舟号与“天宫“空间站对接

“天宫”空间站目标飞行器将在2011年底发射，实际上是空间实验室的

实验版，主体为短粗的圆柱型，直径比神舟十号飞船更大，前后各有一个对

接口。采用两舱构型，分别为实验舱和资源舱，实验舱由密封的前锥段、柱

段和后锥段组成，实验舱前端安装一个对接机构，以及交会对接测量和通信

设备，用于支持与飞船实现交会对接。资源舱为轨道机动提供动力，为飞行

提供能源。“神舟十号”是一艘搭载3名航天员的飞船，将与”天宫“号进行

有人和无人自动对接。

图3-1 “天宫”号目标飞行器(左)与“神舟号”(右)对接的想象图

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第4章 神舟号的供电系统

“神舟”飞船采用了太阳电池阵为主的电源方案，将随着“神舟”10号载人

飞船脱离运载火箭顺利进入太空，展开后的太阳帆板就像是飞船长出了两对

硕大的翅膀，通过将太阳能转换成电能，来为飞船上的电器设备提供能源。

太阳能帆板

电源供给 电池

功率调理与

分配

有效载荷 CDHS AOCS ECLS

图4-1供电系统的工作过程

“太阳帆板有供电和充电两大功能，相当于一个小型发电站。飞船上备有

应急电源，但支持的时间有限，主要还是依靠太阳帆板提供电能。神舟10

号飞船上的太阳帆板采用了大量先进的复合材料，提高发电效能。

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图4-2 太阳帆板示意图

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第5章 神舟号的推进系统

5.1 神舟号推进系统简介

作为“神舟”号载人飞船关键之一的推进分系统、由推进舱、返回舱和

轨道舱3个独立的推进子系统组成。其主要任务是：在正常飞行情况下，为

船箭分离后飞船的继续飞行提供轨道机动、姿态控制、返回制动和再入控制

等所需的冲量；当飞船的轨道舱执行留轨利用任务时，为轨道舱的留轨飞行

提供轨道控制和姿态控制冲量；在发射段应急救生情况下，为逃逸的返回舱

提供再入控制动力；在发射段运载火箭抛掉整流罩后，当运载火箭或飞船出

现严重故障而逃逸救生时，还可为飞船逃逸的调姿、制动和着陆点控制或非

常入轨提供动力。推进分系统的研制不仅包括3个舱的推进子系统、而且包

括阀门控制驱动器、遥测变放器、管路温控和控温仪，以及基地的推进剂加

注和地面测试勤务等。

5.2 推进分系统设计

推进分系统是飞船的动力之源。如果该系统发生故障, 必将危及飞船的

飞行和航天员的安全, 因此其技术要求相当高。如在置信度0. 7 时, 要求可

靠度为0. 997 8, 安全性为0. 999 84, 保证一次故障正常飞行, 两次故障安全

返回。为此, 研制中必须采用的新技术多且难度高, 如要求在0. 15g 冲击下,

所有贮箱内推进剂的总晃动力不能大于5N。因此,整个分系统非常复杂, 仅

发动机就有五种52 台之多, 其分布如图4-1所示。

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图5-1 “神舟”号载人飞船推进分系统5 种发动机的分布

5.3 推进舱推进子系统

期望推力

控制器

传

感

器

推进剂管理

能

量

火箭

推力

图5-2 推进子系统的工作原理

从某一指定时刻所期望的推力输出入手，推进系统控制器管理这些输

入，明确发送给推进剂管理执行器的指令，控制推进剂的流量。在期望的状

态下，综合传感器输入的信息，执行推进剂管理和能量控制器的指令，推进

子系统产生系统的输出——推力。

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第6章 神舟号的制导、导航与控制系统

神舟10号飞船制导、导航与控制(GNC)分系统负责从发射到返回全过

程中飞船的控制任务。

图6-1 神舟飞船变轨示意图

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第7章 神舟号测控与通信系统

在“神舟”飞船七大系统中，测控与通信至关重要。如果航天器好比是风

筝，测控站和分布在三大洋的远洋测量船就是牵住风筝的那一根线，地面的

控制系统就像放风筝的人，测控与通信总体方案设计水平的高低，直接关系

着载人航天工程的成败。

图7-1 测控通信系统

当运载火箭发射和载人飞船上天飞行以及返回时，需要靠测控通信系统

保持天地之间的经常性联系，完成飞船遥测参数和电视图像的接收处理，对

飞船运行和轨道舱留轨工作的测控管理。这个测控通信系统由北京航天指挥

控制中心、陆上地面测控站和海上远望号远洋航天测量船队组成，执行飞船

轨道测量、遥控、遥测、火箭安全控制，航天员逃逸控制任务额。

我国航天器测控系统已经形成了以西安卫星测控中心为中枢，以十多个

固定台站、活动测控站和远望号测量船为骨干的现代化综合测控网。神舟

10号飞船测控系统使用S波段系统，通过同一套发射机和天线系统、接收

设备发送或接收遥测和遥控信号以及话音和电视信号。

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第8章 运载火箭系统

神舟10号使用长征二号F火箭发射。火箭功能及性能满足工程总体和

飞行任务要求；产品技术状态受控，研制质量良好，出现的质量问题已经全

部归零或有不影响飞行任务的明确结论；完成了规定的可靠性安全性项目试

验，各项准备工作满足载人航天飞行产品出厂放行准则的要求。

图8-1 长征二号F火箭

选用长征2F运载火箭主要因为：

火箭的可靠性为0.7，安全性为0.97：0.7的可靠性就是说100次发射

里，只有3次火箭可能出现问题；0.97的安全性是指火箭出现1000次问题

里，可能有3次会危及航天员的生命安全。这是载人火箭的特性。一般的商

用火箭可靠性为0.1到0.3，没有安全性要求。

火箭起飞重量为479吨：火箭加上飞船重量约44吨，其它的都是液体

推进剂。因此，火箭的90％都是液体，比人体含水量还大。水通常占人体

的60％到70％。

飞船重量为8吨多，占船箭组合体起飞重量的六十二分之一：要把一公

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斤的东西送入轨道，火箭就得消耗62公斤。神舟六号飞船比神舟五号在重

量上有所增加，因此发射神六的火箭也重了不少。

火箭芯级直径为3.5米：我国铁轨轨距定为1.435米，按照这个轨距修

建的铁路，能够运输的货物最宽为3．72米，去掉车厢外壳，只剩下3.5

米。因此，用标准铁路进行运输的火箭最大直径只能达到3.35米。

火箭入轨点速度为每秒7.5公里：这个速度是音速的22倍。

火箭轨道近地200公里，远地350公里：地球半径6400公里，火箭轨

道与地球的距离，为地球半径的几十分之一。

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第9章 发射场系统

载人航天发射场的基本任务是，为运载火箭、飞船、有效载荷提供满足

技术要求的转载、总装、测试及运输设施；为航天员提供发射前的生活、医

监、医保和训练设施；为载人飞船发射提供全套地面设施；组织、指挥、实

施载人飞船的测试、发射及飞行上升段的指挥、调度、监控、显示和通信；

组织、指挥、实施待发段和上升段的应急救生；完成运载火箭上升段的跟踪

测量和安全控制；为航天指挥控制中心提供有关参数和图像；提供载人航天

发射区的后勤服务保障。

图9-1 酒泉卫星发射中心载人航天发射场

神舟10号飞船发射场选用“酒泉卫星发射中心” 。

酒泉卫星发射中心又称“东风航天城”，是中国科学卫星、技术试验卫星

和运载火箭的发射试验基地之一，是中国创建最早、规模最大的综合型导

弹、卫星发射中心，也是中国目前唯一的载人航天发射场。随着任务的变

化，发射场在神七任务中不仅要为舱外航天服提供测试环境和技术保障，还

要重新制定测试和发射流程，把舱外航天服与飞船的联试、舱外航天服与火

箭的联试等纳入测试流程。

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第10章 神舟号发射的意义

神舟号载人飞船是“神舟”号系列飞船之一，是中国首次发射的载人航天

飞行器与中国空间站对接的飞船，将运送3名航天员进入空间站执行任务，

表明我国已经基本掌握了空间飞行器交会对接技术。这次的成功发射标志着

中国成为继前苏联（现由俄罗斯承继）和美国之后，第三个有能力独自将人

送上空间站的国家。这意味着中国已经进入世界最有分量的国家之一。这对

增强国威、增强军威、振兴中华都意义重大。

这一大快人心的消息，将激励我们振兴中华。我们国家的方针是科技兴

国，军队倡导科技强军。没有强大的国防实力，没有科技的发展，就不能有

效地保卫国家，发展自己，战胜对手。

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