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标  题: 神舟号载人飞船系统简介
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Dec 16 18:17:15 2003), 站内信件

中国空间技术研究院

    神舟号载人飞船工程分为载人飞船工程大系统和载人飞船系统两个层次，前者由载人
飞船系统、运载火箭系统、航天员系统、应用系统、发射场系统、测控与通信系统和着陆
场系统共7个系统组成；后者是7个系统之一，由结构与机构、环境控制与生命保障、热控
制、制导导航与控制、推进、测控与通信、数据管理、电源、返回着陆、逃逸救生、仪表
与照明、有效载荷、乘员共13个分系统组成。

　　 这些分系统是飞船上为完成某一特定功能的仪器、设备或部件的组合。它们涉及物理
（机、电、光、热）、化学、生物、天文、医学和环境等数十个学科领域。 1 神舟号飞船
的结构与机构分系统

　　 结构与机构是飞船的主体，由本体结构、防热结构和机构3部分组成。本体结构为飞
船乘员和仪器设备提供支撑和空间；防热结构用以在飞船再入返回过程中，隔离气动热环
境，保护飞船乘员和仪器设备；机构用来完成各种展开、分离、解锁、弹抛和对 接等动作
。

　　 结构的主要功能是居住航天员及安放各种仪器设备，它主要包括舱体结构、伞舱结构
、发动机舱结构和座椅结构等；机构的主要功能是连接结构各部分以形成整体并按需要实
现分离等机械动作，它主要包括对接机构、连接分离装置、舱门机构、太阳电池翼展开机
构以及座椅缓冲装置等。

　　 为了保证更好地完成飞行任务，飞船的结构采用分舱段设计。神舟号飞船由轨道舱、
返回舱和推进舱3个舱段构成。为了在轨进行科学试验，在轨道舱前端还安装有一个附加段
结构平台，供安放各种科学试验的仪器。

　　 这3个舱段质量都较大，最重的有3t多，最轻的也有近2t，3个舱连在一起有8m多高。
为了保证整体安全性，各舱段在结构上必须连接成一个坚固的整体，同时在需要时又必须
快速灵活地实施分离。因此技术人员设计了专门的火工锁机构、火工分离推杆机构和分离
弹簧机构来承担此项任务。火工锁机构将3个舱紧紧地连接在一起，分离时通过指令引爆火
工锁内的火药，以爆炸方式把火工锁切断，实现解锁。解锁后，火工分离推杆和分离弹簧
起作用，将各舱分离推开，避免发生碰撞。

　　 轨道舱是航天员在太空中飞行时主要的生活工作舱。其构型是两端为截锥、中间为圆
柱的筒状结构，整个结构总长为2.8m。圆柱段可供两名航天员同时在轨道舱活动和工作。
靠近后锥段的圆柱舱壁结构上有1个舱门，其上的舱门机构使其从内和外都能打开，航天员
可通过此舱门走出飞船进行太空行走。圆柱舱壁结构上还有2个用于航天员观察或拍照观察
窗口。整个轨道舱结构用铝合金制造，既坚固，又轻巧，还有一定的防辐射作用。

　　 返回舱是航天员的座舱，在发射或返回地球时，航天员都坐在返回舱内。在轨飞行期
间，当航天员需要操控飞船或监视飞船飞行状态以及与地面通信联系时，也都需要呆在返
回舱内。其外形为钟形加大球底，采用这种外形有利于返回舱在返回大气层时利用大气摩
擦阻力减速。返回舱与轨道舱相连，形成飞船的密封舱；中间通道口上安装有返回舱舱门
，航天员可以在返回舱和轨道舱之间往来；在返回地球前，返回舱舱门关闭，返回舱形成
独立的密封舱。返回舱内安装有飞行中供航天员监视和操作的仪器设备，并装有主备两具
降落伞。它的侧壁上开设有两个窗口：一个用于航天员观察飞船外的情景，另一个供航天
员操作光学瞄准镜观察地球驾驶飞船用。返回舱大底结构主要用于安装返回舱的仪器设备
，它采用金属夹层密封结构，质量轻、坚固结实。

　　 飞行中整个飞船所消耗的电、气、液和推进剂等主要由推进舱供给。它装有气瓶、推
进剂贮箱、蓄电池和太阳电池翼等。因无人居住，推进舱不用密封。其构型由圆柱段加圆
锥截锥段组成。圆锥段底部与运载火箭顶部相连，发射入轨后，通过分离机构作用与运载
火箭分离。圆柱段前部与返回舱大底相连接。在推进舱上安装有太阳电池翼的驱动机构，
在圆柱段整个外壁上还安装有辐射散热器。推进舱结构也是由铝合金制成。

2 神舟号飞船的环境控制和生命保障分系统

　　 环境控制和生命保障分系统用于为飞船乘员创造合适的舱内环境，保证舱内适宜的温
度、湿度和通风条件，清除舱内有害气体，收集处理废物，提供乘员用水和氧气等。换句
话说，就是为生活和工作在座舱内的航天员创造一个接近地面大气的生存环境；提供航天
员生命活动所必需的物质条件、生活设施和安全保障条件。 

　　 该分系统具有4大功能：

　　 第一是控制座舱的大气环境。飞船自身携带有氧瓶和氮瓶，通过压力调节系统为座舱
补充氧气和氮气，控制座舱内的大气成分和大气压力；净化设备不停地将航天员呼出的二
氧化碳等废气进行过滤和净化；通过空调-冷凝干燥器调节座舱内的空气温度和湿度；座舱
内布置的各种风扇连续运行，促使舱内大气流动，使得舱内的温度、湿度和气体成分均匀
。所有这些措施可使座舱内的大气环境与地面大气环境基本相同，从而保证航天员在良好
的环境条件下生活和工作。

　　 第二是保障航天员生命活动条件。它为航天员提供正常生命活动的物质条件保障，也
就是说为航天员提供在微重力条件下能够正常生活的饮水储存和供给、就餐服务、大小便
和个人卫生保障以及废物收集处理等功能。其每种功能都必须研制一套特制的设备并通过
特定的程序来实现。就以吃饭为例，航天员在就餐时，需先按动供水器上的供水按钮对食
品袋进行复水，此时航天员要摇动供水器上的增压手柄，将空气压入饮水箱的气腔，饮水
箱中的水在气压下从饮水嘴进入食品袋或航天员直接饮用，然后用食品加热装置加热食品
。就餐过程中还要启动食品残渣收集器，以防止残渣漂浮在空中，被航天员吸入呼吸道而
影响航天员的生命安全。 

　　 第三是检测烟火与灭火。在整个飞行过程中通过烟火探测器采集座舱内的烟火信号，
检测座舱内的火情，提供火情警报，一旦发现火情则在仪表板上进行显示和报警，并传送
到地面的控制中心，航天员根据报警信号或地面控制中心的指令，操作灭火器，扑灭火灾
。

　　 第四是具有压力应急情况下的生命保障功能。它是指在飞船座舱出现压力迅速下降的
应急情况下，利用压力应急功能设备给航天员紧急供氧，为航天员提供最基本的生存条件
，使航天员能够坚持到返回着陆。

3 神舟号飞船的热控制分系统

　　 热控制分系统用于保证飞船各舱仪器设备、结构以及乘员所需要的环境温度条件，合
理调配飞船各部分之间热量的传输，并将废热排放到宇宙空间。它通常采用流体对流换热
方式。其热传输回路可以采用泵驱动液体回路、热管辐射器式和毛细抽吸回路等。

　　 对飞船进行热控制就是为飞船上的设备和航天员创造良好的温度环境，以保证飞船舱
内外约600台设备工作在良好的温度范围内；保证航天员生活舱内的空气温度和湿度在适宜
的范围内。其主要功能是收集和传输分散在9m多长的飞船内部各个部位的设备和空气中共
1000W的热量，在合理调配和充分利用之后排散到外部空间，并对整个过程进行控制，保证
其温度控制精度。

　　 如何将散布在飞船舱内的热量收集起来并排散出去呢？飞船设计了一个类似冰箱制冷
系统的流体冷却回路。这个回路贯穿整个飞船，由管路和管路内的冷却工质、安装在设备
下面用来收集设备热量的冷板、航天员生活舱内用于调节空气温湿度的冷凝干燥器，以及
飞船尾部排散热量用的辐射器组成。冷却工质由泵驱动在管路内始终不停地循环流动，把
沿途收集来的热量带走，如流经设备下面的冷板时，把设备产生的热量吸收进来并将它带
走。其冷凝干燥器就像一台空调机，用来调节航天员生活舱内的空气温度和湿度，它排出
的热量则由流经它的冷却工质收集并带走。最后，所有收集来的热量通过一台热交换器传
输给飞船尾部外的辐射器，由辐射器排散到太空的深冷空间。

　　 飞船内的产热量是不稳定的，它随航天员的活动方式和设备的工作模式而变化。例如
，航天员在进行科学试验工作时所产生的热量是他睡觉时的2～3倍；食品加热器、大小便
收集器等航天员的生活设施平时为关闭状态，启用时也会产生热量；飞船在飞越我国境内
的测控站时，由于所有的测控通信设备都开机工作，所以也会使飞船内的热量增加。

　　 为了使飞船上设备的工作温度稳定，航天员生活舱的空气温度波动较小，在飞船内设
置了一套热控制系统。它由温度传感器、压力传感器和回路中的各种阀门以及热控制单元
等组成。控制单元根据传感器传来的各处的温度数据，控制回路上阀门开启的大小，从而
调节管路中冷却工质的流量，当飞船产热量增大时，阀门开大，流量增加，冷却工质所带
走的热量增多，温度仍可保持在设定的范围内；反之，则减小流量，减少热量的排散。同
时，可以通过压力传感器实时监测关键设备，如泵、阀门等的工作情况，及时发现故障并
进行备份设备的切换。

　　 此外，为了单独调节轨道舱的热量，在轨道舱外安装了一个电动百叶窗，它与家庭用
的百叶窗原理相同，不同之处在于它是根据舱内温度传感器测得的温度自动调节百叶窗叶
片开启的角度。例如，当舱内温度升高时，叶片开启角度增大，向舱外排散的热量增多，
反之则叶片关小角度，减少热量的排放。

4 神舟号飞船的制导导航与控制分系统

　　 飞船的制导导航与控制分系统简称GNC分系统，它承担着飞船从起飞到返回的全部运
动控制任务。其任务是稳定和控制飞船在轨道运行段和再入返回段的姿态，控制飞船轨道
，进行机动交会飞行以及完成返回再入轨道控制等。它由自动控制系统和人控系统两部分
组成。自动控制系统包括导航和姿态测量部件、计算机和执行部件；人控系统包括显示器
、手控器以及与自动控制系统共用的控制计算机和执行部件等。

　　 在运载火箭点火发射前，要将飞船的惯性测量开始值标定好，也就是飞船相对地球的
起飞位置到底怎样，这样在起飞以后才能不断计算出飞船所在的位置、飞行速度和姿态。
万一火箭在将飞船运送到飞行轨道的过程中发生意外事故（例如，出现故障飞不动了，甚
至可能发生爆炸），飞船就要靠专门的逃逸救生系统逃离开危险地带，使航天员安全回到
地面。在这个逃生的过程中，就要靠GNC分系统来控制飞船的运动。

　　 飞船到达预定的绕地球飞行的轨道后，就与火箭分离了，此后飞船的飞行任务就靠自
己来完成。在刚与火箭分离时，由于分离扰动力的作用，飞船的姿态一般都不是理想的状
态。这时，GNC分系统就要克服这些扰动，将飞船的姿态调整到要求的范围内，并把这个姿
态保持住。

　　 在轨道上飞行时，飞船的工作用电基本是依靠太阳电池翼发电的。只有当太阳电池翼
正对着太阳时，发出的电能才最大。GNC分系统其中的一个任务就是尽量控制太阳电池翼正
对着太阳。

　　 飞船刚送入轨道时，其轨道高度还比较低，它不是飞船的最终运行轨道，需要GNC分
系统在合适的时候控制飞船上的推进发动机点火，将飞船升高到希望的运行轨道上去，此
举称为变轨。

　　 当飞船在返回过程中，飞船返回舱下降和降落都要依靠GNC分系统的精确控制。

　　 要控制飞船运动，首先要测量计算飞船的飞行姿态（包括姿态角和角速度）、飞行速
度和所在的位置，然后才能作出决策，将飞船控制成什么样的姿态以及往何处飞。

　　 在发射段，GNC分系统依靠陀螺测量出飞船的姿态角速度，由计算机算出姿态角；依
靠加速度计测量出飞船运动加速度，再由计算机算出速度和位置。

　　 在运行段，GNC分系统依靠数字式太阳敏感器、红外地球敏感器、陀螺和计算机测量
计算飞船姿态；依靠加速度计和计算机测量计算飞船变轨所需的速度增量，从而控制变轨
发动机关机；依靠模拟式太阳敏感器和计算机控制太阳电池翼跟踪太阳。 

　　 在返回段，GNC分系统同发射段一样依靠陀螺测量出飞船的姿态角速度，再由计算机
算出姿态角；依靠加速度计测量出飞船运动加速度，再由计算机算出速度和位置，通过控
制推进分系统的姿控和轨控发动机点火工作，从而完成飞船制动和升力返回等运动控制任
务。

　　 上述这些GNC控制过程都是自动完成的，不需要航天员参与。当发生故障，GNC分系统
不能自动地进行运动控制时，GNC分系统还有一套手动控制装置。它主要由姿态手柄、平移
手柄、手控线路和光学瞄准镜等组成，航天员可以使用这些设备以及其他分系统的一些设
备，进行手动运动控制。尽管其精度比自动控制要差一些，但完全能够控制飞船安全地返
回地面。 

5 神舟号飞船的推进分系统

　　 推进分系统用于为姿态稳定、姿态控制、变轨机动、轨道交会对接以及飞船脱轨返回
提供所需要的冲量。它通常由多种不同推力的发动机、气瓶、推进剂贮箱、阀门、管道、
过滤器和测量传感器等组成。

　　 神舟号上装有52台发动机，它们与燃料供应设备合在一起叫推进系统。在运载火箭把
飞船送入太空后，飞船就得依靠自己的推进系统完成飞行任务。飞船上的全部发动机，按
照飞行任务要求分布在飞船的3个舱里，组成了3个用途不同的独立的推进系统。

　　 第1个推进系统是在推进舱里，共有28台发动机。这是神舟号飞船的主推进系统，从
飞船进入太空后到飞船离开飞行轨道返回的这段时间内使用，其中4台推力大一点的发动机
用于改变飞行轨道形状和轨道的升高或降低，推力小的发动机用来控制飞船的飞行姿态。
当神舟号飞船在太空中围绕地球飞行时，由于航天员活动的影响，以及要求始终像飞机那
样纵轴线平行于地球表面飞行，所以必须对飞船的飞行姿态进行控制，否则会出现整个飞
船翻滚。飞船没有飞机那样依靠空气动力控制飞行姿态的空气舵，其飞行姿态的控制也使
用发动机来完成。同时，由于在太空仍然存在很小的阻力，而且根据飞行任务的要求和为
使返回舱能够在要求的着陆场着陆，神舟号飞船的飞行轨道需要通过发动机进行一次由椭
圆形变成圆形的改变和几次升高轨道的修正；飞船在最后完成飞行任务要返回地面时，也
需通过发动机向飞行相反的方向喷气，把飞行的速度降下来，这些任务都使用推力大一点
的发动机来完成。

　　 神舟号飞船上的第2个推进系统是在返回舱里，共有8台发动机。返回舱在返回飞行过
程中要通过大气层，这时候的飞行姿态会变得不稳定起来，为防止出现乱翻滚，需要进行
飞行姿态控制；同时通过控制飞船返回舱的滚动，可以使返回舱比较精确地降落在要求的
地方，这两项任务都由返回舱推进系统的发动机来完成。

　　 第3个推进系统在轨道舱上，共有16台发动机。在神舟号飞船返回地球减速前，轨道
舱先脱离，它将留在太空中继续飞行半年，进行许多空间科学试验。为此，轨道舱的推进
系统也要工作半年之久，为轨道舱的飞行姿态控制和飞行轨道的升高提供推力。

6 神舟号飞船的测控与通信分系统

　　 测控与通信分系统负责完成飞船轨道的跟踪测量、飞船数据和图像的传输、话音通信
和乘员电视监视等。它可由飞船上的S波段收发机、短波双向通信机、全球定位系统（GPS
）接收机等组成。当要求长期不间断测控与通信时，就需要借助跟踪与数据中继卫星。


　　 载人飞船是我国首次采用统一S频段测控体制的航天器，它把原来卫星中分散在不同
频段的轨道测量、跟踪、遥测和遥控等功能统一调制在同一个无线电频段上。除完成卫星
的传统功能外，载人飞船的测控与通信还具有两个与人有关的特有功能。

　　 (1) 图像和话音通信功能

　　 载人飞船有两台摄像机：一台是固定位置的摄像机，无人飞行时对准仪表板，有人飞
行时对准航天员座椅；另一台是航天员手持摄像机，可以拍摄其他地方的图像。这两台摄
像机通过航天员手动进行切换，向地面传送不同的画面。有了图像的功能，就可以直观地
观察航天员的面部表情、舱内环境和舱外的太空景象。在无人飞行阶段，经常可看到返回
舱画面中有一个因为失重而漂浮的小球；在载人飞行情况下，将看到航天员漂浮在返回舱
中的情景。 

　　 话音通信是地面指挥员与航天员之间进行通话的惟一手段，航天员可以通过话音向地
面报告飞船状态和航天员身体状况；在飞船进入紧急状态时，航天员可以接受地面的话音
指令进行各项操作。

　　 飞船在S频段、VHF频段和HF频段都可以进行话音通信，而且为了防止有人蓄意干扰通
信，还对话音进行了加密处理，以保证话音通信的安全。VHF频段通信机除了可以通话之外
，还负责传输航天员的关键生理数据。

　　 (2) 标位功能

　　 为了能够更加顺利地找到返回的飞船和航天员，在飞船返回舱上设置了3种无线电信
标，只要其中一种信标发挥作用，就能顺利找到航天员。

　　 在这3种无线电信标中，一种是着陆搜寻示位标，它用来引导直升机上的定向仪，在
飞船脱离"黑障"区后就开始发送信号； 一种是短波信标，它用于发送固定频率的信号并传
送GPS信息，引导地面搜寻车辆，其既可指定方向，也能指定具体经纬度；还有一种是国际
救援示位标，它定时向国际救援卫星发送脉冲信号，指示飞船的当地经纬度，再由卫星组
织向我国的交通部通报发出信号的位置。为了保证快速找到飞船，还给航天员配备了1台手
持的国际救援信标机，当返回舱落在搜寻区之外时，航天员可以通过它向外发送所在位置
的信息。

　　 另外，因为飞船的外型限制和防热要求，飞船的天线也不得不因地制宜设计成各种形
状，有的像船上的补丁，有的像门把手，有的像炮管，甚至利用降落伞的伞绳、返回舱的
舱门充当天线，它们在不同的飞行阶段起不同的作用，形成了飞船上一道独特的风景线。


7 神舟号飞船的数据管理分系统

　　 数据管理分系统用于随时采集飞船的工程参数和运行参数，对采集的数据进行处理，
建立相应的文件并进行必要的分发。该分系统接收地面测控中心的命令或乘员的控制命令
，指挥各分系统工作，完成飞行使命。它由硬件和软件两部分组成，其中硬件包括计算机
和远置单元等，其重要成员就是飞船的"黑匣子"。当然，"黑匣子"的外观并不像飞机的"黑
匣子"是黑色的，而是橘红色的，这主要是为了便于工作人员辨认寻找。

　　 飞船的"黑匣子"安装在飞船的返回舱内，用于记录飞船的飞行数据。飞船在每个阶段
工作的重要数据，例如飞船内的大气压力、温度和姿态，船上的发动机是否工作，工作多
长时间，船上电源供电状况，电压和电流大小，各种主要仪器设备的工作状态等，都要及
时存进"黑匣子"。存入"黑匣子"内的飞行数据是飞行任务结束后技术人员分析判断飞船在
各个阶段工作是否正常的重要依据之一。为了很好地保护"黑匣子"内部的数据，技术人员
对"黑匣子"进行了特殊设计。它不怕撞击，不怕高温，而且万一掉入海里，也能防止海水
浸蚀。

　　 那么，飞船上的重要数据是怎样存进"黑匣子"的呢？这就要靠数据管理分系统。它先
是收集飞船上的各种数据。然后，进行数据分类、数值变换和数据压缩等数据处理而形成
3类数据。接着，把第1类数据送给仪表与照明分系统，为航天员提供参数显示，以便航天
员了解飞船的工作情况；把第2类数据送给船上的高速数传发射机，将船上的各种数据发送
到地球站，以便北京的指挥控制中心随时了解飞船的工作状态；把第3类数据传送给黑匣子
。在飞船工作期间，只能往"黑匣子"里存数据，数据一旦存入将不能读取，更不能修改。
只有飞船返回地面，将"黑匣子"取出后，用专用仪器才能将"黑匣子"中的数据逐一读取出
来，供有关技术人员分析使用。

8 神舟号飞船的电源分系统

　　 电源分系统的功能就是为保障船载所有需要用电的设备的正常工作提供电能。其基本
任务是产生电力，并把电力传送、分配到各用户，确保飞船各个飞行阶段对电力的需求。
飞船的电源可以采用化学蓄电池、太阳能电池和燃料电池等。

　　 神舟号载人飞船上配置有主电源、应急电源、返回电源、火工品电源和留轨电源5种
电源和3舱口配电器及电缆网，它们分别安装在推进舱、返回舱和轨道舱内，具有并网或独
立供电功能，以满足飞船在各个飞行阶段的用电需求。

　　 主电源是一套光伏电源系统，它包括两个相同的机组，二者在推进舱配电器上实现并
网，负责飞船在待发、发射及整船在轨飞行期间为船上的各种仪器设备提供所需的电能。
每个机组包括一个太阳电池翼、一组镉镍蓄电池及太阳电池翼驱动、充放电控制、输出电
压调节和工作参数测量等设备。在推进舱上安装有一对太阳电池翼，每翼由4块太阳电池板
和一个安装支架组成。发射时它收拢、压紧在舱壁上，飞船入轨后再解锁、释放和展开，
由驱动装置转动太阳电池翼捕获太阳并进行跟踪、定向，使太阳电池翼受光面与太阳光垂
直。当飞船飞行在阳光区时，太阳电池翼把太阳能转换成电能，其中的一部分经配电器分
配给仪器设备使用，另一部分为蓄电池充电。当飞船飞行在地球阴影区时，镉镍蓄电池由
放电控制器升压后经配电器分配给仪器设备使用。 

　　 应急电源包括2组银锌蓄电池，它们设置在推进舱内，是主电源的备用电源。当主电
源一旦出现故障时应急电源与主电源无故障部分并网，为飞船提供至少飞行6h所需要的电
能。

　　 返回着陆电源采用银锌蓄电池，它设置在返回舱内，在推进舱与返回舱分离前与主电
源并网，负责为飞船提供返回段和着陆后所需要的电能。

　　 火工品电源是飞船上火工装置的专用电源，由火工控制装置通过独立的火工母线为火
工装置供电。它采用高倍率银锌蓄电池。为提高供电的可靠性，采取电池组备份，它们分
别设在返回舱和轨道舱内，每个舱都设两组电池。

　　 留轨电源也是一套光伏电源系统，设置在飞船的轨道舱，负责轨道舱在留轨利用飞行
期间为船上的各种仪器设备提供所需的电能。它包括1对太阳电池翼、1组镉镍蓄电池及太
阳电池翼驱动、充放电控制、输出电压调节和工作参数测量等设备。太阳电池翼安装在轨
道舱的两侧，每翼由2块太阳电池板和1个安装支架组成，发射时收拢、压紧在舱外壁上，
飞船入轨后展开，但在整船飞行期间，不进行定向控制。待轨道舱与返回舱分离后，才开
始进行捕获太阳、跟踪和定向控制。

　　 综上所述，只依赖太阳电池翼解决不了飞船在飞经地球阴影区、返回段及电源应急时
的供电，必须有蓄电池、控制设备和其他电源的配合才能满足飞船的用电需求，并且太阳
电池翼还需有驱动和对日跟踪控制设备的配合才能获得充足的太阳能。

9 神舟号飞船的返回着陆分系统

　　 返回着陆分系统的基本任务是利用展开式阻力装置来减速和稳定飞船返回舱，最后通
过着陆缓冲等手段保证乘员安全着陆。载人飞船通常利用降落伞作为减速稳定装置，用气
囊、缓冲杆和着陆火箭减缓着陆冲击。 

　　 飞船返回时是先使飞船脱离原来的飞行轨道，沿一条下降的轨道进入地球大气层，然
后通过与空气摩擦减速，安全降落到地面上。神舟号飞船的返回可分为制动减速阶段、自
由滑行阶段、再入大气层阶段和回收着陆阶段。

　　 神舟号返回前飞行在距地面数百千米高的圆形轨道上，速度约为8km/s。要使飞船返
回地面，必须要改变飞船飞行速度的大小和方向，使其脱离原来的飞行轨道，进入下降飞
行的轨道。因此返回前首先要调整飞船的姿态，将在轨飞行姿态（轨道舱在前、返回舱居
中、推进舱在后）调整到制动减速姿态（推进舱在前、轨道舱在后），并使返回舱-推进舱
与轨道舱分离；接着，飞船上（返回舱与推进舱组合体）的制动发动机按照预定的时间工
作，使飞船减速脱离原来的轨道；制动发动机关机后，飞船进入自由滑行阶段，在进入稠
密大气层前，返回舱与推进舱分离，并将返回舱调整到再入姿态，推进舱分离后在大气层
中烧毁；返回舱继续下降到约100km高度时，进入稠密大气层，转入再入飞行段。

　　 再入飞行是返回飞行过程中环境最复杂、最恶劣的一段，因为飞船返回舱以很高的速
度（约8km/s）进入大气层时，与大气产生剧烈摩擦，使返回舱变成了闪光的火球，周围产
生的等离子气体层屏蔽了电磁波，飞船将暂时与地面失去联系。当飞船降到离地面40km高
度时，又与地面恢复了联系。在再入大气层的过程中，航天员要承受很大的过载，飞船与
大气间剧烈的摩擦会使飞船表面的温度升高到1000～2000℃。从再入大气层到离地面20km
这一段，返回舱采用升力控制方式再入，以降低最大过载和再入热流，并提高返回着陆的
精度。

　　 返回的最后一关是着陆。当返回舱降低到约10km高度时，降落伞回收系统开始工作。
回收着陆系统由结构、降落伞、着陆缓冲、程序控制、火工装置、伞舱排水和标位等7个子
系统组成。它有5项主要功能：自动控制功能、减速功能、着陆缓冲功能、伞舱排水功能和
标位功能。回收着陆系统的主要任务是将再入大气层的返回舱，利用降落伞系统稳定其运
动姿态、降低下降速度，并通过着陆缓冲的手段保证航天员软着陆；为返回舱提供闪光和
海水染色2种标位手段，并设有防止海水浸入主伞舱的装置。

　　 回收着陆系统的工作程序是：在10km高度时先弹出伞舱盖，同时将2具串连的引导伞
从伞舱拉出并打开，引导伞的牵引力又将减速伞拉出，减速伞先呈收口状，几秒后完全充
满，返回舱的高度和速度进一步下降。之后，减速伞与返回舱分离并同时拉出主降落伞。
主降落伞打开后，返回舱乘主伞缓缓下降，抛掉防热底盖，返回舱由单点倾斜吊挂转为双
点垂直吊挂，准备着陆。降落伞系统可以使返回舱的飞行速度从开伞前约200m/s降低到8m
/s左右。在距地面约1m时，点燃着陆缓冲发动机，以不大于3.5m/s的速度实现软着陆，以
保证航天员着陆时的安全。

10 神舟号飞船的逃逸救生分系统

　　 逃逸救生分系统负责飞船在发射台上待发期间和发射阶段运载火箭或飞船出现危险故
障而又不能排除情况下的逃生。它一般有逃逸塔救生方式和弹射座椅救生方式两种。前者
不仅可用于发射台救生和低高空救生，还可用于高空救生，不过航天员不能快速离开飞船
，只能经过一定的飞行后才能离开飞船；后者只能用于发射台救生和低空救生，不能用于
高空救生，但它可在飞船出现危险故障，需要航天员及时离开飞船的场合使用。神舟号采
用更为安全的逃逸塔救生方式。 

　　 飞船在发射过程中，由于震动、过载和噪声等恶劣环境的影响，运载火箭发生故障的
可能性较高，并且故障后果对航天员的生命威胁很大，因此载人飞船必须设立特殊的应急
救生系统。它的任务是：从航天员进舱，经发射进入轨道、在轨飞行、返回着陆，至航天
员出舱为止，一旦发生危及航天员安全的险情时，要按预定的救生程序和措施，对航天员
实施救生，以保障航天员的生命安全。 

　　 神舟号飞船在上升段的应急救生共有8种模式，针对不同阶段的特点，要采用不同的
措施和手段。

　　 在发射前15min，火箭上的自动故障检测处理系统可以自动检测故障，一旦发现问题
它会自动报警。在载着飞船的火箭尚未离开火箭发射塔架时，如果出现险情，航天员可紧
急脱离飞船，乘高速电梯或紧急撤离滑道进入安全的地下室。

　　 从运载火箭点火上升，到载着飞船飞离地面110km高度为止，一旦出现事故险情，航
天员可以利用逃逸飞行器（即逃逸救生塔）逃生。它安装在火箭的前端，当发射阶段火箭
出现灾难性故障（如空中爆炸）时，它可携带轨道舱和返回舱迅速飞离火箭，飞行至安全
区域，然后抛掉逃逸塔和轨道舱，返回舱乘降落伞自行返回着陆。

　　 火箭上升到离地面110km高度以上后，如出现致命性故障，可直接利用飞船的发动机
系统使航天员脱离危险，并按应急程序返回地面。

　　 飞船实施救生后，返回舱可以着陆在预定的陆地或海上应急救生区。返回舱内备有应
急生活用品，如食物、饮水、GPS接收机和通信设备等，航天员将依靠它们等待救援人员的
到来。

　　 当飞船在轨道上运行时出现问题要使用应急救生系统。这一运行段是指飞船从入轨到
飞船返回前的飞行时段，它又可大致分为入轨、运行、准备返回等阶段。

　　 在出现轻微及一般性故障时，飞船可通过其设计上的安全措施，进行工作状态切换，
使得飞船恢复正常，而不需要提前返回。如果在轨飞船出现了严重或致命性故障，则必须
启动在轨应急救生模式，实施应急返回。

　　 如果飞船在入轨阶段出现严重或致命性故障（如轨道偏低、航天员座舱压力偏低等）
时，一般由地面测控系统发送指令，中止正常的飞行计划，飞船进入"第2圈应急返回工作
模式"。这时，身穿航天服的航天员在座舱中等待飞行到第2圈时返回地面，其间飞船要进
行返回前的准备工作。返回准备工作完成后，飞船由船上控制分系统对飞船进行调姿，经
过两次调姿，确定了返回制动的姿态，载人飞船即打开反推发动机，对飞船进行减速，使
得飞船具有返回应急着陆区的飞行速度。在再入大气层后，利用大气的阻力作用使飞船的
速度不断下降，与此同时船上控制分系统继续通过对飞船的姿态进行控制来改变大气阻力
，调整飞船飞行的轨迹，以确保最后返回到预定区域。飞船飞行到一定的高度时打开降落
伞，降落伞进一步使飞船减速，使得飞船具备安全着陆的速度，飞船着陆后航天员打开返
回座舱舱门并发送国际救援信号等待救援。

　　 在正常情况下飞船可返回到主着陆场和副着陆场，在应急情况下可返回到分布在全球
的10个应急着陆区域，应急着陆区域遍及中国、阿拉伯半岛、美国、巴西、澳大利亚、北
部非洲等国家和地区。为了保障航天员应急返回的安全，应急着陆区域一般选在陆地上且
地形地貌条件有利于航天员着陆安全的地区。载人飞船绕地球飞行的每一圈均经过至少一
个应急救生着陆区，使得飞船飞行的每一圈都能返回地面。

　　 如果飞船在轨运行阶段没有问题，航天员可脱去航天服从事日常事务，并通过飞船上
的仪表板实时监控飞船的工作状态。在此期间，飞船上的应急救生分系统是24h处于值班状
态，同时地面飞行控制人员对飞船的工作状态进行全程监控。但当出现致命性故障时，航
天员将与地面飞行控制人员通话，以确认是否实施应急返回。他们在达成一致意见后，航
天员手动控制飞船上的控制按钮，选择应急返回的时间、地点等参数，在航天员实施应急
返回操作后，飞船将中止正常的飞行计划，启动应急返回工作计划，其后的工作程序与第
2圈应急返回工作模式"相同，只是应急返回的着陆区域有所不同，它们遍及世界多个国家
和地区。

　　 在准备返回阶段，假若飞船上的控制分系统出现故障，不能建立预定的返回制动姿态
，飞船将自动中止当前返回的计划，实施推迟应急返回，即在第2天飞过主着陆场的时候控
制飞船返回。 

　　 另外，如果飞船上的控制分系统不能恢复正常工作状态时，航天员可以通过手动控制
装置对飞船实施加速、减速及调整姿态等操作，驾驶飞船从太空返回地面。

11 神舟号飞船的仪表与照明分系统

　　 仪表用于显示飞船各分系统的工作参数、乘员生理数据和有效载荷的工作状态。此外
，仪表还显示各种指令、飞行计划以及乘员执行命令的结果。乘员也能通过仪表板上的按
钮进行操作。它可以采用多功能显示器、数码显示器、报警指示器和控制键盘等组成。


　　 照明设备为乘员提供工作和生活场所的照明条件。它可采用荧光灯或白炽灯等。仪表
板照明应亮度可调，并采用白色、绿色、黄色和红色等不同颜色，以区别显示参数的性质
和重要程度。 

　　 飞船上的仪表是航天员了解飞船飞行和船上设备状态的 "眼睛"，是重要的人机界面
。它与飞机上数量众多的各式仪表不同，是由多台计算机组成的综合显示系统，大部分装
在座舱的仪表板上。飞船上所有要让航天员了解的状态和参数等，由数据管理分系统采集
并通过数据总线传至仪表分系统，仪表计算机对接收的数据做解算处理后，分发到不同的
显示设备上。飞船上主要的显示设备是2台多功能显示器，它们承担着全部显示任务。为了
适应空间环境，船上使用了液晶显示器，这种液晶显示器在我国航天器上是第一次使用。
在显示器上，航天员可以按照不同的时序看到以数值、文字、图标、图形、曲线和指示灯
等方式，显示的飞船飞行数据、船上各系统工作状态和在飞行中航天员所有要了解的其他
信息。 

　　 例如，航天员可以在显示的世界地图上看到飞船的飞行轨迹和飞船返回时的地理位置
，也能通过仪表显示飞船的姿态，并依据姿态情况，通过操作手柄控制飞船的姿态。为了
了解舱内压力、温度、湿度和能源情况，显示器上的显示页面可以按照时序自动翻页，也
能通过设置在显示器上的专用按键翻看不同的显示页面。同样内容的数据和状态均有两种
以上不同的显示手段，以便一种显示设备发生故障时航天员能够从另一种显示手段获得飞
船信息。 

　　 除用眼睛看仪表外，航天员还可以用耳朵听"仪表"。为减轻航天员的视觉负担，在仪
表系统设计中专门设置了语音通报装置。该设备的核心也是由计算机控制，它把飞行中的
重要事件、提示内容和报警信息用语音通报给航天员，计算机会按通报内容的重要和紧急
程度有次序的通报。此时，不论航天员在做什么都能清晰地听到通报内容。

　　 除显示外，仪表分系统的另一项任务就是为航天员提供手控设备。在座舱仪表板上设
有手控设备，手控设备配置的各类开关、按键、指示灯、数码显示器和蜂鸣器等，构成了
支持手控指令输入的人机界面。手控设备内部的电路和（或）数字处理单元等将航天员的
手动操作转换为不同类型的手控指令，输出到不同的执行设备，以操纵和控制飞船。 

　　 飞船上的照明分系统为航天员提供工作和生活的照明。照明灯的结构、颜色和亮度等
都是为飞船环境专门研制的，航天员可以根据需要，通过专门的开关将灯调亮或调暗。飞
船上的照明灯可称为是"绿色"照明设备，因为它不会闪烁不定，不会损害航天员的眼睛和
干扰其他设备工作。

12 神舟号飞船的有效载荷分系统

　　 有效载荷分系统是指安装在飞船上进行科学实验、技术试验或进行天体和地球观测的
设备。由于载人飞船的容积限制和电源功率的限制，载人飞船的有效载荷不宜太多，通常
仅用于短期试验目的。 

　　 飞船飞行时存在的微重力、高能辐射和节律变化等特殊条件，对于各种生物的生命过
程和生命现象均可能引起不同层次上的多种变化。另外，微重力环境中的生物加工、材料
制造也会与地面有所不同，因为在微重力环境下重力沉降现象消失。为了观察这些变化，
在神舟号飞船上安装过许多实验设备，其中有多工位晶体生长炉、空间晶体生长装置、空
间蛋白质结晶装置、空间生物细胞反应器、空间细胞融合装置、空间连续自由流电泳仪和
通用生物培养箱。 

　　 空间环境及其变化会影响到飞船和航天员的安全，因此神舟号飞船上安装有综合性空
间环境监测仪器，如高能质子重离子探测器、高能电子探测器、低能粒子探测器、固体径
迹探测器、单粒子事件探测器、电位探测器、超软X射线探测器、X射线探测器、大气成分
探测器和大气密度探测器等。

　　 为了监测地球环境的变化，神舟号飞船曾携带太阳常数监视器、太阳紫外光谱监视器
和地球辐射收支仪等，以定量测量太阳常数、太阳紫外辐照度和地气系统红外可见光辐射
，监测大气臭氧总浓度分布等地球环境重要参数。

　　 神舟号飞船上还安装过中分辨率成像光谱仪、微波遥感器和CCD相机。中分辨率成像
光谱仪是目前公认的监测地球环境最有效的空间遥感器之一，神舟号携带的这台仪器是世
界上第2台进入空间的中分辨率成像光谱仪，它可以接收地球目标的不同光谱，探测海洋、
大气和陆地，用于农业估产、资源调查和自然灾害监测等。而微波遥感器则以海洋、大气
和陆地为目标，利用不同的模态探测降水、水汽含量、积雪、土壤水分、海面温度、海面
高度、有效波高、大洋环流、海面风速与风向等。CCD相机则在空中对地面景物进行拍摄，
通过传输设备把图像传回地面。

13 神舟号飞船的乘员分系统

　　 乘员分系统为飞船提供合格的乘员、航天服和航天食品，提供乘员的医学监督和医学
保障设备以及乘员生活用品和个人救生装备。它负责对飞行中乘员的身体状态进行监测，
保证乘员的身体健康。

　　 该分系统由航天员、航天食品、航天服、医监医保设备、个人救生装置、缓冲减振坐
垫和空间医学试验7个部分组成。

　　 神舟号载人飞船可承载3名航天员，左为有效载荷专家，中间为指令长兼驾驶员，右
为副驾驶员兼随船工程师。

　　 航天食品分为食谱食品、储备食品、压力应急食品和救生食品。食谱食品是按照为航
天员特别制定的航天食谱和航天饮食制度搭配成的，供航天员在飞船正常的轨道飞行期间
食用。它存放在乘员用品柜内，分餐包装，就餐时放入加热装置内加热后即可食用。储备
食品是当飞船发生故障需要延长飞行时间时所食用的食品。压力应急食品是在航天员座舱
出现失压等压力应急故障时，航天员穿着航天服进行应急飞行期间所食用的食品。救生食
品是航天员返回着陆后或溅落到水上等待救援期间所食用的食品，它分别存放在每个航天
员的救生包内。

　　 航天服包括舱内压力服（含小便收集袋）以及抗浸防寒服、内衣、睡袋、工作服和头
戴耳机送话器等。舱内压力服是航天员在飞船飞行条件较恶劣的发射段、返回着陆段和应
急飞行阶段的穿着，为航天员提供合适的生存环境，保障航天员的生命安全。工作服在轨
道飞行期间工作时使用；睡袋用于睡眠；耳机送话器用于航天员穿着航天服时的通话；抗
浸防寒服用于飞船溅落在水上时的防水保暖。

　　 医学监督和医学保障设备主要是对飞行中的航天员进行生理信息监视，包括心跳、呼
吸、体温和血压，并可通过通话和电视监视航天员的工作、生活和健康状态。此外，它还
为航天员提供医保用品和医保药具，包括保健用品、急救用品、锻炼用具，以及工作学习
用品等。

　　 个人救生装置是在返回救生时使用，也称作个人救生包，包内有个人呼救电台、烟火
管、信号弹、闪光灯、海水染色剂、反光镜、指南针、救生筏、手枪、自卫刀、驱鲨剂、
防风打火机、急救包、食品和饮水等。

　　 飞船在飞行过程中还要进行多项空间医学试验，以获取极具价值的实验数据，为今后
的载人飞行提供依据。它包括空间运动病症状和前庭功能测试、心血管功能测试、空间脑
功能测试、肌肉失重效应检测、舱内辐射环境监测和辐射剂量的测定等。■
　　 （详细内容请参阅中国发展出版社新近推出的《神舟圆梦》一书）

收稿日期：2003-10-16

国际太空2003.12
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