載人飛船的設(shè)計(jì)依據(jù)是由飛船上天要執(zhí)行或完成什么任務(wù)而定的。當(dāng)然還要根據(jù)發(fā)射飛船國家具體科技水平而定。例如,世界上第一批上天的飛船——蘇聯(lián)的東方號(hào)和美國的水星號(hào)的任務(wù)很簡(jiǎn)單:一是要把飛船發(fā)射到太空正常運(yùn)行,二是看看人在太空能否生存和有沒有工作能力;三是安全地把飛船和人回收。而第二代飛船,如美國的雙子星座號(hào)飛船和蘇聯(lián)的上升號(hào)飛船,它們的設(shè)計(jì)指標(biāo)除了滿足第一代飛船全部要求外,還要加上新的太空飛行任務(wù),如航天員出艙到太空行走,完成一些空間科學(xué)試驗(yàn)任務(wù),等等。隨著載人飛船的任務(wù)不斷增多,在太空飛行時(shí)間日益延長,甚至為了實(shí)現(xiàn)載人登月,要求有效載荷、活動(dòng)空間、物質(zhì)消耗量、用電量、飛船體積和質(zhì)量等的增加及實(shí)驗(yàn)任務(wù)中特殊需求等,這些都給飛船的設(shè)計(jì)帶來新的指標(biāo)要求,加大了設(shè)計(jì)難度。
飛船的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有載人艙。它的主要結(jié)構(gòu)可分為幾個(gè)艙段,例如,可采用兩艙式結(jié)構(gòu)(返回艙和服務(wù)艙)和三艙式結(jié)構(gòu)(返回艙、軌道艙和服務(wù)艙)。如有對(duì)接任務(wù)時(shí)則有對(duì)接機(jī)構(gòu),它放在飛船的最前邊。蘇聯(lián)第一代飛船東方號(hào)的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,是兩艙式,飛船只載1個(gè)人。第二代飛船飛行時(shí),蘇聯(lián)的上升號(hào)多了一個(gè)出艙用的氣閘艙。且能載2~3人;而美國雙子星座號(hào)飛船仍為二艙式加對(duì)接機(jī)構(gòu)。第三代飛船是三艙式結(jié)構(gòu),如蘇聯(lián)的聯(lián)盟號(hào)飛船。這種飛船的最前端是對(duì)接機(jī)構(gòu),然后接軌道艙,再接返回艙和服務(wù)艙,最后與運(yùn)載火箭相連。有的艙之間有過渡艙段相接連。有出艙任務(wù)的載人航天器都要增設(shè)出艙用的氣閘艙。美國阿波羅號(hào)飛船除有兩艙段結(jié)構(gòu)外還增設(shè)登月艙。
飛船的軌道艙是飛船重點(diǎn)的艙段。它前端的對(duì)接機(jī)構(gòu)供飛船與其它飛船或空間站對(duì)接用,其下端通過密封艙門與返回艙相連。它是航天員在太空飛行(軌道)中,進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)餐、體育鍛煉、睡覺和休息的空間,其中備有食物、水和睡袋、廢物收集裝置、觀察儀器和通信設(shè)備等。軌道艙還接有航天員出艙活動(dòng)的氣閘艙。
返回艙也叫密閉座艙,在軌道飛行時(shí)與軌道艙連在一起稱為航天員居住艙。在起飛階段和再入大氣層階段,航天員都是半躺在該艙內(nèi)的座椅上,并有一定角度克服超重的壓力。座椅前方是儀表板,以監(jiān)控飛行情況;座椅上安裝姿態(tài)控制手柄,以備自控失靈時(shí),用手控進(jìn)行調(diào)整。美國水星號(hào)飛船在返回地面時(shí)自控失靈,就是靠航天員手控使飛船返回地面的。在飛船返回地面之前,軌道艙和服務(wù)艙分別與返回艙分離,并在再入大氣層過程中焚毀,只有返回艙載著航天員返回地面。
飛船的服務(wù)艙也可稱“儀器設(shè)備艙”。它的前端通過過渡艙段與返回艙相連,后端與運(yùn)載火箭相接。聯(lián)盟號(hào)飛船的這個(gè)艙又分前后兩部分,前段是密封增壓的,內(nèi)部裝有電子設(shè)備,以及環(huán)境控制、姿態(tài)控制、推進(jìn)系統(tǒng)和通訊等設(shè)備;后段是非密封性的,主要是安裝變軌發(fā)動(dòng)機(jī)和貯箱等物。服務(wù)艙外部裝有環(huán)境控制系統(tǒng)的輻射散熱器和太陽能電池板。
載人飛船、航天飛機(jī)和空間站是當(dāng)代載人航天器的三種主要類型,其中載人飛船是開創(chuàng)載人航天歷史的載人航天器。它用一次性火箭發(fā)射,發(fā)射費(fèi)用較少,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,用途也較廣,既可作為載人于天地之間往返的運(yùn)輸工具,又可作為空間站的救生艇。與航天飛機(jī)比較,飛船技術(shù)比較簡(jiǎn)單,更切合載人航天初期的實(shí)際需要。發(fā)展航天飛機(jī)的初衷是想通過重復(fù)使用降低運(yùn)行成本,但從目前發(fā)展航天發(fā)機(jī)的大國看,其研制、運(yùn)行費(fèi)用并未減下來,俄羅斯因經(jīng)費(fèi)問題,其航天飛機(jī)也未研制下去,目前仍使用飛船;歐洲發(fā)展小型航天飛機(jī)赫爾墨斯號(hào),由于電子技術(shù)復(fù)雜,研制成本高,所以進(jìn)行了8年之后下馬。由此看來,中國發(fā)展載人航天事業(yè),從技術(shù)基礎(chǔ)、研制成本費(fèi)用等多方面綜合考慮,發(fā)展載人飛船是切合中國國情的實(shí)際的途徑,也符合載人航天歷史發(fā)展的情況。蘇聯(lián)和美國的載人航天都是從研制載人飛船起步的,即先用載人飛船把航天員送入太空;接著,利用飛船進(jìn)行航天員的太空行走、航天器之間的對(duì)接等活動(dòng);最后,航天員乘坐飛船登上月球。
由上述可見,那種說現(xiàn)在有了航天飛機(jī),載人飛船就可以不用了的論點(diǎn)是不正確的,從載人航天總體任務(wù)來看,載人飛船不但不能放棄,還要有重大的發(fā)展。