[科普中国]-水星载人飞船

研制背景

在美苏太空竞赛中，苏联成功发射第一艘载人飞船，成功的将宇航员加加林送入太空并安全返回。这使得美国人的情绪有些不平衡，当时美国的水星计划上有许多准备工作需要做2。

1961年5月5日，命名为自由7号的水星飞船在卡纳维拉尔角空军基地由改装的红石火箭发射升空，飞船上乘坐的是美国第一位宇航员阿兰·谢帕德。这完全是一次弹道发射，飞船上升的最大高度为186千米。飞船正常分离后，又以弹道状载入大气层并安全回收。这种飞行方式被称为亚轨道飞行。据说在全部15分22秒的飞行过程中，谢帕德只有5分钟的失重经历2。

1962年2月20日，美国发射载人飞船“水星”6号，航天员欧约翰·H·格伦中校驾驶“水星”6号飞船绕地球飞行3圈，历时4小时55分23秒，在大西洋海面安全返回。格伦因此成为美国第一个进入地球轨道的人3。

美国为什么首先选择进行亚轨道飞行呢？这主要是因为美国宇航界认为，载人航天技术难度大，在进行正式的轨道飞行之前，应当首先进行较简单的亚轨道飞行试验，以降低飞行的风险，为载人轨道飞行积累经验。另外，美国的载人航天计划一切从零开始，包括运载火箭都是在红石、宇宙神等导弹基础上研制的，首先进行亚轨道飞行易于取得成功，对在苏美载人航天竞赛中获胜也十分有利2。

技术特点构造特点水星号飞船总长约2.9米，最大直径1.8米，重约1.3～1.8吨。由圆台形座舱和圆柱形伞舱组成。在发射时，水星号飞船的顶端还有一个高约5米的救生塔。座舱内可乘坐一名航天员，设计的最长飞行时间为2天。航天员躺在特制的座椅上，通过飞船舷窗、潜望镜和显示器可观测地球表面。在座舱外面大钝头处覆盖一层很厚的防热材料。飞船返回前点燃制动火箭，然后抛弃制动火箭组合件，再入大气层，下降到低空时打开降落伞，航天员与飞船一起溅落在海上，由直升机和打捞船只回收。航天员发现在轨道飞行中通过舷窗观测地平线和天体，可使飞船正确定位，从而可取消座舱中笨重的潜望镜，使飞船作漂移式飞行以节省燃料1。

逃逸系统在任务的发射阶段，飞船和宇航员依靠发射逃逸系统来避免受发射事故的危害。逃逸系统是安装在飞船上方的一个能产生231kN推力的固体火箭塔。在发射事故产生时，逃逸系统在1秒内启动，将飞船和宇航员带离失效的运载火箭，随后依靠飞船的降落伞着陆。助推火箭熄火后，逃逸塔完成使命从飞船上脱落，由一枚能产生3.6KN的固体火箭工作1.5秒提供分离推力2。

箭船分离技术箭船分离时，飞船上的三枚推力为1.8KN的固体火箭点火1秒。这三枚火箭成为加速火箭。

飞船只配备了姿态控制推力器，因此在轨道注入和制动减速期间，飞船不能改变轨道。飞船高低部分各有6个喷射器，每个轴上两个。喷射器的燃料补给来自两个分离的燃料罐，一个自动供给，一个手动供给。宇航员可以选择控制喷射器中的任意一个。飞船还被设计为可以完全接受地面控制，以便在宇航员无法控制时控制飞船。

飞船有3枚固体制动火箭，每枚推力4.5kN，工作时间10秒。但一枚火箭足矣将飞船带回地球。制动时一枚火箭先点火，5秒后第二枚点火，5秒后第三枚点火。

飞船的顶端有个档板，飞船再入时如果顶端在前，流过档板的气流会将飞船调整为防护盾在前的安全姿态。再入过程中，宇航员在轨道段要承受8G的加速度，在亚轨道段要承受11-12G的加速度2。

运载火箭水星计划使用了三种运载火箭：

小乔伊火箭 - 8次亚轨道机械测试，2次运送猴子，以及若干逃逸系统测试。

红石运载火箭- 4次亚轨道机械测试，一次运送黑猩猩，2次载人亚轨道飞行。

宇宙神运载火箭 - 4次亚轨道机械测试，2次在轨飞行，1次运送黑猩猩，4次载人轨道飞行。

小乔伊火箭搭载试验版飞船主要用来进行逃逸塔和飞行中断程序测试。红石火箭主要用于亚轨道飞行，宇宙神火箭用于轨道飞行。小乔伊火箭是专为水星计划设计的固体火箭，而宇宙神火箭原本是用来运送核弹头，因运送比弹头更重的飞船而做了必要的加固。1958年10月，水星-朱庇特导弹也曾被考虑作为亚轨道运载工具，但在1959年又因预算原因取消了此计划。大力神系列导弹也曾考虑做水星计划的运载工具，但计划付诸实施前水星计划就终止了，大力神系列导弹用于随后进行的双子星座计划。

水星计划中，也使用了一枚侦察兵火箭，水星-侦察兵1号计划运送一颗卫星来评估遍布全球的水星追踪系统，但卫星随火箭在飞行44秒后由靶场安全系统摧毁2。

飞行实验无人飞行水星计划含有20次无人发射，并非所有发射都以进入太空为目标，也并非所有发射都达到了预期目标。其中4次飞行搭载了灵长类动物，第15次发射搭载了一只叫做山姆的猕猴。整个计划中使用的动物见下表：

山姆，一只猕猴。1959年12月4日乘坐小乔伊2号到85千米高空。

山姆小姐，一只猕猴，1960年1月21日乘坐小乔伊1B到15千米高空。

含，一只黑猩猩，1961年1月31日乘坐水星-红石2号进行亚轨道飞行。

以挪士，一只黑猩猩，1961年11月29日成坐水星-宇宙神5号进行轨道飞行2。

载人飞行美国首批宇航员是从110名军队飞行员中甄选出的，选择他们是因为他们达到的物理标准。NASA在1959年4月9日宣布了这7名宇航员。但最终只有6名宇航员上天，斯雷顿由于心脏原因未能执行任务。

宇航员

斯科特·卡彭特

戈尔登·库勃

约翰·格伦

维吉尔·格里森

瓦尔特·施艾拉

艾伦·谢泼德

迪克·斯雷顿

自谢泼得的“自由7号”起，之后的每名宇航员都为他们的飞船起一个以“7号”结尾的名字，以彰显他们的团队精神2。

发射记录

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“水星七人组”谢幕当地时间12月8日，美国首位环绕地球飞行的宇航员约翰·格伦（JohnHerschelGlennJr）去世。约翰·格伦是美国首个载人太空项目“水星计划”的七名航天员之一，去世前也是“水星七人组”最后一位在世的宇航员。他的离去，代表一个时代的结束4。

1959年，新成立的美国宇航局（NASA）邀请了110名飞行员进行测试。经过高强度的筛选，约翰·格伦和其他六人被选为美国首批宇航员。这七名宇航员随后参加了美国首个载人航天项目--水星计划（ProjectMercury）。

该计划名称源于罗马神话中速度之神墨丘利（Mercury），Mercury也是太阳系行星水星的名字，它的移动速度比其他行星都快，计划名称取其快速之意4。