中国载人航天工程体系是怎样的？
宇航员系统
航天员系统是载人航天工程的重要组成部分。与其他六个系统相比，它具有更大的特殊性。载人飞船工程与其他航天工程最重要的区别在于人类直接参与飞行。航天员系统是以航天员为中心的医学与工程相结合的复杂系统，涉及航天生命科学、航天医学工程等多个重要领域。航天员系统的任务是制定航天员选拔方案、内容和标准，选拔和培养能够执行载人飞行任务的航天员；对航天员实施有效的医学监督和医疗保障；与此同时，宇航服、食品、器皿等装船项目的开发也完成了。
(1)关键选择
载人飞船是一种载人航天工具。由于飞船发射、运行和返回过程中独特环境条件的复杂和恶劣，以及飞船本身的技术复杂性和发生故障的可能性和危险性，决定了飞船的飞行员——航天员不是一般人能够胜任的。
航天员首先要能适应火箭飞行和太空生活的恶劣条件，然后才能完成各种太空任务，所以对航天员的选拔和培养极其严格，甚至苛刻和苛刻。航天员是从工作性质相近的战斗机飞行员中选拔出来的，具有良好的身体和心理素质，受过良好的训练，有相当的飞行经验，愿意投身于航天事业的人。
航天员的选拔在各国航天事业中都是极其重要的。这是一个复杂的过程，挑选出来接受训练的人员不一定都能成为真正的宇航员。所以选拔的人员只能叫预备航天员或者实验航天员。要成为预备宇航员或实验宇航员，你必须通过以下几关:
首先是身体和心理素质的要求，临床和住院检查，生理和心理检查。宇航员必须有健康的身体、敏锐的思维和坚强的性格。
鉴于太空生存的特殊要求，候补航天员必须进行详细的医学检查。首先要研究所有的病历，然后化验血、尿、便，再检查心电图、胸电图，研究胸腔、大肠、鼻窦、脊柱腰骶部、胃、食道、牙齿的x光照片。此外，眼科、前庭功能、心血管系统、肺活量等一系列检查也必不可少。在上面提到的身体条件中，心血管系统和中枢神经系统最为重要。
由于航天活动的特殊性，还要求航天员具备过硬的心理素质，包括其人格心理、人格气质、智商水平、工作效率等。评估他们的适应能力、应急反应能力和特殊情况下的忍耐力，也是选拔航天员必不可少的一环。候补航天员必须进行超重耐力、立位耐力、高低温耐力、最大体力负荷耐力实验，以及噪声和振动实验、完全隔离孤独实验。
其次，作为选拔出来的航天员，对他们的经历、知识水平、知识结构的要求也是非常高的。他们至少应具有大学教育水平并能适应空间环境，他们能迅速掌握空间飞行器的操作。从上面可以看出，选拔一名合格的预备航天员并不容易。“千军易得，一将难求。”这些人是从无数候选人中挑选出来的，各方面都是人群中的佼佼者。
选拔不易，训练更难。在选拔的后备航天员中，经过艰苦严格的训练、观察、测试、考察，不断淘汰一部分人，只有完全符合航天员条件的人才能成为正式航天员。
(2)艰苦的训练
那些新选拔出来的预备航天员，在刚刚感受到快乐的同时，开始了艰苦、枯燥甚至严酷的训练生活。
我们普通人很难想象一艘飞船有多少系统，每个系统有多少装置，每个装置有多少操作按钮。但是，航天员要一个一个去理解，去掌握。我们也无法想象，从火箭起飞到太空飞行，再到返回舱在地面安全着陆，会经历多少极其复杂、完全不同的过程，其中很多是地面上人们做梦都想不到的，需要航天员去了解它、感受它、掌握它；同时，航天员的太空之旅也不是普通乘客的观光旅游。他们要去工作了。为了完成复杂的空间操作，他们必须掌握所有相关知识。
由此可想而知，为了完成这么多的任务，航天员要学习和掌握多少新的知识和理论，要在地面忍受多少恶劣的条件。
宇航员的训练可分为一般训练和特殊训练:
一般训练包括各种科学技术知识的理论学习，包括天文学、地质学、大气物理学、力学、电子学、测控、飞行力学、气象学、制导与导航理论、计算机理论、火箭技术基础和航天医学生物学。还要学习和掌握航天器的总体设计，包括航天器各系统的组成、系统的工作原理、可能出现的故障模式和对策；在飞船的生产和安装过程中，还需要观看飞船的生产、设备结构和安装。
一般训练也包括体能训练。比如体能，耐力，生存能力。
首先是体能训练。一般有大家熟悉的早操，球类，田径，登山，游泳，体育比赛。这种训练是在医护人员的监督下进行的，目的是增强体质，提高身体对各种突发因素的承受力。其中，登山运动是最有益的。它不仅可以训练航天员的体质，还可以为航天员提供低气压和氧分压、空气温度和湿度快速变化、紫外线和红外线辐射的条件，从而提高机体对特殊因素的稳定性。
其次是飞行训练和太空模拟训练。太空飞行过程中对人类影响较大的外界因素很多，主要包括飞船上升和下降阶段的超重、振动和噪声，以及在轨飞行阶段的失重、真空、辐射和宽温差变化等。为了使宇航员熟悉和适应这些独特的环境条件，人们在地面建立了一系列模拟设备，如大型离心机、失重飞机、振动平台、噪声模拟器、变温舱、变压舱、辐射室等。航天员要在特殊设备上，在超重、失重、低气压、高低温交替、振动、噪声、冲击、孤独等环境中进行针对性训练。
太空生活中最常见、必须长期忍受的就是失重，这也是宇航员的生活与正常人最不一样的地方，所以一定要重点训练。基础训练和专项训练我们都会重点介绍，在介绍专项训练的时候会详细介绍失重训练的具体情况。
此外，定期的飞行训练可以保持宇航员的飞行技能，并进一步提高宇航员在可能出现错误的情况下做出快速判断和反应的能力。
除上述训练外，还应进行必要的救生训练。为了训练航天员着陆后的自救能力，要在热带、沙漠、海上进行坠机着陆训练。首先以讲座的形式讲解生存的概念，各种环境条件的特点和要素，然后进行生存方法的演示练习。最后，每种情况都要进行至少一周的训练，包括:如何走出机舱，如何呼救，无线电联络，定向，甚至觅食，搭帐篷等保证生存的工作。
专门训练是针对特定航天器发射前1年的训练。在特殊训练之前，宇航员已经掌握了许多关于航天器的知识。这时候要对他们进行基本操作知识、操作技能、操作程序的培训，还要进行航天员分组工作的培训和航天生活方式的培训。通过这种训练，航天员可以掌握飞行计划，熟练控制飞船完成预定任务，从而在太空中很好地生存。
这时，宇航员应该在专门的航天器模拟器中接受训练。美国休斯敦载人航天中心、俄罗斯加加林航天中心都有完整的训练模拟器。模拟器可以完整模拟航天器各系统、设备的工作状态，模拟航天器的发射、运行、交会对接、返回制动、返回地球的各种过程和现象，使航天员能够像真实飞行一样，完成一次完整的飞行，做各种应该或可能要做的工作。
此外，模拟器还可以根据飞船的故障分析，模拟上百种故障。这种故意故障可以训练航天员的分析判断能力、故障排除能力和应变能力。经过这样的训练，宇航员在真正的太空飞行中遇到故障时，可以更好地完成任务，不至于手忙脚乱。
宇航员不得不接受可能在再次飞行时接受的环境训练，比如飞船的热真空试验。实验是在一个可以抽真空的特殊容器中进行的。宇航员进入放置在真空模拟器中的航天器进行实验，模拟高真空和温度交替条件下的环境。
宇航员在太空中遇到的最常见、最长期的特殊情况就是失重，所以宇航员必须接受严格的失重训练，并在起飞前再次接受这方面的长期训练。
为了在地面上模拟太空失重状态，人们想了很多办法。起初，飞机的抛物线飞行被用于创造失重环境，但这种方法只能产生30秒的失重状态。后来使用了落塔、落管等方法，但这些方法最多只能产生几分钟的失重环境。宇航员在太空中必须长时间处于失重状态。为了训练航天员对失重的适应能力，需要创造一个长期失重的环境，让航天员在这个环境下进行训练。因此，美国人在马歇尔航天中心研制了大型中性浮箱试验装置。
简单来说，这个装置就是一个专门配制水的大罐，直径23米，深度12米。将测试对象如一艘飞行船放入水中，它靠水的浮力变成中性漂浮物来模拟零重力状态。让受训的航天员穿上宇航服，在宇航服上适当配重后，他就失重了，这样就可以进行长时间的模拟训练。
除了技术训练，太空模拟训练还包括太空生活方式的训练。太空生活和地面生活完全不同。宇航员进入太空前，必须生活在人造大气中，并采取特殊的作息制度一段时间。他们还必须学习如何在太空中吃食物、穿衣和睡觉等实际生活训练。
经过以上在训练中的选拔和淘汰，剩下的完全符合航天员要求的人才能成为真正的航天员。他们不仅要完全满足各方面的严格要求，还要针对航天飞行的巨大危险性有勇敢的奉献精神。可以说都是太空探索的勇士。正是因为他们勇敢的奉献和探索的能力，人类在载人航天技术上取得了辉煌的进步，为人类征服宇宙和探索太空做出了巨大的贡献。
(3)训练中的危险
航天员的训练不仅艰苦、要求高，有时还会面临极度的危险，甚至死亡。
1967 65438+10月27日，有望实现首次载人飞行的阿波罗4号在美国肯尼迪飞行中心进行了地面测试。就在发射前，指挥舱突然起火。瞬间，飞船淹没在一片火海中，整个驾驶舱都是火焰和浓烟。飞船里的三名宇航员只来得及说“救救我们”。
由于当时的舱门无法快速打开，虽然地面人员迅速赶到救援，但为时已晚，3名宇航员已经全部被活活烧死。
这三名宇航员是海军少校罗杰·查菲，空军中校·爱德华·怀特和空军中校·格里森，他参加过两次太空活动。
经调查发现，事故是由于电路短路，引起电火花，引燃驾驶舱。
惨案发生后，美国国家航空航天局对载人飞船的结构进行了大改革，安装了2~3秒就能快速打开的活动舱门，而不是过去需要90秒才能打开的旧舱门；金属包皮用来代替以前的聚四氟乙烯包皮；不锈钢导管用于取代以前的铝导管；最重要的一点是，驾驶舱后来开始充入与地面空气成分相似的气体，以取代之前的纯氧。这些改革措施大大增强了飞船起飞时航天员的安全性。
阿波罗4号的事故使美国阿波罗的首次载人航天飞行推迟了1多年。直到1967和10，美国阿波罗7号才正式飞向太空。
为了纪念这三位在航天事业中英勇牺牲的宇航员，8月阿波罗1971登月舱登陆月球时，这两位踏上月球表面的宇航员做的第一件事就是把查菲、怀特和格里森的骨灰撒在月球的土地上。他们生前没有完成心愿，死后就让他们融入这片梦幻的土地吧！
“阿波罗15”的宇航员撒下白色等骨灰，在月球表面放置一块金属板，上面刻着包括前苏联在内的截至当时所有为人类航天事业奉献生命的宇航员的名字。人类永远不会忘记这些敢于探索的先驱者。
只有通过如此艰苦的训练，宇航员们必须牺牲自己的生命，他们才能成为完全合格的宇航员，有资格进入太空。但是，要想真正拿到通往太空的通行证，成为真正征服太空的勇士，光靠上面是不够的，因为即使成为正式的宇航员，也不一定意味着他们就能真正踏入宇宙，他们必须经过最后一道关卡——上天前的选择。
(4)最终选择
前苏联宇航员加加林是世界上第一个离开地球进入太空的人。他真的是一个幸运儿。那么是不是每个正式宇航员都足够幸运去太空呢？当然不是。
为了保证载人航天任务的顺利实施，在确定航天员时，一般需要准备几组候选人，至少要有两组后备，即备用航天员。据说当年的加加林还只是候补航天员，太空行走还是很有戏剧性的！
因为前苏联的“东方”飞船决定一次只登一人，所以一组有三个候选人，加加林是第三个也是最后一个。巧合的是，第一个航天员可能是紧张，晚上没休息好。第二天发射前，他做最后一次体检时，发现血压异常，心律不好。他被淘汰了，决定换第二个候选人。更巧的是，第二个宇航员可能一直都很紧张。“万一第一个失败了，马上就轮到我了。”我不禁多了几分期待和兴奋。而且这件事比较危险，心里难免有点紧张和不安。所以我检查身体的时候，没有达到飞行的条件，被淘汰了。加加林的心态和前两位不太一样。他觉得前面有两个宇航员，都是从很多训练员中选出来的。他们两个都不合格，不太可能轮到他。所以他的心情很平和，心情很放松，饮食和休息都很舒服。一测，一切正常。当时他决定进入舱内，完成这个划时代的任务，加加林的名字载入史册。
从上面的故事可以说，加加林是历史上的幸运儿，从中也可以看出飞行前心理素质的重要性。飞行前心态的调整是航天员进入太空前要过的最后一道坎。
(5)医疗监管与安全
航天员制度不仅是选拔和培养航天员，也是对航天员实施有效的医学监督和医疗保障。
宇航员的培养和训练需要花费大量的金钱，所以宇航员是金子做的，他们的健康和生命极其重要。
航天员的整个训练过程必须在医务人员的监督下进行，以保证航天员的健康和生命安全。医护人员还必须对航天员进行定期体检，哪怕是航天员的一点小病都不能忽视。
宇航员在太空中的健康是一个不容忽视的大问题。载人宇宙飞船装有遥测设备。这些设备除了向地面传输飞船的各种工程参数外，最重要的任务是随时向地面传输航天员的生理参数，如血压、心率、体温、呼吸状况等。同时，在航天员身体的典型部位安装各种传感器，观察和监测航天员的身体健康状况，以及在太空条件下工作时各种生理特征的变化和反应。这不仅是为了获取人类在太空生活的一些重要参数，也是为了考虑宇航员的健康和安全。航天员一离开地面，地面医护人员的心就紧张起来。他们随时密切关注宇航员的每一个变化。一旦他们发现航天员有异常情况，就会立即联系载人飞船。如果情况不严重，他们会指导宇航员自己治疗。如果情况严重，他们会让宇航员立即返回。
可以说，航天员从选拔开始到顺利返回地球都是在医务人员的掌控之下，能取得今天这样的成绩，医务人员功不可没。
(6)物流发展和供应
整个载人航天工程就像一场巨大的战役。俗话说“兵马未动，粮草先行。”这恰恰说明了物流的重要性。
后勤部门主要负责宇航服、太空食品、太空用具的研制，这些都是直接关系到航天员在太空生活甚至生存的重要物品，每一个细节都要考虑周全。
航天员在太空的饮食和生活用品会专门用一章介绍。这里将以美国首次登月的阿波罗11号宇航员所穿的宇航服来说明太空后勤的复杂性。
美国国家航空航天局专门为登月宇航员开发的宇航服每套价值30万美元。由服装、背包生命保障系统、应急氧气储备和天线装置组成，总重93kg。看到这里有人会出问题:宇航员穿着这么重的宇航服能行走吗？专家们已经非常清楚地考虑了这些事情。月球引力只有地球引力的1/6，这一整套设备在月球上只有15？在5公斤的重量下，宇航员仍然可以像苍蝇一样在里面行走，这永远不会影响他们的工作。这套宇航服由16层材料组成，既能保暖又能供氧，还能防止微陨石的攻击。
宇航服上的头盔与宇航服是分离的，使用时用金属项圈与宇航服的头颈相连。头盔的外壳采用了非常坚固轻便的聚碳酸酯材料，可以有效防止比较大的撞击。头盔还设计了两个面罩，可以保护宇航员的眼睛免受紫外线、红外线和微小流星颗粒的伤害。
与航天服配套的手套也是特制的，外壳由特殊纤维制成，内层由隔热材料制成，以避免宇航员的手在工作中接触到极热或极冷的物体时受伤。手套的指尖由硅橡胶制成，可以提高宇航员手指的灵敏度，这样宇航员仍然可以带着这种看似笨重的手套进行非常细致的工作。
与航天服配套的靴子制作也极其精细。一个* *由21层隔热材料制成，可以保证航天员在任何情况下都能在地面行走。
宇航服虽然很好，但毕竟不是很舒服。宇航员在飞船里不能一直戴着它。为此，除了太空中穿的宇航服，后勤部门的专家还为航天员量身定制了一套飞行服，供他们在载人飞船生活区穿。这套飞行服采用特氟隆材料制成，非常轻便，隔热性能好，适合航天员平时在生活舱内穿着。即使这样的飞行服只穿在生活舱内，科学家们也没有忘记在衣服上设计一个特殊的口袋，里面装着宇航员在太空中遇到意外时的一些必备物品。
从上面可以看出物流研究部是多么的周到。正是因为他们细致周到的工作，宇航员才能在太空健康、安全、舒适地生活。这就是为什么我们说后勤保障是载人航天不可或缺的一部分。
航天器应用系统
航天器应用系统的主要任务是利用载人飞船开展众多的空间实验，在空间开展对地观测和环境监测，开展材料科学、生命科学、空间天文和流体科学等方面的应用和实验。
载人宇宙飞船系统
“神舟”载人飞船，完全由中国研制，是目前中国发射的最大的航天器，它的发射充分显示了中国航天技术的实力。
下面介绍载人飞船系统的主要设备:
(1)航天器-整流罩保护层
这是飞船发射时必不可少的设备——整流罩。
就像我们在之前的发射中看到的，火箭发射的时候，我们实际上并没有看到飞船是什么样子，只看到了一个很大的盖子。这个封面是什么？有什么用？我们看到的大兜帽叫做整流罩，它的作用是保护飞船。一方面是因为飞船上有很多精致的装置，比如飞船上的太阳能电池板、对地观测的窗户等，为了防止污染，这些装置在发射前都需要进行保护；另一方面是为了防止飞船发射时的气动加热。
那么，什么是气动加热呢？火箭从发射台起飞后，速度从零开始逐渐增加，在飞出大气层前可以达到2~3 km/s的速度。如此高的速度会造成航天器与大气层之间的强烈摩擦，并产生巨大的热量。摩擦生热的原理我们都知道，火箭发射过程中的这种摩擦生热叫做气动加热。
火箭、飞船进入太空时，气动加热会使太阳能电池过热，影响使用效果，甚至损坏太阳能电池，使载人飞船进入太空后没有能量。还有，气动加热烧东西会污染飞船的窗户，影响飞船在太空的任务质量。
因此，为了保护飞船，使其能够顺利完成在太空中的任务，飞船在发射前被包裹在整流罩中，直到飞船飞出大气层后整流罩才被扔掉。这个时候，载人飞船才暴露在太空的本来面目。
(2)宇宙飞船的三个部分
轨道舱位于飞船的前部，是飞船的重要模块。轨道舱为密封结构，外形为两端带锥角的圆柱形。作为航天员的主要工作舱和生活舱，航天员在太空的主要活动都将在这里进行，因此配备了完备的生活和工作设施。此外，在航天员太空活动期间，轨道舱还作为有效载荷试验的实验舱、交会对接试验的对接目标、航天员舱外活动的气闸舱和天地往返穿梭的货舱。
除了上述功能，轨道舱还有一个重要的功能，就是作为卫星的功能。当载人飞船完成轨道任务返回时，它没有一起回来。只有返回舱返回地面，另外两个模块留在轨道上。因此，轨道舱将继续在轨道上工作，发挥卫星的作用。这是一个非常巧妙的方法，既完成了太空任务，又带着在太空中取得的成果返回地球，轨道舱回收利用，避免了不必要的浪费，真是一举多得的好事。
飞船中间的倒锥形就是返回舱。返回舱是密闭防热结构，是航天员的驾驶舱。宇航员要靠它返回地球，所以对它的要求是最高的。它需要一系列设施来保证宇航员的安全。
气动加热的问题之前讲过，返回舱返回地面也会遇到这个问题。而且返回舱返回时以8 km/s的速度冲向地球，离地球越近，大气密度越大，返回时的气动加热比发射时严重得多，所以会产生更多的热量。但此时飞船没有整流罩保护，要靠返回舱。因此，对返回舱的结构材料要求非常高，必须解决一系列技术问题，使返回舱具有良好的隔热、保温性能，飞船不仅要在大气层中燃烧，还要保证飞船内部温度不超过一定范围，否则宇航员将前功尽弃。
气动加热的问题在航天史早期被称为热障，意思是气动加热是不可逾越的障碍。当然，随着科技的发展，这个障碍早就被智慧人类跨越了。然而，气动加热问题仍然是现代航空航天工业中的一个技术难点。目前世界上只有美国、俄罗斯和中国解决了这个问题。
推进舱位于飞船尾部，也是一个圆柱体，而且因为宇航员不会进入这个舱，所以推进舱的结构是非密封的。它的底部是与火箭对接的对接面，舱体主要安装飞船的动力装置。推进舱的主要功能是储存燃料，用于航天器的姿态控制、轨道维持、变轨和制动。
载人飞船在这三个舱内还配备了很多系统和设备，比如生命保障系统、通信系统、航天员生活设施等。
运载火箭系统
对于载人飞船的发射来说，火箭是极其重要的一部分。载人飞船必须由火箭加速到一定速度，送入预定轨道，才能绕地球飞行，遨游太空。
“神舟”号载人飞船是用中国自行研制的“长征”系列运载火箭发射的。“长征”系列运载火箭多次在中国发射史上立下汗马功劳，在世界运载火箭系列中也享有很高的声誉。
“长征”系列运载火箭虽然优秀，但不能直接用来发射载人飞船。火箭发射载人飞船，航天员的安全指数要达到0？997以上，所以用原来的“长征”运载火箭发射载人飞船，可靠性还远远达不到要求。
为了达到航天员的安全指标，“长征”运载火箭不得不进行大量的适应性修改和设计，以提高火箭的可靠性和安全性。工程技术人员对长征运载火箭原有的火箭体结构、动力装置系统、控制系统、遥测系统和外弹道测量系统进行了改造，提高了其可靠性，并额外增加了故障检测系统和逃生救援系统，以提高航天员在上升阶段的安全性。
安装火箭故障检测系统和逃逸救援系统是载人航天区别于其他航天器的一个突出特点，是保障航天员安全的必备设施。
首先，发射载人飞船的火箭上必须有自动故障诊断系统，可以随时监测火箭的各个部件和系统是否出现故障，并能立即识别故障的严重程度，判断是否存在对航天员安全的威胁。一旦发现严重事故，需要启动逃逸救援系统，使逃逸飞行器迅速脱离火箭的所有机械、电路、气路、液路，带领航天员飞往安全区域。这一系列动作往往只在毫秒之间。
飞船能否准确进入预定轨道，是飞船正常工作、准确返回的关键第一步，而发射入轨主要是火箭的功劳。因此，“神舟”成功进入太空，“长征”火箭先行一步。
发射场系统
(1)建立发射场的地理条件
虽然我国幅员辽阔，但航天发射场对地理条件的要求非常严格。要有适宜的地理位置和地形，良好的气象和水资源，可靠的安全条件。不可能在任何地方建造发射场。在选择载人飞船发射场的地址时，不仅要考虑发射其他飞船的条件，还要考虑参与飞行的人员的安全。