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到这里我们简单的讨论了有关轨道动力学以及轨道机动的问题。需要说明的是在实际中轨道机动比你已经看到的复杂很多，要结合不同方向、不同大小的力，考虑到各种条件、影响，这些都要经过严格而又复杂的数学推导来实现。但他们所用到的基本原理在前面的内容中已经基本涉及了。
美苏太空竞赛：准备阶段
月球距地球约384000千米，半径约1740千米，是地球半径的1/4左右。因为其自转和公转的周期都是27天7小时43分，所以总是以同一半球面对着地球。月球的质量比地球小很多，所以其引力只有地球的1/6。由于月球表面空气及其稀薄，所以陨石撞向月球时不会受到任何阻拦，在月球的表面形成了很多环形山。
二战后“冷战”局面的形成，使得美、苏这两个国家在各个领域展开了激烈的角逐。载人航天作为高科技的体现，当然成为他们争夺的领地。在相继将自己的卫星送入太空之后，他们立刻开始了下一个阶段的竞争，即载人航天计划的实施。20世纪60~70年代这两个巨人出于各自的目的而进行的这场竞赛，或多或少加速了载人航天计划的制定和实施，无形中对整个人类做出了巨大的贡献。
美苏太空竞赛
20世纪60年代，美、苏在太空竞赛中为了拿到头彩，各自从佛罗里达的海岸和丘拉塔姆的荒原向太空发射了三十多艘载人飞船，完成六十多人次的太空飞行。不管他们属于哪个国家，但都怀着人类对太空的向往，踏上一次又一次的征途，对地球以外的世界展开探索。这些最初的尝试为后来的登月计划以及空间站的建立积累了宝贵的经验。
准备阶段
对于太空这个未知的领域，科学家绝对不敢直接就将人类送入太空，他们需要考虑人到底能不能适应太空环境？因此工程科学、医学、生物学各领域的专家对此进行了大量的探讨以及试验。
早在20世纪40年代末～50年代初，美苏就相继进行了将生物送入高空或太空的实验。苏联在发射第一颗人造卫星后的一个月，紧接着又发射了一枚人造卫星，这枚人造卫星中乘坐着进入太空的第一个“航天员”——小狗“莱卡”（Laika）。太空中的这段时间“莱卡”生活在卫星中的一个小舱里，不用担心空气、实物和水的供应，它的一切状况通过无线电遥测直接传送到地面。在地面上可以看到从卫星点火、发射、加速、入轨直到失重等飞行条件下，“莱卡”的状态一直很好，但可惜的是因为当时没有解决飞行器的再入回收问题，所以“莱卡”在轨道上飞行一周之后无病死亡。但它的飞行已经直接的说明了航天器内的条件对生命不会造成威胁。
除此外典型的高级动物航天试验还有猴子、黑猩猩的飞行。1961年11月29日黑猩猩“恩诺思”在美国的航天飞船“水星”号上完成了一次重要飞行，绕地两圈的飞行过程中“恩诺思”吃了食品，并完成了几项已经训练好的心理学试验。在飞行结束时由于系统出现故障，舱内温度曾高达40oC，但还是返回了地面，“恩诺思”幸免于死。之后生物学专家们对动物进行了认真细致的观察和生物遗传学研究。
在这一系列飞行试验的基础上，航天医学专家基本取得了希望的结果，认为太空飞行对人体不会有太大的威胁。于是开始考虑将人送上太空。
美苏太空竞赛：争取第一的东方号和上升号
第一个登上太空的人——尤里·加加林
我第一次亲眼见到了地球表面形状。地平线呈现出一片异常美丽的景色，淡蓝色的晕圈环抱着地球，与黑色的天空交融在一起。天空中，群星灿烂，轮廓分明。但是，当我离开地球的黑夜时，地平线变成了一条鲜橙色的窄带，这条窄带接着变成了蓝色，复而又变成了深黑色……
——人类首次进入太空时航天员尤里·加加林对地球的描述
20世纪50年代末期，赫鲁晓夫从斯普特尼克1号卫星的成功发射中，清楚的认识到航天技术的发展对苏联国际地位的提高会起到很大的作用，而且在外交台面上如果有了这张王牌也可以增加自己谈判的筹码，因此他积极的支持苏联的太空计划。与此同时，航天专家们也清楚地知道美国无论在卫星还是运载火箭的技术上绝不逊于自己，如果不继续努力，很有可能就被超过。实际上在1958年以后，美国发射人造卫星的数量和获得的科学成就已经很快地超过了苏联。
1958年，在航天专家科罗廖夫的带领下苏联正式开始了载人航天的研究工作。为了保证航天员进入太空的安全性，一部分技术人员们希望首次的载人飞行不要进入绕地球的轨道，采用亚轨道的飞行方式，之后再循序渐进展开轨道飞行。但科罗廖夫考虑到亚轨道飞行要做的工作量几乎与轨道飞行相同，而且在对太空飞行作了相当程度的分析后，认为人类直接进入太空的威胁并没有想像的那么大。所以最终决定采用直接进行载人轨道飞行。当然，当时的国际形势以及政治的压力也不能不说是科罗廖夫考虑的一个重要因素。
亚轨道飞行方式是指太空船进入太空，但未进入绕行地球轨道的一种飞行状态。亚轨道飞行可以充分利用现有的技术成果，并且保证较高的安全性。
到1959年初，苏联第一艘载人飞船开始具体设计，取名为东方（Vostok）号，东方号的乘员舱采用球形，这主要考虑飞行器返回时经过大气层，大气分子与飞行器发生碰撞会产生极大的热量，而球形可以很好的减少这种不利因素的影响，并且能在各种速度下保持稳定。在球形乘员舱的外部安装了不同的遥控天线和通信天线，通信天线的下端是一个小型的电子设备舱，航天员坐在乘员舱内通过各种仪器与外部保持联系。乘员舱的侧面还有一个圆形的观察窗和一个弹射窗。
前苏联航天时代的开拓者科罗廖夫
科罗廖夫（Sergei Pavlovich Korolev 1906～1966）
科罗廖夫是苏联运载火箭和航天飞船的主设计师、航天计划的主要制定者之一，航天活动天才的组织者。1907年1月12日生于乌克兰。以半工半读的形式念完了中学和高等专科学校。1929年毕业于莫斯科高等技术学校空气动力系，同年拜访了齐奥尔科夫斯基，从此将航天作为自己的终身事业。1931年参加了刚刚创建的喷气推力研究小组，1933年该小组被列为国家军事机构，改为喷气推力研究所（Jet Propulsion Research Institute）。
1938年，受苏联肃反运动波及科罗廖夫被逮捕，关押在西伯利亚的古拉格集中营。1940年，经著名飞机设计师图波列夫的努力，转入图波列夫领导的监狱工厂KB…29。1944年获假释。1945年9月被派往德国研究V…2导弹，随后开始研制本国的弹道导弹工作。1947年10月发射了苏联第一枚弹道导弹。1949年他设计的远程导弹试验成功。
接下来的几年，科罗廖夫主持开发了运载火箭，科学、军事和通信卫星，行星探测器，人造飞船。为苏联航天事业奠定了雄厚的基础。1966年1月14日，正处于事业巅峰的科罗廖夫死于一起医疗事故。
由于苏联航天工业的保密性，科罗廖夫对航天事业的具体贡献，在其生前及死后几十年都不为人所知，有关他的资料一直处于政府“保护”之下。直到1994年俄罗斯的一名记者公开发表了科罗廖夫的传记，人们才真正了解这名航天时代的开拓者。
为了防热，船体的材料采用了弹道导弹常用的高密度烧蚀材料，但是后来的研究表明飞船再入的气动环境与弹道导弹并不完全相同，因此这种材料并不适于航天返回时的环境条件，在以后的设计中才转为使用隔热性能好的低密度的烧蚀防热材料。这种烧蚀材料在进入大气层时，与大气摩擦会一层一层地烧蚀成炭，当炭灰飘散时会带走多余的能量。
在球形的下面是一个圆台和圆锥的结合体，这个结合体紧靠乘员舱的一侧挂有18个球型高压氮气和氧气瓶，为乘员舱内的航天员提供尽可能类似地球的大气环境。气瓶下面的圆台是仪器舱，再往下是反推发动机和内部推进剂储箱。当要返回地面时该发动机可将飞船的速度降到大约155米/秒，使飞船脱离轨道。
飞船发射后整个末级火箭与飞船是一同进入轨道的，这时飞船的总长达到了7米多。东方号飞船的轨道高度并不高，近地点的高度只有180千米。在这个高度下，大气对飞船轨道的衰减非常厉害，这主要是为了保证航天员的安全，如果反推火箭出现故障，可以保证飞船在10天内逐渐降低轨道，最终以不大的速度返回地面。
东方号采取陆地回收的方式。起初考虑航天员的安全，科罗廖夫提出海上回收的方案，但苏共总书记赫鲁晓夫出于保密性的考虑，坚持要求在陆地回收，而当时陆地回收的技术还不成熟，很可能会威胁航天员的安全。最终不得不采用了一个折中的办法：不回收返回舱而只回收航天员，即在返回舱再入离地面10 000米左右，将航天员连同座椅一道弹射出去，并用降落伞回收。
事实上东方号所采用的不回收返回舱而只回收航天员的方法并不安全，因为航天员在弹射时的速度比飞机弹射时快得多，航天员用降落伞能否着陆成功专家们也不敢保证。1960年12月用动物做弹射降落试验时就发生了死亡事故。
在经过了一系列的试验飞行后，东方号飞船做好了载人轨道飞行的最后准备。1961年4月3日，苏联政府批准了载人轨道飞行。同月12日一枚R…7A运载火箭装载着“东方…1”号，将人类进入太空的第一名使者——尤里·加加林送入太空。迈出了人类进入太空的第一步。
尤里·加加林1934年3月9日出生于苏联莫斯科的格扎茨克镇。年轻时曾作为治金工人在工业学院学习，业余时间学习飞行。1955年加入苏联空军做飞行员。1960年被选为航天员。1961年4月12日，进行了人类首次太空飞行。1968年在另一次飞行训练时因坠机而死亡。
“东方…1”号的飞行过程 。 最好的txt下载网
莫斯科时间1961年4月12日过程
9：07东方1号飞船发射升空
9：09东方1号运载火箭助推级和第一级脱落
9：10运载火箭头部整流罩抛离
9：12第二级火箭分离，第三级火箭点火
9：21第三级连同飞船进入180～230千米地球轨道
9：49东方1号飞船进入地球阴影
10：09东方1号飞船离开地球阴影
10：25反推发动机点火，飞船降低轨道准备进入
10：35下降舱分离后进入大气层，距地面千米高时加加林弹射
10：55加加林落在萨拉托夫地区恩格尔城西南26千米处
继加加林之后，东方号又进行了5次载人轨道飞行，为苏联争取了太空竞赛中一个又一个第一。这里面包括比耶科夫斯基驾驶东方…5号飞船创造了留空119小时的纪录，以及世界第一个女航天员瓦伦蒂娜·捷列什科娃乘坐东方…6号升空。就载人航天技术来说，整个东方号计划在医学实验上特别是人在轨道飞行期间的反应和适应性方面，取得了伟大的成果，但由于飞船的限制和其他原因，东方号飞船的太空飞行在其它方面并没有取得太多的研究成果。
1。此次飞行后，季托夫由于太空病的影响脱离了航天员的职业
在东方号发射成功之后没多久，科罗廖夫已经开始考虑新的航天计划，经过大量的研究和规划，初步形成了两项计划，即东方…ZH飞船和联盟复合体。但这些计划都是长期性计划，不可能马上看到成果，可对于不懂什么技术的赫鲁晓夫来说，更需要的是新的第一。在这种压力之下，科罗廖夫被迫改变了自己的计划，因此就有了上升（Voskhod）号飞船计划。
因为时间紧迫，上升号飞船的形状和东方号没多大差别，只是在下降舱的侧部加装了可伸缩的气密舱，用作航天员进入太空的通道。另外由于上升号飞船的飞行轨道有所提高，处于200～300千米之间，如果反推火箭出现故障，极稀薄的大气不足以产生足够的阻力令飞船在半个月内降低轨道，因此在返回舱的顶部安装了备份的固体反推火箭。除此以外，由于技术的成熟，上升号取消了弹射座椅，代之为两个座椅。在回收时利用减速伞降低飞船速度，并在接近地面时利用主伞下端两个小固体火箭，进一步减小飞船的着陆速度。
上升号的第一次飞行对所有的技术人员来说，简直是一次冒险。因为在飞船即将完工的时候，赫鲁晓夫下达命令，要在1964年革命节（11月7日）前实现同时3人的太空飞行计划。设计人员只好对飞船采取了极其冒险的改装，拆除了许多科学仪器，舱内的生命保障系统降到最低限度。由于座舱空间太过狭小，进入座舱的三名航天员都没有穿航天服，所幸的是这次飞行没有出现任何意外。这之后赫鲁晓夫下台，上升号就再也没有进行过这样具有挑战性的飞行。
1965年3月18日，上升2号载着两名航天员——列昂诺夫和贝里亚耶夫，又完成了一次史无前例的创举：太空行走。太空行走是由列昂诺夫完成的，他通过气密舱进入太空，靠一根5米长的绳子与飞船连在一起。返回飞船时由于航天服在真空中膨胀起来，列昂诺夫怎么也无法通过舱口，经过了8分钟的挣扎他才回到飞船中。
上升号飞船飞行记录
发射日期返回日期 飞船航天员 备注
～上升1号科马洛夫弗科蒂斯托夫耶格罗夫首次3座航天器飞行
～上升2号列昂诺夫别利亚耶夫首次航天员出舱活动
上升号计划作为过渡性的计划只是实现了几个第一，比东方号并没有多大的发展。对于这种情况，很多历史学家认为，是因为赫鲁晓夫坚持要有绝俗的太空表现，当然这必然牺牲了技术进步和工程进展。到上升号飞船计划结束，苏联在航天技术上的优势已经在基本消失，而1966年科罗廖夫病逝，无疑对苏联的航天事业造成了进一步的打击。
美苏太空竞赛：稳扎稳打的水星和双子星
早在20世纪40年代末，美国的许多军事和研究部门就开始了载人航天所需的各种技术和可能性的研究工作，提出了大量的论证报告和方案，但是由于各单位独立行事，缺乏合作思想，局面十分纷乱，因此并没有形成可执行的计划。这种状况直到1958年才得以改观。不过也正因为这种“百花齐放”的局面，美国在载人航天的基本技术方面取得了很多有价值的研究成果。比如，这一时期提出的逃逸救生塔方案和用于减弱过载的“轮廓座椅”（Contour Couch）在后来的载人航天计划中都获得了应用。
逃逸救生塔方案是为了保证航天员在发射段的安全而提出的。载人飞船的上方安装了一圈小型固体火箭，喷口朝斜下方，当运载火箭点火或其它原因出现紧急情况时，启动小火箭可将整个飞船迅速脱离危险的运载火箭，然后用降落伞或弹射方法使航天员着陆。
当火箭携带航天器加速飞行时所产生的加速度超过重力加速度的倍数称为过载，“重力加速度”规定用“g”来表示，超过2倍就是2g；而超过10倍就是10g。过载对航天器内部仪器，特别对人体会产生直接影响。过载太大，航天员轻则昏迷，重则器官破坏甚至死亡。所以载人飞船的发射和返回都要保证不超过一定的过载。一般发射或者返回时；人体可以承受15g或者更大的过载。而能够保证航天员正常工作和生活的过载值一般不超过4～5g。
为了尽快结束航天事业发展中的混乱局面，更快地发展航天技术，美国在1958年制定了太空法案（Space Act），以法律的形式确定了太空研究的计划、方向和目标；并且成立了新的机构——国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA），将有关航空航天发展计划都纳入到该组织中。1958年8月8日，NASA正式接手载人航天计划，并于不久就公布了水星（Mecury）号载人飞船计划。
NASA标志
NASA介绍
NASA全称美国国家航空航天局，是世界上最大的民用航天机构。1958年10月1日NASA正式成立。当时所有国防部之下非军事火箭及太空计划在总统行政命令下一起归入NASA，包括正在进行的先锋计划和探险者计划，以及美国全部科学卫星计划。原国家航空咨询委员会（NACA）的3个实验室：兰利研究实验室、刘易斯研究实验室、艾姆斯研究实验室编入NASA，更名为兰利研究中心、刘易斯研究中心、艾姆斯研究中心。爱德华空军基地的飞行试验室改名为飞行研究中心，海军研究实验室有关先锋计划的部分划归NASA，在马里兰州组建了戈达德航天飞行研究中心。1960年6月接管冯·布劳恩领导的陆军弹道导弹局，在亨茨维尔组建马歇尔航天飞行中心负责大型运载火箭的研究计划。尔后NASA还相继调整、组建了肯尼迪航天中心、约翰逊航天中心、太空飞行器中心。今天，NASA已成为世界上所有航天和人类太空探险的先锋。
NASA下属机构
机构名称研究领域
艾姆斯研究中心Ames Research Center信息技术
德来顿飞行研究中心Dryden Flight Research Center大气层内飞行研究
格伦研究中心Glenn Research Center涡轮机械
戈达德太空研究所Goddard Institute for Space Studies地球环境研究、天体研究
戈达德航天飞行中心Goddard Space Flight Center科学研究、太空地球研究
独立认证与鉴定研究所Independent Verification & Validation Facility高级软件系统
喷气推进实验室Jet Propulsion Laboratory自动卫星研制、深空探测
约翰逊航天中心Johnson Space Center人类在太空的操作航天员的地面训练
肯尼迪航天中心Kennedy Space Center发射与货物处理中心
兰利研究中心Langley Research Center结构与材料
马歇尔航天飞行中心Marshall Space Flight Center火箭研究
斯塔尼斯航天中心Stennis Space Center推进试验系统
沃洛普斯飞行研究所Wallops Flight Facility亚轨道研究计划
白沙试验研究所White Sands Test Facility危险材料、部件和火箭推进系统的试验和评估
水星计划所要达到的目标与东方号计划基本相同。工程师们设计了一个圆锥形的