四代空间站亮相太空

第二节 四代空间站亮相太空

空间站是人类载人航天技术发展的必然选择,是人类走出地球,进入更为广阔宇宙空间的第一步。

1961年,航天大国苏联实现了人类第一次把航天员送入太空的梦想。由于不满足于仅仅把航天员送到太空转几圈,以展示领先于世界的航天技术和社会主义制度的优越性,于是建设一个在近地轨道上长期运行,可供航天员在太空中多待上一段时间甚至长期生活,可以开展对地观测和各种科学实验研究的空间站,就成为苏联下一个奋斗目标。经过艰苦的奋斗,在1971年,可供航天员寻访、长期居住和进行科学实验、对地观察的大型航天器——空间站诞生了。美国也在苏联之后,发射了空间实验室空间站。

到目前为止,人类已经发射了四代空间站。空间站技术经过了探索试验、快速发展到今天的逐步成熟的阶段,实现了由实验性空间站(即能够提供长时间的太空生活和工作的载体),到实用型空间站(即能够开展各种科学实验),再到长久性空间站(即为更长久地在太空生活和工作提供载体和经验)的巨大跨越。

从1971年至今,世界上共成功发射10个空间站,已发展到第四代。苏联礼炮1号到礼炮5号共5个空间站和美国的天空实验室为第一代空间站,礼炮6号和礼炮7号为第二代空间站,和平号为第三代空间站,国际空间站为第四代空间站。 目前,除正在建设和在轨工作的国际空间站,其余8个空间站在大气的作用下陨落,和平号空间站被人工销毁。

第一代空间站礼炮1号到礼炮5号。在美国忙登月的时候,1971年,苏联人发射成功世界上第一座空间站礼炮1号,开辟了人类载人航天的新境界,在空间站技术上走到了美国的前面。

礼炮1号到礼炮5号空间站为第一代空间站,一般可乘4名航天员,最多可乘6名航天员,礼炮号空间站上的航天员是乘联盟号飞船与之对接,然后进入空间站的。

第一代空间站

礼炮号空间站运行在距地面200~250千米的轨道上,轨道倾角为51.6度左右。礼炮号空间站重量约为18.9吨,由对接舱、轨道舱和服务舱组成,其中,对接舱和轨道舱为密封舱,服务舱为非密封舱。

对接舱有一个供联盟飞船对接的舱口,航天员从这里进出空间站,轨道舱由直径分别为3米和4米的两个圆筒组成,是航天员生活、工作、进餐、休息和睡眠的场所,舱内的小气候与地面相似。服务舱内安装了发动机和推进剂。对接舱的前端是锥形的对接机构,用来与联盟飞船对接,对接过渡舱内装有猎户星座望远镜的部件、照相机和各种实验设备,外部安装有猎户星座望远镜的外露部件、两个太阳能电池翼、交会对接天线、闪光灯、电视摄像机等。

轨道舱是礼炮号空间站的中枢神经,是大脑和心脏。这里装有7块控制空间站的控制面板,通过这些面板,航天员可以监测空间站内各分系统的工作情况和控制各种仪器仪表的工作状态。经过这里,航天员通过一个很短的连接段后,到达最大的工作区,这个工作区直径达4米。为了使航天员有一个良好的定向参考系,轨道舱的工作区在设计上,采用了不同的颜色。工作区地板、天花板和周围的墙壁均漆成了不同的颜色。航天员的进餐、娱乐和睡觉在工作区的前端。工作区安装了各种导航、通信、控制系统设备,还安装了食物、卫生设备、水、锻炼器械等。

服务舱内安装了主推进装置、离子传感器、姿态控制发动机和燃料等,舱体外侧安装了两个太阳电池翼、交会对接雷达天线、摄像机等。借助摄像机,航天员和地面控制人员可以监视空间站的工作情况。

5座礼炮号空间站设计差不多,只是所安装的有效载荷有所不同,均采用舱段式构形。其特点是均只有一个对接口,只能接纳一艘飞船,无法及时补给重要物资,从而限制了空间站的寿命,不能长期载人。但是,作为人类发射成功最早的空间站,它解决了大量的关于空间站技术的问题。

天空实验室空间站。1966年,为了鉴定人在失重条件下的生理反应和工作能力,考察航天员人工操作、维修安装设备和进行各种试验操作的能力以及活动的灵活性,进行空间对地球和对太阳进行观测活动,进行宇宙天体的研究、观测地球环境,研究银河系的天体,进行空间材料加工及晶体生长试验等,美国利用阿波罗计划剩余材料,启动了天空实验室计划。1973年,在发射阿波罗登月飞船的土星5号火箭的托举下,美国把试验型空间站天空实验室送入轨道,轨道高度为435千米。

天空实验室由轨道舱、气闸舱、多用途对接舱、太阳望远镜和阿波罗飞船5部分组成,长36米,直径6.7米,最大宽度27米,总重量为90吨。

轨道舱是天空实验室的主体,由土星火箭的第三级箭体改装而成,直径6.7米,长14.66米,舱内充有氧气和氮气的混合气体,温度为25摄氏度左右。轨道舱内分上下两层,上层为工作区,下层为生活区,舱外两侧安装了太阳能电池翼。

气闸舱长5.36米,供航天员在轨道上出舱用,同时也是实验室的环境、电源和通信控制中心。

多用途对接舱直径3.04米,长5.27米,有两个供阿波罗飞船对接用的舱口,一个沿着纵轴方向安装,另一个安装在侧面,可以同时停靠两艘飞船。航天员通过对接舱进入轨道舱,对接舱还可以作为试验设备和胶卷盒等物品的储藏室。

天空实验室空间站没有考虑后续补给的问题,航天员的生活必需品和试验品均在第一次发射的时候带足。天空实验室共接待了3批9名航天员,在太空工作时间最长为84天。

天空实验室空间站运行期间,取得了一批科学成果,为以后的载人航天空间科学试验,积累了经验。同时,也证明了人在空间的重要作用,特别是人具有完成空间操作和航天器维修的能力。

与苏联采用成熟技术、循序渐进的发展方针不同的是,美国在空间站的发展上则更多地注重技术上的先进性,而缺乏连续性和继承性,因而,美国只发射了一个空间站,在该领域远远落后于苏联。

第二代空间站礼炮6号和礼炮号。礼炮6号和礼炮号为苏联第二代空间站,有两个对接口,可以同时有两艘飞船在空间站上停靠,把载人与货运分开,从而使空间站的寿命和航天员留轨时间都大大延长。

苏联航天员在空间站上完成了大量的材料科学、天体物理学、航天医学和生物技术实验,进行了大量的对地观测活动,为太空环境下长期载人飞行积累了经验,还获得了大量的军事价值很高的信息。

礼炮号空间站与“联盟”飞船交会对接的初期,双方都要进行轨道机动,在两者的相对距离接近到15~30千米以内的时候,由航天员控制定向,保持空间站与飞船对接的特定方向。

礼炮1号为军民两用空间站,其他空间站主要是军用空间站。军用空间站的轨道高度较低,为200千米,这样可以更方便地进行军事侦察;同时,军用空间站轨道周期短,大多安装了高分辨率的摄像机,且需要定期弹射侦察密封舱。

礼炮号空间站在轨飞行期间,先后有16艘载人飞船、12艘运货飞船与它对接,33名航天员进入空间站工作,在轨道上共运行了4年6个月。在礼炮7号空间站上,女航天员萨维茨卡娅在1984年进行空间行走,成为世界上第一个空间行走的女航天员。

第三代空间站和平号。1986年2月20日,苏联建造和平号空间站的工程开始了。从和平号空间站的核心舱发射入轨,到1996年4月26日对接上最后一个舱段,历时10年,经5次对接,终于完成了和平号的建造,形成了包括核心舱、量子1号舱、量子2号舱、晶体舱、光谱舱、自然舱在内的6个舱,以及由“进步”号货运飞船,联盟号载人飞船组成,可与6艘飞行器对接的庞大的轨道复合体。舱段式结构的和平号全长87米,总重达124吨,有效容积472立方米。在晶体舱的末端还设有专门迎接航天飞机的对接口。

两代礼炮号空间站是单模块式结构,而和平号空间站是多模块积木式结构,由多个舱段组合而成。如果说礼炮号空间站仅仅是一居室的话,而“和平”号空间站则是功能全、寿命长、多用途的多居室。这种改进大大扩展了航天员的活动空间,使大量的科学研究项目得以进行。

首先升空的和平号空间站的核心舱有6个对接口,航天员在这里控制飞船和居住,此后,又先后对接了5个实验舱,分别是:用于天文物理观测、地球勘测、医学和生物学研究的量子一号舱;用于扩大试验设施及出舱活动的量子二号舱;用于研究空间加工工艺,试验新材料加工技术和生物制品生产技术,并装有遥感器、多用途对接器的晶体舱;用于对地遥感和生物医学试验的光谱舱;用于了解地球生态状况,研究材料科学、生命科学和生物技术的自然舱。

这6个舱均有动力装置和生命保障系统,都能独立地进行太空机动飞行。所不同的是,它们各自担负着不同的任务,具有独立的分工,其功能是不一样的。

例如:核心舱内有一张大桌子,供航天员工作和用餐。核心舱两侧还各有一个个人卧室,卧室后边有可供航天员洗澡的卫生间。舱内还安装了体育锻炼器械,航天员可每天在器械上锻炼90分钟。

晶体舱里安装了进行材料加工试验的各种熔炼炉,其中3个用于生产半导体材料,2个用于熔炼各种合金材料。

自然舱上安装了苏联最先进的遥感器和美国、德国、波兰等国的科学仪器,还安装了金刚石炉,这种加工炉可加工6种样品。

和平号空间站的整个组装过程是采用对接的形式逐步展开的,不需要航天员出舱操作,技术比较简单,风险不大。但缺点是,太阳电池帆板有可能相互遮挡,影响输出功率。同时,每个舱段都设计了独立的推进系统,造成了设备的重复和资源的浪费。

和平号空间站

和平号空间站是20世纪技术最先进、重量最重、寿命最长、载人最多、贡献最大的航天器。在和平号15年的载人航天飞行过程中,共有31艘载人飞船、62艘货运飞船与它实现对接,先后有12个国家、28个长期考察组和16个短期考察组、137名航天员在站上工作过。和平号还创造了苏联男航天员波利亚科夫和美国女航天员露西德在太空中分别连续生活439天和188天的记录。美国4架航天飞机先后9次与和平号对接,创下了最重的航天器(223吨)和最多的航天员(10名)一次聚会的记录。站上载有11.5吨科学研究设施,共进行了16500项科学实验,其中完成了23项国际科学考察计划,主要是空间生命科学研究、对地观测研究、天体物理学研究和材料加工研究等。这座人造天宫不仅为人类提供了广泛的科学和技术实验场所,取得了一系列令人瞩目的成果,还进行了多次大型空中对接、更换和维修活动,为建造更大型空间站积累了丰富的经验。另外,仅在研制和平号空间站的过程中,就发明了600多项有价值的新工艺,这些新工艺被广泛应用于各个经济领域,促进了经济的发展和科技的进步。

由于在太空中工作时间过长,和平号空间站故障频发,加之俄罗斯已参与国际空间站的建造工作,因此,俄罗斯政府决定人工销毁和平号空间站。2001年3月23日,为人类载人航天做出巨大贡献的和平号空间站,在地面的控制下,成功坠落在南太平洋预定海域。