载人空间站与太空生活

载人空间站与太空生活

空间站的特征

与其他航天器(如人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等等)相比，空间站是一种更大型的、能在天上较长时间运行的航天器，是太空中的科学研究基地，人们轮流在那里进行科学研究，试制新产品，它具有三方面的新特点及优越性:

首先，载人空间站只是在轨道上接纳和送出宇航员。以往的载人航天器都是宇航员于发射之前在地面上进入航天器内，并与航天器一起发射及返回地面。为了保证宇航员的安全，对这类航天器的最基本要求是必须具备高度的可靠性，同时还要增设应急救生系统和故障检测系统，这就使得整个航天器设计、制造难度加大，造价提高。而空间站在发射时不载人，由专门的载人运输器运送宇航员，空间站发射后在轨道上接纳宇航员，因此它也就不需要从轨道上返回地面，从而大大简化设计，降低了研制成本。

第二，空间站具有自主补给、维修和更换设备的能力，具有长寿命。空间站在整个运行过程中，有时载人，有时又不载人，所以宇航员可以离站暂回地面，这既不影响考察工作继续进行，又免去站上的许多消费。其他航天器要想长时间飞行，必须增大航天器载容量，尽量多装燃料、宇航员所需消耗品等，又必须提高舱上各系统、仪器设备等的可靠性及使用寿命。尽管这样，如果不能及时补给物资，有故障的零部件不能及时维修、更换，还是做不到长寿命。而空间站能在轨道上得到补给，空间站上人员又能更换、检修设备，还可以将在站上加工、制造的产品和试验品运回地面。

第三，空间站能改变和扩大其功能。一般航天器的有效载荷的种类、数量和它们在航天器上的位置、接口等，在发射前就已经定好了，不能在空间轨道上更改，这样航天器功能和用途就比较单一，这也是为什么有种类繁多的卫星发射的原因之一。然而，空间站因其本身具有较大载荷，这就为事先安装或在轨道上由宇航员安装大尺寸或多种实验仪器设备提供了必要条件，扩大了科学研究范围和规模。另外，空间站核心舱上设计有多个交会对接接口，可以根据研究需要在轨道上与后来发射的各种专用舱对接组成一个更大型的空间站，扩大其功能，也使宇航员有更大的活动空间。

空间站可以多次分离和再组装，功能多，灵活性强，有很好的综合应用性、经济性和高效性。

三代空间站

(1)第一代空间站

第一代空间站只有一个对接口，只能接纳载人飞船运来的宇航员和少量物资，寿命较短。

当美国宇航员在月球上捷足先登后，前苏联就放弃了他们的载人登月计划，转而重点发展空间站，使他们在载人航天领域一直领先于美国。从1971年4月至1976年6月，共发射了5个“礼炮”号载人空间站，它由工作舱、对接舱和服务舱三大部分组成，寿命最长的约两年，宇航员在空间站停留时间最长的为63天。

1971年4月前苏联成功发射了世界上第一个空间站——“礼炮1号”，4天后，载有3名宇航员的“联盟10号”飞船进入太空与“礼炮1号”空间站成功会合对接，但宇航员没能进入空间站而返回地面。一个半月之后，“联盟11号”飞船与空间站对接，3名宇航员进入空间站，完成了空间站在轨道上接纳人员和物资的任务，这3名宇航员由此成为世界上第一批空间站上的乘员，不幸的是23天后当他们乘原飞船返回时，因载人舱突然漏气减压而全部遇难。

1973年5月美国成功发射“天空实验室”空间站。“天空实验室”由轨道工场、太阳望远镜、气闸舱、多用途对接舱和阿波罗飞船组成(图5－9)。发射后，“天空实验室”出现故障，又发射阿波罗飞船，把3名宇航员送入“天空实验室”排除了故障。1973—1974年，用阿波罗飞船向“天空实验室”先后运送了3批宇航员，在站上工作最长时间为84天。宇航员们对太阳、地球和众多星体进行了观测和拍摄，研究长期失重条件下人体的反应和工作能力，并在空间站上做了100多项涉及多学科的实验。1979年11月“天空实验室”坠毁。

图5－9　“天空实验室”空间站

“礼炮1号”至“礼炮5号”同美国的“天空实验室”均为第一代探索空间站发展途径及技术的试验性空间站，它解决了一系列技术问题，证明在太空也有必要把生活、工作的空间及运输工具分开，避免相互间干扰和制约;人可以在空间站长时间生活、工作;用运输工具与空间站交会对接轮换宇航员、补给物资，使空间站长寿命及高效利用。

(2)第二代空间站

1977年9月至1982年4月，前苏联发射的“礼炮6号”和“礼炮7号”为第二代空间站。第一代空间站是单一用途的，而第二代空间站是军、民综合应用型的，并且不再是一个对接口，工作舱轴向上有两个对接口，可同时对接两艘飞船。如“礼炮6号”空间站(图5－10)，前边的对接舱与载人飞船对接，供宇航员出入空间站用;后面的对接舱与货运飞船对接，供宇航员装卸物资用(此对接口也可对接载人飞船)。这样就从轨道上的两体组合发展到三体组合，比如“联盟”号、“联盟T”号飞船既是空间站的载人运输船，对接后又是空间站组合体的一部分。

图5－10　“礼炮6号”空间站

第二代空间站把运输飞船分为载人与运货两种。为此研制了无人自动驾驶的“进步”号货运飞船(卸货后脱离空间站，进入大气层烧毁)，增加了货运量，它为空间站运送空气、燃料、设备、材料和生活物资，另外还给宇航员们带去家信、报刊和邮包等，也能使宇航员经常改换一下口味。总之，这时的空间站为宇航员创造了舒适的生活环境及良好的工作条件，进一步解决了在轨道上扩大空间站规模和功能、人货分流等技术问题。

“礼炮6”号在轨道上工作了5年，先后轮换了16组33名宇航员，其中5个为基本组，全部为前苏联宇航员，他们较长时间工作在空间站上。其他为拜访组，他们在站时间短，有的是其他国家宇航员，带有自己的或合作的研究项目;有的纯粹是对长期在站人员进行慰问;再就是轮换载人飞船，以便总有一状态完好的载人飞船对接在空间站上备用。如乘“联盟27号”飞船的拜访组返回时就乘坐已在站人员来时乘的“联盟26号”飞船，而将“联盟27号”留在站上。

第二代空间站上的科研设备也较先进，宇航员们在站上进行了大量的医学生物学实验、试验制取合金及半导体新材料、宇宙射线研究、天文和地理观察等等科学研究和工艺实验，并对空间站进行维修及出舱作业，还从空间站上发射了小型人造地球卫星，创造了人在太空连续生活237天的记录，诞生了世界上第一名太空舱外作业的女宇航员。

(3)第三代空间站

1986年2月20日前苏联发射的“和平”号为第三代空间站。以核心舱为基础，可以同时与多艘航天器对接，构成一个大型的组合式空间站。它比第二代空间站多了4个周向对接口，有6个对接口，可以对接“联盟T”号或“联盟TM”号载人飞船、航天飞机，“进步”号货运飞船和5个专用科学舱，这些专用舱有一至多个对接口可与核心舱、载人或货运飞船对接。这5个专用舱是后来根据需要陆续发射的(图5－11)。

“和平”号空间站是世界上第一个采用模块式设计、分阶段建成的多用途永久性的载人空间站，是至今为止唯一的、长期的、可变功能的第三代空间站，现在仍在轨道上运行着。“和平”号空间站核心舱自发射后，到1999年8月26日为止，已经围绕地球飞行了7．7万圈，而且几乎就没有断过宇航员，截止到1999年8月已有100名宇航员和科学家到“和平”号空间站进行各项科学研究，他们进行了基本粒子和宇宙射线的探测、天文观测、地球资源考察、生命科学实验、生物品和药品制备及试验和空间材料制备等等，并创造了人类在空间站上连续工作生活437天的记录。

图5－11　“和平”号空间站

“和平”号在轨道上运行的时间已超过设计寿命，由于不能运回地球修理，俄罗斯宇航员们大部分时间用来维修空间站，更换故障部件。要维持“和平”号空间站长期运行，必须定期补充维持它运行的燃料、氧气和各种物资。由于俄罗斯航天计划面临严重的经费短缺难题，如果找不到支持它继续运行的资金，“和平”号将被迫提前报废。

1995年6月美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机与“和平”号空间站首次对接成功，两个曾经互相敌对国家的10名宇航员此时却友好地生活工作在空间站上，他们除了向空间站卸下补养外，还进行了科学实验。这次历史性的对接飞行也拉开了举世瞩目的“阿尔法”国际空间站建造工程的序幕。

国际空间站主体由美国“自由”号空间站(因各种原因没有发射)与前苏联“和平2”号空间站组成，再加上日本、欧洲和加拿大等十几个国家所承担的实验舱、加压舱、服务中心、哥伦布实验室及部件，组成一个大型组合式空间站，1998年11月已经开始组装，工程预计耗资600多亿美元。依据设计，空间站长108米，宽88米，如果太阳能光板全部展开，空间站的面积将有两个足球场大，比“和平”号空间站大5倍。10多个太空舱及实验室，生活空间也很大，可同时容纳7名宇航员。原计划完成后的国际空间站将代替即将退役的“和平”号空间站，成为一座新的太空科学实验和研究基地，为人类提供一个空间资源开发和利用的极佳场所。

奇妙的太空生活

由于空间站有更大的活动空间，因此可以安装更多的科学仪器，宇航员也有了更舒适、方便的生活环境。空间站的生活区有冰箱、“床”和沐浴装置等等，室内布置也同地面一样，地板、天花板及周围墙壁色调柔和，并漆成不同颜色，以便宇航员有一定参考系。还设有方便的工作台，带有全套通信和数据处理系统、电视、音响等，宇航员可以用计算机写信，由站上的无线电装置传送给地面控制人员，再由他们通过电子邮件(E－mail)传到应送达的地方，或者通过双向电视，与亲人们见面、会谈。

空间站上密封舱是智能化的，有自动调节温度、湿度、气压以及空气成分的功能，因此里面的气压、温度与地面上相似，这样宇航员们就不再需要穿上笨拙的舱外宇航服(当然出舱作业、行走，以及进行空间站组装时还要穿舱外宇航服)。密封舱还能使空气不断流动，也能对废气、废水重新处理。在太空中一会儿阳光灿烂，一会儿漆黑一片，所以宇航员们以日出日落为一天的生活节律被打乱，为此空间站模拟了昼夜、季节变化，使他们同在地面上一样采用24小时作息制度。睡觉时，把“床”——睡袋的上部挂在天花板上，下部系在地板上，以免睡觉时飘走。由于处于失重状态，所以头冲天花板或地板睡都一样。

在太空中洗澡不像在地面上那样容易，准备工作就需要很长时间。因水在太空中不能像地面上那样自上而下地流出，所以要上面给予压力，下面安装吸管，用抽气机将浴罩内的水往下抽，由此形成自上而下的喷淋效果。另外，人的双脚要套在固定于地面的限动装置上，以免身体在空中飘浮。还要戴呼吸罩和护目镜，因为失重状态下水会呛人或使人溺死。

空间站为宇航员准备了丰富的食品和饮料，来确保他们的身体健康。他们不用再像挤牙膏似的将食物挤入口中(早期宇航食品是这样)，食物类似地面上的食品，有脱水食品、软包装罐装食品和新鲜食品，餐桌的托盘带有凹槽，它们下面有加热器，可以加热肉虾类食品。托盘带有磁性，可以吸住刀、叉、勺等餐具，人用餐时也要把双脚套在限动装置上，并用横杆挡住大腿。当然饮料是装在特制的容器内。嚼东西时一定不要张嘴，否则食物会从口中飞出来。

厕所是特制的，排泄物要收集起来，烘干或冷冻贮存好，以便带回地球进行分析研究人在太空的新陈代谢情况。

为了防止人长期处于失重状态下肌肉松弛、心血管功能减退、脱钙脱磷增加等，每天宇航员都要进行锻炼。所以，空间站上还装有综合健身器和自行车练功器等，帮助宇航员增强心血管系统功能，消除疲劳。

相信如果你有幸进入空间站亲身经历一番，一定终身难忘这种奇特美妙的生活。