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人类的“太空堡垒”:历数伟大的空间站计划(图)

 笑熬浆糊糊 2013-06-15

 

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自人类脱离蛮荒走入文明社会以来,就没有停止过飞天的梦想,伴随着科技的进步,现在这个梦想终于成真。而作为当前承载这个梦想的“终极平台”,空间站成为了我们进军太空的重要基地,作为一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。我们又对它有多少了解呢。

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从1971年迄今,世界上共发射成功10个空间站,已发展到第三代,前苏联“礼炮1号”~“礼炮5号”共5个空间站和美国的“天空试验室”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。图为前苏联“礼炮一号”空间站。

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“礼炮一号”由3个直径不同的柱形舱段组成,总长约14.5米,总重约18.3吨。主要基本分系统包括主控制系统,它既可自动进行,亦可由航天员手控或地面遥控进行;方位和运动控制系统,用于对接操纵;发动机姿态与机动控制系统,用于轨道机动和交会操纵;无线电指令与电视控制系统;远距离通信系统;无线电遥测系统,用于探测进步号目标飞船;电源系统;生命保障系统以及生物医学装置。

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“礼炮一号”于1971年4月19日发射,在太空运行了175天,不过礼炮一号的试验并不顺利,联盟10号飞船对接失败,航天员没能进入空间站。联盟11号飞船成功对接并进入空间站,工作生活了23天,进行了一系列医学和科学试验,可惜联盟11号的三名航天员在返回地面时遇难,这三名宇航员也是“礼炮一号”唯一接待过的一批访客。后继的礼炮系列空间站同样故障多多,1973年4月4日发射的礼炮2号空间站入轨后不久空间站减压,姿轨控系统也出现故障,随后不久解体再入,轨道飞行时间仅有54天。

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1974年6月25日发射的礼炮三号空间站在轨运行了213天,其中联盟14号飞船成功对接并飞行15天,不过联盟15号又对接失败。

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民用型“礼炮4号”空间站于1974年12月26日发射。1975年1月10日,“联盟17号”飞船发射。在同“礼炮4号”对接后,航天员开始进站工作。5月24日,“联盟18号”又载两名航天员进入轨道。他们在“礼炮4号”上工作了62天。这两组航天员在“礼炮4号”上工作生活共计90多天,进行了大量研究和实验活动,取得了很大成功。“礼炮4号”于1976年2月16日坠入大气层。

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4个月后,军用型“礼炮5号”空间站于6月22日发射入轨。期间它只接纳了两批航天员。它在轨道上进行了多次调整,最后于1977年8月28日再次进入大气层。

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前苏联第二代空间站包括“礼炮”6号和7号。这两座空间站要解决的问题除进一步提高安全性和可靠性外,另两项重大的变化是长寿命和扩展应用领域。如果轨道高度保持在250千米,每年消耗推进剂则为4.75吨;如果轨道提高到350千米,则推进剂消耗只要600千克。“礼炮”6号和7号正是采用这种较高的轨道。

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另外,为更大限度地提高轨道运行寿命,第二代空间站具有两个对接窗口,一个用于“联盟号”载人飞船对接,另一个用于不载人货运飞船对接,用于轨道加油和往返运送试验设备、试验物品。“礼炮6号”于1977年9月29日由“质子号”运载火箭送入轨道。礼炮6号在轨运行共达58个月。在航天员进站工作期间,完成了大量科学观测、地球资源观测、人体生物医学研究和技术实验。

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更具有应用意义的工作则是进行了大量半导体、晶体生长实验和用结晶炉及合金炉进行了金属冶炼实验。航天员还首次熔化了玻璃,这使前苏联科学家十分兴奋。这项工作对于制造高性能的光导纤维具有重大意义。1982年4月19日,“礼炮7号”空间站发射入轨道。5月13日,“联盟”T-5号飞船载航天员列别杰夫和列扎沃依进入轨道并于14日与“礼炮7号”对接成功,开始了新空间站的运行和使用。

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“礼炮7号”在运行期间,取得了许多重大成绩。航天员基齐姆、索洛维约夫和阿季科夫创造了在轨时间的新纪录237天。航天员进行了6次舱外活动,累计时间近23小时。另外重要的活动还有:“联盟6号”的航天员通过气闸舱释放了两颗重28千克的业余无线电爱好者卫星,“联盟13号”的航天员在舱外对“礼炮7号”的对接口进行了修理,空间站内航天员最多时达6人。

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接下来就是美国的“天空实验室”。该计划源自1966年提出的土星S-IVB级箭体试验模块方案,用土星5号火箭的第三级箭体改造为空间站主体,SSESM在竞争中落败于载人轨道实验室(MOL)方案,但1969年MOL取消。由于阿波罗18到20任务的取消,NASA空余出三枚土星5号火箭,于是SSESM借机还魂为“天空实验室”。天空实验室全长36米,最大直径6.7米,质量约77吨,包括轨道舱、气闸舱、对接舱、太阳望远镜。

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1973年5月14日天空实验室使用土星INT-21火箭发射进入高度为435千米的近地圆轨道。1973年5月25日、7月8日和11月16日美国分别进行了三次阿波罗飞船发射均成功与天空实验室对接,每次任务三名航天员,三次任务中九名总计在空间站生活171天。1974年2月8日第三次天空实验室飞行任务的航天员着陆,此后天空实验室关闭。

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虽然NASA曾计划使用航天飞机为天空实验室加注燃料重启空间站,但由于大气阻力超过预期,1979年天空实验室提前坠落。天空实验室进行了大量天文、遥感和航天生物医学实验,它拍摄了大量太阳活动照片,科霍切克彗星的观测是人类首次大气层外亲眼观看到了彗星。

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然后就是大名鼎鼎的“和平号”轨道空间站。1986年2月20日凌晨,一枚三级“质子号”运载火箭将“和平号”空间站主体发射升空,进入一条与“礼炮7-宇宙1686号”复合体相似的轨道。1987年3月31日,前苏联用“质子”运载火箭发射了第一个实验舱──“量子1号”,开始了“和平号”积木空间站的正式组装工作。

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1989年11月26日“量子2号”发射。在与“量子1号”对接后,航天员通过机械臂把它移到预定的侧向对接口归位。1990年5月31日“量子3号”专用舱发射,于6月10日与“和平号”对接。这样,“和平号”空间站的规模逐步扩大,形成了由“和平号”主体、3个大型实验舱和“联盟号”飞船以及“进步号”货运飞船组成的复合体,重量达85吨。

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在此期间,航天员的留空时间也不断延长。1987年12月29日,罗曼年科、亚历山大罗夫和列夫钦科乘“联盟”TM-4号飞船返回地面。罗曼年科创造了在太空工作和生活326天的新纪录。季托夫和马纳罗夫在1988年12月21日返回地面时,把在太空中生活和工作的时间纪录一下子提高到366天,其中在“和平号”上逗留364天。

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1989年9月6日“联盟”TM-8号载维克多连科和谢列布罗夫进入太空。这次飞行带去了载人太空机动装置,像背包负在身后。它重220千克,有32个推力喷管。利用这个装置可在太空机动飞行6小时,可运送90千克重的物品并能救援在太空遇险的受难者。

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1995年5月20日,第四个专用舱──光谱舱发射,6月1日与“和平号”核心舱对接成功。1996年4月23日,最后一个专用舱──自然舱发射,并于3天后与核心舱顺利对接,从而这个航天史上最庞大的太空设施宣告全部建成。这个太空复合体的总重量约为120吨,如果再对接“联盟号”和“进步号”飞船,它的总重量将超过150吨。

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国际空间站的设想是1983年由美国总统里根首先提出的,经过近十余年的探索和多次重新设计,直到苏联解体、俄罗斯加盟,国际空间站才于1993年完成设计,开始实施。2012年5月,美国首次向国际空间站发射商业飞船。截止目前,一共有16个国家参与。由于美国政府反对,中国被排除在外。

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国际空间站设计寿命为10-15年,总质量约423吨、长108米、宽88米,运行轨道高度为397千米,载人舱内大气压与地表面相同,可载6人。国际空间站结构复杂,规模大,由航天员居住舱、实验舱、服务舱,对接过渡舱、桁架、太阳能电池等部分组成,建成后总质量将达438吨,长108米。

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组装成功后的国际空间站作为科学研究和开发太空资源的手段,为人类提供一个长期在太空轨道上进行对地观测和天文观测的机会,其作用和意义都是非常巨大的。当然,有很多对NASA持批评观点的人认为国际空间站计划是在浪费时间和金钱,并且抑制了其他更有意义的计划。持有这种观点的人列举,花费在国际空间站计划上的上千亿美元和近乎一代人的时间,可以用来实施无数的无人太空任务,或者将这些时间和金钱花在地球上的研究中,也要比国际空间站更有意义。

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天宫一号是中国第一个目标飞行器和空间实验室,于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射,飞行器全长10.4米,最大直径3.35米,由实验舱和资源舱构成。它的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段。2011年11月3日凌晨实现与神舟八号飞船的对接任务。2012年6月18日14时14分与神舟九号对接成功。现在又与“神舟十号”飞船成功完成交会对接任务。

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由于天宫一号是空间交会对接试验中的被动目标,所以也被称作“目标飞行器”(TargetSpacecraft,天宫一号的主要任务之一为实施空间交会对接试验提供目标飞行器)。而之后发射的神舟系列飞船,也称作“追踪飞行器”,入轨后主动接近目标飞行器。

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根据载人航天工程第二步任务规划,中国将在2010年至2015年间发射天宫一号目标飞行器和天宫二号、天宫三号两个空间实验室,将分别发射2艘无人飞船——神舟八号、神舟九号——进行无人对接试验,发射5艘无人飞船进行载人对接试验和载人驻留试验。中国载人航天工程新闻发言人于2010年10月27日表示,我国载人空间站工程已正式启动实施,2020年前后将建成规模较大、长期有人参与的国家级太空实验室。

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