告别地球母亲的怀抱

作者:崔玉亭 字数:8571 阅读:38 更新时间:2009/06/18

告别地球母亲的怀抱

——建立空间站

  前面说过,宇宙飞船与卫星的最大不同之处在于它能够载人;而空间站是什么的呢?空间站的本质也不过是个人造卫星,但这颗“人造卫星”却有保证人们生活和工作的设施和条件,或者再通俗一点讲,它就是供字航员短期居住的一座“太空旅馆”。最特别的是,这个“太空旅馆”可以移动,并且可以与别的“太空客车”——宇宙飞船或航天飞机进行对接,并携手飞行。

  空间站向我们走来

  空间站,又名载人空间站、航天站或轨道站,它是可以供多名航天员巡访、长期工作和居住以及具备生产试验条件的载人航天器。空间站,可以说是目前在太空中运行的质量最大、容积最大、技术最复杂的人造天体。早期的太空计划,特别是前苏联,把太空站作为其最终目的。空间站耗资巨大,技术复杂,为什么许多国家都乐此不疲呢?这里有几个原因,这些原因无不与空间站的任务有关。空间站的任务可分两类:即探索、开发、利用空间资源;开展生命科学研究。

  太空环境相当恶劣,存在着大量的粒子辐射、宇宙射线、没有大气,微流星随时有可能袭击等。但事物总具有两面性,有坏就有好。你看,太空中的失重环境似乎对我们不利,但有些东西利用失重条件却有意想不到的收获。例如,过去由于重力作用,地球上生产一种叫聚苯乙烯微珠的药物,怎么也不圆整,瘪瘪的,呈蛋形,药效不大。1985年,美国在太空失重环境下生产了10亿颗这种塑料圆珠,居然十分标准,规格划一,真是医学工业上的奇迹。又如高纯度的大块晶体,像硅片、砷化镓半导体晶体,是制造超级巨型电子计算机的材料,这种材料在地球上因为冷热对流的原因,报废率极高,竟达50%以上,但在太空中不仅生产报废率低,而且纯度极高。所以,空间站用于特殊的工业生产,可以获得很高的商业回报。

  又如在空间维修上,太空站也有得天独厚的条件。1984年4月,“挑战者”航天飞机在第11次飞行时修复了一颗失效的卫星,该航天飞机还在轨道上完成了回收两颗卫星的任务。这些在当时都被称为是航天技术上的新突破。但据科学家们称,使用空间站做类似的工作,其费用会更低,效果会更好。因为卫星回收与维修可以在空间站内部进行,这就像坐在屋里干活一样,更加方便。

  最过瘾的莫过了“天葬”了。美国佛罗里达州一家集团与休斯敦一家太空服务公司,准备在太空开设“殡仪馆”。太空“殡仪馆”装有钛制圆柱形小瓶,各瓶中装有少量的死者骨灰。据说这种“太空殡仪馆”可在轨道上飞行6300万年,真是名副其实的“永垂不朽”了,这些想法看似怪诞离奇,但并不背离实际。

  从前面我们已经了解到,早在载人飞船上天以前,狗、猩猩等作为特别先锋已先行一步了。其实太空中的生物不仅限于这些,像老鼠、小麦、人参、猴子等都在太空呆过。谈到这里,有人会产生疑问,科学家们是不是犯了“神经质”?当然没有,这一切其实都纳入了有计划的研究。

  生命科学研究重点在于研究宇航员在太空飞行的各种生理变化,提高载人航天能力。载人航天,并不是像人们想象的是美滋滋的事。在太空中各种

  “太空病”,如头晕、呕吐、恶心比较常见。长期失重对人的心血管系统也有影响,心脏功能有所变化,人体免疫力也有所不同,而这一切都需要在实验中获得。据报道说,科学家们已经知道,太空中失重条件下红细胞减少,是宇航员倍感疲劳和困乏的原因。

  生命科学研究也包括植物、微生物的一些实验。在太空中,植物生长受昼夜节律变化和失重的影响,其开花结果呈现很大的变化。美国的“空间实验室”的实验表明,植物在太空环境下常常无所适从,表现得杂乱无章。我国虽没有空间站,但在返回式卫星上搭载的实验与此类似。1987年、1988年,我国利用返回式卫星进行了空间生命科学的实验,取得了有关植物、微生物、细菌、低等生物在低重力空间辐射条件下的活动变化信息,它已为未来作物育种开辟了新的路途。如太空青椒在地面长势喜人,亩产可增加 30%以上。

  不过,空间站也进行关于天文学、太阳物理、大气发光、地球观测等有关方面的实验。空间站的军事意义与价值更是不容低估。因为它不仅可以被装备成空间的监视哨所,而且可以被作为发射反卫星武器和激光武器的基地。90年代以来,空间基地的开发达到高潮,美国、俄罗斯在此投资上是不惜血本,西欧和日本的投资也有数十亿美元。根据科学家们的预测,到下个世纪初的20年间,美国仅在空间信息服务、能源、材料设备方面的收益可达上万亿美元。

  各个国家垂青于空间站是有理由的。空间站的使用寿命长,由于是宇航员们居住的“旅馆”,它还可以扩展和延伸;它同时还具有修复能力,能定期检修,按时更换设备,显示出很强的活力。

  下世纪竣工的阿尔法国际空间站

  现在投入使用的只有俄罗斯的“和平号”空间站。曾经使用过的空间站有天空实验室、空间实验室—1、礼炮号系列等。目前正在紧锣密鼓地研制,并将下世纪竣工的永久性空间站,是许多国家正在联合开发的阿尔法国际空间站。

  天空实验室于1973年发射上天,它的第一部分包括装配好的轨道工场、太阳望远镜、过渡舱、多用途对接舱。随后,阿波罗飞船被送上轨道,并与天空实验室对接,三名宇航员进入轨道工场。28天后,阿波罗飞船分离并返回地面。天空实验室的寿命不长,由于70年代太阳活动强烈,引起高层中大气分子密度加大,大空实验室轨道下降。1979年7月,天空实验室坠毁到南半球印度洋澳大利亚西部地区。

  天空实验室的轨道工场是最基本部件,它由土星火箭的未级改装而成。轨道工场有卧室、餐室、工作室、盥洗室,环境优雅,室温适中。和轨道工场相接近的是过渡舱,它是实验室的控制中枢,里面装有电力控制和分配系统、数据处理系统、通信设备等。与过渡舱相接的是多用途对接舱,说它多用途,是讲它除了能对接外,还可以贮藏各种实验设备和胶卷暗盒。多用途对接舱上面有一个太阳望远镜,可以拍摄太阳活动的各种照片。

  天空实验室的电力由太阳能电池和蓄电池供给。天空实验室具有一定的应急营救能力,整个实验室每批三名宇航员中就有一名技术专家。他们进行了天体物理、生物医学等方面的试验,共获得了七万米长的数据磁带、数万张照片,成果丰富。

  1983年11月28日,美国哥伦比亚号航天飞机升空。这次飞行非同寻常,因为航天飞机货舱中装有一个大型组合式空间站——空间实验室—1号。此空间站是欧洲空间局花了十多亿美元,十多年时间研制出来的新型空间站。空间站首次飞行就搭有六名乘员,其中还有一名前联邦德国物理学家。

  “空间实验室—1号”,按“模块式”结构设计,各种部件可以重复使用,又可以灵活搭配组合。此空间站由密封舱和仪器托盘两部分组成。密封舱内注有空气,宇航员不穿宇宙服也可以安然工作。密封舱分两节,共有5.4米长。内部空间44立方米。托盘其实是个宽约四米,长约两米的金属构架,为“露天”工作的观测仪器使用。

  “空间实验室—1号”,整个飞行过程都是在航天飞机中进行的。说到底它还不能称作是一个真正的空间站,但它进行的各种实验与空间站相似。而且更重要的是,“空间实验室—1号”,可以重复使用,这就使它的功能更胜一筹。

  “空间实验室—1号”,进行了14个欧洲国家提出的各个项目试验。这些项目包括宇宙医学、宇宙生物学、天文学、太阳物理、等离子物理、大气物理、地球观测以及空间加工等,取得的成果也不小。

  1971年4月,前苏联用“质子号”火箭发射了世界上第一座空间站“礼炮—1”号。以后前苏联相继发射了系列礼炮号空间站。1977年9月以前发射的礼炮号均可以看作是前苏联第一代空间站。这些空间站由工作舱、生活舱、服务舱三部分组成。但都只有1个对接舱口,居住空间很窄,只有 100立方米。

  1977年9月苏联发射的“礼炮6号”是其第二代空间站。它最大的改进是,在站体前部有两个对接舱口,可以同时连接一个联盟号飞船和一个进步号载货飞船,对接后的总长可达30米。礼炮6号的工作舱是其中心,舱内有各种仪器设备,还包括体育锻炼的设施、卫生设备和两台遥控照相机。

  礼炮6号进行过一些科学研究、军事侦察活动。比如,宇航员曾用望远镜观察了天狼星、银河系中心、猎户星的运动情况,也做过焊接、制成新型合成材料的试验。甚至蝌蚪在空间繁殖规律也了解得清清楚楚。礼炮6号于1982年7月29日在大气中烧毁。

  和平号空间站是前苏联第三代空间站,也是目前世界上唯一长期性、可重复使用和扩大功能的空间站。该站有八台计算机,自动化程度大为提高;并且它增加了六个对接接合器,可以同时与六个宇宙飞船相接。新联盟号密封舱“联盟—TM”、进步号无人载货飞船,及其他多用途宇宙运载工具均可与之交合对接。

  1988年4月,新建的“和平号”增加了一个服务舱,服务舱有一个舱口通向一个小运载工具,供驾驶员在站外工作。“和平号”布置得舒适优雅,每一名宇航员有自己的小舱和睡袋,宇航员也可以随时与地面亲戚朋友保持广泛的联系,“和平号”空间站也有一些开展科学试验的功能舱,如量子1号、量子2号、晶体舱、光谱舱等。

  “和平号”轨道站发射时并不载人。1983年3月13日,前苏联发射了

  “联盟T15号”宇宙飞船,两天后与“和平号”对接成功,宇航员进入轨道站。从此,“和平号”轨道站宾客源源不断,而一系列的新的工作也大面积地开展起来,例如:

  1992年,俄罗斯研制了一个叫“新光”的“人造月亮”装置,它主要由一个抛物面反射镜和一个自动旋转的姿控支持结构组成。 1993年2月 4日,对接后的“和平号”空间站分离了“进步 —M15号”无人货运飞船和“新光号”装置。于是莫斯科时间四点左右,在俄罗斯北部、加拿大、中国北方出现了一个飞逝而过的“光带”,这个“光带”就是“新光”反射太阳光的杰作。五个小时后,“新光”装置被抛入大气层烧毁。

  再如 1995年2月 3日、6月 29日和11月 15日,当代世界上最大的两个载人航天器——美国的航天飞机与俄罗斯的“和平号”空间站实现了两次空间对接,对接后的载人航天复合体分别飞行了五天和三天,标志着国际空间合作进入到一个新的阶段。

  不管怎么说,“和平号”空间站,特别是与飞船、航天飞机组成轨道联合体后,每一个飞行器都可以作为一个独立的空间,各自完成不同的任务,其工作能力远非昔日可比。

  阿尔法国际空间站是在“自由号”空间站计划上发展起来的。早在1984年,美国前总统里根就宣布要研制一个永久性载人空间站,并将于1994年投入使用。可是星移斗转,到1992年时,美国国会认为“自由号”空间站投资过巨,规模过大,要求航天局修改计划。美国航天局不久提出了新空间方案,但预算经费仍然高达300~400亿美元。美国国会否定了这个方案。后来几经周折,到1993年2月,美国总统克林顿提出新的方案,得到国会批准。

  根据方案,1993年9月美俄两国签署了一项航天合作协议,决定两国在

  “自由号”和“和平号”的基础上建立一个真正的国际空间站——“阿尔法号”国际空间站。参与“阿尔法”国际空间站研究的有美、俄、日、加拿大和欧洲空间局。

  “阿尔法号”国际空间站总长约88米,最大宽度(包括太阳能电池翼展)为110米,总重达415吨;轨道平均高度为354公里 (装配轨道)、476公里(工作轨道);电源总功率为110千瓦,航天人数可达六人。“阿尔法号”空间站由六个实验舱、一个居住舱、二个节点舱、服务系统和运输系统组成。

  实验舱,包括一个美国实验舱、一个欧空局附加实验舱、一个日本实验舱、三个俄罗斯研究舱等。

  居住舱由美国研制,包括厨房、洗脸间、洗澡间、卧室和医疗设施。

  节点舱由美国研制,分别有仓库、电力调节器等。

  服务系统包括三部分。加拿大移动服务系统,其主要部件是一个长16.8米的机械臂;俄罗斯功能货舱,内装有能源模块、备用燃料和推进装置等;俄罗斯服务舱,其内有推力器、居住设施 (包括卫生间)、生命保障系统。

  运输系统主要包括三部分。科学电力平台,可提供电力、进行姿态控制和热控制,由“天顶号”运载火箭发射;乘员运输器,有俄罗斯“联盟TM号”宇宙飞船、“进步号”运货飞船。

  根据计划安排,“阿尔法号”国际空间站的研制过程分三个阶段。一是初步准备阶段,大约从1994年12月到1997年11月,在这一阶段将要进行7~10次美俄在“和平号”空间站上的联合飞行。这一阶段进展比较顺利。1994年2月俄罗斯宇航员克里卡廖夫搭乘美国航天飞机,拉开了合作序幕。1995年3月14日,美国宇航员诺曼·萨加德和俄罗斯航天员一起乘坐“联盟” TM飞船入轨,并与“和平”号空间站进了对接和飞行。1995年6月27

  日,美国“阿特兰蒂斯号”航天飞机与俄罗斯“和平号”空间站对接,交换成员,运输物资。

  第二阶段是装配阶段,大约从1997年11月开始,俄罗斯将用“质子号”运载火箭发射俄制的功能货舱;此后再连续发射四次,空间站具有居住条件后,将与“联盟号”飞船对接。1999年3月,实验舱也要发射入轨并完成对接。据此,13个科学研究机柜和10千瓦电力能满足三名航天员工作需求。

  最后是完成阶段,约到2002年6月为止。在此期间的60次发射入轨中,美国将于1999年发射太阳能电池阵模块,2002年航天飞机要运送美制的居住舱入轨。

  另外,欧洲空间局也在研制一种货运飞船,叫太空拖船。此船两端为圆柱形设备舱和动力舱,中间为燃料箱平台。它能在国际空间站停留半年以上,既能为空间站运送航天员生活必需品、科研设备,还可以带上空间站燃料——推进剂。

  “哥伦市”轨道舱的出现或许是个意外。欧洲空间局在80年代决定参与国际空间站计划后,就制定了一个庞大的载人航天计划,这其中仍有“哥伦布”自由飞行平台的内容。“哥伦布”自由飞行平台本质上是个空间站。但欧洲空间局加入到“阿尔法”国际空间站计划之中后,平台计划被砍掉了,

  “哥伦布”轨道舱却被保留下来。

  “哥伦布”轨道舱是一个圆柱形密封增压实验舱,长约8.5米,外部直径4.1米,重约9.7吨,其中有材料科学、生物科学、流体科学的实验室。显然,“哥伦布”轨道舱本质上是一个小型空间站,但它是未来先进的空间站之一,也是“阿尔法”国际空间站不可缺少的一部分。

  太空之“吻”

  空间站是在太空运行的旅馆,它迎接四方来客;又是一个悬空高挂的实验室,不时要接受新的科学研究任务。空间站技术比较复杂,特别像“阿尔法”号国际空间站,作为跨世纪的国际性工程,其技术之复杂、投资之多、人员配备之周全,堪称世界宇航工业之最。空间站技术中以交合对接显得尤为突出。因为空间站是个只会自己消耗资源,又不能生产资源的“空房子”,一切都要靠外部来接济。当然啦,未来的空间站能够自己生产食品就好了,这并不是不可能的事。现在先讲一个惊心动魄的故事,那是在1996年6月29日,美国“阿特兰蒂斯号”航天飞机与“和平号”空间站实现了交合对接。

  交合对接看似容易,不就是像两个人握握手拥抱一下吗?但也不简单,因为握手和拥抱是在空荡荡的太空,而不是地面。1995年6月27日,美国

  “阿特兰蒂斯号”航天飞机从卡纳维拉尔角发射。45分钟后进入最低轨道,与在伊拉克上空的“和平号”空间站相距约1.3万公里。此时航天飞机开始加速追赶空间站,每小时缩短1630公里。三个半小时后,航天飞机速度放慢,每圈只追赶520公里。此时,航天飞机与空间站的宇航员们正在为对接作最后的准备,并用高频率无线电设备直接联系。

  大约相距65公里时,航天飞机的雷达发现了空间站。29日8点,航天飞机启用了导航设备,指导自己庞大的身躯一步步地向空间站逼近。上午11时15分,航天飞机到达“和平号”空间站下方;12时23分,航天飞机驾驶员实施姿态机动,让飞机转了转身子,并以 3厘米/秒的速度缓慢地向“和平”号靠拢。当两个航天器相距一米的距离时,交合过程全部完成。

  接着,航天飞机的接口被转入“和平号”空间站的接口,两个接口对接后,接口上的插锁自动插上,气锁开始收缩和锁紧。当全部插销都派上用场后,整个对接过程就结束了。

  交合对接的过程少不了对接系统,它包括一个支承的构架、对接机构和一个气锁装置。此对接系统约重1588公斤,宽4.6米,高4.6米,长两米,费用为一亿美元,由俄罗斯能源科学与生产联合体和美国洛克韦尔国际公司联合研制。看来,这套对接系统中的气锁装置堪称是世界上最昂贵的锁了。

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