航天站
航天站分为单一式和组合式两种。单一式航天站由运载火箭或航天飞机直接发射入轨;组合式航天站由若干枚火箭多次发射或航天飞机多次飞行,把航天站的组合件运送到轨道上组装而成。航天站通常由对接舱、气闸舱、轨道舱﹑生活舱﹑服务舱、专用设备舱和太阳电池翼等几个部分组成。对接舱用以停靠载人飞船或其它航天器,对接舱一般有数个对接口,可同时停靠多艘载人飞船或其它航天器。气闸舱是航天员在轨道上出入航天站的通道。轨道舱是航天员在轨道上的主要工作场所。生活舱是供航天员进餐、睡眠和休息的地方。航天站一般设有卧室、餐厅和卫生间等。服务舱内一般装有推进系统、气源和电源等设备,为整个航天站服务。专用设备舱是根据飞行任务而设置的安装专用仪器的舱段,它也可以是不密封的构架,用以安装暴露于空间的探测雷达和天文望远镜等仪器设备。太阳电池翼通常装在航天站本体的外侧,为航天站上各个仪器设备提供电源。航天站在技术上具有和载人飞船相类似的一些特殊问题。
1973年5月14日,美国发射了“天空实验室”航天站,先后接纳了三批航天员。1983年11月28 日,欧洲航天局的 “空间实验室”航天站,随美国航天飞机进入轨道。截至1984年底,苏联共发射了 7个“礼炮”号航天站,航天员Л.Д.基济姆、В.А.索洛维约夫和О.Ю.阿季科夫,在“礼炮” 7号航天站上生活和工作了237个昼夜,创造了人在轨道上飞行时间的最新纪录。
1971年 4月19日,苏联发射了世界上第一个航天站──“礼炮”1号。苏联的“礼炮”号航天站由对接过渡舱、轨道工作舱和服务舱组成,总重约18吨,总长约14米。“礼炮”号上的航天员用“联盟”号飞船接送。自 1978年1月起所需物资可由“进步”号航天器运送。美国的“天空实验室”航天站由轨道工作舱、气闸舱、多用途对接舱和太阳望远镜等组成。连同 “阿波罗”号航天飞船总重82吨,最大直径6.7米,总长 36米。航天员由“阿波罗”航天飞船接送。欧洲航天局的“空间实验室”航天站主要由轨道工作舱和U形货盘组成)。轨道工作舱直径4米,长7米或4.26 米。U形货盘长3米,宽4米。根据每次航天使命不同,轨道工作舱和U 形货盘可以有各种不同的组合方式。“空间实验室”航天站装在美国航天飞机轨道器的货舱内,随轨道器一起运行。
1982年4月19日,前苏联已发射到“礼炮”9号,航天员在航天站上最长的飞行时间已达237天,并创造了女航天员两次舱外行走的记录。
1986年 2月20日,苏联又发射了新一代航天站──“和平”号航天站。它是苏第三代航天站,长约14.7米,重18.9吨,可乘坐6~12人,甚至20人。“和平”号处于近圆轨道,近地点324公里,远地点352公里,倾角51.6”,周期91.6分钟。“和平”号是一种永久性载人航天站,它把人在外层空间的生活时间创下366天的最高记录。
1998年11月20日俄罗斯发射“曙光”号多功能货舱,同年12月4日美国将“团结”号节点舱送入轨道。 2000 年7月12日,俄罗斯发射“星辰”号服务舱。至此国航天站具备了基本的载人功能。这年10月31日,俄罗斯的“联盟TM31”号飞船载两名俄航天员1名美航天员首次进站工作。12月1日美“奋进”号航天员首次与航天站对接,5人进站安装了太阳能电池帆板。2001年2月7日和7月14日,航天飞机又分别送去“命运”号美国实验舱和闸门式隔离舱、“探索”号联合气闸舱。
航天站在科学研究、国民经济和军事上都具有重大价值。在站上可进行天文观测(研究太阳、太阳系的行星和天体、银河系的恒星和河外星系的形成等),勘测地球资源(发现有用的矿藏、海洋资源、森林和水源等),进行医学和生物学研究(寻找治疗某些疾病的新方法,试制最新的药品,研究动物和植物在空间环境中的发育和生长过程等),发展最新工艺技术,制取新型合金和超纯材料,进行大地测量和军事侦察,试验和发射各种武器或航天器等。
国际空间站的“曙光”号多功能货舱、“团结”号节点舱和“星辰”号服务舱 1994年4月,各参与国审定国际航天站的组成、分工和建设进程。
美国:一个居住舱、一个实验舱、两个能源节点舱、太阳能电池帆板等。
俄罗斯:多功能货舱、三个实验舱、一个服务舱、乘员转移飞行器(改进的“联盟TM”型飞船)、“进步”型货运飞船、太阳能电池帆板等。
欧洲航天局:哥伦布轨道设施、小型太空拖船ATV和救生飞行器CTV。
日本:一个实验舱。
加拿大:一套大型移动服务系统。
计划分三个阶段实施:
1994-1997年为第一阶段,主要是通过美国航天飞机与俄罗斯“和平”号航天站的对接和飞行,熟练技术、积累经验。
1997-1998年8月为第二阶段,先由俄罗斯用“质子”火箭依次发射多功能货舱、两个能源节点舱和俄罗斯服务舱,然后由美国航天飞机运送美国实验舱,再由俄罗斯发射两艘“联盟TM”型飞船。由这些部件组成一个过渡性航天站,达到有人照料的能力。
1998年8月-2002年6月,一个长87米,宽110米,重377吨,总容积1202立方米的国际航天站全部建成,它在离地面397千米高的轨道上绕地球运行,具有110千瓦电源、装载有33个国际标准载机柜,能容6名航天员长期工作。
全部组装工作需要俄罗斯火箭发射48次,美国航天飞机飞行30次。计划建成的时间已过,实际建成的时间已经在2005年以后。
俄国著名科学家齐奥尔科夫斯基于本世纪初曾勾画出一幅航天站的示意图。德国火箭专家奥伯特,也于他在1923年发表的经典论著《飞往星际空间的火箭》中描述了他设想的航天站,站上的供应由运载火箭来输送。奥伯特认为这种航天站具有多种太空活动能力,可作为地球观测站、宇宙飞船的燃料补给站,也可在站上建造聚集太阳光的系统,用来照射地球的某一地区,进行清毒、灭虫和融化冰雪,并富有远见地揭示了航天站的军事应用。
继齐奥尔科夫斯基和奥伯特之后,陆续出现了由奥匈帝国陆军上尉普托科尼克提出的命名为“沃欣拉德”的轮胎形航天站的方案,20世纪30年代英国人罗斯和史密斯提出的称之为“轨道基地”的航天站方案,著名火箭专家冯·布劳恩提出的、可用作原子武器的运载工具,可用来探索月球、火星的“太空轮胎”航天站方案等。自60年代以来,美国发展的“天空实验室”,苏联发展的“礼炮”号,欧洲航大局发展的“太空实验室”以及正在建造的永久性航天站“阿尔法”号和太空城等更是将这一切变为了事实。
l963年美国制定了一项“载人轨道实验室”计划,设想在空间建立一个直径为 12.5米、重14吨的圆柱形实验室,用“大力神”运载火箭发射入轨,每批航天员可在实验室里工作一个月,用以进行有关科学和军事方面的试验工作。以后由于经费及技术等方面的原因,于1966年11月进行一次不载人的试飞后,计划即被中断。美国也曾设想在大空建造一座能容纳50人工作的航天站,并发展一种可重复使用的飞船,作为这个站与地面沟通联系,作为航天站的供应运输系统,不久,也由于经费和技术等原因,暂告停止。
70年代,美国集中力量发展航天飞机,与此同时,利用“阿波罗”计划完成后的剩余设备,装备成一个可供少量人员工作的试验型航天站——“天空实验室”,企图通过这项活动为今后建造大型航天站积累经验,这就是于1973年5月至1974年2月8日实施的闻名遐迩的“天空实验室计划”。
“天空实验室”最大的贡献是证实了人在大空活动中的重要作用,特别在军事上,它能发挥侦察、拦截、攻击等任务,同时也是武器试验的理想基地。当然,人在意外情况下,也显示出能动地对太空故障的检查和维修作用。但“天空实验室”只是一个试验型的航天站。它的过早陨落,促进美国进一步加强了对大型永久性航天站的建设。
1984年1月,美国里根总统宣称,美国太空计划的新目标是建立一个永久性的载人航天站,正在实施这一计划,由美国与欧洲。日本、加拿大合资建设。它既是一种永久性的轨道研究和工作设施,也是一个轨道试验、组装和修理中心,同时又是一座大空加工厂和观察台。整个建设过程分为两个阶段:从1985年至 1992年研制并发射一个能居住4~ 5人的基本型航天站;从1992年到本世纪末,主要是对航天站进行完善、扩大,最终建成一个能居住10一20人的永久性航天站,以完成航天飞机一航天站体系。在航天飞机一航天站系统中,航天站将成为一个加工厂、观测台、实验室和军事活动“军营”,而航天飞机则肩负空间运输的重任,及时地为航天站运送人员、仪器、加工材料、待发卫星和军事装备以及从航天站向地球送回制成品和人员等。这种相互依赖的关系,将使航天飞机一航天站系统成为未来开发近地空间资源的最主要的角色,也是理想的军营或兵站。
1969年1月16日,苏联“联盟”4号和“联盟”3号在空间轨道上实现对接,两名航天员各自从一艘飞船进入另一艘飞船,可以说是人类进入航天站的一次处女航。从70年代开始,苏联不遗余力地执行建立航天站为目标的“联盟”一“礼炮”号载人飞行计划。“礼炮”号航天站是一个重约20吨的轨道实验室,装备有太空制造设备及多光谱相机等多种试验设备,其载人飞行,都是由“联盟”号和经改进的“联盟”T号宇宙飞船将人送上去,由“进步”号专用宇宙飞船适时运送所需设备、器材和推进剂等物资保障。为了保障“礼炮”号上航天员的生命安全,随时都有一艘“联盟”号飞船与“礼炮”号对接待命,以救助航天员返回之用。
“礼炮”号航天站迄今为止共发射了七艘。限于“质子”号运载火箭的能力有限,这七艘航天站的重量均在18~19吨之间,结构基本是不规则圆柱体,长约12米,直径在2米~4.15米之间。其中“礼炮”4号飞船在太空呆了63天,创造了苏联第一代航天站的最长飞行时间的纪录。“礼炮”1~ 5号航天站,因只有一个对接口,不能和多艘飞船对接,补给问题无法解决,所以人员不能在航天站长期停留。1977年9月29日发射的“礼炮”6号,尾部发动机作了较大改进,使之能与载人飞船“联盟”号和载货飞船“进步”号同时对接。这样,航天站的补给问题得到妥善解决,苏联航天员在航天站的停留时间也就大大延长了。
波波夫和柳明在“礼炮”6号生活了185天,创造了当时人在宇宙空间持续飞行的世界纪录,在185天中,曾先后有四艘载人飞船和五艘不载人的货运飞船“访问”过波波夫和柳明。其中八名航天员还分别与波波夫和柳明在“礼炮”6号里共同生活了7天,进行了50次维修操作。“礼炮”6号在太空持续飞行达58个月,载人飞行累计676天,接纳了16批共33名航天员,完成了120项科学实验,包括生命科学实验、轨道加注燃料试验、空间材料制造以及为探测地球资源的照相侦察。其获取的大量科学资料,对国民经济各个部门和军事领域都有重要应用价值。它表明人类不仅可以适应长期的太空生活,而且航天员在太空的生活和工作能力远远超过预料,展现出未来宇宙开发事业和军事应用的前景。
“礼炮”7号于1982年4月19 日发射上天。它由过渡舱、工作舱和服务舱组成,备有两个对接部件。其中卫星“宇宙”1443号、货运飞船和“礼炮”7号二者对接,三者构成长达35米、重47吨的太空联合体,曾引起轰动世界的关注。
1984年2月开始的“礼炮”7号第三阶段飞行,持续进行了237天,创造了航天员长期飞行的新纪录。航天员基齐姆和索洛维约夫在此期间进行了约500次太空试验,六次走出航天站进入太空活动。他们完成了航天站发动机装置的预检工作,补装了太阳电池组,深入考察了太空失重状态等飞行因素对人体的影响。在这一段飞行中,萨维次卡姬成为第一位进入大空行走的女航天员,也是世界上第一位成了两次人空飞行的妇女。
根据苏联航天站在太空的各种活动,可以推断,在未来太空战中,携带武器装备的航天员(天军),可以长期居住在航天站——太空军营里待命。一旦发生战争和预兆,天军可以随时出动参加战斗,可以直接地向太空“敌人”发动攻击,还可以营救和保护战友,也可以支援地面战斗,摧毁地面军事设施或消灭地面武器装备和人员。
1986年2月20日,也就是在美国“挑战者”号航天飞机爆炸后不到一个月,苏联用“质子”号运载火箭将“和平”号航天站的主体舱送上地球低轨道。人们通常把“礼炮”1号至“礼炮”5号称为苏联第一代航天站,它们只有一个对接口。“礼炮”6号7号为第二代的改进型,它们均有两个对接口。而“和平”号则称为第三代航天站。它与众不同,其主体舱的尺寸大小虽与“礼炮”号航天站大体相当(重21吨,长约13米,最大直径4.2米),但“礼炮”号只有两个对接口,而它有六个对接口,可同时接待六艘载人或不载人飞船。这六艘飞船与“和平”号主体舱对接后,成为“和平”号的六个组合舱。每个组合舱都有各自的动力装置和生命保障系统,可独立完成在外层空间的机动飞行。
航天站将朝着组合式方向发展。未来航天站体积更大,功能更多,运行时间更长。可能建立在地球同步轨道、绕月轨道甚至其他行星轨道上工作十年甚至更久。
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