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充气式空间站:异想天开还是切实可行
来源:中国航天报·飞天科普周刊     日期:2015年08月28日    字体:【】【】【

据美国媒体近日报道,毕格罗公司研制的充气式活动舱将在9月份由龙飞船运送到国际空间站进行在轨测试,如果测试成功,毕格罗公司将研制充气式空间站。

众所周知,从苏联发射世界上第一个空间站礼炮1 号开始,人类已经向太空发射了十余个大型空间站,这些空间站都是采用金属外壳和架构。那么,毕格罗公司为何研制充气式空间站?充气式空间站是异想天开还是切实可行?

金属空间站的尺长寸短

1957年10月4日,苏联成功把世界上第一颗人造地球卫星斯普特尼克1号送入太空,叩开了人类进军太空的大门。到目前为止,人类已经向太空发射了4000多颗航天器,虽然这些航天器的外形多种多样,用途也各不相同,但它们都有一个共同的特点,即这些航天器都采用金属外壳。

国际宇航联空间站运输委员会杨宇光说:“之所以大多数航天器采用金属外壳主要是为了适应恶劣的太空环境。不管对于人类还是航天器,太空强辐射、大温差和高能粒子流的恶劣环境都是一个巨大的考验。金属的力学、辐射屏蔽等特性决定了金属是制造航天器外壳的最合适材料。”

空间站是航天器这个大家族中的一员,是一种在低轨道长时间运行,可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。苏联在1971年发射了礼炮1号空间站,随后陆续发射了6个礼炮号系列和1个和平号空间站。天空实验室是美国发射的第一个空间站,该空间站在1973年发射升空。天空实验室坠毁后,美国在上世纪80年代开始论证和研制国际空间站。

杨宇光表示:“迄今为止,人类发射的空间站无论是单一式还是组合式都是采用金属外壳。金属的外壳可以为航天员提供一个相对安全的环境,这是航天员在空间站中开展工作和生活的前提。”

“虽然采用金属外壳的空间站具有坚固牢靠的优点,但如果要建造一个大型组合式空间站,尺寸巨大的舱段和桁架必须使用火箭或航天飞机一个接一个发射进入太空,然后在太空进行组装,工作量非常大。以现役的国际空间站为例,它从1997年开始建造,到现在也没完成建造工作。其中,发射和组装的工作量大是导致建造进程缓慢的一个重要原因。”国内知名航天科普作者张雪松说。

毕格罗的奇思妙想

现在很多物品都采用折叠设计,如充气床、充气沙发,这些充气式设计的物品不用时放掉气体,折叠后占用很小的空间。既然日程生活用品可以采用折叠设计,空间站也可以考虑采用充气式设计。充气式空间站发射前折叠在火箭整流罩内,进入太空后充气展开。

其实,在上世纪60年代,美国宇航局就有类似的想法。当时,美国宇航局授权一个轮胎生产厂研制可折叠的卫星,但该厂跳不出研制轮胎的思路,制造出了一个巨大轮胎型卫星,自然没有被美国宇航局看上。

张雪松说:“上世纪90年代,在论证国际空间站过程中,美国宇航局计划为空间站打造一个充气式舱段,但由于存在较大的技术风险,心里没底的美国宇航局最终没有发射这个舱段。最后,美国宇航局将充气式舱段的专利卖给了毕格罗公司。”毕格罗公司购买到技术之后就提出了雄心勃勃的建造充气式空间站计划。

除了毕格罗公司,俄罗斯也在进行充气式舱段和空间站的研究。早在2006年,俄罗斯就使用第聂伯运载火箭将起源1号充气式试验轨道飞行器送入了太空,验证充气式飞行器自动展开技术。据悉,俄罗斯还会启动充气式太空旅馆、充气式星际飞船等航天器的研究工作。

杨宇光认为:“与金属外壳空间站相比,充气式空间站最大的特点,同一型号发射相同尺寸的空间站,充气式空间站可以获得更大的容积。这是因为充气式空间站进入太空后可充气展开,而金属外壳的空间站地面多大,上太空后也就多大。空间站容积越大,空间站就可以搭载更多的载荷,航天员居住和工作环境也更加舒适。”

充气式空间站靠谱吗

毕格罗公司计划建造2个独立的充气式舱段,分别被命名为“创世纪1号”和“创世纪2号”,这2个充气式舱段旨在验证充气式空间站部署到地球轨道上的基本条件,并为未来建立更大规模的充气式空间站做准备。同时,美国宇航局也将对充气式空间站进行测试,确定其是否适合进行载人居住,尤其是空间站内部的辐射水平能否达到安全标准。

根据美俄达成的最新协议,国际空间站的使用期限推迟到2024年,届时国际空间站将坠入地球大气层烧毁。俄罗斯已经提出从国际空间站拆解自己的舱段,以此为基础独立建造空间站的计划。

如果美国宇航局未来还有空间站的需求,就要面对建造未来空间站的问题。有消息称,美国宇航局未来可能选择充气式空间站。“充气式空间站确实有许多优点,但必须解决辐射、抵御太空微小垃圾撞击等难题。以抵御太空微小垃圾撞击为例,这些太空垃圾运行速度非常快,即使尺寸很小的垃圾撞到空间站,撞击的能量还是非常大的,会割破充气式空间站的外壳,如果材料技术没有大的突破,充气式空间站的前景并不好。”杨宇光说。

张雪松认为:“制造充气式空间站的材料技术已经有了突破,现在的关键就是进行在轨测试,根据测试结果进行改进。相信随着关键技术的逐步突破,充气式空间站前景还是比较光明的。此外,以充气式空间站为基础还可以建造月球基地、星际飞行载人飞船等,可以说大有用武之地。”(谢瑞强)

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