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有人照料的太空实验室——空间站
    日期:2011年12月22日    字体:【】【】【
  空间站是一种容积较大、在环绕地球轨道上运行的载人航天器,里面装有必要的生活设施和仪器设备,可以接纳多名航天员在里面长时间生活、工作,也可以接受航天员进行短期访问,开展必须有人照料的科学技术实验或其他活动。

  世界上第一个空间站是苏联在1971年4月发射的“礼炮1号”。以后,苏联又陆续发射了“礼炮2号”到“7号”6个空间站。最后又发射了大型空间站“和平号”。

  空间站发射时及入轨之初,里面是没有人的。入轨以后,先由地面通过遥测、遥控对它进行在轨检查测试,证明站内气候环境适宜,仪器设备能基本正常工作后,才派航天员乘坐飞船或航天飞机上天,同空间站交会对接,航天员进驻空间站。如果在轨检查发现空间站存在故障,也可先派航天员上天进行修复后再进驻。

  所有礼炮号空间站都运行在离地面200~250千米高的轨道上。轨道面与赤道面的夹角——倾角为51.6°。“礼炮1号”到“7号”7个空间站的构造基本相同,都呈圆筒形,最大直径4.2米,长约14米,划分成对接舱、轨道舱和服务舱三部分,总重18~19吨,一般情况下容纳2~3名航天员长期驻守,最多时曾挤下6个人。

  对接舱位于空间站的前部。舱的前端有一个对接口,用来停靠“联盟号”飞船。航天员乘坐“联盟号”飞船上天,与空间站通过对接口对接,航天员通过对接口进入空间站。对接舱内装有望远镜、照相机等设备,供观测地球用;舱外装有太阳电池翼,发电用,还有交会对接天线、电视摄像机、散热板和空间碎片探测器等设备。

  轨道舱是空间站的核心部分,是航天员工作和生活的主要场所。在太空失重条件下,航天员分不清上、下,为了便于识别不同部位,舱内的地板、天花板和四壁漆成不同的颜色。舱内分为生活区和工作区:生活区是航天员用餐、休息和睡觉的地方;工作区设有控制仪表板、导航控制设备、大型观测望远镜以及体育锻炼器械。

  服务舱内主要装有变轨发动机、姿态控制推力器和推进剂;舱外装有一对太阳电池翼、交会雷达天线和电视摄像机。

  “礼炮1号”到“7号”的任务大同小异,都是进行有人操作的对地观测,例如,观测气象、海洋、陆地、水文等,开展空间失重条件下的材料加工实验、空间生物学和生命科学研究,以及进行天文观测,主要区别是每次携带的科学仪器设备的种类有所不同,设备性能逐次有所提高。

  最后2个空间站“礼炮6号”和“7号”与前5个相比有一项较大的改进。礼炮1号到5号都只有一个对接口,“6号”和“7号”有2个对接口,可以同时停靠2艘飞船,例如一艘载人飞船,一艘货运飞船。所以,从“礼炮6号”起,在空间站里有人的情况下,可用“进步号”货运飞船定期向空间站运送给养、推进剂和其他物质,每次可运送约2.5吨的物资,从而大大延长了空间站及航天员在站上的工作时间。

  “礼炮6号”空间站在轨道上运行了4年零10个月,先后有10艘“联盟号”载人飞船和12艘“进步号”货运飞船与它对接,一共接纳过航天员33人次。

  最后一个礼炮号空间站——礼炮7号,1982年4月上天,1991年2月才陨落,在轨道上运行长达8年零10个月,共接纳航天员26人次,在站上工作时间累计815天,平均每次(按2.5人)工作78天,最长的一次达到237天。1984年,苏联女航天员萨维茨卡娅在礼炮7号上进行了出舱活动,成为世界上第一个在太空行走的女航天员。

  1986年2月,苏联发射了新一代空间站“和平号”。“和平号”与“礼炮号”最显著的不同特点是,和平号是由多个舱段组合而成的大型空间站,使过去的 “一居室”变为“多居室”,大大扩展了航天员的活动范围,增加了仪器设备种类,丰富了科学实验研究的内容。

  “和平号”空间站采用“化整为零,逐步扩大”的方式建造。首先发射入轨的是一个核心舱。这个核心舱有6个对接口。然后把后续的舱段,一个一个地发射到轨道上,与核心舱对接,最后形成由6个舱组成的大型空间站,总重为126吨,最多可接纳6名航天员同时在内工作。这6个舱段是核心舱、天文物理舱、量子舱、晶体舱、光谱舱和自然舱。

  核心舱是供航天员生活起居的场所,也是整个空间站的控制中心。舱内有食物柜、餐具和食物加热器,两侧有个人卧室、公用卫生间和体育锻炼设备。

  天文物理舱装有伦琴X射线观测台、紫外线天文望远镜等实验设备,主要用于进行天文物理观测。

  量子舱内装有电视光谱仪、X射线测量仪、自动旋转平台等仪器设备,用于天文观测和对地观测。与其他舱主要不同点在于,舱的头部有一个气闸舱,供航天员出舱活动用。

  晶体舱内有各种加热熔炉,用于进行微重力环境下半导体、合金等材料加工试验;还装有紫外线、γ射线和X射线探测仪,用以进行天文观测。这个舱有2个对接口,一个同核心舱对接,另一个用来与联盟号飞船或航天飞机对接。

  光谱舱主要装有各种谱段的望远镜和照相机,用于进行空间探测、对地观测、高层大气物理和天体物理研究。

  自然舱是最后对接的一个舱段,装有雷达、光学雷达、光谱计、无线电高度计和射频仪等,主要用于研究地球生态系统;还装有金刚石熔炉,用于空间材料加工实验。

  “和平号”空间站在离地面350~380千米高度的轨道上运行。航天员的往返,用载人飞船接送。航天员所需的生活必需品、研究试验所需的仪器、材料、试件,空间站发动机用的燃料用货运飞船运送。

  载人飞船在把航天员送入空间站以后,仍旧对接在空间站上,一起围绕地球运行,直到有航天员要返回地面时,才脱离空间站,载着航天员返回地面。运送物资用“进步号”无人货运飞船,每次可运送2吨半的货物,包括食物、水、氧气、仪器、材料、试件、燃料、衣服、书信等。“进步号”货舱在轨道上卸完货物以后,就和空间站脱离,下降进入大气层烧毁。

  与“礼炮号”相比,“和平号”还有以下较大的改进。首先,“礼炮号”只有一台电子计算机,而“和平号”拥有8台电子计算机。站上的仪器设备如果出现故障,电子计算机能马上发现,自动排除或修复,大大减轻了航天员的劳动强度。其次, “和平号”能通过数据中继卫星同地面保持通信联系。“礼炮号”靠的是7个地面站和11艘跟踪船来与地面保持联系,绕地球一圈,只能与地面通信15~20分钟。“和平号”由于利用数据中继卫星通信,每一圈与地面通信的时间增加到40分钟,也就是说,航天员有将近一半的时间可同地面保持联系。第三,“和平号”空间站首次为航天员配备了个人用的单间。房间里有供航天员记日记和写家信用的书桌、椅子、柜子;还有加热食物用的电炉和锻炼身体用的运动器械。每人有一个睡袋。此外,有公用的厨房和淋浴设备。航天员的生活和工作环境比过去宽敞、舒适多了,工作效率大大提高。

  “和平号”空间站自进入轨道以来,站上的人几乎没有中断过,一般都保持有3名航天员在站上值班,执行各项科学试验研究任务。航天员不定期轮换。为了弄清长期太空飞行到底对人体健康会产生什么影响,安排航天员在空间站上逗留的时间越来越长,最长的一次是俄罗斯航天员波利亚科夫创造的持续逗留438天的纪录,至今无人打破;美国女航天员露西德在和平号上创造了连续逗留188天的女子航天最高纪录。

  按原设计要求,“和平号”在轨道上工作5年,实际上却工作了15年之久,是原设计工作寿命的3倍。“和平号”空间站由于超期服役,所以站上许多设备部件到了1990年后逐渐失效或老化,经常发生故障。例如太阳电池翼性能衰退,发电不足、通信设备性能下降,还出现过火灾等事故。飞船运输能力也跟不上站上对给养和推进剂的大量需求。到了后期,驻站航天员要花将近一半甚至80%的工作时间来维护设备和排除故障。

  苏联解体后,俄罗斯经济状况欠佳,和平号每年需要2~3亿美元的运行维护费,成为一项沉重的负担。进入21世纪,“和平号”已是风烛残年,朝不保夕,最终于2001年3月23日,坠落在南太平洋预定海域。

  “和平号”空间站是迄今为止规模最大的航天器,也是运行时间最长,获得科学技术成果最多的载人空间站。它环绕地球运行8万多圈,行程35亿千米,相当于地球到月球4500多个来回。

  “和平号”在15年运行中,共有31艘“联盟号”载人飞船、62艘“进步号”货运飞船和9架航天飞机与它对接,共运送、接返航天员136人次,运送近150吨给养和推进剂。“和平号”上的航天员共进行了16500项科学实验和技术试验,对空间生命科学、空间材料加工、微重力科学、对地观测、天体物理学等进行了广泛的研究,特别是对人在长期航天飞行中的生理、心理变化的研究积累了丰富的数据,为人类的科学事业和载人航天做出了重要贡献。

  苏联/俄罗斯通过 “礼炮1号”到“7号”,特别是“和平号” 空间站的发展,掌握了研制、建造、运行和维护空间站的技术与经验,创造了人货分开运输的理念和实践,积累了人在太空长期活动的经验和建立了保障措施,取得了空间生命科学、空间材料加工、微重力科学、对地观测等科学数据和知识。这些技术、经验和知识已经在“国际空间站”的建造,并将在今后的运行管理中发挥重要作用。(朱毅麟)

  来源:《太空探索》
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