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第110章 人类太空基地的建设

◆太空驿站——航天站

航天站是指在太空长期停留的航天器,或称“轨道站”、“空间站”。从前苏联把“礼炮”1号送入绕地轨道至今,世界上已发射了三种类型的航天站。另外两种是美国的“天空实验室”和欧洲空间局的“空间实验室”。这三种航天器中的后两种都没有自身动力系统,因此,不可能长期停留在太空。“礼炮”号虽带有轨道机动系统,当大气阻力使其轨道高度变低时,可以启动轨道机动系统,爬升到预定轨道。不过,由于仪器设备和电源系统的寿命限制,工作几年后,也就不能再工作了。航天站的总体结构形式开始时是舱段式的,后来改为多对接口复合式,现已开始向行架挂舱式发展。目前已上天的航天站实质上都不是永久性的。所谓“永久性航天站”是指在长寿命基础上增加轨道上的替换、补给和维修能力,使航天站的寿命延长到不再需要时为止。

航天站通常由中心构架、对接舱、气闸舱、轨道舱、生活舱、服务舱、专用设备舱和太阳能电池阵列板等组成。

对接舱用于停靠飞船、航天飞机和各种航天器,一般有两个以上。未来的航天站将有12~20个。气闸舱用于密压舱段与真空空间之间的隔离段,为宇航员进出站内外提供必经的过渡通道。

轨道舱是用于字航员的工作场所,包括实验室、加工室、航天站控制室和修理间。舱内形成了和地球常规环境、压力、温度、湿度等地面自然条件相同的人造环境条件。

生活舱用于宇航员食、住和休息娱乐,一般设有卧室、餐厅、卫生间等,宇航员还能洗澡、沿“微型跑道”跑步、骑“自行车记功器”锻炼身体,以及散步、看电视,与地面通过可视电话进行聊天、联络等。

服务舱用于装备推进系统,即作为机动转移、调姿、加速、减速、侧滑等动力设置,气源和电源等能源保障设施,供全站使用。

专用设备舱是根据特定任务而设置的可安装专用仪器设备的舱段,如空间探测器、天文望远镜、各种测试仪、电视摄像机以及遥控侦察照相机等。太阳能阵列板是装载各种设施的用电电源。

航天站的主要作用有以下几点:

一、利用站上各种实验室和舱外平台等设施,进行包括生命科学、生物工程、天文观察、对地探测和空间环境考察等多种空间学科的研究实验;

二、开发空间资源,利用航天站“得天独厚”的有利位置,获得诸如超高空、超洁净、超真空、超无菌、超微重力以及超阳光辐射等地面所不可能具有的自然条件,进行多种生产、科研活动;

三、发展空间产业,利用站上所获得的空间资源,进行特种材料加工和医药生产以及种种新产品生产;

四、进行高新技术试验,利用站上的特殊环境条件,进行通信、太阳能、空间推进、对地遥感等多种技术领域的实验工作;

五、在轨服务,可在站上对本体维修,还可对其他航天器进行维修和更新换代设备,以及建造大型空间设备等;

六、太空驿站,可作为飞往月球、火星等各大行星的过渡站、加油站、换乘站、供应站等;

七、军事作战,成为外层空间的第四战场指挥中心,可从事各种军事活动,包括侦察、照相、太空兵器发射和试验、指挥控制、协调联络等。

◆“礼炮”号航天站

前苏联从20世纪60年代以来发射了6艘“东方”号飞船和2艘“上升”号飞船,完成了第一阶段的载人航天任务。前苏联根据这些航天实践得出结论:在轨道上建立可长时间工作的航天站,比每次携带一套电源、生命保障系统和通用设备的单个飞船更为经济有效。因此决定发展能为军用和民用较大规模科学试验服务的“礼炮”号航天站,并用“联盟”号飞船作为接送航天员的工具。同时研制专为“礼炮”号航天站运送物资的不回收的“进步”号飞船。前苏联从1971年4月19日到1984年11月共发射7个“礼炮”号航天站,以实际应用为目标,进一步完善航天设备,并从事许多与科学研究、国民经济、军事有关的探测、侦察、试验活动。自1979年9月29日“礼炮”6号航天站进入太空以来,前苏联共进行了33次发射活动,先后有19批航天员到航天站上工作。“礼炮”6号航天站有两个对接舱口,借以进行不定期的加油、补给、轮换航天员工作。1982年4月19日前苏联发射“礼炮”7号航天站,以“礼炮”7号航天站为中心的载人航天活动正在进行中。3名航天员在“礼炮”7号航天站上创造了持续飞行236天22小时50分的新纪录,完成了多项需要长期工作的科学研究课题,包括植物在太空环境下从播种、发芽、生长、开花到结果的全过程研究。

◆美国“天空实验室”1号航天站

1973年5月14日,美国成功发射了一座“天空实验室”1号航天站。这是一座长期留在太空中的有人驾驶的空间航天站,实际上是一个在近地轨道运行的科学实验平台。这座航天站最初发射时是未载人的。5月25日,由“阿波罗”号飞船运送3名字航员进站,在28个昼夜中进行了航天站修理和太空考察。随后,7月28日又由“阿波罗”号飞船运送第二批3名宇航员进站,在59个昼夜飞行中,完成了多项科研计划。到11月16日又接待了第三批3名宇航员进站,驻留84个昼夜,这批乘员组一直在航天站生活到t974年2月才返回地面。此后,就再也没有宇航员进入该航天站,实际上是关闭停用了。在运行6年后,该航天站于1979年7月11日坠人大气层烧毁陨落。

在这座航天站最初运行的一年里,3批共9名宇航员都是乘“阿波罗”号宇宙飞船往返航天站与地面之间,在站上总计生活了171天,共完成了270多项科学实验工作,其中包括进行观测、冶炼、栽培等实验,还着重研究了人在长期失重条件下的反应和变化,宇航员拍摄了4万多幅地球照片和18万幅太阳照片,录制了数十千米长的录像磁带,进行了16项生物医学试验。

◆“和平”号空间站

前苏联“和平”号空间站的核心部分于1986年2月19日升空,一年后空间站正式建成并投入使用。10多年来,“和平”号先后接待了包括阿富汗、奥地利、保加利亚、法国、德国、日本、叙利亚、英国和美国等十几个国家24个乘务组的62位科学家,取得了一大批空间科研成果。特别是俄罗斯宇航员瓦列里·波利雅科夫博士从1994年1月8日至1995年3月在“和平”号上从事研究,一举创造了在宇宙空间连续停留14个月的世界航天纪录。

“和平”号空间站采用积木式构造,由多舱段空间交会对接后组成。其核心舱有6个对接口,用来与实验舱和“联盟”号飞船及“进步”号货舱对接。它是一个舱段式结构,总长13.13米,最大直径4.2米,总重量20.4吨,由4个基本部分组成:球形增压转移舱,直径2.2米,上面装有5个直径均为0.8米的对接窗口;增压工作舱,这是空间站的主体,总长为7.67米,两个柱形段直径分别为2.9米和4.2米;不增压服务动力舱,位于空间站尾部,长2.26米,直径4.2米,除装有主动机和推进剂外,还装有对接天线、探照灯、无线电通信天线等增压转移对接器,它长1.67米,直径2米,位于服务动力舱中央,提供第6个对接通道。

1987年4月9日,用于天体物理研究和观测的“量子”号实验舱与其对接。1989年12月6日,带有3个压力舱的“量子”2号实验舱也对接到轨道站上。1990年6月12日,“晶体”号实验舱加入了“和平”号空间站。该舱主要用于空间实验生产某些半导体材料和药品。该舱与核心舱相似,有3个对接口,可与100吨以内的宇宙装置对接。目前“光谱”号实验舱已对接成功。

基于空间站对于空间科学研究的重要性,美国于1984年提出兴建国际空间站的构想,欧洲空间局、加拿大、日本和俄罗斯等先后加入,使得这项工程成为世纪之交世界航天领域一件引人注目的盛事。

世人瞩目的俄罗斯“和平”号航天站在其轨道上飞行了15年后,在2001年3月22日,通过人工控制将其人为地坠毁在太平洋的无底深渊。

◆国际空间站

国际空间站始建于1998年,是以美国和俄罗斯为主,日本、加拿大、欧洲航天局成员国和巴西等总共16个国家联合参与的国际合作项目,总投资为600多亿美元。它是迄今为止世界上最大的航天工程,也是世界航天史上第一个国际合作建设的空间站,整个建设工作预计到2005年结束。空间站的工作寿命将在十五年以上。

国际空间站计划最早由美国提出,当时名为“国际自由号空间站”,于1984年得到美国总统里根的批准,但建设难度大和耗资过高使得这项计划没有取得进展。

1993年,克林顿入主白宫后提出将“自由”号空间站由美国独自建造改为国际合作建设,从而使这一计划得以生存下来。同年11月1日,美国宇航局与俄罗斯航空航天局签署了合作建设一座空间站的协议。1998年3月7日,俄美签署了有关合作的一揽子基本文件。根据协议,空间站80%的建设资金由美国负担,工作语言为英语,并由美国宇航局牵头,负责从总体上领导和协调计划的实施以及在空间站运行期间发生紧急情况时进行具体指挥。

建成后的国际空间站将是个“太空中的城市”,成为人类在太空中长期逗留的一个前哨。它包括6个实验舱和1个居住舱、3个结点舱以及平衡系统、供电系统、服务系统和运输系统,总重量为500吨,空间站主结构长88米,首尾距离110米,平均运行高度为350公里。国际空间站将成为新型能源、运输技术,自动化计划和下一代传感器技术的测试基地,它的建设将推动流体力学、燃烧、生命支持系统、反辐射危害等研究的发展,并将对未来的太空探索产生重要影响。