空间站是一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员在其中生活、工作和巡访的载人航天器。小型的空间站可一次发射完成,较大型的可分批发射组件,在太空中组装成为整体。在空间站中要有让人生活的一切设施,不需返回地球。
“国际空间站”结构复杂,规模大,体现了当今世界载人航天的最高水平。
打响发展空间站的“礼炮”
礼炮一般是表示敬礼或在举行庆祝典礼时放的炮。从20世纪70年代起,前苏联在太空也放了几次“礼炮”——“礼炮”号系列空间站,从而拉开了空间站发展的序幕。
前苏联在空间站计划上十分重视采取慎重、稳妥和循序渐进的发展方法。第一艘空间站“礼炮”号采取了如下设计原则:第一,简单性,可以大大缩短研制时间;第二,通用性,尽可能采用已有的且比较成熟的技术,以较少风险获得较大的成就;第三,渐改性,努力使空间站具有较大的发展潜力。“礼炮”号空间站大量应用了宇宙飞船的技术和成果。
空间站时代的到来第一个“礼炮”系列的空间站是“礼炮”1号。它由3个直径不同的柱形舱段组成,总长约14.5米,总质量约18.3吨。头部是直径2米的过渡舱,中间是双圆柱体工作舱,尾部是仪器、推进舱。为了保证宇航员操纵空间站运行和完成既定的实验与观测任务,“礼炮”1号空间站设置了7个工作台,分别用于操纵、控制、天文观测、科学实验,以完成各种观测与实验活动。
1971年4月19日,“质子”号运载火箭将“礼炮”1号空间站送入近地点200千米、远地点222千米,倾角为51.6°的轨道上,运行周期88.5分钟。经过9圈的地面测控,“礼炮”1号运行和工作正常。6月6日,“联盟”11号飞船载宇航员杜勃洛夫斯基、伏尔科夫和帕察耶夫进入轨道,经过6个小时的轨道机动,第二天,飞船与空间站对接。宇航员进行了多次机动飞行,测试了空间站内辐射水平,分析了宇航员血样,用γ射线望远镜进行天文观测,进行鱼类在“水”中运动实验,种植植物实验,研究了无线电信号的衰减,用照相机拍摄地球。6月29日下午7时,“联盟”11号与“礼炮”号分离。1小时后,宇航员操纵飞船降低轨道准备再入。直到此时,一切都很正常。但在反推发动机点火后不久,指令舱的一个压力调节阀在与轨道舱分离时被打开,舱内的空气很快泄出。由于宇航员没有穿宇航服,结果他们均因缺氧窒息而死。
祸不单行。1973年4月3日,“礼炮”2号升空。4月14日,正当“联盟”号飞船准备载人起飞时,“礼炮”2号在轨发生了故障,其运行变得混乱而不可控制。继续运行了55天后,“礼炮”2号于5月28日失去控制,坠入大气层烧毁。
不过前苏联并没有灰心。1974年6月25日,“礼炮”3号进入一条219千米×270千米高的轨道。“礼炮”3号是一个军用型空间站,主要标志是站内安装了10米焦距的高分辨率相机,能连续对地球拍照。在进行了多次轨道调整,证明一切正常后,1974年7月13日,“联盟”14号飞船载波波维奇和阿尔丘金进入轨道。1天后,飞船与“礼炮”3号对接成功。这2名航天员进入空间站后进行了天文和太阳观测、血样分析、微流星研究。7月19日,航天员离开“礼炮”3号,乘“联盟”14号返回地面。除“联盟”15号飞船与之对接失败外,“礼炮”3号的任务基本上完成了。1975年1月24日,“礼炮”3号按指令点燃反推发动机,降低轨道并再入大气层。
民用型“礼炮”4号是前苏联5座试验性空间站中运行时间最长的一座。它于1974年12月26日入轨,先后有4艘“联盟”号飞船与它对接,对接成功3次。其中两组航天员在“礼炮”4号上工作生活共计90多天,开展了不少研究和实验活动,大获成功。此后,前苏联于1975年11月17日发射了不载人的“联盟”20号飞船,它完全靠自动系统与“礼炮”4号进行对接。这次试验的目的是研究专门的货运飞船补充燃料、运送物资的可能性,从而有了后来的“进步”号货运飞船的出现,为试验性空间站的问世奠定了基础。“礼炮”4号于1976年2月16日坠入大气层。
1976年6月22日,军用型空间站“礼炮”5号发射成功。先后有3艘“联盟”号飞船与它对接,其中2艘对接成功。“礼炮”5号于1977年8月28日再入大气层。“礼炮”5号虽然有人的时间不多,但也进行了大量研究和实验活动,试验了许多新技术和新设备,其中许多任务仍是民用性质,包括金属冶炼熔化实验、晶体生长实验、天文观测、气象、森林及海洋观测、植物生长实验和其他生物实验等,取得的成果相当突出。
“礼炮”6号和“礼炮”7号是第二代空间站。这两座空间站解决的问题除进一步提高安全性和可靠性外,另两项重大的变化是延长寿命和扩展应用领域。为满足这两点,第二代空间站采取了多种措施,包括提高轨道高度、携带更多推进剂。它们有两个对接窗口,一个用于对接“联盟”号飞船,另一个用于轨道加油。为此,前苏联专门研发了“进步”号加油飞船。另外,为进行舱外活动,空间站上侧还设有一个舱门和小型气闸舱,宇航员可通过这个门进入开放空间。空间站内的生命保障系统和废物处理及水再生系统也进一步得到标准化改造。新增加的专用设备主要有地球资源照相系统,它能够多路实时发送资源信息;有广角对地观测系统;全波段大气数据望远镜,可应用于气象观测和天文观测;此外还有恒星望远镜、零重力实验系统、生物实验装置等。经过这些改进,“礼炮6号”总质量约19吨,在轨运行时间可达5年。
1977年9月29日,一枚“质子”号运载火箭将“礼炮”6号空间站送入轨道。10月9日“联盟”25号飞船发射,但它与“礼炮”6号对接失败。12月10日,“联盟”26号发射,宇航员罗曼年科和格列契科开始进站工作。他们在轨时间为36天。12月10日,罗曼年科和格列契科进行了前苏联航天史上的第二次太空漫步,时间长达88分钟。1978年1月10日,“联盟”27号发射并与空间站对接。这是首次由3个大型航天器对接在一起的对接行动,联合飞行时间为5天。1月22日,“进步”1号飞船发射并与“礼炮”6号对接,进行了首次轨道加油。到1979年底,苏联又先后发射了7艘“联盟”号飞船和6艘“进步”号加油飞船。在“礼炮”6号运行期间,共发射了16艘“联盟”号飞船、12艘“进步”号飞船和4艘“联盟”T飞船,共有33名宇航员进站工作,载人总时间为678天,宇航员在轨最长时间为185天。
“礼炮”6号在轨运行共58个月。宇航员在进站工作期间,完成了大量科学观测、地球资源观测、人体生物医学研究和技术实验,进行了大量半导体、晶体生长实验并用结晶炉及合金炉进行了金属冶炼实验。宇航员还首次在空间站熔化了玻璃,这使前苏联科学家十分兴奋。这项工作对于制造高性能的光导纤维有重大意义。另外,“礼炮”6号还带来极大的国际影响。在它接纳的33名宇航员中,捷克斯洛伐克、波兰、民主德国、匈牙利、越南和古巴各有一名。
1982年4月19日,“礼炮”7号空间站发射进入轨道。为适应新的任务和延长寿命,它作了一些小改动,科学仪器也有所增加或更新。5月13日,“联盟”T-5号飞船载宇航员别列祖瓦和列别多夫进入轨道,并于14日与“礼炮”7号对接成功,开始了对新空间站的使用。1986年6月25日送走了“联盟”T-15号飞船之后,便结束了它的使命。此后它又通过遥控进行了多次轨道调整。8月22日,它进入近地点475千米、远地点475千米的圆轨道。前苏联预计它会在太空停留更长时间,但由于1986年后太阳活动剧烈,大气层膨胀,“礼炮”7号的轨道逐渐衰减。经过4年多没有任务情况下的轨道运行后,1991年2月7日,“礼炮”7号再入大气层坠毁。
这座空间站在轨道运行期间,共接待了27名宇航员进站工作。他们在轨工作期间,创造了许多新的纪录。“联盟”的宇航员基茨姆、索洛维耶夫和阿特科夫创造了在轨时间237天的新记录。他们于1984年2月9日升空,于10月2日返回地面。“礼炮”7号的宇航员进行了6次舱外活动,累计时间近23小时。其他重要的活动还有:“联盟”6号的宇航员通过气闸舱释放了两颗质量为28千克的业余无线电爱好者卫星,“联盟”13号的宇航员在舱外对“礼炮”7号的对接口进行了修理,空间站内宇航员最多时有6人。宇航员共进行了涉及各个方面的120多项实验,拍摄了1万张地球和天空的照片,极大地丰富了空间科学宝库。
“礼炮”号空间站在应用上仍有很大的局限性。随着空间活动的扩大,这种相对简单、任务单一的空间站显得规模太小,不易扩展,从而限制了有效载荷的规模。另外,由于各种实验设备都集中在一起,不仅相互间会产生干扰,而且出现重大故障时系统不易修理。这些都要求出现更新的大规模空间站。在这种背景下,前苏联又发展了第三代“和平”号空间站。
知识点光导纤维
光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有1~100微米。它由内芯和外套两层组成,内芯的折射率大于外套的折射率,光由一端进入,在内芯和外套的界面上经多次全反射,从另一端射出。目前,光导纤维的主要成分是二氧化硅。光纤传输有许多突出的优点:频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、保真度高。建在太空的“实验室”
美国在成功完成“阿波罗”登月计划之后,为进一步奠定载人航天技术基础,利用“阿波罗”登月工程的硬件,又实施了“天空实验室”计划,它是迄今为止,唯一的一座由美国独自发射的空间站。
“天空实验室”计划有两个目的。一是作为未来大型空间站的过渡环节,因此它带有试验性质;另一方面,科学家们感到“阿波罗”计划从科学研究角度上看,并没有取得令人满意的成果,因此“天空实验室”被赋予四大基本任务:第一,对太阳进行比较充分的观测研究;第二,进行较长时间的生物医学研究;第三,对地球资源进行细致的勘测;第四,进行更为全面的工程技术实验。
“天空实验室”主体轨道舱结构是“土星”5号火箭第三级J-2发动机的巨大液氢贮箱,总长度8.9米,直径6.6米。它用隔板分成上下两部分,上层是实验间,下层是生活间。生活间又分成几个室:起居室、用餐室、盥洗室等。实验间十分宽敞,内部装有各种仪器设备以进行多种大型实验。轨道舱的上面是过渡舱,长5.3米,直径6.6米,内部可增压也可降压,以为宇航员提供一个过渡的通道。过渡舱又是“天空实验室”的控制中枢,里面装有供电控制、测试检查、数据处理、生命保障、通信及轨道控制等系统。“天空实验室”的主要供电系统是两个安装在轨道舱的大型太阳能电池板,可产生约20千瓦电能供仪器设备使用,同时为蓄电池充电。
“天空实验室”最主要的科学仪器是“阿波罗”天文望远镜。它的主体是一个棱柱体,以构架的形式固定在对接舱上。望远镜周围安装了4个较小的太阳能电池板。“阿波罗”天文望远镜装有多谱段照相机、电视摄像机、主望远镜和其他天文仪器。“天空实验室”各段组合在一起总长为36米,质量90.6吨,内部有效容积达247立方米,包括太阳能电池在内的最大宽度达27米。
为了建造和运行“天空实验室”,美国共发射了4次,第1次为无人飞行,后3次为载人飞行。
第1次发射是在1973年5月14日,1枚“土星”5号2级运载火箭将无人的“天空实验室”送入435千米高的地球轨道,轨道倾角为50°,绕地球一周的周期为93分钟。
然而这次发射并不顺利。在发射后63秒处于最大气动压力时,“天空实验室”的轨道工作舱上涂有防热层的微流星防护罩提前打开,防护罩被强大的高速气流撕毁,一块翼形太阳能电池板也被气流带走,剩下的一块又被防护罩碎片缠住,无法打开。这样一来空间站丧失了一半的电力,也失去了对太阳辐射的防护能力,舱内温度升高至55℃左右。美国航空航天局被迫推迟了“天空实验室”的第2次发射,并赶制了一顶6.1平方米的铝化塑料遮阳篷和一顶遮阳伞。
1973年5月25日上午,第1批宇航员康拉德、克尔温和韦茨乘坐“阿波罗”飞船升空。与“天空实验室”对接后,他们经过多次出舱工作,展开了一面太阳板,为空间站安装了遮阳伞。几大故障成功地排除后,航空航天局上下一片欢腾。尼克松总统为此特地发来贺电。
第1批3名宇航员在“天空实验室”上进行的科学活动有:用“阿波罗”天文望远镜对太阳进行了82小时的观测,回收了望远镜中的胶卷盒,拍摄了1000多万平方千米的地球照片,进行了大量生物医学实验;另外,他们还对空间站上的生活系统和生命保障系统进行了全面考察。这些活动表明,宇航员完全可以在太空环境中生活和工作更长时间。经过28天的轨道飞行之后,3位宇航员于1973年6月22日返回地面。
1973年7月28日进行了第3次发射,将第2批3名航天员送到“天空实验室”,9月25日返回。第2批航天员是比恩、加里奥特和洛斯马。“阿波罗”号飞船带去了补给品、维修物品和大量生物实验品。这次飞行把时间延长到59天,并试验了喷气载人机动装置。
在这次飞行中,航天员加里奥特和洛斯马完成了持续6个半小时的舱外活动。他们给“阿波罗”望远镜装上新的胶卷盒,安装了测量微流星的装置,检查了“阿波罗”号飞船的推力器。他们还在“天空实验室”上面搭起了1顶新的遮阳伞。这次飞行的科学工作除仍继续进行有关生物学、太空医学、太阳物理学、天文物理学的研究活动外,还完成了地球资源观测计划。为此,航天员操纵空间站重新定向。在轨飞行期间,航天员使用了6种科学仪器:多光谱摄影机、地球照相机、红外多光谱扫描仪、微波辐射计和散射仪、高度计和L波段辐射计。
通过“阿波罗”望远镜,航天员对太阳的观测时间共计为300小时,拍摄了77600张X射线、紫外线和可见光光谱段内的日冕照片。这期间原本应是太阳黑子活动的宁静期,但实际上太阳耀斑非常活跃。这样,航天员获得了许多太阳平静时和活跃时的对比照片和数据,拍摄了100多张太阳耀斑的照片。
第2次飞行进行的研究活动远远超过了第1次,而且比原计划多得多。原定对地球进行26次观测,实际完成了39次;原计划对太阳观测206小时,实际上超出了100小时。航天员曾3次出舱活动,完成了几项重要的修理工作,生物医学实验也获得了许多重要的成果。
1973年11月16日,第3批宇航员发射升空。他们是卡尔、吉布森和玻格。这次飞行计划持续的时间更长,为此带来了更多生活物品和体育锻炼物品。他们还带来了许多修理工具,以备出现故障时使用。他们为冷却系统装上了制冷剂,解决了冷却系统的泄漏问题。宇航员们还出舱更换了6台望远镜照相机内的胶卷,安装了尘埃和微流星、宇宙线和带电粒子测量仪,修理了空间站尾部的一个天线。宇航员们在空间站里进行了许多生物实验,研究了植物在太空中生长与在地球上生长是否不同的问题,研究了细菌在太空的生长情况。
在天文学领域,这组乘员获得了两项突出成果。一是观测到一个新彗星——科豪特克彗星。12月13日,他们看到了科豪特克彗星,并立即进行了拍摄。他们共拍摄了33张色彩丰富、非常清晰的彗星照片,对研究彗星有重要价值。另一项重要成果是,宇航员吉布森孜孜不倦地对太阳表面进行观测,终于观测到了一次耀斑爆发的全过程。1月21日,太阳的一个活跃区出现了一个亮点并不断加强和增大。吉布森抓住了这个机会,连续拍摄了这个耀斑爆发的全过程。这组照片被认为是最具天文学价值的。此外,乘员拍摄的有关太阳X射线、紫外线、可见光谱段的照片多达75000张。
宇航员在“天空实验室”进行的技术实验还有:利用电炉和电子束枪进行了空间焊接实验,后来证明焊接质量优于地面;进行了晶体生长实验、半导体掺杂实验,做出的晶体长达2厘米,比预期的长6倍;制造了全新的金锗化合物,这是一种低温下的超导材料。
1974年2月8日,宇航员卡尔、吉布森和玻格乘坐“阿波罗”飞船返回地面。他们创造了在轨时间84天的最新世界纪录。整个“天空实验室”计划期间,9名宇航员在轨道上生活和工作了171天13小时14分钟,绕地球2476圈,旅程达1亿1280万千米。他们共进行了42小时的舱外活动,记录了182842个太阳观测数据,获得了40286张地球照片,完成了16次医学实验,初步进行了材料加工实验。
美国原计划在最后一批航天员撤出后,“天空实验室”可一直运行到20世纪80年代初。当航天飞机研制成功后,美国将发射航天飞机与它会合,再从航天飞机的货舱中将1个遥控回收系统释放出来与“天空实验室”对接。地面控制系统将向这个自动装置发出指令,点燃其推进系统,使“天空实验室”实现受控再入。但1978~1979年间,太阳黑子的活动日益频繁,引起了大气层的膨胀,这就使“天空实验室”的轨道不断衰减,而它又没有轨道控制系统用来升高轨道。1979年7月11日,“天空实验室”终于坠入大气层烧毁,许多大的碎块陨落到地面上,有人发现了重达82千克的合金蒙皮。幸运的是没有造成人员伤亡。至此,“天空实验室”计划偃旗息鼓。
知识点微流星
大小不超过0.1毫米,质量不超过百万分之一克的微小流星体。它们进入地球大气中不会产生发光现象。
“和平”号的风风雨雨
虽然“礼炮”6号、“礼炮”7号有了较大的改进,但归根到底还是“一居室”,所以不能完成规模更大、专业性更强的科学技术任务。为了增强空间站的功能,扩大使用范围,前苏联研制并发射了举世闻名的“和平”号空间站。
“和平”号是世界上第一个采用多模块积木式构型的长久性空间站,即由多个舱段在空间逐次交会对接后像积木一样拼接而成。自发射后除3次短期无人外,站上一直有航天员生活和工作着。
多模块积木式空间站是空间站技术的合理发展,它使过去的“一居室”变成所需的“多居室”,因而比较灵活,大大扩展了航天员的活动空间,具有功能强、寿命长、使用范围广和工作效率高等一系列优点。
它的最大特点是其率先升空的核心舱上有6个对接口。这样,核心舱不仅能用于航天员生活居住,控制整个空间站正常运行,还能先后对接5个专用实验舱和飞船,形成庞大的空间复合体。
“和平”号在轨组装完毕后全长87米,质量达123吨(如与航天飞机对接则达223吨),有效容积470立方米。“和平”号空间站的各舱均有动力装置和生命保障系统,因此都能独立地进行太空机动飞行。但它们功能各异,分工明确。
“和平”号空间站的核心舱仍然是1个舱段式结构。它的总长13.13米,最大直径4.2米,总重量20.4吨,压力舱容积110立方米,两个太阳能电池翼的翼展为29.73米,总面积76平方米,最大输出功率9千瓦,平均功率5.5千瓦。核心舱内有1个大桌子供航天员工作和用餐,桌子两边是加热设备、各种餐具,以及食品柜和冷藏柜;舱的两侧还各有一个单人卧室(内有睡袋);卧室后边是卫生间,可供航天员洗澡;舱内装有体育锻炼器具,航天员每天需锻炼90分钟。
1987年3月31日,“质子”号火箭发射了第一个实验舱——“量子”1号,开始了“和平”号积木空间站的正式组装工作。
“量子”号实验舱共有5个,都呈柱形结构,质量均为20吨上下。“量子”1号又称天文物理舱。“量子”2号又称服务舱,安装的科学仪器包括电视光谱综合装置、X射线测量仪、自动旋转平台、西格马光谱综合装置、伽玛—2视频分光计和偏光计系统等,主要用于天文观测和对地观测。“量子”3号又名晶体舱,主要用于微重力材料生产。“量子”4号又名光学舱,主要用于远距离探测、高层大气物理研究和天体物理学研究。“量子”5号又名自然舱或生态学舱,主要用于生态学研究。1996年4月23日,“和平”号第5个实验舱——自然舱发射,并于3天后与“和平”号顺利对接,组装工作全部完成。完整的“和平”号空间站全长达87米,质量达123吨,有效容积470立方米。
“和平”号空间站作为世界上第一个长期载人空间站,自诞生之日起,共在轨道上运行了15载,大大超过了设计的5年寿命。它绕地球飞行8万多圈,行程35亿千米,进行了2.2万次科学实验,完成了23项国际科学考察计划。共有31艘“联盟”号载人飞船、62艘“进步”号货运飞船与其实现对接,还9次与美国航天飞机对接并联合飞行。
“和平”号创造了一系列世界之最:它是20世纪质量最大、寿命最长、载人最多、技术最先进的载人航天器,15年中共有31艘载人飞船和62艘货运飞船与它对接,28个长期考察组和16个短期考察组先后访问过“和平”号,共有12个国家的135名航天员到访过“和平”号;俄罗斯航天员波利亚科夫在“和平”号上创造连续逗留438天的世界纪录;美国女航天员露西德在上面创造连续逗留188天的女子航天新高。
前苏联通过建造和运行空间站取得了巨大成就,特别是“和平”号运行的15年时间里更是成果辉煌。在医学领域,研究了在太空使用的药物处方、宇航员飞行后的体力恢复方法。在生物学领域,研究了蛋白质晶体生长、高效蛋白质精制、特殊细胞分离、特种药品制备等。在材料和空间加工领域,进行了600多种材料实验,制造了半导体、玻璃、合金等35种材料。在对地观测方面,发现了10个地点可能有稀有金属矿藏,117个地点可能有石油存在。在天文观测方面也做出了许多重大发现。此外,还开发了大量空间新技术。
“和平”号也是发生事故和故障最多的载人航天器,在15年的运行过程中,先后发生大大小小的事故和故障1500多起,其中包括两起重大的事故。
1997年2月24日,“和平”号空间站上,由来自俄罗斯、美国和德国的6名航天员组成的乘员组,通过太空行走处理了一起站内发生的火灾事故。由于站上氧气发生器破裂,明火燃烧了90秒钟,烟雾充满了整个空间站。在这起事件中,虽然无人员受伤,危险也仅限于“量子”1号舱内,但这是载人航天器在太空飞行中发生过的最严重的着火事件。
祸不单行,继2月份发生火灾事故之后,6月份“和平”号空间站又发生了碰撞事故。6月25日,俄任务指令长楚勃列夫用一种新的自动对接系统操纵“进步”号运货飞船与“和平”号空间站的后对接口对接。当飞船与空间站快速靠近时,飞船上的速率控制部件突然失灵,7吨重的飞船先与光谱舱上的一块太阳能电池板相撞,接着就撞在光谱舱上,将光谱舱的舱体撞出一个“缺口”,并使光谱舱的舱体向内偏转,同时将覆盖在舱体外的散热器保护盖撞移位。为了堵住“缺口”,航天员不得不将舱外的4块太阳能电池板卸下,这样一来“和平”号空间站的电力供应减少了一半。
碰撞事故发生以后,为了维修空间站,俄罗斯航天员索洛维约夫和维诺格莱德夫在8月22日对舱内进行了一次检查。
两名航天员首先进入节点舱,将所有舱口密封,以防舱内气体全部丧失,然后将节点舱减压。在减压过程中,维诺格莱德夫突然发现自己的一只手套漏气,因此又赶紧重新加压,等换上新手套后再继续减压。当节点舱内的压力降到零时,他们开始将被切断的11根电缆线重新连接起来。进入光谱舱后,他们发现舱内到处漂浮着一些冰冻的肥皂泡,而舱体似乎完好无损。他们不放心,继续寻找被撞坏的“缺口”,可是毫无结果。
光谱舱上被撞坏的太阳能电池板的维修工作则是在以后的几次太空行走中才完成的。
前苏联解体后,经济形势日趋严峻的俄罗斯越来越不堪重负。早在1999年,维持“和平”号正常飞行的费用就已经让其捉襟见肘了。由于缺乏资金,“和平”号随时可能坠毁。怀着对“和平”号的深厚感情,俄罗斯国内上下开始了一场拯救“和平”号的运动。俄罗斯载人宇宙飞行计划总工程师委员会发出呼吁书,专家、院士、学者、媒体、普通百姓等纷纷向政府和社会求救,为挽救“和平”号做最后的努力。
当时有一位英国企业家卢埃林允诺为“和平”号投资1亿美元,并先期支付了2500万美元。他提出的条件是,在1999年8月随考察组飞往“和平”号并在太空逗留10天。由于资金未及时到位,这个计划最后宣告失败。1999年8月,在“和平”号空间站上工作的3名宇航员不得不离开“和平”号,返回地面。9月,随着站上计算机的停机,空间站进入漂移状态。这种状态持续了几个月之后,2000年2月1日,俄罗斯航天部门决定让“进步”M-43号货运飞船再次飞往“和平”号,为其送去两吨重的货物,其中包括燃料、饮用水、食品和氧气等物品,为即将重返“和平”号的宇航员做好准备。
2000年4月,已经人去楼空达7个月之久的“和平”号空间站终于又有了人气儿。4月3日,在位于哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场,俄罗斯发射了“联盟”TM飞船,把两名宇航员送上了“和平”号空间站,开始了对“和平”号的一次全面“体检”,以确定“和平”号最终的使用期限。有报道称,此举是为“和平”号实现“夕阳红”的太空之旅。
遗憾的是,一切努力都已无法挽回“和平”号告别人间的命运了。尽管大家都希望“和平”号能再获新生,但资金问题始终得不到有效解决,寻找私人资金的计划也无果而终。
难以为继之下,俄罗斯航天局一位高级官员说:“与其让‘和平’号真的发生大问题后再放弃,不如现在就让它荣归而退。这样也不会坏了俄罗斯航天技术的最好纪录。”
2001年3月20日,“和平”号空间站飞过了距地220千米的太空轨道。俄罗斯地面飞行控制中心的专家在对“和平”号的轨道参数、飞行姿态等信息进行综合分析之后,接连发出了两个制动信号,启动了与“和平”号对接的“进步”M1-5号货运飞船的发动机。在发动机的反推制动下,“和平”号的飞行速度陡然下降,巨大的空间站开始快速向下飘落,并逐渐进入了预定的坠落轨道。在“和平”号绕地球飞行的最后两圈内,地面专家发出了最后一个制动信号。刹那间,重达137吨的庞然大物脱离地球轨道,向着南太平洋轰然坠落……这便是俄罗斯航天专家为“和平”号精心设计的结局。
可以说,“和平”号空间站是至今最为成功的空间站,它为人类的载人太空飞行、探测和试验立下了汗马功劳,虽然其间有坎坷、有失败,但是,风风雨雨之中,它创造了许许多多的奇迹,为人类立下了赫赫战功,也为今后不断发展的空间站技术奠定了基础。“和平”号空间站为人类探索生命、宇宙和科学之谜提供了独一无二的场所,为世界科学事业做出了巨大贡献。它的“继任者”——“国际空间站”正在紧张的建设当中,可望在不久的将来全面投入使用。虽然“和平”号已经永别,但人类探索太空的步伐不会停止。
知识点蛋白质晶体
蛋白质晶体是生物体内细胞产生的一种生物催化剂,由蛋白质组成,能在机体十分温和的条件下,高效率地催化各种生物化学反应,促进生物体的新陈代谢。生命活动中的消化、吸收、呼吸、运动和生殖过程都是酶促反应过程。多国打造“国际空间站”
“国际空间站”是由众多国家合作打造的,是以美国和俄罗斯牵头,包括加拿大、日本、巴西(1997年加入)和欧空局(11个成员国,正式成员国有比利时、丹麦、法国、德国、英国、意大利、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士和爱尔兰)共16个国家共同建造和运行的。“国际空间站”成为迄今最大的航天合作计划。
20世纪80年代初,美国逐渐意识到它在空间站领域已大大落后于前苏联,并且得知前苏联准备发射多模块积木式构型空间站——“和平”号,于是便下决心在空间站技术上赶超前苏联。
1984年1月25日,里根总统批准建造一个以美国为主、多国合作的长久性空间站计划——“自由”号。这个方案比“和平”号先进,属第2代多模块空间站,采用桁架式构型,总质量达几百吨。如果研制成功,则可跨越几个台阶,像载人登月一样再次超过苏联。
然而,美国长久性空间站计划一波三折。来自国会的批评使该计划的规模一再缩小。克林顿上台后,又几次要求对空间站进行修改,缩小规模。几年的时间共进行了多达8次的修改,其中最主要的改进是吸收俄罗斯为正式合作伙伴。直到1993年11月,空间站计划才最终定型。
这个名为“国际空间站”的修改方案,包括俄罗斯“曙光”号功能货舱。它是国际空间站的第一部分,包括推进、指挥以及控制系统;美国“团结”号连接舱,这是第一个由美国建造的舱段,该部分是“国际空间站”上负责联接6个舱体的主要连接舱;俄罗斯“星辰”号服务舱,包括为第一批定居于“国际空间站”内的宇航员提供的居住舱、电力控制和维生系统设备舱;欧空局“哥伦布”轨道设备舱,它是“国际空间站”上的一个实验室,它还将为国际空间站的宇航员提供被称为自动迁移飞行器的往返工具;日本实验舱,日本宇宙事业开发团研制,主要用途是为国际空间站提供一个实验室以及一个可以进行10次实验的外部平台;小型硬件设备,共6种,主要用于为国际空间站运输物资,由巴西国家航天局制造;微型增压后勤供应舱,由意大利空间局研制。
由于“国际空间站”是含有积木式和桁架挂舱式2种构型的“混血儿”,所以它既有继承性,又有创新性。
建成后的“国际空间站”将是一个总重量达423吨、长108米、宽88米、密封舱容积达1202立方米的大型空间设施,近似于2架波音-747喷气式客机的客舱体积。
“国际空间站”上的6个实验研究舱将运用当代最先进的试验手段进行生物学、化学、物理学及其他学科的研究。这些舱是首次按微重力试验要求设计的,它们都十分靠近质心,以保证重力接近于零,从而成为一个能提供零重力的实验场所,以揭开重力对我们这个世界的影响之谜。在基础科学和生物医学等方面将会扩展全人类的知识,为以后可能出现的突破性进展奠定理论和技术基础。
同时,“国际空间站”也提供了人们直接参与长期在轨对地观测和天文观测的机会,为研究地球环境、探索宇宙世界作出贡献。
此外,作为人类在太空进行的首次大规模装配活动,建造“国际空间站”也将为今后建造太阳能电站、进行火星探测等航天活动积累经验。人类的长远目标是在月球和火星上建立居住区,为此,美国航空航天局已打算把“国际空间站”作为验证火星探索技术的场所。
“国际空间站”计划分三阶段进行:
1994~1998年为第一阶段——准备阶段。目前已顺利完成第一阶段的任务,主要进行了9次美国航天飞机与俄罗斯“和平”号空间站的交会对接,取得了宝贵的经验。
1998年11月20日,“国际空间站”的第一个组件——“曙光”号功能货舱(美国出资,俄罗斯制造)发射成功,标志着“国际空间站”正式进入第二阶段——初期装配阶段(1998~2001年),主要内容是建立“国际空间站”的核心部分,使空间站拥有初始的载人能力。
第三阶段(2000~2005年)为最终装配和应用阶段。“国际空间站”建成后,可载6人,工作寿命为15~20年。
1998年11月20日,俄罗斯在拜科努尔航天发射场用一枚“质子”号重型运载火箭,成功地把国际空间站的第一个组件“曙光”号功能舱送上了太空。12月4日,美国“奋进”号航天飞机又把“团结”号节点舱送入轨道,并对接到“曙光”号功能舱上。宇航员于12月10日首次进入新站,在站内安放了通信设备和备用服装等器材。1999年5月27日,“发现”号航天飞机执行STS-96任务,为空间站输送了2吨补给品,完成太空行走任务,继续安装外部太阳能电池板。
2000年5月21日,“阿特兰蒂斯”号航天飞机与“国际空间站”实现对接,为空间站送去约1吨重的货物。2000年7月12日,俄罗斯成功发射了“国际空间站”的服务舱“星辰”号,并与空间站联合体顺利对接。这个舱段是空间站的重要组件,是一个生活起居室,为宇航员提供居住、电力控制和生保系统。2000年9月8日上午8时,“阿特兰蒂斯”号航天飞机发射,为空间站带去3吨补给品,为国际空间站迎来第一批“居民”做好后勤准备。2000年10月11日,“发现”号航天飞机执行STS-92号任务,这也是航天飞机总第100次飞行,主要任务是安装桁架结构,为“团结”舱安装增压适配器。
2000年10月31日,美俄3名宇航员搭乘“联盟”TM-31号飞船从拜科努尔航天发射场升空,飞向“国际空间站”。他们将成为国际空间站的首批长期住户。参加这次飞行的宇航员分别是美国宇航员威廉·谢泼德,俄罗斯宇航员尤里·吉德津科和谢尔盖·克里卡廖夫,其中谢泼德是站上指令长。11月2日,他们正式进驻国际空间站,标志着“国际空间站”开始进入有人照料阶段。这是国际空间站建造以来的一个里程碑式的重要事件。2000年11月30日,“奋进”号航天飞机执行STS-97任务,为空间站安装了大型太阳能电池板。2001年3月8日,“发现”号航天飞机执行STS-102任务,运送安装了“命运”号实验舱。3月9日航天飞机与空间站对接后,第二批宇航员正式进驻“国际空间站”。他们是指令长俄罗斯宇航员乌萨乔夫、美国女宇航员赫尔姆斯和男宇航员沃斯。
2001年4月19日,“奋进”号执行STS-103任务,即为空间站安装一个加拿大研制的机械臂。对接后,“奋进”号宇航员与国际空间站上的第二批长住居民先利用空间站外的一个太空舱交换工具和其他物资。2001年4月28日,俄罗斯“联盟”号飞船发射,载有第一位太空游客蒂托。他被称作航天史上第一位真正的太空游客,产生了极大的影响。他在空间站上停留8天后,于5月5日返回地面。2001年8月10日,航天飞机“发现”号执行STS-105任务,为国际空间站送去了第三批长驻宇航员,他们是指令长库尔伯森、驾驶员德祖罗夫和空间站工程师米哈伊尔·图鲁林。
截至2001年,“国际空间站”的质量约为73吨,运行在近地点379.7千米、远地点403.8千米的轨道上,绕地一圈用90分钟。该站定于2005~2006年建成,它将由12个舱段组成,总质量达450吨左右,使用空间达1100立方米,平均运行高度为350千米(组装后升至460千米高的轨道),寿命15年。它将成为人类在太空中长期逗留的一个前哨,可用于试验新型能源、运输技术、自动化技术和下一代遥感器,推动流体力学、燃烧学、生命保障系统、反辐射危害等研究的发展,并对未来的太空探索产生重要影响。各国在国际空间站的建设和开发上的总支出约为1140亿美元,其中光建站就需花费600亿美元。
“国际空间站”的建设标志着航天发展的一个新时期——航天技术应用化发展时期的真正开始。它的建成将对空间产品的商业化、空间科研的纵深化以及天地往来的例行化产生重要意义。“国际空间站”将大大推进新世纪航天技术与航天应用的发展。届时,航天技术对社会产生的影响将更加广泛而深远。
知识点运载火箭
运载火箭是由多级火箭组成的航天运输工具。用途是把人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入预定轨道。它是在导弹的基础上发展而来的,一般由2~4级组成。每一级都包括箭体结构、推进系统和飞行控制系统。末级有仪器舱,内置制导与控制系统、遥测系统和发射场安全系统。级与级之间靠级间段连接。有效载荷装在仪器舱的上面,外面套有整流罩。
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