“和平號”空間站墜毀18週年祭,為夢想而生

2001年3月23日,俄羅斯的“和平號”空間站在歷經15年的運行 之後,榮歸故里,墜落南太平洋海域。“和平號”空間站是20世紀質量最大、載人最多、壽命最長和技術最為先進的航天器,為人類的航天事業作出了重大貢獻,是航天史上的 重要里程碑。

從載人航天說起

太空是地球大氣層之外,距地球表面100 km以上的區域。如果 把陸地、海洋和大氣層分別稱為人類的第一、第二和第三環境,那麼太空就是人類尚待開發的第四環境。太空浩瀚無垠,蘊含著獨特而豐富的自然資源,如高遠位置資源,高真空和超潔淨環境資源,微重力環境資源,太陽能資源,月球礦物資 源,等等。自1957年第一顆人造地球衛星上天以來,已有4000顆以上的無 人航天器遨遊太空,為人類認識和了解自然提供了大量的信息。但是,人類要進一步開發利用太空資源,必須有人的直接參加。


“和平號”空間站墜毀18週年祭,為夢想而生


1.載人飛船為我“添翼”

人類本身進人太空,始於1961年的加加林。這種能進入太空的 “特殊人”稱為航天員。航天員進入太空,可以有兩種運載工具:載人飛船和航天飛機。載人飛船是藉助於運載火箭發射進入太空的航天器,它繞地球軌道運行或進行機動飛行。飛船內有適合人工作和生活的人造環境。任務完成後,飛船的一部分返回大氣層,用降落傘和緩衝裝置實現軟著陸。載人飛船按其飛行任務的不同,分為衛星式載人飛船、登月載人飛 船和行星際載人飛船。


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衛星式載人飛船通常簡稱為載人飛船,它在離地面幾百千米的近地軌道上飛行,飛行速度超過第一宇宙速度(7. 9 km/s)。登月載人飛 船和行星際載人飛船的飛行速度均達到第二宇宙速度(11. 2 km/s)。 衛星式載人飛船和登月載人飛船早已研製、發射成功並投人實際應用。 行星際載人飛船正處於研製階段,如SPACEX火星載人飛船預期於2021至2022年發射。

載人飛船與人造地球衛星雖然是兩種不同的航天器,但由於載人飛船是在人造地球衛星的基礎上發展起來的,所以它們之間有許多相同之處。載人飛船與人造地球衛星都是繞地球軌道運行的一次性使用的航天器。載人飛船上的許多系統,如結構系統、姿態控制系統、電源系統、溫度控制系統等,基本上與人造地球衛星相同或者是人造地球衛星技術的延伸。載人飛船的結構比衛星複雜得多,特別是載人飛船上 有環境控制與生命保障系統、逃逸救生系統、船內照明系統及交會對接 系統。這些系統都是載人飛船所特有的。


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蘇聯從1961年以來,共發射了3種型號的載人飛船。首發的型號 稱“東方號”飛船,乘載1人,共發射6艘。第二種型號叫“上升號”飛船,共發射2艘,乘載2?3人。第三種型號叫“聯盟號”飛船,在發展中 有兩次改型,稱“聯盟-T號”和“聯盟-TM號”。“聯盟號”飛船共發射了 40多艘,其中“聯盟-T號”飛船共發射16艘,“聯盟-TM號”飛船已發 射30多艘,目前仍在使用中。

美國載人飛船的發展與蘇聯基本同步,也有3種型號。第一種型 號叫“水星號”飛船,乘載1人,共發射6艘。第二種型號叫“雙子星座 號”飛船,乘載2人,共發射10艘。第三種型號叫“阿波羅號”飛船,乘載3人,在登月時有2人登月,登月的“阿波羅號”飛船共發射7艘(其中1艘因故障未能登月)。


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2.航天飛機上下自如

載人飛船雖然解決了人能上天的問題,但它需用運載火箭助推起飛,屬一次性使用的航天器,因而成本很髙。於是可以重複使用的載人航天器——航天飛機便應運而生。

航天飛機是一種垂直起飛、水平降落的載人航天器,它以火箭發動機為動力發射到太空,能在軌道上運行,並且可以往返於地球表面和近地軌道之間。它由軌道器、固體燃料助推火箭和外儲箱三大部分組成。 固體燃料助推火箭共兩枚,發射時它們與軌道器的三臺主發動機同時點火,當航天飛機上升到50 km^高空時,兩枚助推火箭停止工作並與軌道器分離,在海上回收後經過修理可重複使用20次。


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外儲箱是一個巨大殼體,內裝供軌道器主發動機的推進劑,在航天飛機進入地球軌 道之前主發動機熄火,外儲箱與軌道器分離,進人大氣層燒燬,外儲箱 是航天飛機組件中唯一不能回收的部分。航天飛機的軌道器是載人的部分,有寬大的機艙,並根據航天任務的需要分成若干個“房間”。有一個大的貨艙,可容納大型設備。軌道器中最多可乘載8名航天員。艙 內大氣為氮氧混合氣體。航天飛機在太空軌道完成飛行任務後,軌道 器下降返航,像一架滑翔機那樣在預定跑道上水平著陸。軌道器可重 復使用100次左右。


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1981年4月12日,美國第一架航天飛機“哥倫比亞號”成功進人 太空,之後“挑戰者號”、“發現號”、“阿特蘭蒂斯號”和“奮進號”相繼升 空,其中“挑戰者號”在1986年1月28日升空後爆炸。航天飛機的出現,是航天技術的新突破,是人類向宇宙進軍、實現太空工業化的一個 實際步驟。蘇聯也在1988年發射成功一架名為“暴風雪號”的無人航天飛機, 但由於後來的國內政局動盪和經費困難,航天飛機計劃就此夭折。

3.空間站常駐太空

無論是載人飛船或是航天飛機,人在太空停留的時間都是短暫的, 最長不過十天半個月。而俗稱“太空小房間”的空間站,它運行在近地軌道上,供多名航天員在其中長期生活工作和巡訪,就能圓人類常留太 空的願望。


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小型的空間站可一次發射完成,較大型的可分批發射組件,在太空 組裝成整體。空間站中有人能夠生活的設施,可以數年或數十年內不再返回地球。空間站的結構特點是體積比較大,軌道飛行時間較長, 有多種功能,能開展的科研項目多而廣。空間站的基本組成是以人為 本的生活艙主體,再加上有不同用途的艙段,如工作實驗艙、科學儀器 艙等。空間站外部必須裝有太陽能電池板和對接艙口,以保證站內電 能供應和實現與其他航天器的對接。


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從1971年4月蘇聯發射了世界上第一個空間站“禮炮1號”至今, 世界上已經發射了 3種型號9個空間站,其中有蘇聯的7個“禮炮號”空間站和1個“和平號”空間站,美國的1個“空間實驗室它們均已墜落地球大氣層。目前在役是國際空間站。“禮炮號”空間站是蘇聯在載人飛船的技術基礎上發展起來的。載人飛船的成功運行,為解決空間站#必需的基本技術(如軌道交會、對接、航天員長期航天和艙外活動等)奠定了基礎。


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“禮炮號”空間站既可有人操作,也可無人操作,它由過渡艙、工作 艙和服務艙三部分組成。過渡艙主要用於進行科學觀測和實驗,以及 與“聯盟號”飛船對接。航天員通過過渡艙進人和離開飛船。工作艙由 前、後段兩個圓柱體組成:前段與過渡艙連接,內裝系統儀表板、觀測裝 置、通信設備以及一些科學實驗設備;後段為航天員臥室兼鍛鍊場地, 裝有食物冰箱、拋棄廢物的氣閘以及鍛鍊身體的器材等。過渡艙和工作艙是全密封的,艙內大氣組成與地面相近。服務艙與工作艙末端連 接,不密封,內裝燃料箱、軌道和姿態控制發動機,用於軌道機動、與飛 船會合以及定期助推、調整空間站的位置等。


“和平號”空間站墜毀18週年祭,為夢想而生


“禮炮1號”、“禮炮5號”空間站僅有一個對接口,乘員1人,被稱 作第一代空間站;“禮炮6號”和“禮炮7號”空間站對接口增至兩個,乘 員可達3人,稱作第二代空間站。在“禮炮號”空間站遨遊太空的同時,美國也於1973年5月發射了 一個命名為“天空實驗室”的空間站,它由土星火箭的末級改裝而成。 “天空實驗室”先後與從地面發射來的3艘“阿波羅號”飛船對接,9名 航天員進站工作,完成了包括生命科學、地球觀測、太陽物理、天體物 理、材料科學及新工藝、新技術等在內的多方面研究,創造了當時航天 員在太空連續生活84天的最髙記錄。

“和平號”空間站和正在建造中的國際空間站,由於對接口多、接納 航天員多、功能齊全及工作壽命長達十餘年以上,均屬於第三代空間站


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