我們的征途是星辰大海:樂高太空三部曲之國際空間站背後的故事

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喬善勳/文

今年是國際空間站建成運營的第20週年,在樂高相繼推出NASA的阿波羅土星五號(21309)和阿波羅11號月球著陸器(10266)後,在2020年推出全新的創意系列產品:國際空間站套裝(21321)。

國際空間站是人類史上第9個載人空間站,立項時間長達12年,全球共15個國家通力合作的科技結晶。國際空間站的成功運營彌合了看似互不相容的意識形態,作為人類在太空長期存在的登峰造極之作,更是人類在天空的前哨基地。

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國際空間站主要是在微重力環境下的研究實驗室,研究領域涵蓋物理學、天文學、地理學、氣象學和生物學等,主要由6個國家和地區聯手運營,包括美國國家航空航天局、俄羅斯聯邦航天局、日本宇宙航空研究開發所、加拿大航天局、巴西航天局和歐洲空間局。

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圖、歐洲航天局網站上國際空間站的實時位置

1998年11月20日,曙光號功能貨艙發射成功,這也正式拉開國際空間站建設的序幕。截止2010年5月,國際空間站在軌道上環繞地球6.6萬圈。其在軌高度約370~460公里,軌道傾角為51.6°,軌道速度為7.6-7.7 km/s,約合27500 km/h。

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負責國際空間站和地面往來的航天器有發現號航天飛機、奮進號航天飛機、天鵝號宇宙飛船、聯盟號、進步號、自動運載飛船、H-II運輸載具、龍飛船等。2011年美國停用航天飛機後,聯盟號成為地球往來國際空間站的唯一載人太空飛船。

貨運方面國際空間站還有龍飛船可以使用。2012年5月31日,美國龍飛船成功重返地球。製造龍飛船的Space X公司和NASA簽下16億美元大單,預計向空間站發射12次貨運航天器。

國際空間站套裝包括一個軌道平臺等比例模型,一個可以部署的衛星、一個小型航天飛機和2名宇航員。整體零件數為864件,少於土星五號的1969件和與阿波羅11號月球著陸器的1087件。

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國際空間站的設計師是42歲的克里斯托夫·魯格(Christoph Ruge),他來自德國,是一名計算機工程師。

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從國際空間站的組裝結構圖可以看到,其就像人類在天空拼砌的終極“積木”。而更為神奇的是,樂高通過積木玩具讓更多玩家體會到太空類玩家的樂趣。

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圖、國際空間站的裝配狀態

搭建真實的國際空間站,需要50多次天空飛行和組裝,其中有39次需要依賴航天飛機進行,每次約15噸。其中進步號飛船提供39次飛行和裝備任務的保障,空間站完成後,可以提供1200立方米的內部空間,總重高達420噸,總輸出功率達到110千瓦。

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圖、樂高還推出了一款紀念徽章,上面有國際空間站20週年紀念標誌

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圖、國際空間站標註是16歲以上孩子,實際應用上3歲+孩子幫忙找找零件還是沒問題的。

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圖、整本說明書厚度約127頁,一共有6個零件包

對於積木玩具而言,國際空間站拼接完成後還是頗為壯觀的。其整體高度約20釐米,長約31釐米,寬度達到49釐米。而且其難度在於整體的穩定性,國際空間站在零重力的太空環境沒啥大問題,但是在地球上就顯得相當脆弱,筆者在拼接的時候,模型就跌落數次。

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最先拼出來是航天飛機和支架,整個國際空間站就是放在支架上進行展示。支架上還印有“國際空間站”的銘牌,印刷的質感很棒。

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國際空間站的主體桁架結構是綜合桁架結構,其主要由11段高科技梁結構組成,能夠支撐美國生產的太陽能電池陣列、散熱器等部件。

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圖、典型的模塊化拼裝

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1998年11月20日,質子號運載火箭搭國際空間站首個功能貨艙曙光號,在哈薩克白寇努爾太空中心發射入400千米高的軌道中。曙光號長12.56米,直徑為4.11米,加壓容積為71.5立方米,太陽翼跨距為24.39米。

曙光號上面還有科斯(Kurs)自動交會點、對接系統和前置部分。它能和“聯盟”“進步”飛船進行對接停靠。曙光號上搭載有24個對接和穩定發動機,每個推力達到392牛,此外還有12個推力為12.74牛的小型發動機。

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圖、主體基本完工,剩下就是大量的太陽能電池板

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1998年12月4日,奮進號航天飛機搭載團結節點艙升空。這是國際空間站第二個發射的部件,屬於美製艙段,主要用來放置空間站所必須的設備。它的外殼呈圓柱形,直徑為4.57米,長5.47米。

團結節點艙作用相當重要,空間站的基礎資源輸送基本都要通過它來完成,例如液體管道系統、環控系統、電力和數據系統和生命保障系統等。其擁有超過5萬個機械部件和216根各類管道。

現在團結節點艙除了連接曙光號貨艙,還連接著命運號實驗艙、Z1桁架、加壓對接適配艙和尋求號氣密艙。

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國際空間站核心架構的輔助艙室分別由俄羅斯、美國、歐洲和日本製造,而加拿大則負責遙控操作機器人系統。國際空間站原計劃在2020年除役,但是後來延長至2024年。

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國際空間站的移動維修系統更為人知的名稱是加拿大臂II(航天飛機上搭載的是加拿大臂I),這也是連接空間站的機器人系統。在空間站的裝配和保養方面扮演著重要角色,除了幫助空間站搬運設備和補養,它還能幫助宇航員在太空中工作。

整個移動維修系統包括遠距離機械手、移動遠距離維修基礎系統,它能沿著綜合桁架結構軌道進行移動。

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圖、在STS-114任務期間,宇航員斯蒂芬·羅賓遜固定在移動維修系統上

加拿大臂II最大伸展時可以聯動多達7個機動關節。加拿大臂和人類手臂類似,擁有肩關節、肘關節和腕關節,不同的是加拿大臂的肩部有3個關節,腕部也有3個關節。它所有關節都能旋轉540度,可以提供更大的自由度操作。總長也達到17.6米,總重達到1.8噸,直徑約35釐米,最大負荷能達到116噸。

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2001年2月7日,亞特蘭斯蒂號航天飛機搭載命運號實驗艙升空。命運號實驗艙主要是美國在國際空間站研究載荷用的實驗室,全球的科學家能通過該實驗艙完成在生物工程學、物理學、醫學、工程學、地球科學、材料科學等方面的研究工作。

命運號使用的材料結構類似於防彈背心,外殼中有一箇中間碎片防護層用來保護實驗艙。最外層有一個鋁質碎片防護措施,它能反射強烈的太陽光以減輕空調系統的負擔。其內部的管道中隱藏著各類電線、數據線、真空系統、空調系統、液壓管道等。

命運號的一側還擁有一塊直徑為51釐米的光學玻璃窗戶,整塊窗戶系統共有4層,每層厚度為14.2釐米,外部還有一個可拆卸的百葉窗。

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2008年2月7日,亞特蘭蒂斯號航天飛機搭載哥倫布實驗室升空。哥倫布實驗室由歐洲航天局負責研製,它主要作為國際空間站的永久實驗室,內部主要進行在材料學、物理和生物科學的研究工作。外部主要用於空間科學、地球觀察和技術領域研究。

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2008年5月31日,發現號航天飛機搭載希望號實驗艙升空,這也是日本試驗艙,由日本宇宙航空研究開發機構負責製造。希望號包括四個組件:加壓模塊、暴露設備、試驗後勤模塊和遙控操縱模塊。

2008年6月3日,國際空間站還進行了第一次天空行走。這距離美國第一次太空行走已經過去了43年。在6月8日進行的第三次天空行走中,格倫使用機械臂更換了空間站上方約26.8米位置的液氮罐。

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圖、宇航員特雷西·考德威爾·戴森在穹頂艙和地球的合影

2010年2月8日,奮進號航天飛機搭載穹頂艙升空。這是歐洲航天局建造的觀察臺部件,它能為航天員提供直接觀察機械臂操作和接駁航天器以及眺望地球的地方。

穹頂艙的主承包商是意大利阿萊尼亞,其直徑約2米,高1.5米,重約1.88噸。穹頂艙設置有6個窗戶和1個天窗,所有窗戶均設有遮板以防止受到小型流星和太空垃圾的襲擊。穹頂艙給國際空間站帶來了前所有未有的視角,宇航員在這裡可以看到無與倫比的地球美景。

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圖、最終完工的國際空間站

在國際空間站中,各個國家的宇航員更多是的相互依賴而非相互孤立,融合更是取代了衝突。人類登上月球后,唯有想象力的侷限性成為束縛人類能夠走多遠的因素。國際空間站不僅代表著人類科技的巔峰,更是閃耀著跨越國界和意識形態的文明之光,作為人類設立在太空的前哨基地,指引著人類邁向更遠的深空!

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