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第16章 俄罗斯和平号空间站

总述

和平号是苏联/俄罗斯的第3代空间站,亦为世界上第一个长久性空间站(设计成在轨多模块组装,站上长期有人工作)。

世界上第一个非长久性空间站是苏联于1969年1月弗拉基米尔·沙塔洛夫驾驶的“联盟4号”飞船同“联盟5号”飞船实行了接近和对接。“联盟5号”上的宇航员阿列克谢·叶利谢耶夫和叶夫根尼·赫鲁诺夫穿上宇宙服进入了“联盟4号”。苏联人把对接后的组合飞船称为“世界上第一个宇宙空间站”。

和平号空间站的轨道倾角为51.6度,轨道高度300~400千米。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。

和平号核心舱于1986年2月20日发射,它提供基本的服务、航天员居住、生保、电力和科学研究能力。联盟-TM载人飞船为和平号接送航天员,进步-M货运飞船则为和平号运货。航天飞机和平号核心舱共有6个对接口,可同时与多个舱段对接。

到1990年,苏联只为和平号核心舱增加了3个对接舱:即1987年与核心舱对接的量子-1(载有望远镜和姿态控制及生命保障设备)、1989年对接的量子-2(载有用于舱外活动的气闸舱、2个太阳电池翼、科学和生命保障设备等)、1990年对接的晶体舱(载有2个太阳电池翼、科学技术设备和一个特别的对接装置,它可与美国航天飞机对接)。

俄罗斯自1995年起发射了3个舱,先后与和平号对接,这3个舱是:1995年发射的光谱号(载有太阳电池翼和科学设备)和一个对接舱(停靠在晶体号特别对接口上,用于与航天飞机对接)以及1996年4月26日发射的和平号的最后一个舱体——自然号(载有对地观测和微重力研究设备)。自此和平号在轨组装完毕。全部装成的和平号空间站全长87米,质量达175吨(如与航天飞机对接则达223吨),有效容积470立方米。

作为美俄国际空间站合作计划的一部分,美国航天飞机与和平号空间站实施了交会和对接,在轨对接期间,进行了设备和航天员的交换。

历史

早期

20世纪70年代初到80年代中期,苏联曾发射了两代7艘礼炮号空间站。它们采用舱段式结构,由几个不同形状和尺寸的舱段组成,所有的仪器设备只能装在舱段内和舱段外表面。这种设计思想使礼炮号空间站外形简单,容易实现,所有硬件少,造价较低,可以用质子号运载火箭一次发射入轨。

它除了有投入工作迅速的优点外,不需要在轨道上对接组合或装配大型系统的复杂过程,因而风险和难度都比较小,安全性较高。但它的缺点也十分明显,规模小,不易扩展,从而大大限制了有效载荷的规模。

由于所有仪器设备只能布置在舱段内,因此很难合理地布置站上的分系统和有效载荷,不同性质的载荷不能做到相互独立,不可避免地造成不期望的影响。而且由于各种载荷的安装十分紧凑,也使得出现重大故障时系统很难修理或更换。基于上述原因,苏联又发展了第三代和平号空间站。

和平号空间站计划正式制定是在1976年。它采用组合式积木结构。空间站主体仍然是一个舱段结构。它的总长13.13米,最大直径4.2米,总重20.4吨。它由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0.8米的对接窗口,径向1个,侧部对称4个;增压工作舱,这是空间站的主体,总长为7.67米,两个柱形段的直径分别为2.9米和4.2米,不增压服务-动力舱,位于空间站尾部,除装有主发动机和推进剂外,还装有天线、探照灯、无线电通信天线等;增压转移对接器,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。

1986年2月20日凌晨,一枚三级质子号运载火箭将和平号空间站主体发射升空。1986年3月13日,苏联发射了联盟T-15飞船。宇航员基齐姆和索洛维耶夫驾驶飞船于15日同和平号对接,并成为新空间站的第一批乘员。他们的主要任务是对空间站进行全面检查。

1987年2月5日,联盟TM-2发射,两名宇航员是罗曼年科和拉维金。1987年3月31日,苏联用质子运载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。

中期

量子专业实验舱共有5个,分别是天文物理舱、服务舱、晶体舱、光学舱和自然舱,用于天文观测、对地观测、材料实验与加工、生物医学实验等。量子1号发射后于4月12日同和平号硬对接成功。其余各舱分别于1989年11月26日、1990年5月31日、1995年5月20日、1996年4月23日发射,它们与和平号对接后,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。

它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5年的设计寿命。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和联合飞行。宇航员进行了78次太空行走,舱外活动的总时间达359小时12分钟。先后有28个长期考察组和16个短期考察组在上面从事考察活动,共有12个国家的135名宇航员在空间站上工作。

宇航员在空间站上进行了大量生命科学实验、空间材料学和医学实验,取得极为宝贵的成果和数据。拍摄了许多恒星、行星的照片,进行了基本粒子和宇宙射线的探测,大大扩展了人类对宇宙的认识,还探索了从太空预报地震、火山爆发、水灾及其他自然灾害的可能性。

中期和平号空间站创下了多个世界第一:它是在太空工作时间最长、超期服役时间最长、工作效率最高、接待各国宇航员最多的太空站,俄罗斯宇航员波利亚科夫创造了单人连续在太空飞行438天的最高纪录遭受撞击后光谱号的太阳能电池板。此外,和平号空间站还在试验人造月亮、空间商业化等方面进行了许多有益的探索,获得了大量数据及具有重大实用价值的成果,为开发利用太空和人类在太空长期生活积累了丰富的经验。

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、合金特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个地点可能有油脉存在。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。

中期近几年,和平号一直在与自己的工作寿命相抗争。空间站的中央计算机、蓄电池等电子设备严重老化;空间站外表伤痕累累;太阳能电池供电已不正常;空间站内部化学腐蚀严重。据统计,15年来和平号共发生了约1500次故障,其中近100处故障一直未能排除。和平号用遍体鳞伤来形容毫不过分,它日渐显露出工作寿命即和平号和月亮,两个地球的卫星。

将终结的迹象,再无回天之力。2001年1月5日,俄政府总理卡西亚诺夫签署了结束和平号空间站工作的政府命令,准备结束它辉煌的历史使命。

中期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大结局。

和平号是载人空间站研制与运行的一个重要里程碑。人类在和平号计划中所掌握的太空舱建造、发射、对接技术,载人航天及太空行走技术,太空生命保障技术,航天医学、生物工程学、天体物理学、天文学知识,以及商业航天开发经验,都正在或将在国际空间站计划及未来的太空城和月球、火星基地规划中发挥不可替代的作用。和平号已经大大地超额完成了任务,它的光辉业绩将永载史册。

脱轨以及最后的日子

在和平号最后的日子里,曾有人想购买和平号,计划让它作为第一个在轨的电影及电视工作室,在太空中完成电影电视的制作过程。由私人赞助的联盟TM-30在2000年4月4日带着谢尔盖伊·扎利奥汀和亚历山大·卡莱利升空,对和平站进行了两个月的修复工作,希望证明空间站仍然可以胜任今后的工作。但是这仍然成为空间站的最后一次任务,之后俄罗斯联邦航天局由于需要支持国际空间站计划,再也没有经济能力维持空间站庞大的财政开销。

和平号的脱轨分三个阶段完成。

第一阶段是依靠一个修改版本的进步号太空船(M1-5),携带着2.5倍的燃料将空间站维持在220千米的衰减轨道上。

第二阶段由M1-5分两阶段点燃引擎,分别是2001年3月23日00:32UTC和02:01UTC,在这两个阶段后,空间站维持在165220千米的轨道面上。

第三阶段开始与05:08UTC,M1-5开始控制空间站向地球大气层冲去,大约22分钟之后,空间站进入大气层,05:44UTC,空间站在完成了历时15年的太空任务后,位于斐济上空,05:52UTC空间站开始严重损坏,06:00UTC,未燃烧殆尽的空间站残骸,落入了南太平洋冰冷的海水中。为此,NASA制作了相关动画模拟和平号最后的时光。

大事记

1996年2月20日,俄罗斯和平号空间站升空10周年。10年来,空间站绕地球飞行57157圈,行程近25亿千米,先后接待了各种飞船78艘。进入空间站的有59人次,其中,航天员波利亚科夫累计在太空飞行679天,最长的一次是438天。

1997年1月12日,美国阿特兰蒂斯号航天飞机载6人升空。其中一人为布来赫的替换者利宁格尔。15日航天飞机与和平号实现第五次对接,19日航天飞机脱离和平号返回,同时接回在太空飞行了128天的布莱赫。22日航天飞机返回。这是美国航天飞机第81次飞行。

1998年1月23日,美国奋进号航天飞机载7人升空,执行第八次航天飞机与和平号对接任务。同机到达的托马斯进站替换了沃尔夫,沃尔夫随奋进号返回。这是美国航天飞机第89次飞行。

1999年2月22日,“和平”号空间站27号机组人员成功接驳“和平”号空间站。此前,2月20日,“和平”号空间站27号机组人员成功地发射了“联盟”TM-29号宇宙飞船并抵达“和平”号空间站。27号机组人员计划在空间站上停留六个月,机组人员包括俄罗斯的阿凡纳西耶夫、法国的海格纳以及贝拉和帕达卡,后两人将于3月初返回地面。

1999年8月27日,“和平”号27号机组的阿凡纳西耶夫、阿维代耶夫和法国人海格奈尔乘“联盟TM-29”号飞船与“和平”号空间站脱离,并于8月28日格林尼治时间0时35分在哈萨克斯坦的Baikonur市60千米远的Chapayenka附近着陆。“进步M-42”号货运飞船仍与“和平”号空间站前端轴向对接。

2000年2月2日,“进步M-42”号飞船脱离空间站,重返大气层自毁。

2000年4月6日,“联盟”TM-30号宇宙飞船将“和平”号空间站28组组员送至空间站,并与“和平”号空间站手动对接。

2001年1月25日,“进步”M-43号货运飞船从尾端与“和平”号空间站脱离,并于1月29日重返大气层自毁。

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