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第22章 将人类送入太空的载人飞船(4)

推进舱又称设备舱,其形状是圆柱形的,舱内安装发动机和推进剂,其使命是为飞船提供姿态调整和进入轨道维持所需的动力,飞船电源、环境控制和通信等系统的一部分设备也安装在这里。推进舱外部两侧安装了两个太阳能电池翼,为飞船提供所需的电能。加上轨道舱上的两个太阳能电池翼,“神舟”飞船上共有四个太阳能电池翼。

1999年11月20日,“神舟1”号实验飞船成功进入太空,在轨道运行了14圈后按照预定程序顺利返回,并准确着陆。其后,“神舟2”号~“神舟4”号又顺利升空,中国航天向载人飞行迈出了重要一步。

2003年10月15日,我国自主研制的“神舟5”号飞船载着中国第一名航天员杨利伟顺利升入太空。在飞船的返回舱内还搭载有一面具有特殊意义的中国国旗、一面北京2008年奥运会会徽旗、一面联合国国旗、人民币主币票样、中国首次载人航天飞行纪念邮票、中国载人航天工程纪念封和来自祖国宝岛台湾的农作物种子等。

“神舟5”号飞船的发射成功,使中国成为世界上第三个能独立进行载人航天飞行的国家,宣告中国正式成为太空俱乐部的一员。

2005年10月12日,“神舟6”号飞船搭载航天员费俊龙和聂海胜发射升空,于10月17日成功返回。

“神舟6”号飞船有以下特点:起点很高,飞船具有承载3名航天员的能力;一船多用,航天员返回后,轨道舱可以在无人值守的状态下,作为卫星继续利用半年,甚至可以在今后进行交会对接实验;返回舱的直径大,是2.5米;飞船返回非常安全。

在飞行中,航天员进入了轨道船舱,在失重状态下进行了多项人体生理实验,第一次获得了“真正”的数据。此次飞行标志着我国载人航天工程第二步的开始。

2008年9月25日,“神舟7”号飞船载三名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏成功升空,并且在轨运行中实现一名航天员出舱行走。我国真正意义上在太空中留下了中华民族的脚印,也为今后的载人航天后续工程及以后的探月工程和远地外太空探测,打下了坚实的基础。

知识点“天河”

我国发射的“神舟”飞船之所以被称之为“神奇的天河之舟”,是有重要的文化含义的。在民间,人们将银河称为“天河”,且在很多神话故事中都有所演绎,如在《西游记》中,猪八戒在被贬下凡间之前,就作为天蓬元帅主管天河。

实际上,银河是银河系的一部分,银河系是太阳系所属的星系。它看起来像一条白茫茫的亮带,从东北向西南方向划开整个天空。在银河里有许多小光点,就像撒了白色的粉末一样,辉映成一片。实际上一颗白色粉末就是一颗巨大的恒星,银河就是由许许多多恒星构成的。太阳是其中的一颗恒星。像太阳这样的恒星在银河中有2000多亿颗,很多恒星有卫星。在太空俯视银河,看到的银河像个旋涡。

建立太空空间站的必要性

几十年的载人航天实践已经证明,由于给养问题,无论是载人航天飞船或空地往返的航天飞机,在太空飞行时间不能很长,一般不超过2周;另一方面,航天乘员初到太空的头几天会感受到失重效应给身体带来的不适,诸如头晕、自我失去协调等,会影响他们的工作能力,只有经过7~10天身体完全适应失重后才能全力工作。如果除去失重自动适应期,利用剩下的很短时间不可能在航天飞船和航天飞机上进行很多空间科学试验,更不可能进行较长时间的试验项目。发射这样短期的航天飞船或航天飞机,效益费用比太低了。打一个比方,一艘海洋研究船,要到远洋进行科学研究,如果它只能自带一两个星期的食物和淡水,就不可能在远洋进行长期海洋研究。要进行长期海洋研究,就必须派出运输船给海洋研究船运送生活补给品。为了把空间科学长期进行下去,就必须建立专门的太空空间站。至于给养和人员,另用航天渡船进行运输。因此,科学家认为,在太空建立空间科学研究点——空间站,是航天技术发展的重要和必然的阶段。建立太空空间站,好处是显而易见的。

首先,建立空间站便可长期进行轨道飞行。它持续飞行的时间可长达数年、数十年甚至更长。这就为空间生命科学研究、人在空间长期失重状态的适应研究以及其他空间科学研究创造了良好的条件。

第二,在利用空间站研究长期失重对人体影响的基础上,可为长期航天、特别是星际旅行建造人的生命维持系统,试验长期飞行的设备和技术。在这方面,前苏联利用空间站的载人科学实验考察,迄今持续20多年,取得长足进步,为世界所公认。航天员季托夫和马纳罗夫长期在空间站工作,创造了在太空一次连续漫游365天的纪录,被世界认为是一个了不起的成就。展望未来,人们清楚意识到人类星际旅行为期不远了。从技术角度看,没有什么问题是不可解决的。然而关于人体能力,主要是适应太空能力,还有很多未知数。要解决这个问题,还需要长期的空间实践,只有空间站才能提供这种客观的实践场所。一艘现代飞船飞达火星的最短时间大约270天。如果再做努力,人在失重状态下能持续2~3年,那么,人类就可亲临火星考察,探究它的奥秘,实现人们梦想的真正星际旅行。

第三,空间站也可成为今后建立月球居民区和未来火星载人飞行的中转站。随着太空计划的进展,也可能成为未来到月球、火星载人飞行器的一个组装、试验和起飞点;也可利用空间站试验和合成各种新材料,为建设太空工厂作工艺实验准备,将来在太空工厂生产星际旅行所需要的技术设备。

第四,在空间站上,可利用空间的失重和真空等特殊条件生产地球上不能生产的超纯度晶体、医学及生物制剂,这对发展电子工业和人类与疾病作斗争、造福民众有不可估量的意义。在空间站上,航天员更可以从空间经常监督地球大气、海洋和谷物生长状况,估价地球上矿藏大小,保证超长距离通信,发出关于气旋、飓风和火灾起始等警告,还可为捕鱼船队、舰船、勘测和铁路、高速公路、石油天然气管道的建设者提供服务。

空间站需有什么样的轨道高度?根据空间站的用途与建设目的,可以从离地球200千米到数万千米。空间站和地面将通过货运、客运飞船作渡船,也可用航天飞机或航空航天飞机进行天地间的运输业务联系。

现代太空空间站都采用多模舱结构方案,可以通过对接口不断扩大和延伸,组成一个庞大的轨道复合体。把目光投向未来,前苏联科学家乔奇·普科罗维斯基教授说,轨道复合体可能建设得非常大,有时会绵亘数百千米。他说,建设沿着轨道延伸的椭圆形状的空间站是容易的,将来永久性运行的空间站可能会沿着整个轨道形成连续的环,或许到时还有必要建立若干这类的环。果若如此,这样的系统会构成太空空间站的最高形式。

“礼炮”号和“和平”号空间站

据前苏联宣称,它的空间计划的主要目标之一,是建立一个永久性多功能轨道研究复合体,为其国民经济以及空间研究服务。为此,它在1971年4月19日率先在世界上第一次发射“礼炮1”号试验空间站获得成功。1986年2月20日发射入轨的“和平”号空间站,是在“礼炮”号空间站系列10多年运行经验基础上新设计的新型结构空间站,有很大的优越性。

“和平”号空间站前苏联发射的“礼炮1”号到“礼炮5”号空间站系列,是第一代试验性空间站。“礼炮1”号空间站发射之后,先后有“联盟10”号和“联盟11”号载人航天飞船与其对接,大大增加了飞行的时间,使需要较长时间进行空间研究的项目有了可能。第一代试验空间站创下的纪录是63天。

研究第一代“礼炮”号试验空间站的运行,发现它有一个重大不足处,就是它只有一个对接舱,因此,在太空只能接待一艘飞船。这就限制了空间站的工作以及每个试验项目持续所需的总时间。

在迈向建立永久性多功能轨道研究复合体的努力中,前苏联的科学家和工程师及时在礼炮号基础上建立了“礼炮—联盟—进步”号复合体。这种复合体中的“礼炮”号是“礼炮6”号或“礼炮7”号。它们拥有两个对接舱,可以同时与“联盟”号客运飞船和“进步”号货运飞船进行对接,构成轨道研究复合体。它们是第二代空间站,两个对接舱使得可能给空间站装满供给,并且如果需要,可以更换部分研究设备,其结果是空间站连续运行周期和空间探索持续时间急剧增加,“礼炮6”号工作了近五年;“礼炮7”号从1982年4月起开始工作,1985年以无人自动方式工作时曾一度失去控制,后来又将其修复,接着工作一段时间后被废弃,直到1991年2月7日坠毁。

第二代空间站运行过程显示出来的弱点是,由于第二代空间站“礼炮6”号和“礼炮7”号是在第一代“礼炮”号上改型设计的,扩大了的研究空间范围意味着航天员生活住区变小以及设备超载。航天员的工作生活条件变差了。其次,空间站是按多用途设计的,证明不适于专门研究。例如,为了研究地球,航天员要将空间站放置在他们能看到地球的高度,当有必要进行天文观测时,这个高度又必须改变。此外,当航天员进行动力研究时,推进系统的能源燃料又发生短缺。简言之,应该研制能排除上述不足的新一代空间站。

“和平”号空间站正是针对这些不足而精心设计成的第三代全新空间站,是目前世界上唯一在近地空间继续运行并且还在扩展中的空间站。它的设计,采用一种多模舱结构形式。这种结构,其想法实际很简单:中心舱作为生活区,所有的研究设备放在周围可更换的舱内。“和平”号空间站与“礼炮”号的主要区别是它拥有6个对接舱,可以对接上的每个舱能拥有21吨的质量;它还拥有更大容量的电站,最大供电力达23千瓦,其太阳能电池帆板的面积有102平方米,而“礼炮”号只有51平方米。“和平”号空间站的6个模舱,按专业分工,每个专业模舱均能独立飞行,离开“和平”号进行专门的空间研究。“和平”号空间站还有一个新设备,在其外壳上安装了一个笔状波束的天线,在飞行中该天线指向中继卫星。当“和平”号空间站超出地面和海上跟踪站无线电通讯范围时,它可通过中继卫星和地面测控中心通信。

“阿波罗”和“联盟”号的对接

根据1972年签字的空间探索进行合作的双边协议,1975年7月,美、苏两国航天员分别乘“阿波罗”号和“联盟”号飞船进行首次太空对接试验。美方参加的有“阿波罗”飞船指令长汤姆逊·史坦福、航天员多纳尔特·史拉通和万斯·勃朗特,苏方参加的是“联盟”号飞船指令长阿列克赛·列沃诺夫和航天员万来列·库巴索夫。

这次太空对接是两个航天大国从自己的利益和彼此需要出发认真进行的一次合作。主要目的是要看一看,两国的载人航天飞船是否能在空间进行对接和怎样才能进行对接,这对轨道救援工作有重大意义,其次还希望共同在空间物理学、材料科学、医学与生物学等方面做一些科学技术试验,双方都想从试验中获益。

由于美国和前苏联是完全独立地发展自己的载人航天飞船的,双方还希望通过对接的机会,实地考察一下对方的飞船技术状况,这无疑是有极大好处的。要合作,就必须让对方在一定程度上了解自己,这对竞争来说则是不利的,所以在对接成功之后,其中有一方考虑到技术保密,中止了继续进行空间合作的协议。

“阿波罗”号与“联盟”号飞船,要在空间轨道上实现对接,不是一件易事,曾面临许多棘手的技术问题。首先,要进行对接,就意味着两飞船在太空应能互相找得着;第二,要确定空间两飞船交会坐标。然而,“阿波罗”号和“联盟”号两飞船的雷达搜索和集合系统实际上是不相容的。两飞船的对接舱,总的说来也是不同的。两艘飞船舱内航天员维持生命所必需的大气更是互不兼容:“阿波罗”飞船用的是一个260毫米水银柱压力的纯氧大气层,而“联盟”号拥有压力为760毫米水银柱正常的地球大气。单是这个问题就排除了两国航天员简单地从一艘飞船进入另一艘飞船作互访的可能性。

在弹道专家面前也有着一些困难。例如,前苏联的专家在他们的计算中使用的坐标系统和美国专家用的坐标系统是不一样的;莫斯科的飞船地面测控中心工作时用莫斯科时间,而设在美国休斯敦的中心则是使用飞行时间,也就是飞船发射时刻起始的时间;前苏联的科学家度量用米制单位,而美国使用传统的英制单位。所有这些问题是怎样解决的?显然没办法一一介绍。这里仅介绍一下两国航天员互访时,大气过渡是怎样解决的。

参加对接试验的“阿波罗”和“联盟”号飞船基本结构变动都不大,为解决两艘飞船座舱内大气环境的不同,专门设计了一个对接过渡舱作为两船的过渡段。它是一个长3.15米、直径约1.42米的由厚铝板构成的圆柱体,两端分别可以与两艘飞船对接,两船对接好后它便构成航天员互访时的通道。过渡舱外带有两个气瓶,舱内设有无线电通信和电视设备、温度控制系统以及显示大气成分和压力的设备等。

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