上面已经说过,整个国际空间站的长度尺寸有100多米,而它的整个重量有400多吨。对于这样一个庞然大物,如何把它送入太空的预定轨道就是个大问题。为了说清楚这个技术问题,先说说飞行器重量与火箭运载能力之间的关系。有人从电视上可能已经看到了飞行器的发射实况,一枚运载火箭就可以把整个飞行器发射上去,有时一枚火箭还可以同时发射多颗飞行器。事实上,之所以能够用一枚火箭发射这么多颗飞行器,是由于飞行器本身的重量小,目前各国发射的空间飞行器,包括卫星、飞船以及空间站,都是整体发射上去的,能够这样做,主要原因是因为它们的重量都不大或者说不太大。
对一枚运载火箭而言,它的运载能力是一定的,把飞行器发射到不同高度的轨道时,能够发射的飞行器重量也不相同。总的来说,飞行器发射的轨道高度越高,火箭能运载的飞行器重量也就越小。如果具体点用一个数字来说明的话,比如在近地轨道附近,也就是把飞行器送入距地球170~400千米的轨道高度,那么把重量为1千克的飞行器送入轨道就需要约100千克的运载能力,也就是说,飞行器重量与要求运载火箭的能力之比约为1∶100的关系。
前面已经介绍过,在已发射的空间站中,最大的莫过于俄罗斯的“和平”号空间站了,尽管它有6个对接口,可以同时对接6个飞行器,但它也是先整体发射上去,然后再整体把其他的飞行器如“联盟”飞船发射上去与“和平”号空间站进行对接,就这样一个个地发射,一个个地对接,最后像叠罗汉一样组成一个整体。而且它们是靠飞行器上已经装好的对接机构进行对接的,对接过程主要是在地面指挥中心及在轨宇航员的引导下自动完成的,这时的宇航员用不着出舱去搬搬弄弄,只需坐在舱内进行监视和控制就可以了。当然这种对接在当时也是很复杂和精细的。但是与国际空间站的活儿比起来就简单多了。
国际空间站的构型是采用桁架加挂舱的形式,或者说是桁架加模块式结构。也就是说,一个巨大的桁架作为主大梁,或者叫做主承力构件,其他的所有舱段和设备都装在这个主梁上,这么大的桁架是在目前已经发射过的任何飞行器上所没有的。因此,桁架本身就要分成几段送入太空,然后再把其他的舱段或者设备一批批地分别送入太空,在那里首先把巨大的桁架组装好,再把其他设备分别连接和固定在桁架的正确位置上,其工作量之大可想而知。
而且这种连接就不能靠对接机构了,宇航员也不可能舒舒服服地坐在空间站内就把活儿干了,而是要爬到空间站的舱外,一个个地进行连接、固定和锁紧。要知道,每一个构件、每个舱段起码都是几吨、十几吨重,虽说在太空失重的环境下搬运重物比在地面的重力场下要容易得多,但是穿着救生宇航服在100多米长的桁架上来回地移动,也不是很简单的事情。为了空间站的装配,宇航员在舱外的活动时间大概需要1300~1800个小时,这还不算维修所需的200多个小时,而且需要宇航员出舱140多次。这对宇航员提出了更加苛刻的要求,这些宇航员是一些最勇敢的人,也可以说他们是世界超级装配工和搬运工。
不过要成为这样的“搬运工”,还不是一件简单的事情,因为在他们上天前要通过多种途径培养和训练。在地面要进行各种专业知识的学习和体能、技能的训练以及特殊的专门训练,如科学技术知识的理论学习,包括了天文学、地质学、大气物理学、机械、电子、测控、飞行力学、气象学、制导导航控制理论、计算机理论等的学习;要学习和熟悉掌握空间站的总体设计情况:各系统的组成,系统的工作原理,可能的故障模式及采取的对策;要观看空间站的生产情况、设备结构、空间站的安装情况等;在体能训练中,包括身体素质、忍耐能力和生存能力等方面的训练,在专门的试验设备上进行超重、失重、低气压、高低温度交变、振动、噪声、冲击、寂寞隔绝环境下的训练和试验等。
此外,还要进行专门的训练,在完备的训练模拟器上模拟空间站的各个系统设备的工作情况,模拟它的发射、运行、交会对接、返回制动以及再入地球时的各种过程和现象。使宇航员就像进行真实飞行一样,完成一次完整的飞行,做应该做的各种工作。除此之外,模拟数百种故障,也就是有意地造成故障,训练宇航员的分析判断和排除故障的能力和应变能力,以及分组配合工作的能力。通过这种训练使宇航员能够掌握飞行计划,并熟练地操作空间站,完成预定的任务。为了进一步培养和训练他们的实际操作和排除故障的能力,还要在专门为他们的训练准备的模拟太空条件的所谓“中性浮力水槽”中进行实际的演练和操作。
另一种训练的方法就是实际的飞行训练了,我们前面提到的飞船、空间站以及美国的航天飞机与俄罗斯的“和平”号空间站的对接都是实际的飞行训练。
国际空间站上的宇航员个个需要身怀绝技,因为他们既是宇航员,又是太空搬运工和装配工;既要懂得空间站的构造、驾驶和控制,各个系统的原理,又要懂得装配技术,还要有维修和排除故障的本领。总之,他们既要有渊博的知识,又要有精湛的技艺和丰富的实践经验。当然健康强壮的体魄是对他们最起码的要求。
为了在这复杂而繁重的工作中减轻宇航员的工作量,便必须为他们配备助手。科学家们想了很多的办法,最有效的方法莫过于利用机械手和机器人了。对这种在太空工作的机器人要求是很高的,它不但要有高度的智能化,坚强有力,而且要有“三头六臂”,它的一只手要抓住桁架,另一只手要抓住待固定的设备,而另外的一只手甚至两只手就进行装配;而且要耳聪目明、眼观六路、耳听八方,所以在它的头上恐怕就不止有两个眼睛了;还要求它运转灵活,活动自如。另外,起码它的一只脚要固定在桁架上,或者用别的什么方法与桁架相连接,不然的话那是很危险的。太空是失重的环境,任何物体在那里都是处于自由飘浮状态,如果不把机器人拉住,机器人便会成为地球的一个“卫星”,后果不堪设想。
不少国家,比如俄罗斯、美国、日本、加拿大等都在积极地研制这种太空机器人。
这种太空机器人将成为宇航员的得力助手,大大减轻宇航员的工作量和劳动强度,同时减小宇航员工作的危险性。而且它还有一系列的优越性,它不吃饭、不喝水、不睡觉、不怕累,只要供电就能工作,只要宇航员的指挥控制得当,它就能好好地干活。