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第19章 国际空间站(2)

国际空间站是由十几个国家参与的国际合作项目,它又是一个史无前例的庞大航天工程,可以想象它的建设需要人们的长期努力与合作,各个参与国都在积极研究建设。国际空间站近年发展步履维艰,用“好事多磨”这句话来形容国际空间站的进展一点也不夸张。这主要有两方面的原因。一方面由于政治和经济的原因,使得国际空间站的方案改动了几次,它的几次改名也说明了这一点,最早想采用全部桁架式,但经分析技术太复杂,耗费经费太高,而且风险也大,再加上当时美国的经济不太景气,有人反对这个计划,认为研制这个庞然大物的价值远远抵不上它所需的费用,因此几乎被取消。美国人不得不重新考虑简化方案,减少研制经费。但就是这样总研制经费也得500多亿美元,可见它的规模。另外是吸收了俄罗斯人参加。不可否认,俄罗斯人在航天技术上有着丰富的经验,在航天技术领域好几个第一都是俄罗斯人创造的,但怎奈俄罗斯人是泥菩萨过河——自身难保,前苏联解体,俄罗斯经济不景气,没钱研制空间站,因此不能按时交货,使得整个计划不得不推迟了一年多。

而另一方面就是技术的原因,可以想象,这么一个复杂的庞大系统,由这么多国家参与,从组织到技术是何等的复杂!只要有一个国家拖了后腿,整个工程就受影响。在技术方面,这么一个庞大的系统,采用桁架式的模块太空组装结构,这在世界航天史上还是第一次。而且它的系统多,要求高。我们前面介绍的只是国际空间站本体的、在第一期工程里的主要的结构和设备,而组成空间站的系统、设备、构件则更多。

除了空间站本体外,还要有一系列的配套设施和保障设施。比如空间站的发射场、运载火箭、跟踪测轨、后勤保障及空间站的管理、维护和故障排除等一系列的工作都得跟上。我们举个例子来说明:空间站及轨道平台上的试验装置和试验样品,在正常的情况下至少每半年就要更换一次,宇航员要进入这些飞行器中,把试验完成的装置或者样品取出来,然后送回地面;再把从地面带上去的装置或样品安放好。再比如,空间站上的消耗品如各种气体、各种液体以及备件都需要定期输送,尤其上面宇航员所需的生活用品更是如此。据介绍,每年要从地面为一个宇航员送去650多千克的食品、200多千克的衣服以及其他的生活用品,如果包括发射费用,算起来1年的维持费要高达10多亿美元。

另外一个技术问题就是,这么庞大的空间站的组装问题,也是极其复杂、前所未有的。

尽管工作步履艰难,好事多磨,可还是向前推进着。在前几年,有关国家的一些飞行试验工作就是在为国际空间站的发射、组装、维护以及管理做准备,训练宇航员的工作实践能力。例如目前世界上的两个航天大国俄罗斯和美国,1994~1998年,美国的航天飞机与俄罗斯的“和平”号空间站就进行了9次对接,直到1998年6月才结束工作,大大训练了宇航员的心理素质和提高了他们在故障情况下空间作业、排除故障的能力,这些在国际空间站上是极其有用的。据报道,1998年11月20日,由俄罗斯用“质子-K”号运载火箭发射一个名为“曙光”号的多功能货舱,它能够提供关于控制、燃料的存储以及供电服务;1998年12月3日,由美国用航天飞机发射一个名为“团结”号的节点舱和一个对接器,1998年12月6日宇航员乘坐“奋进”号航天飞机经过两天追赶,成功地捕捉到“曙光”号功能货物舱,并在同一天把国际空间站的头两个组件——“曙光”号货物舱和“团结”号节点舱对接起来。目前,国际空间站正在紧张有序的组建中。

科研的“天堂”

国际空间站利用地面无法提供的空间零重力状态的有利条件,为人类的长期科研工作提供了一个环绕地球的实验室。当今世界最先进的科研工具都将被运用到实验室中,以进行生物、化学、物理、生态学和药物学等方面的研究。

在药物学方面,由于太空中的微重力减少了地球上的重力对试验的影响,新型药物的开发将在太空中取得长足的发展,人类能够在太空中更彻底地了解生命的组成机制,研究人员还将关注人类在长期处于微重力环境下产生的反应。

在工业方面,研究人员将研制更坚固、更轻便的金属以及功能更强大的计算机芯片。由于使暖气体或液体上升、冷气体或液体下降的对流现象在太空中不复存在,各种金属就可以得到更彻底的研究,而液体和火焰在微重力条件下出现的形态也将成为科学家们关注的焦点。进行材料科学研究是空间站的主要试验项目之一,以前在“和平”号上进行的材料科学研究,取得了十分喜人的成绩。继续在空间站上进行研究,比如在国际空间站上生产电子工业用的镓砷化合物材料,其效率可提高13~16倍。在太空有望研究出更好的、地面无法合成的金属合金和材料,使人类的工业生产产生飞跃性的变革。

在对地观测方面,国际空间站比遥感卫星要更优越。首先,是它有人参与到遥感任务之中,因而当地球上发生地震、海啸或火山喷发等事件时,在空间站上的宇航员可以及时调整遥感器的各种参数,以获得最佳观测效果。它还可以通过航天飞机或飞船更换遥感仪器设备,使新技术及时得到应用而又节省经费。用它对地球大气质量进行监测,可长期预报气候变化。在陆地资源开发、海洋资源利用等方面,也都会从中受益。国际空间站在天文观测上要比其他航天器优越得多,是了解宇宙天体位置、分布、运动结构、物理状态、化学组成及其演变规律的重要手段。因为有人参与观测,再加上空间站在太空的活动位置和多方向性,以及机动的观察测定方法,因而可充分发挥仪器设备的作用。通过国际空间站,天文学家不仅能获得宇宙射线、亚原子粒子等重要信息,了解宇宙奥秘,而且还能对影响地球环境的天文事件做出快速反应,及时保护地球,有助于加深人类对森林、海洋和山脉的了解,可研究火山、地震、台风等大规模自然灾害对全球的影响,还可评估人对地球造成的影响,获得地面上不能获得的全球景象,为人类采取有效措施保护地球环境提供科学依据。

国际空间站可加深人类对森林的了解

国际空间站上的生命科学研究,可分为人体生命与重力生物学两方面:人体生命科学的研究成果可直接促进航天医学的发展,例如,通过多种参数来判断重力对宇航员身体的影响,提高对人的大脑、神经和骨骼及肌肉等方面的研究水平。重力生物学和材料科学的研究与应用有广阔的前景,而国际空间站的微重力条件要比“和平”号空间站和航天飞机优越得多,特别是在材料发展上可能起到一次革命性的进展。

未来太空旅游飞机示意图仅就太空微重力这一特殊因素来说,国际空间站就能研究生命科学、生物技术、航天医学、材料科学、流体物理、燃烧科学等提供比地球上好得多甚至在地球上无法提供的优越条件,直接促进这些科学的进步。同时,国际空间站的建成和应用,也向着建造太空工厂、太空发电站,进行太空旅游,建立永久型居住区,向太空其他星球移民等载人航天的远期目标接近了一步。

据俄罗斯科学院医学生物学问题研究所的专家介绍,空间站的宇航员们正在进行太空育种试验,他们特地挑选了生长周期较短的萝卜、圆白菜等拟南芥类植物进行培植。太空中的失重、洁净、宇宙辐射等因素均会对植物的生存、发育、衰老和变异产生独特的影响。此前,曾有宇航员在太空环境下培育出了优质、高产、抗病性强的农作物新品种。第二长期考察组的宇航员,将通过试验观察各种培养物在太空中对植物的生长和抗病性会产生什么影响。植物结籽儿后,宇航员将把种子带回地面让科学家们对比分析“太空种子”与普通种子在遗传特性方面的差别。

在空间站可对白菜进行培植

宇航员们所进行的另一项试验是制作蛋白晶体。空间站上共有1008份带有生物活性成分的溶液样品,宇航员将以这些样品为原料制作蛋白晶体。在太空环境下接近绝对零度的环境是能够较容易地制造出来的。在这种条件下,宇航员可设法使蛋白质分子停止运动,并将它们精确地按预定的立体结构排列起来,形成性能超群的蛋白晶体。据介绍,这种蛋白晶体将被用于制药、特殊疾病研究和疾病防治等方面。

人类开发国际空间站的目标——移民外星以上这些试验是在国际空间站内部进行的,有些试验则是在国际空间站的外部进行的。对国际空间站外部温度和微小陨石的研究将促进工程师对航天飞机设计的改善。在国际空间站中的研究还将创造出更先进的天气预报系统、更精确的原子计时器等。

国际空间站将成为新型能源、运输技术、自动化计划和下一代传感器技术的测试基地,它的建设将推动流体力学、燃烧、生命支持系统、反辐射危害等研究的发展,并将对未来的太空探索产生重要影响。国际空间站的建成,意味着一个共同探索和开发宇宙空间时代的到来。在空间站里所做的一切,都是为了改善地球人的生活条件。空间站还将为未来的太空旅行开辟出一条更便捷的途径,因为人类不会永远固定在地球上,国际空间站只是人类迈出的第一步,最终的目标将是移民外星!

欧洲ATV自动货运飞船

欧洲空间局制造的ATV自动货运飞船运货能力接近8吨,大于俄罗斯的“进步”货运飞船。ATV飞船除了向国际空间站运送货物外,还可用作太空拖船,在必要时帮助国际空间站提升轨道。ATV飞船的一大特点是具有先进的高精度导航能力,可在较少地面控制的情况下自动与国际空间站对接。

国际空间站的合作

1997年巴西正式参加国际空间站计划

1997年10月,美国宇航局与巴西空间局签署了一项美、巴国际空间站双边合作协议,从而使巴西成为第十六个合伙国,在国际空间站计划中占有了一席之地。

巴西能够参加国际空间站计划,首先是因为本身具备技术能力,另外由于空间站计划耗资巨大,美国需要更多有实力的外来援助,而且,此计划已是美国政府的一个外交工具。

按照协定,巴西将向美国宇航局提供:1套窗口观测研究设备,技术试验设备,1个站外后勤容器,非增压后勤架和1个快速运货架。美国则为巴西提供空间站上的试验环境,送1名巴西宇航员上空间站。双方采取“不付款”协议。同年,美国又与欧空局签订这个协议,欧空局将在1999~2002年向美国宇航局提供节点舱2号和3号、制冷机及软件服务,作为交换条件,美国为欧洲发射欧空局负责建造“哥伦布”轨道舱。

美宇航员曾多次飞上“和平”号吸取经验

国际空间站计划的第一阶段,美宇航员多次飞向“和平”号空间站,并长时间居住和工作,取得了许多宝贵经验,如对接程序、通信、任务安排等,并在国际空间站计划中进行了改善。其中7项重点调整是:①制定更为翔实的飞行前科学试验计划。②试验美、俄控制中心间技术数据交换方法。③改编对接程序。④减少对接负载。⑤核实航天飞机对空间站的实际控制能力。⑥改善空间站研究环境。⑦吸取舱外活动经验。

德国接替法国进行乘员救生艇计划

1997年10月,欧空局委员会议上,各成员国被要求继续为救生艇计划投资。而法国由于经济原因及本国政府计划的改变,提出将不继续参加该计划。

法国是欧空局的中坚力量之一,它在欧空局占有39%的投资份额,为欧洲各国之首(德国第二、意大利第三)。法国的退出是对该计划的重大打击。

同年11月,作为欧洲第二大投资者的德国与美国宇航局签订关于乘员救生艇合作研究的合作意向书,它将为该计划救生艇的样机研制副翼、头锥等设备。

美、俄选出头4批宇航员

美、俄两国在空间站头批乘员安排上一直存在分歧。对于各自宇航员人数问题、指挥长人选问题等始终没能达成一致。直至1997年11月,双方经多次磋商,终于得出结果:

4批乘员每批3人,美、俄各6名。第一、三批由美国人任指挥长,第二、四批的指挥长由俄罗斯人担任。这12名宇航员大多具有在航天飞机、“和平”号上的工作经验,他们于1998~2000年初先后完成了使命。

首批组件发射成功

空间站开始组装于1998年11月20日。俄罗斯用“质子”号运载火箭成功发射了国际空间站第一个组件——“曙光”号多功能货舱,这不仅拉开了人类联手开发空间的序幕,而且为建造新的太空大厦奠定了第一块基石。

“曙光”号是目前已知美、俄联合研制的最大飞行器。美国提供研制经费,俄罗斯负责技术研究和发射。

“曙光”号功能舱长125米,直径41米,重195吨,太阳能电池帆板展开可达244米。它不仅是空间站的结构基础,还能够提供关于控制、燃料存储以及供电能力等建站初期所需的服务。

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