空間站又稱航天站、太空站、軌道站。是一種在近地軌道長時間運行,可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。空間站分為單一式和組合式兩種。單一式空間站可由航天運載器一次發射入軌,組合式空間站則由航天運載器分批將組件送入軌道,在太空組裝而成。
概述
人類已經實現了在太空中短暫的旅行,但科學的腳步并沒有因此而停止。為了了解、開發太空,就需要有個可供宇航員長期工作和生活的基地。隨著航天科技的發展,在太空中建立新居所的條件成熟了。小型的空間站可一次發射完成,較大型的可分批發射組件,在太空中組裝成為整體。在空間站中要有人能夠生活的一切設施,不再返回地球。
國際空間站的規模一般都很大,結構也比較復雜。空間站一般包括宇航員居住艙、實驗艙、服務艙,對接過渡艙、桁架、太陽電池等部分組成,試用期為5~10年。總質量約423噸、長108米、寬(含翼展)88米,運行軌道高度為397千米,載人艙內大氣壓與地表面相同,可載6人。建成后總質量將達438噸,長108米。
空間站的結構與組成
空間站的結構特點是體積比較大,在軌道飛行時間較長,有多種功能,能開展的太空科研項目也多而廣。空間站的基本組成是以一個載人生活艙為主體,再加上有不同用途的艙段,如工作實驗艙、科學儀器艙等。太陽能電池板與對接艙口是空間站必備的設施,以保證空間站的電能供應和實現與其他航天器的對接。
空間站的特點
空間站的特點之一是經濟性。接納宇航員進行試驗的空間站,可以使載人飛船成為只運送航天員的工具,從而簡化了其內部的結構和減輕其在太空飛行時所需要的物質。這樣既能降低其工程設計難度,又可減少航天費用。另外,空間站在運行時可載人,也可不載人,只要航天員啟動并調試后它可照常進行工作,定時檢查,到時就能取得成果。這樣能縮短航天員在太空的時間,減少許多消費,當空間站發生故障時可以在太空中維修、換件,延長航天器的壽命。增加使用期也能減少航天費用。科研工作的逐步深化與科研質量的提高,有賴于空間站的長期連續飛行。一般空間站的飛行時間可長達幾個月甚至數年之久。
空間站的發射歷史
截止到目前,全世界發射的空間站有9個。蘇聯共發射8座,美國發射1座。其中蘇聯是第一個發射空間站的國家。其禮炮1號空間站在1971年4月發射,后在太空與聯盟號飛船對接成功,有3名航天員進站內生活工作近24天,完成了大量的科學實驗項目,但這3名航天員乘聯盟11號飛船返回地球過程中,由于座艙漏氣減壓,不幸全部遇難。禮炮2號發射到太空后由于自行解體而失敗。蘇聯發射的禮炮3、4、5號小型空間站均獲成功,航天員進站內工作,完成多項科學實驗。其禮炮6、7號空間站相對大些,也有人把它們稱作第二代空間站。它們各有兩個對接口,可同時與兩艘飛船對接,航天員在站上先后創造過210天和237天長期生活記錄,還創造了首位女航天員出艙作業的記錄。蘇聯于1986年2月20日發射入軌的和平號空間站,設計壽命為10年,2000年底俄羅斯宇航局因和平號部件老化且缺乏維修經費,決定將其墜毀。和平號最終于2001年3月23日墜入地球大氣層。
世界各國的空間站
1971年4月19日,前蘇聯發射了第一座空間站禮炮1號,從此,太空飛行進入了一個新的階段。禮炮1號空間站由軌道艙,服務艙和對接艙組成,呈不規則的圓柱形,總長約12.5米,最大直徑4米,總重約18.5噸。它在約200多千米高的軌道上運行,站上裝有各種試驗設備,照相攝影設備和科學實驗設備。與聯盟號載入飛船對接組成居住艙,容積100立方米,可住6名宇航員。禮炮1號空間站在太空運行6個月,相繼與聯盟10號,聯盟11號兩艘飛船對接組成軌道聯合體,每艘飛船各載3名宇航員,共在空間站上停留26天。禮炮1號完成使命后于同年10月11日在太平洋上空墜毀。
前蘇聯一共發射了7座禮炮號空間站,前5座只有一個對接口,即只能與一艘飛船對接飛行。因太空站攜帶的食品,氧氣,燃料等儲備有限,因此,它們的壽命不是很長。經過改進的禮炮6號和7號空間站,增加了一個對接口,除接待聯盟號載入飛船外,還可與進步號貨運飛船對接,用以補給宇航員生活所需的名種用品。1977年9月29日發射上天的禮炮6號空間站,在太空飛行近5年,共接待18艘聯盟號和聯盟T號載人飛船。有16批33名宇航到站上工作,累計載人飛行176天。其中1980年宇航員波波夫和柳明創造了在空間站飛行185天的紀錄。1982年4月19日禮炮7空間站進入軌道飛行,接待了聯盟T號飛船的11批28名宇航,其中包括第一位進行太空行走的女宇航員薩維茨卡婭。特別是1984年3名宇航員基齊姆,索洛維約夫和阿季科夫在空間站創造了237天的飛行紀錄。禮炮7號空間站載入飛行累計達800多天,直到1986年8月才停止載人飛行。
前蘇聯和平號空間站由工作艙,過渡艙,非密封艙三個部分組成,共有6個對接口。和平號作為一個基本艙,可與載人飛船,貨運飛船,4個工藝專用艙組成一個大型軌道聯合體,從而擴大了它的科學實驗范圍。四個專業艙都有生命保障系統和動力裝置,可獨立完成在太空機動飛行。其中一個是工藝生產實驗艙,一個是天體物理實驗艙,一個是生物學科研究艙,一個是醫藥試制艙。這幾個實驗艙可根據任務需要更換設備,成為另一種新的實驗艙。和平號空間站接待了一艘聯盟T號和17艘聯盟TM號載入飛船,并先后與進步號,進步M號貨運飛船和量子號,晶體號專用工藝艙對接組成軌道聯合體。宇航員們進行了天體物理,生物醫學,材料工藝試驗和地球資源勘測等科學考察活動。最大的軌道聯合體總長達350米,總重70噸,儼然一座太空列車,繞地球軌道不停地飛馳。1987年12月29日,宇航員羅曼年科返回地面時,已經在和平號上生活了326個晝夜。1988年12月21日從和平號上歸來的兩名宇航員季托夫和馬納羅夫,創造了在太空飛行整整一年的新紀錄。
和平號空間站由多個模塊在軌道上組裝而成:核心艙,量子1號天文物理艙,量子2號氣閘艙晶體號實驗艙,光譜號遙感艙,自然號地球觀測艙。美國為其提供了一個專門用于與航天飛機對接用的對接艙。美國航天飛機共拜訪空間站11次。和閏號首模塊于1986年2月19日發射升空其后至1996年的十年時間之間,其他多個模塊相繼升空。
和平號最終于2001年3月23日墜入地球大氣層,碎片落入南太平海域中。和平號的研究任務今后由國際太空站所取代
美國在1973年5月14日發射成功一座叫天空實驗室的空間站,它在435千米高的近圓空間軌道上運行,先后接待3批9名宇航員到站上工作。這9名宇航員到站上工作。這9名宇航員在站上分別居留28天,59天和84天。天空實驗室全長36米,最大直徑6.7米,總重77.5噸,由軌道艙,過渡艙和對接艙組成,可提供360立方米的工作場所。1973年5月25日,7月28日和11月16日,先后由阿波羅號飛船把宇航員送上空間站工作。在載入飛行期間,宇航員用58種科學儀器進行了270多項生物醫學,空間物理,天文觀測,資源勘探和工藝技術等試驗,拍攝了大量的太陽活動照片和地球表面照片,研究了人在空間活動的各種現象。1974年2月第三批宇航員離開太空返回地面后,天空實驗室便被封閉停用。美國天空實驗室在太空運行2249天,航程達14億多千米。
自從前蘇聯的空間站上天之后,一直與聯盟號系列載人飛船和進步號系列貨運飛船一起,共同組成軌道聯合體執行載入航天飛行任務。
聯盟號系列載人飛船已更換三代,作為空間站的載人工具。從聯盟10號開始,到1993年底共有30艘聯盟號,14艘聯盟T號,17艘聯盟TM號飛船載人到空間站上開展太空科學考察活動。第一代聯盟號,主要用于試驗載人飛船與空間站的交會,對接和機動飛行,為載人到空間站活動打下了堅實基礎;第二代聯盟T號,改進了座艙設施,提高了生命保障系統的可靠性和生活環境的舒適性;第三代聯盟TM號,又改進了會合,對接,通信,緊急救援和降落傘系統,增加了有效載荷。經過改進的聯盟TM號飛船總重7噸,長約7米,翼展10.6米,載3名宇航員和250千克貨物最大改進是對接系統,無需空間站做機動飛行和調整姿態,
可以在任何姿態下與和平號空間站對接。
進步號系列貨運飛船執行向空間站定期補給食品、貨物、燃料和儀器設備等任務。到1993年底,已發展兩代,共發射進步號42艘,進步M號20艘。它與空間站對接完成裝卸任務后即自行進入大氣層燒毀。這種飛船由儀器艙,燃料艙和貨艙組成,貨艙容積6.6立方米,可運送1.3噸貨物,燃料艙帶1噸燃料。它可自行飛行4天,與空間站對接飛行可達2個月。
中國空間站展望
我國將于2010年~2011年底發射天宮一號目標飛行器,天宮一號的重量約8噸,類似于一個小型空間實驗站。在發射天宮一號之后的兩年中,我國將相繼發射神舟8、9、10號飛船,分別實現與天宮一號的對接。
我國有望在2014年用“長征五號”把中國空間站送上太空,中國最終將建設一個基本型空間站。我國首個空間站大致包括一個核心艙、一架貨運飛船、一架載人飛船和兩個用于實驗等功能的其他艙,總重量在100噸以下。其中的核心艙需長期有人駐守,能與各種實驗艙、載人飛船和貨運飛船對接。只有20噸以上運載能力的火箭才有資格發射核心艙。因此,我國將在海南文昌新建第四個航天發射場,這個發射場能發射大噸位的空間站。
據相關人士透露,中國的首個空間站建成后,其核心艙可以不斷加艙。屆時,每年將往空間站發射若干個航天器。
2008年9月25日發射的“神舟七號飛船”,作為第二階段的第一項實驗,已經實現了航天員出艙進行太空行走。隨后的“神八”、“神九”飛船將不再載人,旨在發射目標飛行器,實現無人對接。而之后的“神十”將再次載人上天并實現有人對接。飛船的使命是在太空建設期間照料空間站。
其設計壽)88米,運行軌道高度為397千米,載人艙內氣壓與地表面相同,可載6人。國際空間站結構復雜,規模大,由航天員居住艙、實驗艙、服務艙、對接過渡艙、桁架、太陽能電池等部分組成,建成后總質量將達438噸,長108米。
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