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摘要:天空实验室 2001年3月23日,俄罗斯的“和平号”空间站在历经15年的运行之后,荣归故里,坠落南太平洋海域。“和平号”空间站是20世纪质量最大、载人最多、寿命最长和技术最为先进

  天空实验室

2001年3月23日,俄罗斯的“和平号”空间站在历经15年的运行 之后,荣归故里,坠落南太平洋海域。“和平号”空间站是20世纪质量最大、载人最多、寿命最长和技术最为先进的航天器,为人类的航天事业作出了重大贡献,是航天史上的 重要里程碑。

  ——宇宙飞船

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载人航天屡发安全事故

  将神话变成现实,是人类的执著追求,飞行理想的实现,是人类通过千百万年的不断探索和实践获得的。征服宇宙空间的火,应该说是我们伟大的中华民族点燃的。

从载人航天说起

  我国古代很早就有嫦娥奔月、吴刚伐桂的神话传说;也有“不知天上宫阙,今夕是何年”的诗句,表达了人们对这个可望而不可及的星球的各种愿望与复杂心情。而现在,月球在人们心中已并非是什么神秘的世界了,它荒芜、寂静、不平坦、又热又冷。科学家们甚至对月球的土壤组成都了解得清清楚楚。而这一切,大都归功于亲临月球的宇宙飞船。当然宇宙飞船所要询访的目的地并非只有月球一个,火星、金星、水星等,都已被列在计划单上了呢。像“嫦蛾奔月”一样地来到月球,无非是拉开载人宇宙飞行的序幕罢了。

1965年6月3日,宇航员埃德温·怀特完成了美国首次太空行走。

自1961年人类进入太空以来,威胁宇航员健康与生命安全的重大事故已发生过数十起,共有22名宇航员献出了宝贵的生命(其中有4人是在地面训练和试验时丧生的)。这22人中美国占了17人。除了2月1日哥伦比亚号航天飞机失事造成7名宇航员遇难外,导致其他15名宇航员遇难的几次重大事故分别为:

  “地球是人类的摇篮,但人类不能永远地呆在摇蓝里。”这是前苏联星际航行理论的伟大奠基人——齐奥尔科夫斯基具有远见卓识的著名预言。人类是万物之灵,经过了千百万年的锻炼,已经在摇篮里成熟,今天是走出摇篮的时候了。1961年4月12日,前苏联首次发射了东方1号载人飞船,飞船进入宇宙空间,在远离地球上空200~300千米的地球轨道上,绕地球飞行了近2小时。驾驶飞船的加加林航天员,成为征服宇宙空间的开创者。此后于1960年7月,美国人阿姆斯特朗及其同伴,驾驶着阿波罗号飞船成功地向月球飞去,并将登月舱降落在月球上,人类第一次踏上了月球。这样,人类的活动领域就由陆地、海洋扩大到宇宙空间。迄今,人类已有200多人进入太空中工作和生活过,今后人数必将愈来愈多。人类在宇宙空间生活和工作的时间,也由最初的几个小时到长达一年(365天)之久。人在宇宙空间的生活是十分有趣的,而人在太空的工作成果——工业产品的开发制造、科学实验等更具有划时代的意义。

太空是地球大气层之外,距地球表面100 km以上的区域。如果 把陆地、海洋和大气层分别称为人类的第一、第二和第三环境,那么太空就是人类尚待开发的第四环境。太空浩瀚无垠,蕴含着独特而丰富的自然资源,如高远位置资源,高真空和超洁净环境资源,微重力环境资源,太阳能资源,月球矿物资 源,等等。自1957年第一颗人造地球卫星上天以来,已有4000颗以上的无 人航天器遨游太空,为人类认识和了解自然提供了大量的信息。但是,人类要进一步开发利用太空资源,必须有人的直接参加。

  从阿波罗11号登月说起

1967年4月24日,前苏联宇航员科马洛夫乘"联盟"1号飞船返回地面时,因降落伞未打开,成为第一位为航天殉难的宇航员。

1961年3月23日,被确定为前苏联首航太空的宇航员的邦达连科在充满纯氧的舱室里进行紧张的训练。休息时,他用酒精擦完身上固定过传感器的部位后,随手将酒精棉扔到了一块电极板上。结果舱内燃起大火,他被严重烧伤,10小时后死亡。他是人类载人航天活动中第一个遇难的宇航员。

  美国和前苏联的空间站

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  什么是宇宙飞船呢?宇宙飞船的本质无非是一颗可以返回的卫星罢了。不同的是,这颗人造卫星常常搭载了乘客兼驾驶员——宇航员。由于人的存在,宇宙飞船的系统复杂得多,至少从人着眼增加了应急救生、生命保障、返回等系统。下面,我们以“阿波罗11号”飞船为例,来看飞船是如何登访月球的。

1984年7月25日,前苏联宇航员萨维茨卡娅离开“礼炮”7号空间站,成为第一位在太空行走的女宇航员,她也是第一个进行过两次太空旅行的妇女。

1967年1月27日,阿波罗载人登月飞船在美国肯尼迪航天中心进行地面联合模拟飞行试验时,飞船指令舱意外起火,几十秒内3名宇航员就被烧死在舱内。这3名宇航员是弗吉尔·格里索姆上校、爱德华·怀特中校和罗杰·查菲少校。

  人类并不满足在天空作匆匆的游客,他们需要在太空中开辟更大的生活和工作的场所。传统的载人飞船空间狭窄,只能挤进3个人,没有多大活动余地,而且生活物资无法带多,不能满足长期生活的需要。于是人们设想建造一种更大的宇宙飞船,装上更多的生活用品和工作设备,在轨道上长期运行,人们可以在里面进行科学实验、进行养殖种植、进行工业生产,于是一种大型空间站应运而生。

1.载人飞船为我“添翼”

  1969年7月16日,美国东部时间9点32分,卡纳维拉尔角月球港,随着震耳欲聋的轰鸣声,土星V运载火箭喷出巨大的火焰,携着“阿波罗11号”飞船徐徐上升。26秒后,第一级火箭完成使命,自动脱离。2分42秒后,第二级火箭点火。此时飞船的速度是每秒2.7公里。3分17秒后,救生火箭被甩掉。9分11秒时,第二级火箭分离,飞船的速度上升到每秒6.8公里。

1985年7月25日,美籍华裔宇航员王赣骏乘“挑战者”号航天飞机进入太空,成为第一位华裔宇航员。

1967年4月23日,前苏联宇航员科马罗夫上校乘坐联盟1号飞船进入太空后,飞船屡次出现故障,几经努力难以修复。在返回地面过程中,飞船降落伞又出意外,无法打开,致使飞船以每秒100多米的速度冲向地面。科马罗夫当场被摔死。

  “礼炮”号空间站是前苏联的第一个载人空间站系列。前苏联从1971年4月19日至1983年底,共发射了7个“礼炮”号空间站。它由对接舱、轨道舱和服务舱三个部分组成,总长约14米,约18吨重。对接舱有一个供

人类本身进人太空,始于1961年的加加林。这种能进入太空的 “特殊人”称为航天员。航天员进入太空,可以有两种运载工具:载人飞船和航天飞机。载人飞船是借助于运载火箭发射进入太空的航天器,它绕地球轨道运行或进行机动飞行。飞船内有适合人工作和生活的人造环境。任务完成后,飞船的一部分返回大气层,用降落伞和缓冲装置实现软着陆。载人飞船按其飞行任务的不同,分为卫星式载人飞船、登月载人飞 船和行星际载人飞船。

  在常人看来,飞船上升兴许是像电梯上升一样舒服过瘾。然而,飞船中的三名宇航员,却正在经历着严峻的“超重”考验。超重是什么?超重是超过了原来的重量。飞船高速飞行时,由于以前的静止惯性,他们会感到有股强大的压力压在自己身上。这种感觉就像我们在公共汽车上,汽车突然加速,而人感到有股压力把人向后推一样。不同的是,字航员感到的压力太大,简直要把人压碎了。他们呼吸急促,脉搏猛增,全身的血液像快要凝固似的,一个个在椅子上动弹不得。

1994年-1995年,俄罗斯的宇航员波利亚科夫在"和平"号空间站连续停留438天,成为在太空呆得最久的宇航员;而美国的露西德于1996年在"和平"号停留了188天,成为在太空呆得最久的女宇航员。

1971年6月30日,前苏联联盟11号飞船顺利完成各项任务后,在再入大气层前实施返回舱与轨道舱分离时,连接两舱的分离插头分离后,返回舱压力阀门被震开,密封性能被破坏,返回舱内空气泄漏,舱内迅速减压,致使3名宇航员因急性缺氧和体液沸腾而死亡。

  “联盟”号飞船对接的舱口,宇航员由此舱口进入空间站。轨道舱由直径各为3米和4米的两个圆筒组成,它是宇航员工作、吃饭、休息和睡觉的地方,舱内气候保持与地面相同。服务舱内装机动变轨发动机和推进剂。“礼炮”号空间站一般在离地面200~250公里高的轨道上运行。前苏联宇航员在“礼炮”号空间站中生活时间最长的,达到236天22小时50分钟,约等于237天。

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  9分5秒后,第三级火箭暂时点火了两分半钟,使宇宙飞船的速度增加到7.67公里/秒,从而进入环绕地球的轨道。几圈之后,飞船脱离地球轨道,向月球背面飞去。发动机熄火、此时宇航员进入“失重”状态。失重就是感觉不到重量,不仅人,宇宙飞船上的牙刷、小刀等,稍稍动一下,就可以飞起来。飞船上不管是坐,是站,还是倒悬着都是一样的。看来,人脱离了地球引力,真是有说不出来的解脱感受。宇航员考林斯还在飞船上的电视摄象机前表演了倒立和飘浮,真叫人惬意。

1995年2月,"发现"号航天飞机上,美国宇航员柯林斯成为第一位航天飞机的女机长。

1986年1月28日,美国挑战者号航天飞机第10次飞行时,在升空后73秒后因右侧助推火箭密封装置出现问题,造成航天飞机爆炸,7名宇航员当场遇难。

  “礼炮”号空间站的主要任务,是完成天体物理学、航天医学、生物学等方面的研究项目,考察地球自然资源和进行长期失重条件下的技术试验。

卫星式载人飞船通常简称为载人飞船,它在离地面几百千米的近地轨道上飞行,飞行速度超过第一宇宙速度(7. 9 km/s)。登月载人飞 船和行星际载人飞船的飞行速度均达到第二宇宙速度(11. 2 km/s)。 卫星式载人飞船和登月载人飞船早已研制、发射成功并投人实际应用。 行星际载人飞船正处于研制阶段,如SPACEX火星载人飞船预期于2021至2022年发射。

  “失重”看似好玩,可以随心所欲地自由飘动,但宇航员们却感到头晕、恶心,十分难受。令宇宙员最头疼的,是在“失重”状态下吃东西。宇航员的食物是精制的。据说在此以前的宇航员吃的是“牙膏食物”,即他们吃东西时,要像挤牙膏那样慢慢来。“阿波罗11号”的主食是冻干食品,大约每天可供每名宇航员2100卡的热量。此外还有四套不同的菜肴,一百多份各种不同的快餐和点心。上月球后吃的食物也准备好了,像奶油鸡汤、冰冻炒鸡蛋、辣椒牛肉、甜饼干、咖啡等。这些美味佳肴要么放在口头咀嚼,要么用注入备用的吸管吸食也可。最有意思的是,字航员还带有纸手巾、牙刷、剃须刀等。据说后来的美国女宇航员还带有唇膏、胭脂呢。

1984年6月7日,美国航天飞机"挑战者"号宇航员麦坎德利斯使用载人机动装置,离开航天飞机320英尺,完成了人类首次无安全索太空行走。

另外,还有几次严重事故险些造成人员伤亡。例如美国水星1号飞船返回时未能落入预定水域,使营救人员寻找了近3个小时才把宇航员救回;前苏联上升2号飞船返回时落在茫茫的雪地里,营救人员花了4个多小时才找到并救回;前苏联联盟T10号飞船在发射后1分多钟时,火箭爆炸起火,船内宇航员启用逃逸装置弹离事故现场才获救;美国阿波罗13号飞船在奔月途中,服务舱内氧贮箱爆炸,直接威胁到宇航员生命安全,后经过天上和地面联合抢救才得以安全返回。哥伦比亚号航天飞机1981年11月在太空飞行时,其燃料电池发生了故障,舱内温度升高,功能失常,威胁到宇航员安全,结果不得不中止飞行,提前返回地面。和平号空间站内还曾因制氧装置故障而引发火灾,但很快被扑灭。

  “礼炮”1号空间站1971年4月19日发射升空。入轨后,相继的“联盟”10号和11号两艘飞船上天与它对接飞行,每艘飞船各载3名宇航员,共在站上停留26天,开展了科学考察活动。“礼炮”1号仅在太空中运行了6个月,10月11日在太平洋上空坠落。

载人飞船与人造地球卫星虽然是两种不同的航天器,但由于载人飞船是在人造地球卫星的基础上发展起来的,所以它们之间有许多相同之处。载人飞船与人造地球卫星都是绕地球轨道运行的一次性使用的航天器。载人飞船上的许多系统,如结构系统、姿态控制系统、电源系统、温度控制系统等,基本上与人造地球卫星相同或者是人造地球卫星技术的延伸。载人飞船的结构比卫星复杂得多,特别是载人飞船上 有环境控制与生命保障系统、逃逸救生系统、船内照明系统及交会对接 系统。这些系统都是载人飞船所特有的。

  说到这儿,大家兴许会问,宇航员的便溺怎么解决?问得很有水平。其实,“阿波罗11号”飞船还没有厕所,只有一个舱内罐,这个罐有管道与舱外相通。在真空中,这些便溺立即凝聚成粉状冰屑向四周散开。据说,粪便污水散开的一点反作用力还影响过宇宙飞船的飞行方向,经过调整才没有酿成恶果。

1996年11月19日-12月7日,美国"哥伦比亚"号航天飞机进行了一次最长的太空飞行,历时17天15小时53分钟。

救生手段和措施

  “礼炮”2号空间站1973年4月3日发射,由于入轨后发生故障,4月28日在太空解体。

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  7月19日清晨,“阿波罗11号”飞船进入绕月轨道。宇宙飞船的服务舱发动机开动,飞船开始绕月飞行。上午8点30分,三位宇航员用了近五个小时检查每一个仪器和系统,而休斯敦宇航中心则把世界各地搜集来的数据发给飞船。

1998年10月29日,美国第一个进入地球轨道的宇航员约翰·格伦以77岁的高龄乘坐"发现"号航天飞机重返太空,从而成为航天史上最年长的宇航员。

载人航天由于有人的参与,宇航员安全就成了首要问题。除着力提高可靠性外,载人航天系统在设计上还要考虑出现重大故障时宇航员如何逃逸救生,以防患于未然。那么宇航员在太空遇险时,都有哪些救生手段和措施呢?航天专家们为宇航员的安全采取了很多措施,在航天过程中的各个阶段都有救生手段。综合起来,目前可以应用在载人航天系统上的救援方法主要有:

  “礼炮”3号空间站1974年6月25日上天,先后接待了“联盟”14、15号两艘飞船。“联盟”14号飞船上的两名宇航员进站内工作16天,可是

苏联从1961年以来,共发射了3种型号的载人飞船。首发的型号 称“东方号”飞船,乘载1人,共发射6艘。第二种型号叫“上升号”飞船,共发射2艘,乘载2?3人。第三种型号叫“联盟号”飞船,在发展中 有两次改型,称“联盟-T号”和“联盟-TM号”。“联盟号”飞船共发射了 40多艘,其中“联盟-T号”飞船共发射16艘,“联盟-TM号”飞船已发 射30多艘,目前仍在使用中。

  第二天早上9点22分,飞船指令长阿姆斯特朗和奥尔德林进入登月舱,登月舱驾驶员考林斯将指挥舱和登月舱的通道封闭,他不参加登月活动。“阿波罗11号”有指令舱、服务舱和登月舱。登月舱被称为“鹰”。

2001年4月28日,首位太空游客、60岁的美国人蒂托同两名俄罗斯宇航员一起搭乘俄"联盟TM-32"号载人飞船自拜科努尔发射场升空,两天后飞船与国际空间站成功对接,蒂托在俄宇航员的陪同下进入国际空间站,6天后乘坐俄"联盟TM-31"号飞船返回舱返回地面,结束了这次引起全球轰动的首次太空旅游。

在上升段配备专用的逃逸救生装置,如阿波罗和联盟TM采用的逃逸塔系统。逃逸塔仅用在大气层内飞行时。

  “联盟”15号却与空间站对接失败。空间站到1975年1月24日停止了工作。

美国载人飞船的发展与苏联基本同步,也有3种型号。第一种型 号叫“水星号”飞船,乘载1人,共发射6艘。第二种型号叫“双子星座 号”飞船,乘载2人,共发射10艘。第三种型号叫“阿波罗号”飞船,乘载3人,在登月时有2人登月,登月的“阿波罗号”飞船共发射7艘(其中1艘因故障未能登月)。

  13点47分,“鹰”离开指挥舱,向月球接近。“鹰”以每秒8米的速度下降,当到达离地只有150米的高度时,阿姆斯特朗通过观察窗发现着陆点不对劲:下面是一个直径达180米的火山口。关键时刻,指令长加足登月舱马力,使“鹰”跃过危险地带。终于,下午16点11分40秒,“阿波罗11号”飞船登月舱到达月面。

2003年10月15日9时整,我国自行研制的“神舟”五号载人飞船在中国酒泉卫星发射中心发射升空。这是中国首次进行载人航天飞行。乘坐“神舟”五号载人飞船执行任务的航天员是38岁的杨利伟。在太空中围绕地球飞行14圈,经过21小时23分、60万公里的安全飞行后,他于16日6时23分在内蒙古主着陆场成功着陆返回。

中止飞行任务,利用可再入飞行器进行应急再入返回。如美国航天飞机在上升段以及阿波罗和联盟号在大气层外飞行时都有这种能力。

  “礼炮”4号空间站1974年12月26日入轨,接待了两批宇航员,其中乘“联盟”18号飞船去的两名宇航员在站上停留363天。

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  接着,身着宇宙服的阿姆斯特朗从登月舱舷梯上走下来。细心的读者可能会问:怎么又冒出了个“宇宙眼”,“宇宙服”是个什么东西?原来,月球上温差大,热可达120℃,冷可到—140℃;另外还有强烈的宇宙射线,以及天外来的小陨石和宇宙尘。它们以每小时两万多公里的速度落在地上,给宇航员以极大的挑战。而且月球又无空气,谈话也听不见,真让人担心。可是“阿波罗11号”飞船宇航员穿的衣服却可保证人员万无一失,宇宙服可分两种,它们柔软、绝热、不导电、质量轻且耐磨。像阿姆斯特朗、奥尔德林穿的叫舱外服,考林斯穿的叫舱内服。舱内服分三层,外层是保护层,中间是富有弹性的硅系列橡胶布,并密封注了氧气,里层能控制温度。舱外服比舱内服外面多了一个重8.6公斤的外保护层,可以防止宇宙微陨石的意外“伤害”;其贴肉部分还有一层水冷却衣,衣服上面的尼龙布布满了注水的小细管,能带走体内的热量。这样一来,阿姆斯特朗都快成一个笨重的企鹅了。

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轨道运行段基本上采用应急返回技术,提前结束飞行任务返回地面。不同的故障采用的返回方式不同。

  “礼炮”5号空间站1976年6月22日升空,先后有3艘飞船同它对接,6名宇航员进站进行了冶金材料、晶体生产和生物医学等实验,其中有2人工作了109天。

2.航天飞机上下自如

  不过,大家也许也能猜到:全套宇宙服还包括头盔、手套、月面靴等。

在返回阶段,目前尚无专用的系统援救宇航员,主要靠备份系统来保证返回的安全。但是有些系统是无法备份的,如结构系统。

  这前5座空间站都只有一个对接口,只能与一艘飞船对接,寿命也不长。经过改进,二代空间站“礼炮”6号和7号诞生。它可以同时与两艘飞船对接,既可接人,又可接货。

载人飞船虽然解决了人能上天的问题,但它需用运载火箭助推起飞,属一次性使用的航天器,因而成本很髙。于是可以重复使用的载人航天器——航天飞机便应运而生。

  阿姆斯特朗到达月面上宣布:“对一个人来说,我只不过迈出了一小步;可对人类来说,这却是一个大飞跃。”这一句话使全世界一片振奋。奥尔德林也到达了月面上。两人行走自如,如羚羊似地自由跳跃。随后两人在月面上站稳,用长柄取样器搜集了一些土壤样品,装在塑料袋内,准备带回地球。接下来两人把月球仪和激光反射器留在月球上,这两个仪器是分别测试月球震动和月地距离的。

采用类似飞机采用的弹射救生技术,但这种技术在航天器上尚未真正实现。前苏联的暴风雪号上采用了此项技术,但是其真正起作用的飞行高度有限,也不可能解决哥伦比亚号航天飞机这个高度上的救生问题。

  1977年9月29日发射的“礼炮”6号空间站,在天上工作了5年,共接待18艘“联盟”号和“联盟”T型飞船,有33名宇航员进站工作,他们完成了120多项科学实验,拍摄了1万多张照片,宇航员波波夫和柳明在站里工作了185天。

航天飞机是一种垂直起飞、水平降落的载人航天器,它以火箭发动机为动力发射到太空,能在轨道上运行,并且可以往返于地球表面和近地轨道之间。它由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。 固体燃料助推火箭共两枚,发射时它们与轨道器的三台主发动机同时点火,当航天飞机上升到50 km^高空时,两枚助推火箭停止工作并与轨道器分离,在海上回收后经过修理可重复使用20次。

  在月球上呆了21个小时之后,两位宇航员返回了登月舱。登月舱上半部的发动机点火起动,进入绕月轨道,再与考林斯驾驶的指令舱会合。不久,燃料耗尽的登月舱被抛掉,指令舱带着三名字航员向地球飞去。穿过大气层,经过减速,凭着降落伞的帮助,指令舱溅落到海上,一艘待命已久的航空母舰立即将其打捞上岸。

具体来说,航天器在发射塔架上和处于上升阶段时,有应急脱离航天器的高速升降机及半自由下降和下滑钢索,还有个人弹射座椅等。航天器已点火上升时,若发生事故则可用逃逸塔逃生。轨道飞行阶段的救生设备及手段有是利用航天器中的安全救生设备,在紧急时可发射救生飞船把宇航员接回来。此时,自救和互救也很重要,因为载人航天器中都备有应急药品和救生器材。航天器在下降着陆过程中遇险时,能靠弹射座椅和减速装置救生。如果着陆后落入非预定地域时,可利用个人救生物品,如通信设备、口粮、水和自救互救装备来等待救援。这时装备给宇航员的野营与救生装具最起作用。

  1982年4月19日,“礼炮”7号空间站又进入太空,接待了11批28名宇航员。宇航员基齐姆、索洛维约夫和阿季科夫创造了在太空停留237天的纪录,“礼炮”7号载人飞行的累计时间为800多天,直到1986年8月才停止使用。

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  这次造访月球带来了不少收获。通过对月面土壤样品的分析,科学家们得出了月球的年龄,平息了过去不必要的一些学术争论。

阿波罗13号:成功救生的范例

  美国的空间站名叫“天空实验室”,它在载人登月高潮后用剩余的“土星”5号运载火箭改装而成,1973年 5月 14日升空,在距地面435公里高的轨道上运行。它的外形有点像一架直升飞机,顶部有4块如同螺旋桨状的太阳能电池帆板。空间站长36米,最大直径6. 7米,重82吨,能提供360立方米的工作生活空间,由轨道舱、气闸舱、多用途对接舱和太阳望远镜等四大部分组成。

外储箱是一个巨大壳体,内装供轨道器主发动机的推进剂,在航天飞机进入地球轨 道之前主发动机熄火,外储箱与轨道器分离,进人大气层烧毁,外储箱 是航天飞机组件中唯一不能回收的部分。航天飞机的轨道器是载人的部分,有宽大的机舱,并根据航天任务的需要分成若干个“房间”。有一个大的货舱,可容纳大型设备。轨道器中最多可乘载8名航天员。舱 内大气为氮氧混合气体。航天飞机在太空轨道完成飞行任务后,轨道 器下降返航,像一架滑翔机那样在预定跑道上水平着陆。轨道器可重 复使用100次左右。

  宇宙飞船的发展

最典型的救生成功的例子是美国阿波罗13号登月飞船起死回生。这艘飞船原本是去登月的,但在半途中飞船服务舱氧贮箱发生爆炸,使宇航员处在危难之中,后经过千辛万苦才返回地面。所以,有人说它是一次失败的成功,也是一次成功的失败。这次航天救生成功,至今在世界各国仍传为佳话。美国已把这个事情拍成电影。

  轨道舱为上下两层,上层是工作区,下层是生活区,生活区又用隔板分成卧室、餐室、观测室和洗漱室。轨道舱外部两侧各有一个太阳电池翼,可产生3.7千瓦的电能。过渡舱装有供电控制、测试检查、数据处理、生命保障和通信设备,还是通向空间的通道。多用途对接舱可以同时停靠两艘飞船,还可以当物品储藏室。太阳望远境专门用来观测太阳活动和拍摄太阳照片。

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  宇宙飞船迄今已经发展了好几代了,但目前投入使用的宇宙飞船却屈指可数。但被列入未来发展计划的飞船还是有的,虽然这之中已有部分计划已经失败,对有些国家来说,在自己国家航天飞机尚未问世时,宇宙飞船仍然是其发展的重要目标,现在我们从头至尾来看看字宙飞船的发展。

1970年4月11日,阿波罗13号从肯尼迪航天中心顺利升空。船中有美国宇航员洛弗尔、斯韦格特和海斯3人。在围绕地球轨道飞行后,他们顺利地朝月球方向飞去,但在离地球大约30万公里的奔月途中,飞船服务舱2号氧贮箱突然发生爆炸,把服务舱炸开一个大口子,氧气全跑光了,指令舱内的压力也随之急剧下降,电气和水的供应均被停止,宇航员生命受到严重威胁。地面指挥系统得知这一消息后,立即组织与太空中的宇航员一起研究对策。飞船上备有两套生命保障系统,服务舱和登月舱各有一套。但飞行中一般是不许使用登月舱中的生保系统的。然而,因为当时非常紧急,所以船上3名宇航员在地面指挥系统的配合下,开始利用登月舱来维持生命。由于登月舱只有两个人的位置,故只好让一名宇航员躺在过渡段中。此举使他们暂时保全了性命,但如何安全返回地球又成了当务之急。美国休斯敦飞行控制中心和肯尼迪发射指挥中心经过12小时的紧张模拟、计算和分析后做出决策:借助月球引力继续向月球飞行,待飞到月球背面时,再启动登月舱发动机进入返回地球的轨道。经过地面指挥中心与天上宇航员的共同努力,宇航员克服了饥饿、寒冷和少电等许多困难,终于在第6天乘飞船飞上返回地球的轨道。再入大气层之前,飞船甩掉了服务舱,3名宇航员再次进入指令舱。指令舱在与登月舱分离后返回地球表面,落入太平洋水域。事后经分析才知,服务舱的故障是由其上两个恒温器上的开关不合格造成的。

  “天空实验室”一上天就遇到了麻烦,先是防护铝屏被损坏,实验室内温度不断升高,后来太阳能电池板因一块铝条缠绕没有打开,无法供电。 1973年5月 25日,三名宇航员乘“阿波罗”号飞船进入实验室。他们带了一把特殊的遮阳伞,这把橙色的遮阳伞由工人细心地折叠起来塞在一个135厘米长的筒子里。下午,宇航员康拉德把遮阳伞塞进一个小密封过渡舱里,然后惭惭地将它推出舱外,弹簧机构“啪”的一声将整个伞弹出。7米长、6米宽的矩形遮阳伞篷张开了,它形成的巨大阴影正好把工作起居室外的阳光挡住,一会儿,“天空实验室”内的温度开始下降,这橙色的遮阳伞挽救了价值2亿美元的天空实验室。

1981年4月12日,美国第一架航天飞机“哥伦比亚号”成功进人 太空,之后“挑战者号”、“发现号”、“阿特兰蒂斯号”和“奋进号”相继升 空,其中“挑战者号”在1986年1月28日升空后爆炸。航天飞机的出现,是航天技术的新突破,是人类向宇宙进军、实现太空工业化的一个 实际步骤。苏联也在1988年发射成功一架名为“暴风雪号”的无人航天飞机, 但由于后来的国内政局动荡和经费困难,航天飞机计划就此夭折。

  前苏联

要知道,不是所有的航天灾难我们都可以想象得到,而且不是所有能够想到的故障我们都能有办法解决。在载人航天中我们首先应尽可能采取措施使飞行器不出现故障,即使出现故障也可以继续工作(即“故障-工作”设计思想),也就是说要提高飞行器的可靠性。只有在出现不能正常工作的情况下,我们才采取保障宇航员生命的措施。但是这些措施解决问题的能力是有限的,不可能解决所有的问题。这次哥伦比亚号出现的问题,在事故发生前的一刻是不可能有解决措施的。最有效的方法是通过细致的工作保证飞行器不出问题。来源:航天科技集团网站

  接着,宇航员康拉德和克尔文穿上宇宙服,拿着长长的杆子,将切割器绑在上面,伸到缠绕电池板的铝条上。克尔文的大半个身子都露在空间,他听到像暴风雪一样的声音呼啸而过,突然,脚一下没有蹬住,整个身子都掉到外面去了。两腿在空中晃荡起来,把维持生命的水、氧气管栓了几个结。这一下可吓坏他了,如果一漏气那就完了。康拉德急忙小心地替他解开了这些结。克尔文在空中作了几次努力后,终于在飞越南美上空时用切割器将铝条割开。电池板慢慢地伸开了,受伤的“巨鸟”展长了美丽的翅膀,3小时多的舱外活动使“天空实验室”恢复了正常。

3.空间站常驻太空

  东方号是前苏联第一代载人飞船,轨道载人飞行。东方号是在60年代以前载有动物的飞船基础上发展起来的。

  由于他们成功地挽救了“天空实验室”,美国总统尼克松亲自发来了贺电:

无论是载人飞船或是航天飞机,人在太空停留的时间都是短暂的, 最长不过十天半个月。而俗称“太空小房间”的空间站,它运行在近地轨道上,供多名航天员在其中长期生活工作和巡访,就能圆人类常留太 空的愿望。

  1961年9月12日,俄罗斯宇航员加加林乘坐的东方1号飞船发射成功,从而使它成为第一个进入太空的宇航员;四个月后,乌克兰族宇航员季托夫乘坐东方2号飞船飞行了48个小时;1962年8月11日~12日,东方3号、4号载人飞船进行了编队飞行。1963年6月14日、16日,东方5号、一号载人飞船进行了编队飞行;其中6号飞船宇航员为女性。前苏联第一代飞船只有定向、导航、着陆、遥测等系统,没有姿态控制系统。

  “我代表美国人民对你们成功地整修世界上第一个真正的空间站表示祝贺和赞赏……人类在空间能像地面那样工作,使我们有了新的勇气……”

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  上升号是前苏联第二个型号的载人飞船。由于美国决定在1965年初发射载有两名宇航员的双子星座飞船,该飞船具有交合、对接、机动飞行、舱外活动等能力。这使一心想争做第一的苏联人大为恼火,于是不惜血本将东方号进行了改进,让本来只能乘坐二人的飞船硬塞进了三人,这就使上升号飞船带有极大的冒险色彩。

  康拉德和伙伴们在天空飞行了28天,共观测美国31个州和其他几个国家的182个目标,拍摄了10000多张照片,30000多张天文照片,完成了90%的医学试验,取得了圆满成功。

小型的空间站可一次发射完成,较大型的可分批发射组件,在太空 组装成整体。空间站中有人能够生活的设施,可以数年或数十年内不再返回地球。空间站的结构特点是体积比较大,轨道飞行时间较长, 有多种功能,能开展的科研项目多而广。空间站的基本组成是以人为 本的生活舱主体,再加上有不同用途的舱段,如工作实验舱、科学仪器 舱等。空间站外部必须装有太阳能电池板和对接舱口,以保证站内电 能供应和实现与其他航天器的对接。

  上升1号飞船没有交合、对接、机动飞行的能力,甚至连宇宙服都取消了。上升2号飞船有舱外活动能力,但安全性能仍然打上了折扣。上升2号飞船返回地面时出了故障,两名宇航员只得改用手工操纵,飞船落在远离回收区800公里以外的森林,宇航员几乎毙命。

  “天空实险室”共接待了三批9名宇航员,他们分别在“室”内驻留了28天、59天和84天,他们利用“天空实验室”里的58种仪器进行了天文、地理和医学等270项科学研究,用太阳望远镜观测太阳,拍摄了18万张太阳活动的照片,还拍了4万多张地球表面照片,并研究了人在长期飞行中的适应能力。1974年2月8日,第三批宇航员撤离后,它没有再被使用。5年后的1979年7月11日,由于轨道上空气阻力的影响,它坠入澳大利亚南面的印度上空烧毁。它在太空运行了2249天,航程达14亿多公里。

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  联盟号是前苏联的第三个载人飞船型号,它分原型和改进型。联盟 11号以前的为原型,改进型约有二十多艘。它们均是为建立空间站作准备的。

  太空实验室的对接

从1971年4月苏联发射了世界上第一个空间站“礼炮1号”至今, 世界上已经发射了 3种型号9个空间站,其中有苏联的7个“礼炮号”空间站和1个“和平号”空间站,美国的1个“空间实验室它们均已坠落地球大气层。目前在役是国际空间站。“礼炮号”空间站是苏联在载人飞船的技术基础上发展起来的。载人飞船的成功运行,为解决空间站#澳门威斯尼斯人网址:世界科学技术全景百卷书,美苏两个国家的太空行走。必需的基本技术(如轨道交会、对接、航天员长期航天和舱外活动等)奠定了基础。

澳门威斯尼斯人网址,  联盟号飞船由轨道舱、返回舱、服务舱三部分组成,总质量为六吨左右,全长七米多,呈圆筒型,直径约2.3米。轨道舱内部容积有五立方米,它是宇航员工作和休息的地方。服务舱分仪器舱和发动机舱,这两个舱在返回途中都会被抛掉。返回舱也叫座舱,两壁有舱窗,带有缓冲火箭和降落伞。

  “礼炮”号空间站和“天空实验室”的发展成功,坚定了人们对建立永久性空间站的信心,于是,前苏联很快就推出了第三代空间站——“和平”号空间站,它是世界上第一个长期性、可变换功能和扩大功能的载人空间站。

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  联盟号飞船的发展史充满了艰辛与灾难,数名宇航员死于非命。1967年4月,联盟1号载人飞船由于姿控发动机漏了燃料,飞船无法平衡;宇航员想尽了办法进行返降,但由于降落伞没有打开而使优秀宇航员格马洛夫摔死。1971年6月29日,联盟11号在返回时,由于返回舱与轨道舱连接处的密封出了问题,舱内空气泄漏,三名未穿宇宙服的字航员因爆炸性减压而死亡。

  “和平”号空间站在距地面350~380公里高的轨道上运行,它长13.13米,最大直径4.2米,重21吨,由工作舱、过渡舱和服务舱组成,它的大小与“礼炮”号差不多,只相当于美国“天空实验室”的1/4。“和平”号空间站虽然不大,但它是一个基础舱,它有6个对接口,可以对接载人、载货飞船,也可以连接各种专业组合舱,这些组合舱都各有动力装置和生命保障系统,可以独立地完成不同的任务。从1986年2月20日“和平”号空间站入轨以来,站里的人员一般保持在3人左右,几乎没有中断过,他们在进行各种内容的科学实验。“和平”号除已对接过“联盟”TM载人飞船和“进步”M号货运飞船外,还对接过用于天体观测的“量子”1号舱,用于服务的“量子”2号舱和用于材料加工的“晶体”号工艺舱,用于生物医学、大气研究的光谱舱。它们组成了轨道联合体,供宇航员进行天体物理、生物医学、材料加工和地球资源勘探等科学考察活动。这个联合体总长达35米,质量达120吨左右,能接纳5~6名宇航员长期生活和工作。

“礼炮号”空间站既可有人操作,也可无人操作,它由过渡舱、工作 舱和服务舱三部分组成。过渡舱主要用于进行科学观测和实验,以及 与“联盟号”飞船对接。航天员通过过渡舱进人和离开飞船。工作舱由 前、后段两个圆柱体组成:前段与过渡舱连接,内装系统仪表板、观测装 置、通信设备以及一些科学实验设备;后段为航天员卧室兼锻炼场地, 装有食物冰箱、抛弃废物的气闸以及锻炼身体的器材等。过渡舱和工作舱是全密封的,舱内大气组成与地面相近。服务舱与工作舱末端连 接,不密封,内装燃料箱、轨道和姿态控制发动机,用于轨道机动、与飞 船会合以及定期助推、调整空间站的位置等。

  联盟号飞船做过国际合作的飞行,曾有七个国家七名宇航员通过飞船进入过空间站。联盟T号飞船从1978年开始进行不载人飞行试验,它使用了新宇宙服、新的燃料推进剂。从1979年12月到1985年9月,联盟T号飞船共发射了16艘。联盟 TM号飞船是 T号的改进型,首发是在 1986年 5月,它具有交合、对接、降落伞等系统。

  前苏联宇航员罗曼年科从1987年2月6日到12月29日在“和平”号空间站生活工作了326天;宇航员季托夫和马纳罗夫从 1987年12月21日至1988年12月21日在“和平”号上生活了整整一年;而医生宇航员波亚科夫则从1994年1月8日至1995年3月22日在“和平”号上度过了438个昼夜,创造了人在宇宙中停留时间最长的纪录。

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  美国

  波利亚科夫是一名医生,曾多次负责“联盟”号飞船与“礼炮”号空间站上载人飞行的医疗保障工作,1972年被选入宇航员队伍。 1988年他曾乘

“礼炮1号”、“礼炮5号”空间站仅有一个对接口,乘员1人,被称 作第一代空间站;“礼炮6号”和“礼炮7号”空间站对接口增至两个,乘 员可达3人,称作第二代空间站。在“礼炮号”空间站遨游太空的同时,美国也于1973年5月发射了 一个命名为“天空实验室”的空间站,它由土星火箭的末级改装而成。 “天空实验室”先后与从地面发射来的3艘“阿波罗号”飞船对接,9名 航天员进站工作,完成了包括生命科学、地球观测、太阳物理、天体物 理、材料科学及新工艺、新技术等在内的多方面研究,创造了当时航天 员在太空连续生活84天的最髙记录。

  水星是美国第一代飞船型号。从1958年开始,美国历经了四年八个月,进行了14次飞行试验,这之中有六次不载人飞行,两次动物飞行,六次载人飞行。水星飞船一般只有一吨半左右,高约三米,外形呈圆锥形。飞船具有定向、保障生命安全、控制飞行姿态的系统,部分的还有临险逃脱的能力。它的最后一次发射是在1963年5月15日,飞船在太平洋中途岛附近的海上溅落。

  “联盟”TM—6飞船升空,在“和平”号空间站上工作了239天。1994年的这次飞行,他的主要任务是完成太空失重对人体影响的实验。在远离祖国、远离家乡、远离亲人的14个月里,波里亚科夫完成了950项医学实验,他的结论是:“人的能力要比想像的大得多,人完全能够在宇宙中停留这么长时间,并且保持身体健康、具备工作能力。”波利亚科夫为完成神经生理学和代谢研究,首次动用了一整套站上医学装置。通过一系列实验获得了有关人的淋巴细胞活性、神经心理活动变化以及人体生物节律等方面的新资料。

“和平号”空间站和正在建造中的国际空间站,由于对接口多、接纳 航天员多、功能齐全及工作寿命长达十余年以上,均属于第三代空间站

  双子星座是美国第二代载人飞船。可以容纳两名宇航员,重约三吨,双子星座载人飞船外形像一个圆锥,它由服务段和再入段两部分构成。服务段设在飞船后部,由制动火箭系统和仪器设备舱组成;再入段有三个舱室,这之中有座舱。座舱也呈锥形,底部直径为2.3米,顶部直径为一米,可以乘坐两人,舱内有食品、水、仪表、制导和通信设备。座舱侧面还有三层玻璃的观察窗口。

  波利亚科夫还说,如有需要,在失重条件下是能做开腔手术的。他说:

  双子星座飞船采用弹射座椅救生系统,这和一般战斗机上的弹射座椅救生系统大同小异。据说,双子星座飞船曾经拍摄过我国的长江口、湖南等地的一些照片。

  “站上有必要的条件,医生的医术也完全能胜任。但是为了避免不必要的麻烦,还是回到地面做比较稳妥。”

  “阿波罗”是希腊神话的一个太阳神的名字。美国用它来为飞船和火箭命名,意义深远。美国的登月计划也称阿波罗计划,首次登月的“阿波罗11号”也只是登月飞船中的一艘。

  波利亚科夫太空飞行438天以后的身体状况之好,令人吃惊。他并不是二三十岁的年轻人,而是年过52岁的人了,可着陆后他竟奇迹般地从舱内自己行走出来,然后才坐下,回收小组工作人员忙给他端上一杯热茶,又给他披上一条暖和的毛毯。第二天,人们惊异地发现波利亚科夫在莫斯科附近宇航员训练基地星城的一个湖边散步。在早期航天飞行中,宇航员在太空飞行几天就会感到身体虚弱,连手臂都抬不起来,返回地面一个月后才能恢复正常。波利亚科夫之所以长时间太空航行后还能保持身体处于正常状态,完全归功于科学而严格的宇航员训练。

  从1961年5月25日开始,到1972年12月底,美国为实施阿波罗计划总共进行了17次飞行试验。阿波罗计划也并非一帆风顺。1967年1月27日,

  在星城的湖边散步时,波利亚科夫告诉记者,他的航天经历不仅证明人能在太空长途飞行到火星,而且在火星着陆后能马上开始工作。尽管火星的重力仅为地球的八分之三,但这对经严格训练的宇航员来说,无关紧要。

  “阿波罗4号”宇宙飞船的三名宇航员,在当地时间13点进入飞船座舱时,由于电短路产生火花,使座舱起火,三名身着不能防火宇宙服的宇航员被烧死。

  波利亚科夫在地球轨道上持续飞行437天又18小时,如果加上1988年在“和平”号上的飞行,他这一生总共在太空生活3607天,航程2.5亿公里,围绕地球转了10000次。

  阿波罗1~10号飞船进行登月试验活动。11号到17号均采取实践登月行动,有六艘飞船到达了月球,它们是:

  前苏联的“和平号”空间站硕果累累,那么美国的“天空实验室”坠落以后又有什么新动作呢?

  阿波罗11号,1967年7月16日~24日,在月球静海降落;

  80年代初,美国的航天飞机研究获得成功之后,大有“一鸣惊人”的气概,宣布要花 10年时间发展一种永久性空间站,以确保航天大国的领先地位,同时美国还邀请欧洲空间局、日本和加拿大等国参加联合研制和使用。美国大型空间站取名为自由号,与前苏联空间站“和平”号的名字遥相呼应。

  阿波罗12号,1969年11月14日~24日,在月球风暴海降落;

  “自由”号空间站采用双龙骨方案,重200多吨,是“天空实验室”质量的2.5倍、前苏联“和平”号空间站的10倍。第一期工程主结构是一根长107米的桁架,桁架的两端各装有4块太阳能电池帆板、桁架中间挂有1个生活舱,1个试验舱,2个后勤舱,加拿大提供可移动的机械臂。第二期工程,在空间站原有基础上再增加1个方形构件,延长主体结构桁架的两端。增加长方形桁架构件使空间站挂靠的地位扩大了很多,这等于增加了空间站的功能,延长主桁架构件是为了安装太阳能动力发电装置,增加能源的供应。“自由”号空间站每次可以容纳8名宇航员,在里面舒适地生活和工作,每3个月轮换一次,以后还准备进一步发展,成为为太空中航天器服务的空间基地,人类飞往其他行星的中转站。这个方案的技术程度非常高,各组成部件全部依赖航天飞机送入轨道安装,共需要34次飞行,耗资160亿美元。

  阿波罗14号,1971年1月31日~2月9日,在月球薄拉莫勒地区降落;

  由于经费紧张,美国的“自由”号空间站方案一变再变。到1993年初,美国政府批准的“自由”号空间站的规模已大大缩小,它采用单龙骨方案,缩短了原设计的桁架,使用简化的电源系统和数据管理系统,有一个小型的美国实验舱、一个欧洲增压舱和一个日本实验舱。

  阿波罗15号,1971年7月26日~8月7日,在月球亚平宁山哈得利峡谷降落;

  冷战结束后,美国出于政治、经济上的考虑希望俄罗斯也参与合作。这样一方面可以防止俄罗斯航天技术扩散,另一方面可利用俄较成熟的载人航天经验和“和平”号空间站等现成的硬件,至少可节省10亿美元的开支。而俄罗斯由于国内政局动荡、经济困难,既难以继续维持开支巨大的载人航天计划,又不可能再开展大规模的航天活动,所以他们愿意参与合作,通过出售硬件和提供服务获得资金,为已运行了10年的“和平”号空间站更新设备,开展科研。

  阿波罗16号,1974年4月16日~27日,在月球迪卡尔高地降落;

  1993年9月2日,美俄签署协议,双方同意在各自现有的空间站计划上联合建造一个包括欧洲空间局、日本、加拿大的部件的国际空间站,名字叫

  阿波罗17号,1972年12月6日~19日,在月球曹拉斯利特罗山脉降落。

  “阿尔法”空间站。

  阿波罗飞船登月并非是直奔而去,而是采用月球轨道交合法,即:宇宙飞船从地球轨道进入月球轨道,再推向月球背面;然后再从月球背面进入月球轨道,并转入地球轨道,回到地球。“阿波罗11”号宇宙飞船也不例外。

  由“和平”与“自由”联姻而成的未来“阿尔法”空间站,总质量为377吨,主桁架87米,太阳能电池阵宽110米,提供110千瓦电力,可乘6名宇航号。它的主要舱段有美国的一个可容纳4名宇航员的居住舱;一个多用途实验室舱;两个资源接点舱;空间站的桁架构件;太阳能电池舱;推进组件;气闸舱等。有俄罗斯的太阳能电池帆板;三个实验舱和多功能运货舱、服务舱及救生飞船。有欧空局的“哥伦布”轨道舱;自动转移飞行器和乘员运输飞行器。还有日本的多功能空间科学实验舱。加拿大则负责空间站组装时所需要的机械臂的研制生产。

  阿波罗计划总共花了11年半时间,耗费了250亿美元,收集了384.2公斤的月球土壤岩石样品,并在月球上设置了一些仪器设备,但它是美苏冷战时期的表演仪式,实用价值不大。

  “阿尔法”空间站的建造分三个阶段,于2002年全部完成,实现长期载人能力。第一阶段,为美俄扩大联合载人航天活动期。一是反复演练美国航天飞机与俄罗斯“和平”号空间站的轨道交会、对接技术,二是美俄互派宇航员航天飞机飞行或到空间站进行在轨操作和舱外活动练习,为“阿尔法”空间站的建造和对接打下基础。 1994年2月俄宇航员乘坐美航天飞机进行了训练,而1995年2月6日美国“发现”号航飞机在太空经过三天半的追逐,终于赶上了俄罗斯“和平”号空间站,在距地面395公里的太空轨道上,美俄两国的航天器相距的最小距离只有11.3米,实现了历史性会合。1995年6月27日,美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机载着5名美国宇航员和2名俄罗斯宇航员向距地面315公里高的轨道爬升,追逐“和平”号空间站。经过41个小时的追逐,6月29日两个航天器对接成功,拉开了“阿尔法”空间站建设的序幕。当时, 100吨重的“阿特兰蒂斯”号和123吨重的“和平”号组成了迄今太空中最大的人造天体,同时在太空中飞行的人数达到前所未有的10人,身穿红色宇航服的7名“阿特兰蒂斯”成员和身着蓝色宇航服的3名

  欧洲

澳门威斯尼斯人网址:世界科学技术全景百卷书,美苏两个国家的太空行走。  “和平”号成员在一起拍下了一张太空“全家福”。

  欧洲宇宙飞船。欧洲空间局从80年代开始载人航天计划。这其中就包括太空拖船、载人飞船和“海尔梅斯”航天飞机。太空拖船是一种空间自动转移飞行器——货运飞船,其两端为圆柱形设备舱和动力舱,中部为燃料箱和平台。载人飞船是搭载有宇航员的飞行器,此飞船采用密封舱,具有重返地球的能力。本来,欧洲空间局预计1997年开始正式研制,21世纪初实现载人飞行,但由于种种原因一再拖延计划。但无人货运飞船的研制一直在紧锣密鼓地进行,它将用“阿丽亚娜5号”运载火箭发射上天。

  “阿尔法”空间站的第二阶段从1997年开始,此间要运送俄罗斯的多功能货舱,然后发射两个资源接点舱、服务舱,美国的实验舱,并使它们对接在一起组成载人的过渡性临时空间站。

  其他国家,如中国、日本等也在加紧研制载人飞船。

  第三阶段从1998年8月开始,发射空间站主桁架梁、太阳能电池阵,接着发射加拿大的机械臂、美国的居住舱、欧空局的“哥伦布”舱和日本的实验室,到2002年6月装配完毕。这时,空间站在距地球450公里高的轨道上,有宇航员6人。在第二、三阶段的装配中,美国的航天飞机大约要飞30次,俄罗斯的“质子”号运载火箭要发射近50次,欧洲的“阿丽亚娜”火箭也要发射多次。

  太空方舟的表演

  看来,太空联烟真是一场漫长的恋爱过程。

  宇宙飞船发展到现在已经有几代了,这之中,俄罗斯和美国熟练地掌握了一些宇宙飞船的技术,这包括交合、对接、编队飞行、舱外飞行、分离等。

  太空的间谍

  交合对接,真可谓是太空之“吻”。它指一个航天器与另一个航天器在同一时间,以相同的速度达到空间某一位置的过程。宇宙飞船的对接包括飞船与空间站、飞船与飞船的对接等。

  侦察卫星被人称为天外“间谍”,它利用光电遥感器或无线电接收机等侦察设备,从地球轨道上对下面目标实施侦察、监视或跟踪,以搜集地面、海洋或空中目标的情报。他搜集到的情报信息,由胶卷、磁带等记录贮存于返回舱内,加以回收;或者通过无线电传输方式实时或延时传输到地面接收站,经处理,从中提取有价值的情报。

  字宙飞船与空间站的对接由来已久。空间站我们知道,可以在空间载人进行各种工作;但是飞船与空间站的对接并不像我们的想象的那样容易。早期的飞船与空间站对接,如1971年联盟10号与礼炮1号的对接就遭到了失败。此后,联盟11号与礼炮1号对接成功,三名宇航员在礼炮1号空间站工作了22天。从1977年底到1979年初,前苏联相继发射的联盟 26、 27、 28、29、 30、 31、 32飞船都与空间站礼炮 6号进行了成功的对接。1995年3月14日,携有美国宇航员的俄罗斯“联盟TM21”飞船,与俄罗斯“和平号”轨道站进行了对接。

  从1960年至1972年,美国有95颗“锁眼”系列卫星成功地执行了侦察任务,它1960年8月的第一次飞行就成功地拍摄了4100多万平方公里的前苏联领土胶片,比U—2间谍飞机4年内24次飞行中获得的情报还要多。解读这些照片,美国发现前苏联远东最北岸的一个核弹基地,它距美国阿拉斯加诺姆只有640公里。至1961年9月,“锁眼”卫星第5次完成任务后,中央情报局已弄清楚了前苏联的远程导弹发射器只有10~25个,而不是原来估计的140~200个。这消除了使美国当局心惊肉跳的与前苏联的“导弹差距”的疑虑,从而大大地松了一口气。到1964年,通过“锁眼”卫星的侦察,绘出了前苏联全部25个远程导弹基地的地图。它拍摄的完整的前苏联领土图片,使情报分析人员可准确无误地发现前苏联是否已在其他地方建造了新的导弹基地。

  飞船与飞船的对接令人不可思议。因为在低空中两架飞机如果靠拢接近,极有可能发生机毁人亡的事故。然而太空中飞船之间的对接完成得似乎很随意。两艘飞船先用自载的交会雷达和自动驾驶仪导向目标,当两飞船距离不到50公里时,双方转而使用飞船上的高强度灯光信标开始靠拢。飞船对接的相对速度必须很小,横、纵向分别不超过每秒0.1米和5米。70年代,苏联的联盟号飞船与美国的阿波罗飞船进行过对接,并共同飞行了两天。

  那么,天外“间谍”偷拍的胶片怎样才能送回地面呢,“贼星”怎样偷偷潜回家园呢?

  编队飞行,就是说宇宙飞船像飞机一样地编队飞行。飞船的编队飞行不像战斗机编队飞行那样神气,但其在太空的情景也相当壮观。1962年8月11日、12日,苏联发射了东方3号、东方4号载人飞船,进行了首次编队飞行,两船最近距离为6.5公里。1963年6月14日、26日,东方5号、东方6号又一次进行了编队飞行,两船最短距离为4.8公里。

  其实“间谍”回家,并不是整颗星都回来,而只是卫星上存放胶片、磁带等的返回舱返回地面,但是,人们一般都把这个返回舱称为返回式卫星。

  舱外飞行今天在航天飞机上已经习以为常,有时候宇航员还可以完全脱离航天飞机,成为地地道道的“卫星人”,但这在早些时期的宇宙飞船上实现得并不顺利。如60年代,苏联上升2号飞船的一名宇航员到舱外活动时,由于字宙服在空间像气球一样膨胀起来,他无论如何也钻不进座舱。好在这位宇航员沉着应战,冷静对付,终于用了八分钟进入了座舱,真叫人捏了一把汗。

  返回式卫星的回收技术是一项高难度的尖端科学技术。它涉及到材料、工艺遥测、制动等诸多方面,哪一个环节跟不上,都会功亏一篑。目前,世界上只有少数几个国家掌握了卫星回收的技术。

  分离技术在飞船上引人注目。如果说生孩子不是件容易事的话,那么飞船分离系统之复杂、分离次数之多,真令人难以想象。如“阿波罗11号”宇宙飞船登月,先是一级、二级火箭相继分离脱落,再是末级火箭发动、关机、再发动到最后脱落;进入月球轨道后,登月舱与指令舱会分离、对接、再分离、最后只剩下服务舱和指令舱,在距地640公里时,连服务舱也被分离抛掉了。一级级火箭分离,一个个舱被扔掉,分离系统起了多么重要的作用啊!

  我国自1975年11月26日发射第一颗返回式卫星并按预定计划成功地返回地面到现在,已发射了16颗返回式卫星,除1993年10月8日发射的那颗卫星未能回收以外,另外15颗都回收成功。卫星带回的遥感资料,已为我国地质、海洋、农、林、牧、考古、铁路选线等部门利用,收到良好的经济效果。

  当然,别的系统,如姿态控制、生命保障系统也很重要。如前面所述的联盟1号宇航员格马洛夫之所以摔死,就与姿控系统的动力出了问题有关。

  卫星要能安全返回地面,必须越过五个难关:

  (1)返回舱的防热、耐压关。卫星的返回部分,称作返回舱,舱内装有仪器、胶卷、磁带、试验样品以及科学数据和遥感资料等等。当它再入大气层后,会与大气产生强烈的摩擦,形成气动力加热。最大热流将达到1千至

  2几千焦/(秒·米)以上,再入时间长达几分钟至20分钟,使返回舱壳的温度高达1300℃以上。同时,由于高速返回,因而大气对返回舱形成的阻力也相当大。

  为了渡过防高温、耐压这座难关,返回舱的材料一般选用强度高、密度低、耐高压、抗高温的复合金属材料。结构选用蒙皮框架桁条结构,舱壁壳体加内衬。外形选为钝头圆锥体。锥尖较钝,可以充分利用大气阻力,降低气动加载。圆锥体外形可使返回舱有较小的质量,较强的结构而又有较大的容积。

  (2)调姿关。当卫星在其运行轨道上完成科学探测和技术试验任务之后,地面遥控站必须能及时发出返回调姿指令,将卫星在运行轨道卜的姿态准确地调整到返回姿态,保持稳定,避免大攻角或翻转而导致返回舱壳体及舱内仪器、样品及资料损坏。

  (3)制动关。卫星返回时要求卫星上的制动火箭按时点火,产生足够的推力,把卫星的返回舱由原来的运行轨道上折入预定的返回轨道,并沿着返回轨道“自由”下落,完成高弹道切换后,逐渐进入大气层。

  (4)着陆关。返回舱抛掉底盖制动火箭,弹开引导伞、减速伞,使9000米/秒的下降速度减至几百米/秒,进至亚音速。约在15公里高处,抛掉减速伞,打开降落伞主伞(二三顶不等),靠降落伞的大气阻力作用,将返回舱的下降速度减至安全着陆速度,以保证回收物完好无损。

  (5)标位及寻找关。要求回收站能够实时准确地预报及测量返回舱的落点,返回舱山盘旋等候的直升机进行钩挂,及时送至回收中心进行回收作业。

  卫星的回收,是航天过程中各个环节完美工作的结晶,对提高卫星的使用价值和发展载人航天技术,都有着重要意义。

  归纳起来说,太空“间谍”返回地面要经历几个过程:“间谍”首先进行姿态调整,将其从轨运行时头部向前的姿态,转到底部稍稍向前的姿态(调头转角100度左右),目的是使制动火箭发动机的尾喷朝前,使制动火箭发动机工作时产生反向推力;然后,“间谍”的返回舱与仪器舱分离;接着,用起旋发动机使返回舱绕纵轴旋转,以稳定返回舱的姿态;然后,制动火箭发动机点火、工作,使返回舱从太空“间谍”从事侦察活动的轨道上转到一条飞向地面的返回轨道上来。在进入大气层之前,消旋发动机工作,使返回舱的自旋速度减小,以便使返回舱再入大气层后能较快地转到头部朝前的姿态。返回舱下降到离地面16公里左右的高度时,返回舱抛掉制动火箭发动机壳体和底部防热罩,然后,装在返回舱内的降落伞系统的数顶降落伞自动依次打开。太空“间谍”的返回舱乘着降落伞以14米/秒左右的速度徐徐着陆。当然地面必须做好迎接工作,要按照预先确定的“接头”地点和方法及时找到着陆后的“间谍”,并迅速把它带回的胶卷等送到有关部门及时处理。这样,太空“间谍”才算出色地完成了太空侦察任务,顺利地返回“娘家”了。

  太空“间谍”要按预定时间、路线,顺利地返回预定地区,在技术上有很多难点,例如,返回点为速度方向偏离预定方向1度,落点航程就会偏差300公里,真是“差之毫厘,失之千里”。1958年8月13日,美国的“发现者”5号卫星在返回地面时,制动火箭发动机点火后,就不知去向,卫星杳无音信。事后查明,其原因是调整返回姿态时,把方向调错了,结果制动火箭发动机变成一个加速火箭发动机,把卫星推到一个更高的轨道。美国从50年代开始发射返回式侦察卫星,前 12颗都因为种种原因没有回收成功,有一颗卫星虽然返回了地面,但落到了远离预定回收区的前苏联管辖的地方。当地老百姓不知天上掉下的是什么。结果卫星上几公里长的胶片被老目姓挂在树上围了一个简易厕所。直到第13次美国的卫星回收技术才得以成熟,收回了返回舱。这种事故,前苏联也发生过。

  另一种事故是制动火箭发动机可靠性造成的,如美国的“生物卫星”1号,由于制动火箭启动不了,结果,这颗卫星留在太空中回不来了。

  降落伞系统的工作可靠性,也关系着“间谍”飞行任务的成败,若有失误,可能前功尽弃。1967年4月24日,前苏联的“联盟”1号载人飞船在着陆前,由于主伞绳缠在一起,伞没有打开,而造成飞船坠毁、宇航员丧命的重大事故。1971年8月7日,美国的“阿波罗”11号载人登月飞船在返回时,3顶面积分别为510平方米的主伞,有一顶伞在打开时被冲破了,幸好另外两顶伞正常开伞,才免遭灭顶之灾。

  登上月球

  月亮,远在天边,近在眼前。由于它是距离地球最近的星球,所以成为人类最期盼踏上的地球外“国土”。

  苏美两国早在50年代末就开始了登月的计划。从1961年4月至1970年6月,前苏联成功发射了6艘“东方”号飞船、2艘“上升”号飞船和8艘“联盟”号飞船,从载1人到载3人,共把25名宇航员送上了天。美国从1961年5月至1966年11月也发射成功了6艘“水星”号飞船和10艘“双子星座”号飞船,共把26名宇航员送到地球轨道上飞行。下一步,人类就要会见到那位披了千万年神秘面纱的月亮女神了。

  人类向月球的进军,经历了几个阶段。首先是打开通往月宫的道路;二是探明月面的情况,然后试验环绕月球的飞行;最后让宇航员登月考察。

  1959年1月2日,前苏联发射了“月球”1号探测器,它带有探测月球的仪器,途中飞行顺利,但却没有命中月球,仅从距月球表面约7500公里之处擦身而过。同年3月3日,美国也向月球发射了“先峰”4号探测器,它从离月球更远的59000公里处飞过。

  这一年的9月,前苏联又发射了“月球”2号探测器,在9月14日击中月球,成为月球上的第一个人造物体。10月,前苏联的“月球”3号探测器又绕到了月亮背面首次拍下了月球背面的照片。

  1964年美国发射的“徘徊者”7号探测器也撞到了月球上。撞击前,它的6架电视摄像机成功地拍摄了4316张月面的近景图像,比地面上最好的天文望远镜观察到的要清晰2000倍以上。这些图像显示了直径只有一米左右的坑穴和25厘米大小的岩石。“徘徊者”8号、9号也分别拍到了月球正面静海、云海地区的照片15000多张。这些资料说明,月球上许多地区很平坦,可以允许飞船降落。

  到了1965年,飞往月球的天路基本探察清楚了,下一步就要看飞船能不能在月面降落了。

  以前,人们分析月面上由于流星的冲击可能会有很厚一层浮尘,人踏上去可能会像踩到泥潭里一样陷下去,实际上是不是这样呢?科学家们又开始进行不载人的飞船在月球上软着陆的试验。所谓“软着陆”,就是不生硬地砸上去,而是靠逆喷火箭逐渐减小探测器的飞行速度,慢慢地降落在预定地点上。

  1966年1月31日,前苏联发射了“月球”9号,它经过79小时的飞行,在月球风暴洋中软着陆,传回了月球局部地区的第一批岩石和土壤照片 27张。接着美国也于 1966年5月30日发射了“勘测者”1号,也在风暴洋上软着陆,发回图像11150幅。至1968年1月,美国又先后发射成功“勘测者”3号、5号、6号、7号,均在月面软着陆,共发回图像75660幅,同时还做了月球的土壤分析。

  探测器的软着陆成功,证明月面是坚实的,飞船降落不会深陷下去,宇航员也不必穿上特制的防陷雪鞋,从而扫除了登月的疑虑。

  为了寻找登月舱在月球上最安全的着陆点,美国还发射了5艘月球轨道环形器,从环绕月球赤道到月球两极,拍摄了99%月面的情况,最后选定了5个最佳降落点,它们是静海两处、中央湾一处、风暴洋两处。

  万事俱备,只欠东风。美国从1961年5月开始实施的“阿波罗”登月计划开始上演更激动人心的一幕了。

  “阿波罗”是古希腊神话中太阳神的名字,他和月亮女神阿尔特米斯是双胞胎,所以美国用“阿波罗”作为登月计划的名字。其登月方案是,用“土星”5号巨型运载火箭把载有3名宇航员的“阿波罗”飞船送离地球;飞船通过轨道转换变成绕月运行;然后从飞船上发出一个登月舱,徐徐降落在月面上,送2名宇航员上月球探察;飞船仍由1名宇航员驾驶作绕月飞行;等探月任务完成后,再发动登月舱与飞船会合,一起返回地球。

  “土星”5号是一种三级液体火箭,全长110.6米,相当于36层大楼那么高,直径10米,起飞质量2840吨,它是美国最大的运载火箭,能把100吨的卫星送上地球轨道,或把50吨重的飞船送上月球。1967年11月9日进行飞行试验,将不载人的“阿波罗”4号飞船送上地球轨道,此后不到两年时间,就破天荒地把载人登月飞船送上了月球。

  “阿波罗”飞船由指令舱、服务舱和登月舱三部分组成,每次载3名航天员,登月飞行结束后,返回地球的只有指令舱和3名航天员。指令舱呈圆锥形,高3.23米,底面直径3.1米,像一辆旅行汽车大小,发射质量约5.9吨,返回地面时要丢弃辅助降落伞等物,这时质量只有5.3吨。服务舱附在指令舱下端,呈圆筒状,直径3.9米,高7.37米,舱重5.2吨,装上燃料和设备后重25吨。登月舱接于服务舱下面,第三级火箭顶部的金属罩内,它分下降段和上升段两部分,总长6.79米,4只底脚延伸时直径为9.45米,重4.1吨,如果包括燃料则重14.7吨。下降段还装有考察月面的科学仪器,下降段在上升段飞离月面时起发射架作用。

  在人类正式登月前,“阿波罗” 1号至6号飞船进行了6次不载人的近地轨道飞行试验;7号至9号飞船完成了3次载人模拟登月飞行;10号飞船进行了载人登月预演。正式登月的时机成熟了。

  1969年7月16日,星期三,一个万里无云的好日子,美国东部时间9点半,“土星” 5号火箭一阵狂吼载着“阿波罗”11号飞船徐徐升上太空。成千上万名赶到肯尼迪航天中心来观看发射的人激动无比,一时间,帽子、手杖、眼镜、钢笔都被抛上了天空,人们发狂般地跳跃喊叫,“上去了!上去了!”的声音震耳欲聋。远在华盛顿电视机旁的尼克松总统高兴地宣布:四天之后为月球探险的全国共庆日,并提议那天全国放假一天。

  三天后的7月19日下午,飞船到达月球上空,驾驶长柯林斯完成最后的、不允许出现丝毫偏差的轨道调整,使它在月面上空15公里处绕月飞行。7月20日,宇航员阿姆斯特朗、奥尔德林登上了名叫“小鹰”的登月舱,从飞船中脱开,随着制动减速火箭,“小鹰”沿曲线轨道徐徐下滑平稳地降落在月面上。晚上10点56分 (格林尼治时间7月21日4点56分)阿姆斯特朗从登月舱的梯子上爬下,踩上了月球的土地,19分钟后,奥尔德林也踏上了月面。他们在月球上插上了一面美国国旗,并留下了一块金属纪念牌、上面写道:“公元1969年7月,来自行星地球上的人首次登上月球,我们是全人类的代表,我们为和平而来。”

  月面上荒漠冷寂,到处是陨石砸出的大大小小的坑穴,能否像飞机那样返回地面,技术上没有把握,所以它一开始进行的试验不是升天而是返回。

  航天飞机成为太空客车

  1977年1月31日,在数千名警察的前呼后拥下,“企业”号被运到爱德华兹空军基地。首先它被吊趴在波音747飞机背上,让飞机驮着它进行了3次滑行试验。2月18日,波音747又5次驮着“企业”号在4900米高空以460公里/小时的速度飞行2小时,然后安全降落。8月,“企业”号首次载人飞行,不过它还是被波音747驮上天后再分离。“企业”号在7300多米的高空飞翔了5分钟,自行返回机场。它在天上做了3次有人受控机载飞行和5次有人机载“自由”返航飞行均获成功,证明航天飞机重返大气层进行着陆是完全可靠的。遗 憾的是,由于缺钱,“企业”号没有再继续飞行,在一系列成功的地面试验后,它披满尘土长眠在机库里。

  几年后,在加加林上天的第20周年纪念日里,1981年4月12日,美国佛罗里达州肯尼迪航天中心又为航天飞机的新亮相而热闹非凡。大约有 100万人聚集在这里争相目睹美国正式飞行的第一架航天飞机——“哥伦比亚”号。

  指令长约翰·杨和副手克里平按步骤检查了驾驶舱的仪表,扫视了1700多个各种旋钮开关,做完了一切准备。过了一会儿,一声轰鸣,航天飞机尾部喷出一团火红的烟雾,从两个火箭助推器下喷出的火焰足有180米长,航天飞机腾云驾雾渐渐消失在蔚蓝的天空中。“哥伦比亚”号进入地球轨道飞行了36圈,飞行时间54小时30分。这次飞行考察了飞机的动力系统、防热系统、驾驶舱和生命保障系统的可靠性,世界上几亿电视观众看到了宇航员在机舱里不穿宇航服方便地工作的情况。4月14日,爱德华兹空军基地的4架T—38歼击机在12000米的高空排成方阵迎接着“哥伦比亚”号天外归来。两位宇航员走下航天飞机时几十万狂热的观众向他们欢呼致意,鲜花洒满他们全身。此后,“哥伦比亚”号又试飞了4次,次次成功。从1982年11月以后,航天飞机开始了商业性飞行。

  截至1995年底,美国的5架航天飞机共上天飞行了73次,有441人参加了飞行。他们在太空失重和真空的环境下进行了各种科学实验;施放和回收了70颗不同用途的卫星;向深空发射了“麦哲伦”号金星探测器、“伽利略”号木星探测器“尤里西斯”号太阳探测器、“哈勃”天文望远镜和“天文”1号观测器等,还进行了绳系卫星的发电试验。宇航员在航天飞机上曾捕捉“有病”的卫星,把他修理好后再施放回太空。1993年12月,“奋进”号航天飞机完成了修复大型太空望远镜“哈勃”望远镜的工作。4名宇航员分两批每日轮流出舱执行一次在轨操作,为“哈勃”更换了陀螺仪、太阳能电池帆板,安装了新的广角行星相机,矫正了光学轴补偿系统等。修复好的

  “哈勃”向地面发回了许多清晰的照片。这次成功,也使航天飞机的功能得到了充分的发挥。

  前苏联也于1988年11月15日成功地发射了一架“暴风雪”号不载人航天飞机。它的外形与美国航天飞机很相似。它从拜科努尔航天中心起飞,47分钟后进入距地面250公里高的圆形轨道,绕地球2圈,运行3小时后安全返回地面。

  太空工厂

  国外很多企业家都向往去太空开厂,那里可以生产出许多地球上难以制造的东西。日本人曾做过一项试验:把火箭射到大气层之上进行冶金,结果产品质量特别良好。这是因为太空没有空气,不费吹灰之力就实现了技术上颇复杂的“真空冶炼”。美国人则惊奇地发现在外层空间做出的塑料小球滴溜滚圆,毫厘不差。道理也很简单,产品是在失重的状态下得出的,没有重力的干扰,误差自然也消灭了。除了这几样外,适宜拿到太空中去生产的东西还有不少,比如合金、陶瓷、化工原料以及电子工业上大量使用的晶体等。

  不过,首先出现于太空的将是一座制药厂。它开张大吉的日子已经确定,美国宇航局已在80年代末期开始协助此项计划的实现。对于这座奇特的天外工厂,现在可以勾勒出一个比较清晰的轮廓了。

  它由两个独立的“车间”组成,每个“车间”宽4.5米,长10.5米,连50平方米都不到。工作定员每个车间只配备两名。照说两个人大半个篮球场大小的地方活动也不算挤,但是长期在这里面就难免有点坐班房的味道。因此主要操作程序都由电脑控制,生产所需的电力取自二组巨型太阳能电池。作人员一年顶多进入“车间”两三次,任务是搬运原料,检修设备,再就是把制好的药品带回地球。由于它们是在一无细菌。二无污染的环境下做出来的,可以确保质地优良纯净。在这种可以称之为“太空牌”的药品面前,世界上最著名的大制药厂的名牌货都将黯然失色……

  这座太空工厂的构思和设计都是迈斯·拜吉尔的杰作。尽管广大群众对这个名字还很陌生,但在航天领域里,他并非名不见经传。作为一名工程师,他曾长期服务于美国宇航局。从阿波罗登月的筹备,直到航天飞机的诞生,都凝聚着他的心血。退休之后,他出任私营和空间工业公司首脑,继续为航天事业效力。据拜吉尔介绍,起初这两个各重 13.5吨的车间发射到离地约400公里的轨道上,互相连接,比翼齐飞。以后“车间”逐步增加到6个。在90年代初,庞大的载人太空站在空间装配完成后,这些车间就成为它的一个组成部分。

  太空食品

  美国太空人现在回想早年的太空飞行,最感痛苦的倒不是失重,也不是上厕所不方便,而是饮食太差。当时,太空食品多半像浆糊一样,吃的时候从像牙膏的管子中往嘴里挤。或者压缩得像小肉丁一样,干巴巴的,需要靠嘴里的唾液去慢慢融化,方能下咽,而且这些食品一律淡而无味。所以,他们在太空中,老是想吃东西,希望能像在飞机上一样,吃到地面上能吃的东西。

  经过这20多年的太空飞行,科学研究得到一点结论,即在太空中,人需要的营养同在地面L一样。多年来,经过美国航宇局的不断努力,终于改进了太空饮食。

  最近上天的航天飞机“发现号”,带上去的食品不但有新鲜的面包、水果、罐头凤梨丁、巧克力,还有装在太空食品盒里的美味食品,例如青豆香茹、肉丸等,也有如同普通快餐店里一样包装的番茄酱、烤肉酱等调味品。

  这些食品大部分是从超级市场买来,经过冻干处理或重新包装的。太空人想吃的时候,只要“飘游”到厨房里,向食品盒中注射定量的水,加热后就可以吃了。

  为什么早年不这样做呢?因为当初科学家们认为,在太空失重的状态下,咀嚼和下咽食物都有困难。后来才知道这是过虑。当初认为太空飞行需要特别的食品,后来也证明无此必要。现在科学家知道了,太空人需要的是有营养的食品,只要清洁卫生、方便进食就行了。不过到目前为止,航天飞机的机舱内还没有冰箱,所以只在飞行的头几天有新鲜的面包、水果和芹菜、胡罗卜一类的蔬菜吃,随后只能吃冻干处理的食品了。

  太空食品主要有五类:

  第一类:普通罐装食品,如鱿鱼、布丁等,包装用铝罐或柔软的金属袋。

  第二类:低水分食物,如梨干、杏干等水果干。

  第三类:脱水食物,包括经过冻干处理的食物及美国人通常早餐吃的谷类食品。这一类食品需要加水后进食。

  第四类:原状食物,包括新鲜水果、蔬菜、鸡蛋、面包、小甜饼等。

  第五类:饮料,各种果汁粉及其他饮料粉,用水一冲即成果汁和饮料。

  脱水食物是宇航局伙食工作中最感费事的一项。鸡丁、炒蛋、乳酪、菜花等各式菜肴,通常要先熟调后再入放干冻箱里吸去水分,然后装成罐头。航宇局有时也采用市面上卖的供露营和远足用的冻干食品。航天飞机升空之前,再把罐头分装到食品盒里。这项工作要在“清洁室”里进行,室内围着厚厚的一层塑料幕,工作人员穿戴得像医院手术室里的医生一样。因为卫生最重要,绝不能让太空人在飞行中患肠胃病。

  分装食品盒的每一个菜有一定的分量,都仔细秤过。太空食品盒是特别设计的聚乙烯塑料盒,扁方形,用塑料盒盖。每样东西都经过氮气冲洗,以清除致腐的氧气,然后将食品盒真空密封。盒底有个小凹,在太空中进食之前,先用注射针将水注入盒内,加热,即成一道好菜。饮料粉也放在食品盒内,加调水和后,用吸管插入盒内饮用。水是机舱内的燃料电池氢氧化合后产生的副产品。

  太空人每天的菜单提供平常人每天应当吸取的蛋白质、维生素、钙、磷,以及其他必要的营养。太空人消耗能量甚多、即使在失重的状态下,仍需吸取通常需要的,以维持体重。早年因舱内的厕所简陋,不让太空人多吃纤维食品,现在已经开禁了。

  这样的太空食品价格算下来,早餐、午餐各需12美元5角,晚餐25美元。一人一天的伙食费50美元。据说味道还不错。调查结果表明,太空人多喜欢凉拌虾,尤其喜欢牛排。胃口跟在地面上一样好,只是口味似乎受点影响。有一位太空人说:“地面上,我们都喜欢比较甜的果汁,例如芒果汁,但是在太空中喝,似乎就觉得太甜了一点。”

  饮料还需要研究改进,果汁经过脱水,再加水,喝起来总觉得不对劲;奶粉经过真空包装,味道就差了。因舱内没有冰箱,太空人想喝冷饮就只有把它放在舱外,利用太空的天然冰箱,但必须是背阴的一边,而航天飞机的位置在太空中是不断变换的,这就带来了许多麻烦。

  每次太空飞行都由航宇局伙食部配菜,每天的菜单不同,七天一转。太空人不必严格按照菜单定时吃,可以自己决定。有人喜欢定时定量吃,也有人喜欢少吃多餐。以前太空人抱怨食品单调,现在花样品种多了。个人如有特别要求,伙食部也尽可能照办。据说有一位太空人要求吃一种由水果干、花生米、瓜子、坚果混在一起的零食,伙食部也照办了。太空飞行常有意外情况需要工作而打乱生活的规律,所以伙食部总劝太空人定时吃饱,免得工作耽误饮食,饥饿难受。

  航天飞机的厨房在中段部分,就像飞机上一样。有半球形的水盆可以洗手。食物放在柜里。需要加水的食品盒放在一个推架上,太空人按照所需水量拨号之后,把食品盒往里一推,即自动有注射针刺入盒内注水。然后,将食品盒放进高处对流烤箱,在华氏180度的高温中加热。这样的热度比不上家里烤箱温度,因此费时较久,需要半小时至1小时。今后的太空飞行时间将愈来愈长,航宇局预料有些太空人将以烹食为乐。根据对许多在北极和偏远地区过冬的人进行的心理研究,发现在那种与世隔绝的环境中,费时进行烹调会产生心里上的安定作用。因此,航宇局才特意设计这种太空厨房。

  空间发电站

  太阳上的核聚变反应,把巨大的能量投射到茫茫的宇宙空间,也投射到地球上。每一秒钟就等于把550万吨原煤运送给地球,然而这只占太阳辐射能的二十亿分之一。

  在宇宙空间建立发电站——大型卫星太阳能电站的设想,经过多年酝酿,已逐渐成熟。在地面和轨道上进行的实验研究提供了可靠的设计资料。因此,现在积极进行的卫星电站计划,无论在规模和建造途径上,都和早期提出的方案有所不同。

  1968年,美国工程师彼得·格拉塞尔提出了在空间建立卫星太阳能电站的大胆设想,一时舆论为之哗然。有人讥笑说,这不过是一个空间乌托邦的幻想。事隔不久,波音公司公布了卫星太阳能电站的第一个设计。由于空间技术和电能转换材料的进步,人们开始看到这个计划的现实性和它对地球能源革命可能带来的深远意义。

  卫星太阳能电站是在距地球约3.6万公里高空绕地球转动的一颗人造卫星,绕地球一圈的时间,与地球自转周期相同,正好是23小时56分4秒。因此从地球上看,它仿佛总是停留在固定的位置上,所以叫做地球同步卫星。

  生活在地面上的人们,很难看到真正的阳光充沛的场面,因为只有64%的阳光照射到地面上,其余全部被大气层吞掉了,何况还会经常遇到云遮雾障的情况,接收到的太阳光更少。而在宇宙空间,无云雾干扰,无昼夜之分,可以无休止地接受灼热阳光的强烈照射。与建造在地球上的太阳能电站比较,卫星太阳能电站还有下列优点:

  1.地球上接爱的太阳能受地理纬度的影响很大,赤道是地球上日照最充沛的地方,接收到的太阳能也只及宇宙空间得到的太阳能的六分之一。

  2.地球上日照时间只占全天24小时的一小部分,而同步轨道卫星一年之中有275天全天24小时日照不断。只有90天出现被地球挡住阳光的机会,何况一天之内最多超过 72分钟,可见卫星太阳能电站效率比地面电站高得多。

  设计中的卫星太阳能电站像一座在宇宙空间浮动的岛屿,在耀眼的阳光下不分昼夜地连续工作,为地球居民提供巨大的能源,而对地没有任何损害和污染,这种电站是何等理想啊!

  卫星电站的原理是利用大面积太阳电池板将太阳能转换为电能。一个卫星电站所用太阳电池板的面积达100平方公里以上,所以产生的电能也是相当惊人的——200万至2000万千瓦,地球上最大的水力发电站也无法和它比拟。

  要把这样多的电能从几万公里的高空传输到地面,采用电缆是无论如何也行不通过的,唯一的办法是使用微波传输。微波传输系统由四个基本部分组成,即:直流—微波转换系统、发射天线、地面接收天线、微波—直流转换系统。整个系统的效率为55%到65%。微波传输系统的核心是几十万个特高频功率管组成的发射天线,它可以把高压直流电转换成微波能,对准地面接收天线发射,像雷达天线发射电波一样。发射微波的最佳频率为2~4千兆赫,相当于波长7.5~15厘米。

  这样,在宇宙空间和地面之间建立起一条看不见的巨型电缆。在地球一端,地面接收天线阵是一群蜂窝式排列的建筑物,由背村金属网的半波偶极子组成,能捕获微波能量,经固体二极管整流,接入高压直流电网,供给用户。地面接收天线阵分布在直径13公里乘9.5公里的椭圆区内,面积也为100平方公里,蔚为壮观。椭圆中心的微波能为23毫瓦/平方厘米,边缘为1毫瓦/平方厘米。

  卫星太阳能电站是一个庞然大物,总重在10万吨以上。如何将这样大的结构运送到轨道上进行安装和运行,的确是一个难题。现有的计划都是先将材料和人员送到距地面数百公里的低轨道上,然后再转运到高空的地球同步轨道上去。由于设计、材料和工作重点的不同,现在,提出了低轨安装和高轨安装两种方案。

  低轨安装方案。这项方案的设计者是美国约翰逊空间中心和波音公司,计划建造一座输出功率为1000万千瓦的装置,太阳电池板面积21×5公里,两端各有一个外伸的发射天线,直径约1公里,全部重量10万吨。也呵以建造500万千瓦级卫星电站,面积相应减少一半。主要结构用复合材料制造。太阳能电池板为硅和镓,整个结构分为8块,在距地球几百公里的低轨道上安装,然后分别转移到同步轨道去完成全部安装工作。

  估计一座发电量1000万千瓦的卫星电站的建造期为年,在此期间每天发射一次运载材料的轨道飞行器 (航天飞机或运载火箭)。

  高轨安装方案杷歇尔空间飞行中心与洛克维尔国际公司制订了另一项计划。它们计划在地球同步轨道上进行全部安装工作。卫星电站的面积为21.3×3.8公里,呈盒形。全部结构由铝合金组成,重量为3.7万吨。镓太阳电池位于带反射面的凹槽中,反射面使太阳电池接受的太阳能增加一倍。它的发电量为500万千瓦,通过位于结构中部的直径1公里发射天线向地面传输。

  太空旅馆

  广漠无垠的太空是神秘诱人的。千百年来,人们一直梦想登天遨游。

  60年代以来,火箭、卫星、飞船,不断地探索,开发外层空间的道路。20多年来,前后有150多人次,乘宇宙飞船进入了太空。特别是美国“哥伦比亚”号航天飞机的试飞成功,为人们游览太空展现了广阔的前景。

  但是,“哥伦比亚”号航天飞机连驾驶员在内,最多只能乘10个人。于是,设计师们决定设计能容纳更多人的航天客机,以实现人们登天旅行的夙愿。航天客机内设有一个客舱,70多个座位分上下两层,有两部楼梯相通。航天客机发射时的超重现象,只有发射阿波罗飞船时超重的三分之一,不会产生使人难以忍受的感觉。所以,一般身体健康的人,不必经过专门训练。就可以进入太空旅行。

  伴随航天客机航线的不断延伸,必然要在途中设立太空旅馆,太空旅馆的设计更是别具一格,主体是一个庞大环形室。环形室内部,设有居室、公园、运动场、游泳池、娱乐场、商店、医院、影剧院等。那里使用的交通工具是自行车和电动汽车。

  在环形室主体外部,设置工业区和农业区。在工业区里,各类工厂生产太空旅馆工作人员和旅游者的生活必需品。在农业区里,则划分成若干个大大小小的区域,让它们之间的季节、时令、作物种类都穿插开来,以保证任何时候都有新鲜蔬菜和水果供应。农作物的生长是用阳光来控制的。

  这里的阳光,是靠太阳光的照射、反射。在太空旅馆上设有一个巨大的天窗和反光镜,自行调节光的强度、照射时间和角度,从而形成分明的昼夜和四季的变化。

  生活在太空旅馆里的人们,是从水的分解中获得氧气的,大片的植物光合作用提供给人类生存所必需的氧气。因此,除了水的原料需要从地球运外,其余资源都可向月球开发。太空旅馆里的空气是新鲜的。因为它全身的结构是密封的,再加上太空旅馆是一个一个真正的电气化世界,一切动力都使用太阳能发的电,既没有燃烧煤、石油所引起的环境污染,也不会产生使人担心的核发电酿成的核辐射。

  在环形室的另一头,还没有供航天客机停泊的机场。它一来接待来自地球的游客,二来也可以从这里乘航天客机去月球观光游览。

  航天飞机的试飞成功,加快了人类建造太空旅馆的步伐,一次次穿梭似的来往于外层空间。在地球和月球之间的无引力区,航天飞机货舱里的巨型铁臂,按电脑系统的控制自动组装太空旅馆。

  太空旅馆的设计,建设和使用,将为大规模太空城的建造,开辟一条更加广阔的道路。地球是人类的摇篮,但是,人类却不能永远生活在摇篮里。按照眼下地球人口的发展速度,公元2000年,世界人口将达到60亿;公元2020年,世界人口将超过80亿;到公元2035年,将达到100亿。那时,地球上人类的食物、能源和居住等都将不得不离开地球这个世代生活的摇篮。预计到公元2025年至2050年,大型的太空城市,将大批地出现。

  诱人的前景

  人类超越地球,到太空去,到别的星球去考察、去定居,这已不再是神话或科学幻想,而是即将开始的行动。

  开辟通天路,架起星际桥,这是开拓天疆的先行行业。到本世纪末,将有在地球与近地轨道之间航行的新型航天货运和客运机问世。大载容量、舒适安全的客运和廉价的货运服务将逐步普及,为人们提供去太空观光、娱乐和休养的机会。

  在近地轨道,围绕月球和火星的轨道,以及地球与月球之间的自由点上,将在今后35年内陆续建成太空港。太空港是空间客货运的转运站,其间将有巡天航船常年巡回飞行,又有转运飞行器像驳船一样在太空港与巡天航船之间接送货物和人员。

  21世纪初期,近地太空港将建成。到2020年左右,火星太空港有可能建成,形成一个完整的航天运输网络。人类的航天活动,到月球、火星的考察,将进入一个新的阶段——不再是冲刺式的而是较长期的、系统的考察,并进而在那里定居。

  人类频繁地进入太空,到地球以外的星球上定居,将为深入考察太阳系和整个宇宙创造前所未有的有利条件。宇宙的演化,生命的起源,黑洞的假设,重力波的存在,地球以外的生物体,这些困惑着人类的重大科学问题,将会在开拓天疆的道路中找到更加满意的答案。人类可以离开地球,以旁观者的身份对地球上的大陆漂移、火山、地震、大气进行观测、预报。

  由于到更广阔的太空里去研究,物理学、化学、生物学、天文学和天体物理学一大批学科都会有新的发现和突破,将把科学推向新的前沿。

  开办太空企业,这是更有吸引力的、直接造福人类的事业。在宇宙空间物质结合的方式和地面上不一样。在地面上的实验室里,有好些金属无法相互融合,可是在空间却办到了。而且当它们重新被带回地球时,仍能保持结合的状态。例如铝和钨就是如此。在空间生产的耐火材料既耐高温又轻巧。

  当今,尖端工业的发展急需新的合金。拿制造汽车和飞机为例,只有减少车身或是机身的重量,才可以降低能源的消耗。另外,工业生产还需要新型的电子材料。尽管这些年来,人类在这方面已取得了极其可观的进展,但专家们仍不满足,因为在地面炼出的晶体还不十全十美。如果在宇宙空间就可做得好得多。

  宇宙实验室有着无可比拟的优点。比如那里工作条件的特点是高温和低温同样无需代价,在日照的一面,卫星的温度可达80℃,而阴影处为—60℃。更理想的是把一件东西放在卫星里,使它不受地球、月亮或是太阳的任何辐射,它的温度就可降到接近绝对零度。可是在地球上,创造低温的费用很昂贵,而且要消耗多少能源啊!

  人们常说物质有一个固体状态,事实上物质有两种固体状态。这是两种性质截然不同的固体,在地面上从来没有完全 实现过。当物质处于液态时,分子在十分混乱的状况下运动。当这些运动着的分子突然被冷却,它们就会僵住不动。并保持被突然冷却时的状态,这就形成了第一种固体状态——玻璃体。但人们也可设法使液体分子不仅停止运动,并排列起来,形成有规则的立体结构:梅花形。这就是晶体,固体的第二种形式。

  在地球上,我们生产的所有固体是介乎以上两种固体之间的东西,没有一块玻璃或一块晶体是真正纯的。但是在太空,由于人们可以十分精确地控制分子的运动,所以能制造出名符其实的、性能超群的玻璃和水晶。

  空间还有另外一个惊人的好处可以利用。在地面上必须用坩埚来熔炼金属,但坩埚对金属的质量会产生影响。埚底的沉淀物会污染锅内最末一批产品。但在失重状态下的太空,坩埚就不需要了,溶炼的物质都飘在空中。因此,在宇宙空间,能炼成完美无缺的合金,像金锗合金、铅锑合金、铅锡铟合金等。它们甚至可以给许多工业部门,包括电子工业带来翻天覆地的变化。同样,随着新的玻璃问世,可以影响整个光学领域,如照相、电影、电视、望远镜、显微镜。

  利用太空资源的新型企业将大量涌现。太阳能发电卫星将在90年代末发射,这种卫星能昼夜接受阳光,估计供电成本与核发电相当。2000年前将用机器人普查月球表面,寻找月球极地冰层下的水源。在2005年建立月球前哨站,供航天员休息和补给,然后建立永久性基地,用月球土壤里的氧制造推进剂;用月面的天然玻璃制成玻璃纤维复合材料,制造航天器大型部件。2015年前在火星上建立前哨基地,2030年前建成永久性基地。人类将在月球、火星以及小行星上定居,建设工厂,开采矿藏,建立起独立的工农业。

  太空企业得天独厚,将激励一代代天才般的事业家去开发,发现新机会,创建新企业,生长出一条从天上向地球输送资源和财富的脐带。

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