书城科普读物神秘的太空世界丛书:人类星外根据地-太空站
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第14章 那些璀璨的空间站(3)

据前苏联宣称,它的空间计划的主要目标之一,是建立一个永久性的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。

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。

“和平”号空间站

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5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。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接触范围时,它可通过中继卫星和地面测控中心通信。

“和平”号空间站1986年2月20日升空,它有6个对接口,可以同时与6艘飞船在太空对接,组成一个大型轨道复合体。除了同“联盟”号载人飞船和“进步”号货船对接外,还可以同一些专用组合舱对接。这些专用组合舱可以安装天体物理望远镜、地球探测摄影机以及高纯度合金、晶体和药物的生产装置等。“和平”号空间站不仅扩大了空间研究的范围,而且大大提高了科学实验的效率。

剖析“和平”号空间站的“骨架”

事实上,尽管“和平”号空间站是在“礼炮”号空间站的基础上改进而成的,但是它与“礼炮”号空间站有很大的不同。

从外形看,“和平”号空间站与“礼炮”号空间站没有根本的区别,因为俄罗斯人在下一代飞行器的设计中,最大限度地继承上一代的成功经验,这样不仅可以大大缩短研制周期和节省研制费用,而且更可以充分利用上一代的研究成果。

“和平”号空间站的核心舱长1313米,最大直径415米,整体重量204吨,密封容积90立方米。

“和平”号空间站同样由3个舱组成:对接过渡舱、工作生活舱和仪器设备舱。舱段的组成与“礼炮”号空间站基本相同,但是它的内部设备和布局有了很大的变化。

对接过渡舱。位于最前边圆球状的舱段就是对接过渡舱,对接过渡舱是“和平”号上新增加的舱段。该舱的前端呈球形,直径22米;而后段是圆台体,最大直径为29米,圆台长284米,与后边的工作生活舱相连。

与“礼炮”号空间站相比,对接过渡舱最大的改进就是在球形部分上有5个对接口,而“礼炮”号只有两个。这5个对接口的分布是:一个在轴向头部,主要用于与“联盟”号载人飞船对接,而且是宇航员的进出口;而另外4个分别在圆球的4个面上,主要与科学实验舱对接。同时为配合5个对接口,它的对接机构也采用了一种新型机构,还增加了一个辅助机械臂。增加对接口,改变对接结构形式以及配有可以转动的机械臂,这也是“和平”号空间站的一大特点。

而紧接在对接过渡舱后边的就是工作生活舱。工作生活舱与“礼炮”号空间站很相似,也分为两个舱室:即第一工作舱和第二工作舱。第一工作舱的直径为29米,第二工作舱直径为415米,它们之间用一小段锥体相连,总长度为77米。

在第一工作舱的舱体外部同样安装了热辐射器和太阳能电池帆板,舱内主要有控制系统设备(如主控制台等)、空气再生器、水回收处理设备和温度控制设备。工作舱两侧装有两个大型太阳能电池阵,总面积80平方米,总功率比“礼炮7”号大1倍多,达9千瓦。操纵和对接控制系统更为科学。它的“航向”对接控制装置可以在“和平”号不进行机动的情况下,自动控制飞船与之对接。站上由7台电子计算机组成“综合计算系统”,不但可保证自动对接,还能检验站上所有系统的大部分功能,测出其工作状态数据,而且,一面自动显示所测各项数据,一面还能自动更换备用机件,提前测出空间站在太空的运行情况。

站上的联合发动机装置、调节温度和供氧系统、遥测电视系统、通信系统等,都更加自动化,操纵可靠、方便。还增开了与地面医生、家属的通话专线。整个空间站比“礼炮”号处理的信息量要大2~3倍。

第二工作舱主要是宇航员的生活舱,大致包括餐厅、卧室、健身房和厕所。“和平”号空间站一般可同时供5~6人工作和居住,站内的大气环境与地球上一样,成分、温度相同,一般保持26℃,相对湿度为30%~70%,大气压力为11~13千帕。从结构和功能上看,第二舱与我们地球上普通人的家庭十分相似,比如餐厅有食品柜、冰箱等,桌椅同时也可以供宇航员娱乐;卧室配有电话、小桌等等;健身房里有跑步机、自行车训练器等。但是,因为是在太空,这些看似平常的东西都变得有些与众不同。举一个小例子:比如宇航员下棋娱乐使用的棋子,就必须经过特殊处理,每一颗底部都有磁性,可以吸在铁制的棋盘上,这样在失重的情况下棋子才不会乱飞。当然,这在整个空间站的设计之中仅仅是极其微小、简单的环节,其他有些在地球上很平常的事情在太空却很难做到,科学家和宇航员则会为之付出常人难以想象的努力。

工作生活舱后面是“和平”号空间站的仪器设备舱,它也是一个圆柱体,长226米,直径45米。

舱内主要有动力装置,包括两台可摆动的主发动机,32个控制空间站飞行姿态用的小发动机,4个燃料贮箱。设备舱的尾部有第6个对接口,可以与其他飞行器进行对接。在它的主舱中有8台电子计算机,分别对测量数据进行分析处理,并通过给控制系统发指令来控制空间站的运行。

“和平”号空间站刷新的留空纪录一览

“和平”号空间站最引人注目的试验,应该是宇航员克服长期失重、宇宙辐射、太空心理障碍等重重困难后,实现太空的长期飞行。

1987年,宇航员罗曼年科创造了太空生活、工作326天的新纪录。

1988年,季托夫和马纳罗夫将纪录提高到366天。

1995年3月22日返回地面的宇航员波利亚科夫还创造了在太空单次连续飞行438天的最高纪录。

1987年12月21日至1988年12月21日,前苏联航天员季托夫和马纳罗夫在“和平”号空间站上度过了不平凡的一年。

1987年12月21日,“联盟TM4”号宇宙飞船把航天员季托夫、马纳罗夫和列夫钦科带到太空。两天后,他们进入在太空运行的“和平”号空间站,与生活在空间站里的罗曼年科、亚历山德罗夫会合,进行了7天的联合科学研究工作。12月29日,列夫钦科随罗曼年科和亚历山德罗夫一起换乘“联盟TM3”号飞船返回地面,留下季托夫和马纳罗夫继续在空间站工作。从此,他们开始了漫长的太空飞行活动。

季托夫和马纳罗夫每天工作85小时,两个小时进行骑自行车等锻炼活动,其他时间吃饭、娱乐及休息。他们在太空中进行了一系列科学实验,如工艺、医学、生物学、天文学等实验,取得了可喜的成绩。

1988年2月26日,季托夫和马纳罗夫进行了一次太空行走。他们走出空间站,完成了更换空间站太阳能电池帆板的舱外活动。他们在茫茫的宇宙空间工作了4小时25分钟才返回空间站。

“和平”号空间站曾与6艘“进步34~39”号运货飞船对接。这些货船先后为他们送去食品、水、科学实验仪器和设备、燃料及信件等。

他们接待了从地面来访考察的6艘载人飞船,同6批9名航天员在“和平”号空间站上相聚,共同进行了多项科学考察与实验活动。来访者中有一名保加利亚航天员、一名阿富汗航天员、一名法国航天员。

1988年11月26日,季托夫和马纳罗夫与来访的4名航天员在空间站里举行了一次别开生面的太空记者招待会,通过电视屏幕愉快地回答了地面记者们提出的各种问题。当中国记者问季托夫在太空一年的感觉及是否还在太空再停留一段时间时,季托夫回答说:“苏联航天员已经积累了长期飞行的经验,证明人员可以长期在太空中生活……如果需要,还可以在太空比原计划多工作一段时间。”

1988年12月21日6时33分,季托夫和马纳罗夫乘“联盟TM6”号飞船脱离“和平”号轨道联合体,开始返航,12时57分平安返回地面。

季托夫和马纳罗夫在太空生活了366个日日夜夜,打破了罗曼年科创造的在太空连续飞行326天的纪录,当时在航天史上创下了一个奇迹。

漫谈“和平”号空间站的“功勋”

从1986年2月20日“和平”号空间站上天飞行,到2001年3月结束它的光荣使命,“和平”号整整风光了15年。15年间,“和平”号创下了无数次的辉煌:环绕地球运行了5000多个日日夜夜,共接待了1艘“联盟T”、29艘“联盟TM”宇宙飞船和9架次航天飞机运送的135人次宇航员,其中包括阿富汗、奥地利、保加利亚、法国、德国、叙利亚、英国、美国、日本、加拿大以及欧空局等国(组织)的60多名宇航员;28万千米的时速,每天绕地球16次,绕地飞行的总次数超过77000次;50多艘“进步”号和“进步M”号货运飞船给空间站送去了上百吨生活保障物资及科学试验用品。

从另一方面讲,“和平”号又像是一座太空工厂,利用太空微重力、高洁净、高真空、强辐射等特殊环境,制造出了纯度很高的新合金、新材料、新生物制品。与“和平”号基础舱对接的“量子2”号舱、晶体舱,就是一些专门的加工制造车间。宇航员在舱内冶炼出了高纯度的铝镁等合金,拉制出了纯度极高的砷化镓等半导体材料,培育出了纯度比地面制取高10倍的蛋白晶体,生产出了比地球上高100倍的干扰素及抗流感制剂,试制出了医学用的一些酶、激素、抗生素等。

宇航员们在“和平”号

空间站上还孵化出了小鹌鹑“和平”号上开辟了一间面积为009平方米的温室,进行了栽培各种作物的试验,研究了太空失重环境对植物生长的影响。宇航员在站上培育出了100多种植物,包括小麦、玉米、绿豆、黄瓜、西红柿、青椒、萝卜、甜菜、亚麻、棉花及各种花草等。这为未来建立太空封闭生态系统,利用植物制造氧气和吸收二氧化碳提供了经验。

在“和平”号上,宇航员对多种动物进行了大量观察,研究了宇宙航行对生命胚胎发育的作用。1998年,宇航员把15只蝾螈和80只蜗牛带上空间站,研究了失重对它们的机体结构和运动技能的影响;1999年,宇航员把一个装有60只鹌鹑蛋的孵化器带上“和平”号,经过几天飞行,有37只孵化出了小鹌鹑。