书城科普读物天上的街市——空间站
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第12章 国际空间站

太空金字塔

1984年,当时的美国总统里根建议:在科技日益发达的地球上空,应该有一个长期有人工作的空间站。美国、加拿大、日本、巴西、英国、法国、德国、比利时、意大利、荷兰、丹麦、挪威、西班牙、瑞士、瑞典共15个国家合作,建设一个庞大的空间站——国际空间站。1993年,美国邀请俄罗斯参加合作。目前,国际空间站有16位主人。

国际空间站是人类发射的第10座空间站。它的意义重大,影响深远。古埃及人把智慧、才能和金钱都用在了建造金字塔上,成为古代人类最著名的建设工程。国际空间站是现代人类工程技术史上的伟大奇迹,人类科技的坐标,被称为太空金字塔。

国际空间站的指令和飞控由美俄双方分担。位于美国休斯敦的约翰逊航天中心主要负责空间站的运行;位于美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心负责航天飞机的发射;俄罗斯的加里宁格勒航天中心负责“联盟”号载人飞船和“进步”号货运飞船为空间站的运输,它也是国际空间站运行的另一个地面控制中心。欧洲空间局的“凡尔纳”货运飞船、日本的“希望”号货运飞船担负货物运输,2010年9月9日,美国私人的“龙”号货运飞船第一次参加货运飞行。为了国际空间站的安全运行,各国在全球建立了21个飞控中心和测控中心。美国在约翰逊航天中心、俄罗斯在加加林宇航员培训中心、欧洲空间局在德国科隆的欧洲宇航员培训中心训练宇航员和任务专家。

太空科学、生命科学和信息科学被称为人类最伟大的三项科学。人类最伟大的工程是太空工程。国际空间站的16个主人奋勇当先,有钱的出钱,有力的出力。每天有超过10万人在各空间机构和设施为国际空间站服务。各国1200所大学、设计局、研究室、实验室奉献人类的最高智慧。美国、俄罗斯、法国、日本等世界各地的37个承包商参与了国际空间站的部件制造。国际空间站上的每一个零部件都是世界最高科技的结晶。

为了国际空间站,各国也付出沉重的代价。国际空间站原来设计的很多舱段因为技术原因被迫放弃,浪费的资金比实际使用的多。美国花费巨资、绞尽脑汁研发的X-38救生船成了一件展览品。美国2架航天飞机失事,14名宇航员命丧太空。原计划2003年底完成整个空间站的安装任务,也因此拖延了7年多。许多看重金钱的人对国际空间站的可行性、实用性和前瞻性提出质疑。

2010空中楼阁

国际空间站,呼号为:阿尔法。它是世界航天领域最大规模的科技合作项目,也是航天史上第一个由多国合作建设的载人空间站。它结构复杂,体积庞大,投资总额超过1000亿美元。1998年11月20日,第一个组件“曙光”号工作舱发射成功国际空间站运行在近地点278千米,远地点460千米,轨道倾角51.6°的轨道上平均速度7.74米/秒,约27720千米/时;轨道周期91分钟,即每天围绕地球平均运行15.7圈;轨道衰变,即轨道下降2千米/月。

国际空间站主要由14个舱段和1个桁架结构(ITS)组成,其中有6个科学实验的研究舱,3个宇航员居住的生活舱,1个为空间站提供推进、姿控、通信和储存功能的多功能服务舱,3个对接用的节点舱。著名的舱段有“曙光”号工作舱、“星辰号服务舱、“命运”号实验舱、“哥伦布”号实验舱、“科学”号多用途实验舱、“希望号实验舱、“晨曦”号研究舱、穹顶舱、“寻求”号气闸舱、“码头”号多功能对接舱“团结”号节点舱、“和谐”号节点舱、“宁静”号节点舱等,还有临时加挂的“莱昂纳多”号多功能后勤舱,“拉斐尔”号多功能后勤舱。电力由16片安装在外部桁架的太阳能帆板提供,还有4片小太阳能帆板安装在俄罗斯的舱段上。根据国际空间站的政府间条约和协定,允许俄罗斯保留自己舱段的全部所有权、使用权和秘密。

太空搭积木

科学的一项功能,就是将复杂的问题简单化。国际空间站虽然非常庞大复杂,但安装原理很简单。科学家像小朋友搭积木一样在太空中建设国际空间站。

首先,发射几个大舱段并连接在一起,组成一个主干。然后,在主干上横放一个巨大的钢梁。最后,把各种舱段、各种组件、各种设施、太阳能帆板和其他对接件挂在钢梁上。在钢梁上还可以连接上更多的钢梁,挂更多的舱段。这样的结构能够增加空间站的强度,有利于各舱段和科学设备、实验仪器的正常工作,也便于宇航员出舱装配与维修等。

为了建设国际空间站,人们要将大量的舱段、桁梁、太阳能帆板、科研设备送上太空。到2011年10月,美国、俄罗斯、欧洲、日本的航天飞机、宇宙飞船和运载火箭共飞行116次,运送超过16个舱段和大型设备进入太空。俄罗斯“质子”号运载火箭2次将重大舱段直接发往太空轨道,“联盟”号飞船载人飞行26次,“进步”号货运飞船飞行46次;美国航天飞机飞行38次;欧洲空间局货运飞船飞行2次;日本宇航机构货运飞船飞行2次。美国私人的“龙”号货运飞船试飞1次。可以说,国际空间站完全是航天飞机、货运飞船驮出来的。

飞翔的十字架

国际空间站与之前的空间站在结构上完全不同。俄罗斯“和平”号等空间站仅仅是由舱体连接而成的空间站。国际空间站的一个显著特色是增加了横向的桁架。这种“纵横交错”的结构方式,灵活性更强、工作效率更高,但安装的复杂性和难度也更大。

国际空间站主要由两大结构“搭”在一起,好像一个十字架。

纵向的主干:主要是一些像积木一样拼接在一起的加压舱体。加压舱段的长度51米,总长度58.5米。

横向的桁架:这种桁架由9根长长的“横梁”连接而成,以90°角架在纵向主干上。横向桁架的长度达到94.5米。

美国波音公司制造的太阳能帆板,每块长度72.8米,超过了波音777客机长度。8排太阳能帆板组成阵列架设在桁架上,宽达109米,表面面积达到3567.46平方米,大到足以覆盖8个篮球场。

国际空间站设计的总高度为20米,重约450吨;加压舱空间837立方米,相当于2架波音747飞机的空间;大气压力为101.3千帕;燃料重量约4吨;可用电力功率84~120千瓦。

能挂多少挂多少

国际空间站的形状是一个大十字架。在纵向的各舱体上,还会在不同方向衍生出其他一些结构;而横向的桁架两端,最终也将挂起巨大的太阳能帆板、散热器等装置。另外,携带智能机械臂的吊车,也可以在横贯桁架的轨道上来回滑动。

国际空间站的服务系统包括俄罗斯的功能货舱和服务舱、加拿大的机械臂系统。俄罗斯服务舱拥有生命保障系统、推力器和居住功能,包含洗手间和卫生设施,重20吨。

国际空间站是在宇航员的太空行走中完成的。到2011年8月在建设维修国际空间站的过程中,各国宇航员共进行了161次322人次的太空行走,历时1115小时6分。每当航天飞机或飞船前往国际空间站时,世界主要媒体总会竞相报道;每一次太空行走总能引起人们的好奇和担心。冒险总能创造神奇。

太空竞技场

国际空间站从1998年开始建设,各国都使出浑身解数,在太空开展和平竞赛。到2011年10月底,已有15个国家的200位宇航员和科学家访问了国际空间站。国际空间站不断创造新纪录,成为太空竞技场。

为了到国际空间站进行科研考察,俄罗斯宇航专家将各国任务专家编成科考队,命名为“远征”(Expedition)科考队。“远征”科考队按飞船、任务,以顺序编号,一般为两艘飞船6个人。第一支“远征-1”科考队于2000年10月31日乘坐俄罗斯“联盟”号飞船到达国际空间站。到2011年10月,共有29支“远征”科考队登上国际空间站。“远征-35”也已经落实人员和任务,只待确定发射时间。

美国到达国际空间站的宇航员以航天飞机的“STS”航班来命名。到2011年年中,航天飞机已经飞行38次航班,运送任务专家、空间站组件和实验仪器。航天飞机与国际空间站对接的时间一般为7天到15天。2011年7月8日,“亚特兰蒂斯”号完成最后一次航班后,美国航天飞机全部退役。

宇航员可以从拜科努尔航天中心,乘坐“联盟”号飞船赶赴国际空间站;也可乘坐美国航天飞机启程,前往国际空间站。宇航专家认为:如果坐俄罗斯飞船去,2010年的票涨价了,约3500万美元,虽然挤一点,但安全便宜。如果乘坐航天飞机,票价1亿美元,舒服一点,但价格太贵且危险性高。返程可选择飞船或航天飞机。不管坐什么升空,到太空工作总是一件快乐的事情。

作为一个研究实验室,国际空间站利用地面无法提供的空间微重力状态这一有利条件,可以使科学家们长期进行一系列科学实验,如人体科学、空间医学、生命科学、空间科学、物理学、天文学、气象学、化学、材料学等实验。国际空间站的建设,是国际合作、共同探索和开发宇宙空间时代的典范。它成为新型能源、运输技术、自动化技术和下一代传感器技术的测试基地。国际空间站的建设推动了流体力学、能源动力、生命支持系统、反辐射危害等研究的发展。国际空间站的意义十分重大,对未来的太空探索产生重要影响,为建造太空工厂、太空发电站,太空旅游太空城提供经验,向登陆月球、登陆火星、深空探索等远大目标前进了一步。

未来的新星

国际空间站在不断长大。2010年11月20日国际空间站12岁生日时,国际空间站在轨时间达到4383天,其中载人航天3672天,在太空围绕地球运行约68791圈,行程27.6688亿千米。2011年2月24日,美国“发现”号航天飞机最后一次飞行,将大型舱段“莱昂纳多”号多功能后勤舱送上太空。国际空间站宣告基本建设完成。最后一个小舱段“科学”号多用途实验舱计划于2011年12月由俄罗斯“进步-M”号货运飞船送上太空,国际空间站完全建成。国际空间站设计寿命到2020年。

国际空间站运行于低轨道,不会自己发光,但反射太阳光线。在阳光的照射下,国际空间站的反射面达7898.8平方米,比国际足联的标准足球场7140平方米还大。国际空间站如同一个小月亮,悬挂在太空。它闪烁着人类智慧、勇气、力量和科技的光芒。国际空间站注定成为全人类的骄傲,成为太空探索的重要的里程碑。

请擦亮自己的眼睛,注意一下遥远的太空,那里出现了一座太空楼阁。2010年后,我们在地球上除了能用肉眼看见太阳、月球,还可以看见一颗新星——国际空间站。国际空间站每晚8次经过世界各地。美国国家航空航天局、美国北美防空司令部、俄罗斯宇航局和欧洲空间局每天公布国际空间站的卫星星历,公布和预报飞临世界各地的时间表。人们有幸观察这颗太空第三亮度、夜空第二亮度的人造星体。

国际空间站——它正缓缓划过太空,追寻未来的时空。