书城科普读物天上的街市——空间站
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第16章 飞翔的大篷车

大篷车

空间站长年在太空翱翔,需要进出宇航员、运送空间站的舱体、科研设备和活用品。载人飞船承担运送宇航员的重任;货运飞船负责货物运输;航天飞机既可以接送人员,又可以运送货物。宇航员称它们为飞翔的大篷车。

空间站经常与载人飞船、货运飞船、航天飞机一起,共同组成空间站联合体,执行载人航天飞行任务。俄罗斯用飞船送人送货,欧洲空间局、日本宇航机构用货运飞船送货;美国用航天飞机运送人员物品。

国际空间站的运输量很大。俄罗斯的“联盟”号载人飞船、“进步”号货运飞船、欧洲空间局的“凡尔纳”号和美国的航天飞机,在地球和空间站之间穿梭。“进步”号每年要为空间站运送4次燃料推进剂。

太空运输舰

空间站运行在400千米左右的近地轨道上,宇航员的替换和物资设备的补充,可以由载人飞船或航天飞机运送,物资设备也可由货运飞船运送。

宇航专家都称运载航天器为太空运输舰。美国航天飞机最多可乘坐10名宇航员,运送长度18.2米,直径不超过4.6米,重量不超过30吨的大型货物。俄罗斯的“联盟”号载人飞船一次满载3人。俄罗斯的“质子”号运载火箭具有21吨的运力,“进步”号货运飞船能运送1.3吨的货物。欧洲的“凡尔纳”号货运飞船每次能将7.6吨的货物运到空间站。

运输舱

空间站舱段多拉快跑是这些太空运输舰的特点,但价格也不菲。俄罗斯载人飞船每次的运费是6000万美元。美国航天飞机是1.2亿美元。按俄罗斯航天局的运费,宇航员、太空游客往来双程船票为每千克30万美元左右。一位宇航员往来空间站的船票一般为2100万美元。但也有例外,当年英国首相撒切尔夫人凭着三寸不烂之舌,说服了苏联总统戈尔巴乔夫,免费让英国宇航员海伦·莎曼登上“和平”号空间站。

“独眼龙”与“斗鸡眼”

宇宙飞船或航天飞机,飞到空间站身边,要与空间站对接。宇宙飞船、航天飞机与空间站都有标准的对接舱口,对接好后如同连体婴儿。

在太空中宇宙飞船或航天飞机,怎样与空间站对接呢?是否会相撞呢?这是个高智商的问题。太空对接有3种方式:人工对接、遥控对接和自动对接。宇宙飞船是个“独眼龙”。它的头顶上竖着一个小辫子,上面有一只“眼睛”——雷达。空间站对接舱口上也同样有一个对接用的雷达。当飞船到达空间站旁边的时候,飞船发挥“独眼龙”的特点,瞄准空间站的那个雷达,发射电波。双方都“暗送秋波”,电波对准时就慢慢靠近,直到精确对接好。

新一代的宇宙飞船可不是“独眼龙”,而是“斗鸡眼”。欧洲空间局的“凡尔纳”号货运飞船就是“斗鸡眼”。对接时,“凡尔纳”发射两束激光,空间站接收激光。它们的“斗鸡眼”之间对准了,慢慢靠近,最后精确连接。

美国“猎户座”号载人飞船、欧洲的“凡尔纳”号货运飞船都是全自动飞船,从发射到对接全部智能化。宇航员不必担心飞船碰撞。

太空大力士

空间站在太空,因距离地球太近,受地球引力影响,会慢慢地下降。每天下降60~70米。国际空间站一般每月下降2千米。

为了保证精确运行在预定的轨道,保证与货运飞船、载人飞船、航天飞机准确对接,空间站每年都要进行多次轨道调整。有时,为了避免小块陨石、卫星碎片和宇宙飞船碎片撞击的危险,空间站也不得不进行轨道调整。

每当空间站的轨道下降2~3千米,就要恢复轨道高度和精度。在太空对接中,货运飞船、航天飞机有一项重要的任务,就是起动火箭发动机,利用巨大的动力,将空间站护送到原来的高度或回避危险。空间站有独立的推进系统,主要用于轨道调整,而提升轨道高度用货运飞船更简便、更经济。

2005年6月16日,俄罗斯“进步M-53”号货运飞船从拜科努尔航天中心升空6月30日,“进步M-53”号货运飞船执行提升国际空间站的任务。飞船的火箭发动机点火,5分钟就将国际空间站轨道提升了2.3千米。

为迎接美国“发现”号航天飞机STS-114次航班,及使国际空间站处于最佳对接位置,必须进行第二次轨道提升。2005年7月6日,俄罗斯地面飞行控制中心发出点火制动指令,“进步M-53”号货运飞船点火464秒。7分多钟的点火制动,“进步M-53”号将空间站轨道提高了3.3千米。国际空间站飞行在高225千米,轨道倾角51.6°的轨道上。7月15日,国际空间站与“发现”号航天飞机对接成功。

富贵有命 生死在天

载人飞船、货运飞船、航天飞机运送的人员、物品五花八门,宇航员、科学家、天文学家、太空游客、小狗小猫;吃的喝的什么都运,大到空间站的舱段,小到牙膏牙刷。特别可怜的是货运飞船,从空间站回来的时候,不能空手而归,要带上空间站里的垃圾。货运飞船在重返大气层时,与垃圾一起解体焚烧,同归于尽,残骸溅落到太平洋圣诞岛附近的飞船公墓。

玛丽保险球

如果问宇航员,在太空之旅中什么最害怕?宇航员会一致回答:升空和降落时。因为升空和重返地球时,宇航员要忍受地球引力、空气摩擦和巨大噪声带来的痛苦。这种痛苦可能达到人类所能忍受的生理极限。当然,最容易出现机毁人亡的也是升空和降落时。

怎样保证宇航员的生命安全和减少痛苦,是宇航专家的重要课题。航天飞机一般自动降落,返回舱利用降落伞降落。宇宙飞船返回舱降落的方式并不安全,但人们找不到更好的降落方式。

2000年,年仅10岁的英国小姑娘玛丽说,咱们为什么不给返回舱前面垫一块海绵。根据玛丽提出的原理,宇航专家设计了返回舱保护罩——热屏球。

热屏球是一种能膨胀充气的球状气囊。用四种不同的防热材料制成,非常轻,非常柔软。在飞船和返回舱进入地球大气层,降到一定高度后,打开直径20米的球状气囊,使其轻柔着陆。热屏球有气球和降落伞的双重功能。宇航员再也不用坐在返回舱一面忍受痛苦,一面画着十字,祈求上帝的保佑了。

航天专家称,热屏球不但可以保护来自太空的飞船,还可以用在月球、火星和其他星球的登陆舱。一个小主意带来大改革。美国国家航空航天局2005年成功进行了试验。不久将用于来往国际空间站的飞船返回舱。