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未來的中國空間站在軌飛行示意圖
前蘇聯“禮炮”1號試驗性空間站
俄羅斯“和平”號空間站
我國空間站水平可達第三代
新聞背景
日前,在國務院新聞辦公室舉行的新聞發佈會上,中國載人航天工程辦公室主任王兆耀和中國航天科技集團公司副總經理袁潔都表示,“天宮”1號與“神舟”10號載人飛行任務的圓滿成功,標誌着中國載人航天工程將全面進入載人空間站工程建設階段。
前蘇聯發射了世界第一座空間站
1971年4月19日,前蘇聯成功發射了世界第一座空間站“禮炮”1號。此舉對美國是一個極大的刺激,於是它馬上用“阿波羅”工程的剩餘材料研製了一個名叫“天空實驗室”的空間站,並於1973年5月14日升空,還創下了當時連續載人航天84天的世界紀錄。
20世紀70年代上天的前蘇聯“禮炮”1號至5號和美國“天空實驗室”以及隨美國航天飛機進行了22次短期飛行的歐洲航天局“空間實驗室”屬於第一代空間站。由於它們具有試驗性質,所以也叫試驗性空間站。其主要特徵是站上均只有1個對接口,因而只能接納1艘客貨兩用飛船(運送往返人員和少量物品),因而其科研儀器和主要物品均是發射前就裝入了空間站內,無法及時補給許多重要物資,這就限制了載人航天的時間和空間站在軌運行壽命。
不過,這一代空間站解決了許多有關的重大科技問題。例如,證實了在太空也和地面一樣,有必要把臥房、工作間等按各自的特點分別建造;人在太空呆上若干天,可用輪換航天員的辦法,使空間站利用率大爲提高。
第二代空間站可同時接納兩艘飛船
美國“天空實驗室”上天后,又覺得空間站不是什麼新玩藝兒,只需廢物利用便可造出來。所以,便傾財力、物力和人力去研究航天飛機了。然而,前蘇聯對空間站一直格外青睞,採取了積極、穩妥和循序漸進的發展戰略,先後一共發射了8座空間站,在空間站領域領先一步。
前蘇聯的“禮炮”6號、7號屬於第二代空間站,它們分別於1977年9月29日、1982年4月19日入軌。由於它們具有實用性質,所以也叫實用性空間站。其主要特點是均有兩個對接口,即可同時接納兩艘飛船,從而能把載人與運貨分開,延長了空間站壽命和航天員在軌時間。在第一代空間站中,壽命最長的“禮炮”4號工作了兩年多,而第二代空間站中的“禮炮”6號、7號分別運行了5年、9年。
上述的第一、二代空間站叫單艙式或叫單一式空間站。此後發展的第三、四代空間站叫多艙式或組合式空間站。
“和平”號採用積木式構型
前蘇聯“和平”號屬於第三代空間站,於1986年2月20日開始在太空建造,前蘇聯解體後由俄羅斯接管。它採用積木式或叫艙體式構型,運行了15年,所以也叫長久性空間站。“和平”號最大特點是率先升空的核心艙不僅能用於航天員生活居住,控制整個空間站正常運行,其上還有6個對接口,它先後像搭積木一樣對接了5個專用實驗艙(量子1號艙、量子2號艙、“晶體”艙、“光譜”艙和“自然”艙)及“聯盟”系列載人飛船、“進步”系列貨運飛船,形成龐大的空間複合體,總質量達100多噸。其中的“晶體”艙還對接過美國航天飛機,使其總質量達200多噸。
“和平”號是世界第1個多艙式空間站,大大擴展了航天員的活動空間,具有功能強、壽命長、使用範圍廣、工作效率高等一系列優點,但也存在一些先天不足:例如,供電嚴重不足是“和平”號不能充分取得應用效益的重要原因;天地往返運輸能力低是“和平”號存在的另一個致命弱點;其姿控系統設計也有問題。2001年3月23日,“百病纏身”的“和平”號由地面控制成功墜落在南太平洋預定海域。
“國際空間站”需航天員出艙完成組裝
第四代空間站由16個國家聯合建造,所以叫“國際空間站”。它採用桁架掛艙式構型,即以長達幾十米或上百米的組裝式或展開式桁架爲基礎結構,然後將多個艙段和設備安裝在桁架上。其中的桁架就像“空中閣樓”的大梁一樣是“主心骨”。由於這種空間站有望運行20年以上,所以也叫永久性空間站。
“國際空間站”於2011年建成,建成後的容積約1000多立方米,質量達400多噸,有13個增壓艙,其中6個用於科學實驗,3個供航天員居住,1個爲多功能貨艙,3個爲對接用的節點艙。這些艙體和其它設備由航天飛機和一次性運載火箭分多次運往軌道,然後由站上的遙控機械臂系統和航天員艙外活動進行組裝,逐步建成了這座規模龐大、功能廣泛的永久性空間站。在空間站運行期間,航天員的替換和物質補給由宇宙飛船提供。
這種空間站的缺點是規模大、費用高、技術複雜,尤其是需要航天員多次出艙完成組裝工作,因此在建造過程中有較大風險。
我國空間站屆時可能唯一在軌運行
據中國載人航天工程辦公室主任王兆耀6月26日透露,我國計劃在2018年前後發射試驗性核心艙,2020年前後完成中國載人空間站的建造。在此期間,根據需要發射一系列貨運飛船和載人飛船,向空間站提供物資的補給和成員的往返。
據中國載人航天工程總設計師周建平介紹,我國空間站基本構型爲T字形,由三個20噸級艙段組成,核心艙居中,實驗艙Ⅰ和實驗艙Ⅱ分別連接於兩側。其中核心艙主要配置航天員生活措施,並有一定有效載荷實驗能力,還裝有1個大型機械臂;兩個實驗艙主要用於空間科學實驗、空間應用、空間技術試驗,配置1個小型機械臂。空間站按長期載3人狀態設計,每半年由載人飛船實施人員輪換,由貨運飛船進行推進劑和物資補給,並進行維修維護設備的上行運輸。它將在軌運營10年以上,成爲我國空間科學和新技術研究試驗的重要基地。我國空間站艙段將用長征5號B新型大推力運載火箭發射,該火箭近地軌道運載能力可達25噸。
由此可見,我國的空間站將達到世界第三代空間站的水平,由多個艙段組成,採用積木式構型,所以起點很高。
另據專家介紹,我國正研製的貨運飛船由貨物艙和推進艙組成。其上行貨物運輸能力爲6.5噸,下行銷燬廢棄物能力6噸。目前使用的俄羅斯“進步”貨運飛船上行貨物運輸能力只有2.4噸。另外,我國貨運飛船貨運載荷比也將達世界先進水平,比歐洲、日本的貨運飛船都高,達46%。我國貨運飛船將用運載能力較大的長征7號火箭發射。它是新一代中型運載火箭,全面推行數字化設計,被稱爲“數字火箭”,採用綠色環保推進劑,近地軌道運載能力爲13.5噸。
按目前計劃,“國際空間站”將在2020年退役,我國空間站將在2020年建成,所以屆時,我國空間站有可能是世界上唯一在軌運行的空間站,這將有利於開展國際合作,共享太空資源。
而在此之前,我國計劃在2015年前後發射“天宮”2號空間實驗室。“天宮”2號原是“天宮”1號的備份,但由於“天宮”1號表現很好,所以現正在對“天宮”2號進行適應性改裝,讓它執行空間實驗室任務。(杭添仁)
(來源:北京日報)