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第17章 翔太空之翼——载人航天器(2)

推进舱又称设备舱,其形状是圆柱形的,舱内安装发动机和推进剂,其使命是为飞船提供姿态调整和进入轨道维持所需的动力,飞船电源、环境控制和通信等系统的一部分设备也安装在这里。推进舱外部两侧安装了两个太阳电池翼,为飞船提供所需的电能。加上轨道舱上的两个太阳电池翼,“神舟”飞船上共有四个太阳电池翼。

1999年11月20日,“神舟1号”实验飞船成功进入太空,在轨道运行了14圈后顺利按照预定程序返回,并准确着陆。其后,“神舟2号”至“神舟4号”又顺利升空,中国航天向载人飞行迈出了重要一步。

中国“神舟5号”太空飞船太空航行2003年10月15日,我国自主研制的“神舟5号”飞船载着中国第一名航天员杨利伟顺利升入太空。在飞船的返回舱内还搭载有一面具有特殊意义的中国国旗、一面2008年北京奥运会会徽旗、一面联合国旗、人民币主币票样、中国首次载人航天飞行纪念邮票、中国载人航天工程纪念封和来自祖国宝岛台湾的农作物种子等。

“神舟5号”飞船的发射成功,使中国成为世界上第三个能独立进行载人航天飞行的国家,宣告中国正式成为太空俱乐部的一员。

2005年10月12日,“神舟6号”飞船搭载航天员费俊龙和聂海胜发射升空,于10月17日成功返回。

“神舟6号”飞船有以下特点:起点很高,飞船具有承载3名航天员的能力;一船多用,航天员返回后,轨道舱可以在无人值守的状态下,作为卫星继续利用半年,甚至可以在今后进行交会对接实验;返回舱的直径大,是25米;飞船返回非常安全,这方面已经进行过全面的测试。

在飞行中,航天员进入了轨道舱,在失重状态下进行了多项人体生理实验,第一次获得了“真正”的数据。此次飞行标志着我国载人航天工程第二步的开始。

2008年9月25日,“神舟7号”飞船载三名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏成功升空,并且在轨运行中实现一名航天员出舱行走。我国真正意义上在太空中留下了中华民族的脚印,也为今后的载人航天后续工程及以后的探月工程和远地外太空探测,打下了坚实的基础。

知识点

“天河”

我国发射的“神舟”飞船之所以被称之为“神奇的天河之舟”,是有重要的文化含义的。在民间,人们将银河称为“天河”,且在很多神话故事中都有所演绎,如在《西游记》中,猪八戒在被贬下凡间之前,就作为天蓬元帅主管天河。

实际上,银河是银河系的一部分,银河系是太阳系所属的星系。它看起来像一条白茫茫的亮带,从东北向西南方向划开整个天空。在银河里有许多小光点,就像撒了白色的粉末一样,辉映成一片。实际上一颗白色粉末就是一颗巨大的恒星,银河就是由许许多多恒星构成的。太阳是其中的一颗恒星。像太阳这样的恒星在银河中有2000多亿颗,很多恒星有卫星。在太空俯视银河,看到的银河像个旋涡。

空间站是人类在太空的基地

人类并不满足于在太空作短暂的旅游。人类希望可以在太空建立供长期生活和考察的基地,那么这就需要建立空间站。空间站是一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员在其中生活工作和巡访的载人航天器。小型的空间站可一次发射完成,较大型的可分批发射组件,在太空中组装成为整体。

随着航天技术的不断进步,在太空建立新居所的技术日趋成熟。到目前为止,在太空建成的空间站共有10个,包括苏联(俄罗斯)的7个“礼炮号”空间站、1个“和平号”空间站、美国的1个“天空实验室”和1个国际空间站。

“礼炮”号空间站

苏联一共发射了7个“礼炮”号空间站。1971年4月19日,苏联发射了世界上第一个空间站——“礼炮1号”,太空飞行进入了一个新阶段。

苏联“礼炮号”空间站“礼炮1号”空间站由轨道舱、服务舱和对接舱组成,总长约12.5米,最大直径4米,总重约18.5吨,可居住6名航天员。站上装有各种试验设备、照相摄影设备和科学实验设备。“礼炮1号”空间站在太空运行6个月,相继与“联盟10号”、“联盟11号”两艘飞船对接组成轨道联合体,完成任务后于同年10月11日在太平洋上空坠毁。航天员在它上面连续停留的时间最长为63天。

“礼炮2号”至“礼炮5号”属于第一代空间站,它们每个重量约19吨,长16米,只有一个对接口,可与“联盟号”载人飞船对接。第二代“礼炮6号”和“礼炮7号”空间站对接口增加到两个,可分别与载人和载货用的飞船进行对接。

苏联的前6个空间站于1973年至1982年间发射,最后一个即“礼炮7号”在1991年坠落到地球。

“天空实验室”空间站

1973年5月14日,美国在肯尼迪宇宙中心发射的第一个轨道空间实验室,是人类迄今向近地轨道发射的人造天体中重量和容量最大而又最复杂的一个。“天空实验室”全长36米,最大直径6.7米,总重约80吨。

“天空实验室”通过两次发射对接而成,由轨道工作舱、过渡舱、多用途对接舱、太阳望远镜和“阿波罗”飞船五部分组成。运载火箭先是将在地面装配好的工作舱、过渡舱、对接舱和太阳能望远镜送入轨道,随后再把乘有航天员的“阿波罗”飞船送入轨道,使飞船和对接船对接,组成完整的实验室。

美国的“天空实验室”空间站自1973年5月到1974年2月,空间站先后接纳过3批航天员,每批3人,在空间站分别工作了28天、59天和84天,进行了270多项研究实验,包括观察太阳和科胡特克彗星、从熔化的金和锗的混合物中制造超导体,拍摄了18万张太阳活动的照片,4万多张地面照片。

1979年7月11日,地面操作人员向天空实验室发出最后一次指令,使它安全地飞过北美大陆上空人口稠密地区,然后返回地球。天空实验室接到指令后,穿过大气层,最后化成无数碎片,坠落在澳大利亚西部地区和南印度洋。至此,它在宇宙空间运行了2246天,绕地球34981万圈,航程达14亿多千米。

“和平号”空间站

苏联“和平号”空间站最著名的也是功勋卓著的空间站当属苏联于1986年2月20日发射的“和平号”空间站。

“和平号”空间站是当时世界上重量最大、载人最多、寿命最长、技术最先进、在轨工作时间最长的空间站,也是世界上第一座采用多舱段组合方式的空间站。它使过去的“一居室”变成所需的“多居室”,扩展了航天员的活动空间。“和平号”全长13.13米,最大直径42米,重21吨,由工作舱、过渡舱、非密封舱3个部分组成,共有6个对接口。

从1986年第一个舱段进入轨道后到2001年的15年中,它绕地球飞行了近8万圈,行程35.2亿千米,先后102次与“联盟TM号”、“进步号”和美国航天飞机等运载工具对接过,接待过12个国家的135名航天员。航天员们在“和平号”上开展了天文观测、空间生命科学、空间加工工艺、新材料和生物产品的制备等多个领域的16500次科学实验和研究。

“和平号”的原设计寿命为5年,但它在太空运行了15年,超期服役了10年,于2001年3月23日在人工控制下葬身南太平洋。全世界的航天界人士都为之惋惜,人们将会记住它为载人航天事业所作出的巨大贡献。

国际空间站

国际空间站1984年,美国提出建立国际空间站,欧空局及日本、加拿大等国纷纷响应,并于1988年正式加盟这个计划,把它命名为“自由号”空间站。由于这一计划在当时受到政治、经济、技术等方面的制约,反对“自由号”空间站的呼声日益高涨,甚至险些被取消。后来,以美国为首的“自由号”空间站合作伙伴邀请俄罗斯加盟,在原“自由号”空间站和“和平2号”空间站的基础上,联合建造“阿尔法”国际空间站,也就是现在的“国际空间站”。

就这样,由美国和俄罗斯牵头,联合欧空局11个成员国(即德国、法国、意大利、英国、比利时、荷兰、西班牙、丹麦、挪威、瑞典和瑞士)、日本、加拿大和巴西(1997年加入)等16个国家共同建造和运行的国际空间站诞生了。国际空间站成为迄今最大的航天合作计划。

国际空间站主要结构是:基础桁架(用来安装各舱段、太阳能电池板、移动服务系统及站外暴露试验设施等)、居住舱、服务舱、功能货舱、多个实验舱、3个节点舱、能源系统和太阳能电池帆板、移动服务系统。

国际空间站航天员出舱工作国际空间站计划分三阶段进行:

1994年至1998年为第一阶段——准备阶段。目前已顺利完成第一阶段的任务,主要进行了9次美国航天飞机与俄罗斯“和平号”空间站的交会对接,取得了宝贵的经验。

1998年11月20日,国际空间站的第一个组件——“曙光号”功能货舱(美国出资,俄罗斯制造)发射成功,标志着国际空间站正式进入第二阶段——初期装配阶段(1998-2001年),主要内容是建立国际空间站的核心部分,使空间站拥有初始的载人能力(3人)。

第三阶段(2000-2005年)为最终装配和应用阶段。国际空间站建成后,可载6人,工作寿命为15~20年。

国际空间站作为科学研究和开发太空资源的手段,为人类提供了一个长期在太空轨道上进行对地观测和天文观测的机会。

国际空间站项目于1998年正式开始建设,如今空间站已经运转11年,按其设计寿命可服役至2018年。

知识点

太阳望远镜

太阳望远镜是专门用于太阳观测,是用途特殊的光学望远镜。日冕是太阳周围一圈薄薄的、暗弱的外层大气,它的结构复杂,只有在日全食发生的短暂时间内,才能欣赏到,因为天空的光总是从四面八方散射或漫射到望远镜内。

1930年第一架由法国天文学家李奥研制的日冕仪诞生了,这种仪器能够有效地遮掉太阳,散射光极小,因此可以在太阳光普照的任何日子里,成功地拍摄日冕照片。从此以后,世界观测日冕的活动逐渐兴起。日冕仪只是太阳望远镜的一种,20世纪以来,由于实际观测的需要,出现了各种太阳望远镜,如色球望远镜、太阳塔、组合太阳望远镜和真空太阳望远镜等。

航天飞机设计思想的形成

自第一颗人造卫星发射以后,苏、美等发达国家的航天事业如雨后春笋般地发展起来,收益越来越显著,发射越来越频繁。但发射这些航天器用的运载火箭十分昂贵,而且不可回收,巨大的耗资严重限制了航天事业的蓬勃发展。因此,发展一种可重复使用的运输系统,以降低航天费用,成为继续发展航天事业的迫切需要。

早在20世纪30年代初,奥地利维也纳人赫费特、瓦里尔和桑格尔等曾提出用火箭发动机作动力装置的飞机,试图使用这种火箭在高空进行高速飞行,并形成以这种飞机进行空间飞行的设计思想。这也可以看做是航天飞机的早期设计思想萌芽。

这种火箭飞机不仅要飞离地球,而且还要能返回地面,可以重复使用。虽然这是一种更经济和全面的设想,但由于当时技术条件的限制,这是根本无法实现的。不过,发展一种可重复使用的火箭飞机,飞向宇宙空间的思想却从来没有被放弃过,研究工作也从未间断。

航天飞机

第二次世界大战前夕,一些国家出于军事上的需要,许多设计师为了使飞机达到更大的高度和速度,曾试用火箭发动机作为飞机的动力装置。例如,1939年德国工程师布劳恩利用以过氧化氢和甲醇作推进剂的火箭发动机,研制了HE—178型火箭飞机,时速曾达到850千米。苏联也曾于1939年设计过RP—318型火箭滑翔飞机。这类有人驾驶的火箭飞机的设计,都可以看做是对于发展可重复使用的载人空间运输系统的一种有益的尝试和促进。

二战期间,德国曾计划给V—2火箭配置上机翼,以制成一种自动控制的A—9型火箭飞机。另外,还设计了A—10型两级火箭飞机。其第一级就是带机翼的A—9型火箭飞机,它可以使第二级火箭达到能在35分钟内飞行4000多千米的速度。在这两项设计尚未实现时,战争就结束了。有关的研制人员都先后到了美国和苏联,其中著名的火箭设计师布劳恩到了美国。

二战结束后,论述有关可重复使用火箭飞机的设计思想更加活跃,参加的科学家和工程师也越来越多。

1946和1947年间,由美国贝尔公司设计的X—1型火箭飞机进行首次超音速飞行。

1947年,美国就曾报道过一种往返月球的两级可回收的空间运输系统。

1952年,在美国的德国科学家布劳恩全面论述了大型可重复使用的助推器的概念。1954年,美国空军正式开始资助这项研究并取名为“保米计划”,1957年在上述研究的基础上又形成了一个“轨道再入滑翔机”的计划,即所谓的“戴纳—索尔计划”,它的目的就是用火箭助推剂将滑翔机送到大气层以上,返回时利用滑翔无动力着陆。

实际上,这已体现了航天飞机的一些设计思想,但由于当时技术力量所限,根本无法将其实现。

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