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世界各国空间站揭秘
2016-08-23 53


一、空间站的概念

1、空间站概念

空间站(Space Station)又称太空站、航天站、轨道站。是一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。空间站分为单一式和组合式两种。单一式空间站可由航天运载器一次发射入轨,组合式空间站则由航天运载器分批将组件送入轨道,在太空组装而成。在空间站中要有人能够生活的一切设施,不再返回地球。

2、空间站的构造组成

空间站的基本组成是以一个载人生活舱为主体,再加上有不同用途的舱段,如工作实验舱、科学仪器舱等。空间站外部必须装有太阳能电池板和对接舱口,以保证站内电能供应和实现与其他航天器的对接。

3、特点

空间站其结构特点是体积比较大,在轨道飞行时间较长,有多种功能,能开展的太空科研项目也多而广。空间站还有经济性的特点,可以降低运载成本、延长太空科学研究时间、可维护、可多人共同进行科学研究等。

空间站最重要的功能就是提供了航天员在空间站长期居住生活和工作的环境,航天员的饮食及生命保障系统也成为了空间站最基本也是最重要的组成部分。

4、空间站的作用

耗资巨大的空间站计划主要是为了研究、解决一系列重大空间科学问题,比如长期近地轨道飞行、在轨对接、生命保障、太空医学生物学研究、空间物理化学变化、空间生物技术、对地和天体观测、新材料研发等。这些科研活动的进展有助于人类探索宇宙,开发太空资源,拓展生存空间,全面了解地球环境和资源,研发全新工艺。相对于地球而言,在空间站进行这些研究具有诸多优势。例如,在太空微重力方面,国际空间站能为研究生命科学、生物技术、航天医学、材料科学、流体物理、燃烧科学等提供比地球上好得多、甚至地面无法提供的优越条件,直接促进这些科学的进步。同时,大型空间站的建成和应用,也是向着建造太空工厂、太空发电站,进行太空旅游,建立永久性居住区(太空城堡),向太空其他星球移民等载人航天的远期目标接近了一步。


截止目前,全世界已经发射了10个空间站,其中前苏联共发射8座,美国发射1座。前苏联礼炮1空间站在19714月发射,系世界上首个载人空间站。而经过多年的建设,由6大航天机构联合推进、16国参与投资建成的国际空间站也已开始运行,这也是目前唯一在轨运行的空间站。


二、前苏联空间站

前苏联礼炮1:世界首个空间站

  1971419日,前苏联发射了世界上第一个空间站——“礼炮1礼炮1空间站装有各种试验设备、照相摄影设备和科学实验设备。与联盟号载人飞船对接组成居住舱,容积100立方米,可住6名宇航员。礼炮1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,每艘飞船各载3名宇航员,共在空间站上停留23天。但有3名航天员乘联盟11号飞船返回地球过程中,由于座舱漏气减压,不幸全部遇难。

  前苏联一共发射了7礼炮号空间站。礼炮2礼炮76个空间站分别于1973年至1982年间发射,最后一个即礼炮71991年坠落到地球。礼炮2礼炮5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礼炮7空间站对接口增加到两个,除接待联盟号载人飞船外,还可与进步号货运飞船对接。

  礼炮2礼炮7:寿命提高 应用领域扩展

  礼炮2属于军用型,197343日发射升空,入轨后不久发生爆炸。

  礼炮31973511日发射。不知是运载火箭问题还是其他原因,它的初始轨道很低,只运行了11天便于522日坠入大气层烧毁。

  民用型礼炮4空间站于19741226日发射。1975110日,联盟17号飞船发射。在同礼炮4对接后,宇航员开始进站工作,524日,联盟18B2名宇航员进入轨道。他们在礼炮4上工作了62天。这两组宇航员在礼炮4上工作生活共计90多天,进行了大量研究和实验活动,取得了很大成功。礼炮41976216日坠入大气层。

  4个月后,军用型礼炮5空间站于622日发射入轨。期间它只接纳了两批宇航员。226日,礼炮5的回收舱分离并安全回收。它在轨道上进行了多次调整,最后于1977828日再次进入大气层。

  苏联第二代空间站包括礼炮6礼炮7。这两座空间站要解决的问题除进一步提高安全性和可靠性外,另两项重大的变化是长寿命和扩展应用领域。如果轨道高度保持在250千米,每年消耗推进剂为4.75吨;如果轨道提高到350千米,则推进剂消耗只有600千克。礼炮6礼炮7正是采用这种较高的轨道。

  另外,为更大限度地提高轨道运行寿命,第二代空间站具有两个对接窗口,一个用于联盟号载人飞船对接,另一个用于不载人货运飞船对接,用于轨道加油和往返运送试验设备、试验物品。

“礼炮6”1977929日由质子号运载火箭送入轨道。礼炮6在轨运行共达58个月。在宇航员进站工作期间,完成了大量科学观测、地球资源观测、人体生物医学研究和技术实验。更具有应用意义的工作则是进行了大量半导体、晶体生长实验和用结晶炉及合金炉进行了金属冶炼实验。宇航员还首次熔化了玻璃,这使苏联科学家十分兴奋。这项工作对于制造高性能的光导纤维有重大意义。

前苏联和平号空间站:首个长久性空间站

  前苏联和平号空间站于1986220日发射入轨,它由工作舱、过渡舱、非密封舱三个部分组成,共有6个对接口,空间站是阶梯形圆柱体,全长13.13米,最大直径4.2米,重21吨,轨道高度300400千米,是世界上第一个长久性空间站。

和平号作为一个基本舱,可与载人飞船、货运飞船、4个工艺专用舱组成一个大型轨道联合体,从而扩大了它的科学实验范围。四个专业舱都有生命保障系统和动力装置,可以独立完成在太空机动飞行:一个是工艺生产实验舱,一个是天体物理实验舱,一个是生物学科研究舱,一个是医药试制舱。这几个实验舱可根据任务需要更换设备,成为另一种新的实验舱。2000年底俄罗斯宇航局因和平号部件老化(设计寿命10)且缺乏维修经费,决定将其坠毁。和平号最终于2001323日坠入地球大气层,碎片落入南太平洋海域中。

俄罗斯于1986年发射的第三代永久性空间站和平号,是俄罗斯在太空最大的载人航天器及太空研究基地,也是人类首个居住的空间研究中心。

和平号空间站是载人空间站研制与运行的重要里程碑,在15年的运行时间里,创下了多个世界第一:它是在太空工作时间最长、超期服役时间最长、工作效率最高、接待各国宇航员最多的太空站(共接待了12个国家100多位航天员134人次的进站工作,共完成近17000次科学实验),俄罗斯宇航员波利亚科夫还创造了单人连续在太空飞行438天的最高纪录。此外,和平号空间站还在试验人造月亮、空间商业化等方面进行了许多有益的探索获得了大量数据及具有重大实用价值的成果,为开发利用太空和人类在太空长期生活积累了丰富的经验在医学领域,研究了在太空使用的药物处方、宇航员飞行后的体力恢复方法。在生物学领域,研究了蛋白质晶体生长、高效蛋白质精制、特殊细胞分离、特种药品制备等。在材料和空间加工领域进行了600多种材料实验,制造了半导体、玻璃、合金等35种材料。在对地观测方面发现了10个地点可能有稀有金属矿藏,117个地点可能有油脉存在。在天文观测方面也做出了许多重大发现。此外,还开发了大量空间新技术。人类在和平号计划中所掌握的太空舱建造、发射、对接技术载人航天及太空行走技术,太空生命保障技术,航天医学、生物工程学、天体物理学、天文学知识以及商业航天开发经验,都正在或将在国际空间站计划及未来的太空城和月球、火星基地规划中发挥不可替代的作用。

三、美国空间站

  美国天空实验室:迄今容量最大人造天体

  美国天空实验室于1973514日发射,1979712日在南印度洋上空坠入大气层烧毁。空间站由轨道舱、过渡舱和对接舱组成,全长36米,最大直径6.7米,总重77.5吨,在435千米高的近圆空间轨道上运行。站上拥有阿波罗望远镜和其他仪器,主要观测太阳和地球,还从事人类在失重状态下生理和心理上反应等各种科学研究工作。

  美国天空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。1973525日、728日和1116日,美国先后由阿波罗号飞船把宇航员送上空间站工作。宇航员用58种科学仪器进行了270多项生物医学、空间物理、天文观测、资源勘探和工艺技术等试验,拍摄了大量的太阳活动照片和地球表面照片,研究了人在空间活动的各种现象。19742月天空实验室因无法得到后续支援被封闭停用,直到1979年坠毁。它在太空运行2249天,航程达14亿多千米。

四、国际空间站

  国际空间站:设想由美国总统里根提出

  国际空间站是一项由六个太空机构联合推进的国际合作计划,也指运行于距离地面360公里的地球轨道上的该计划发射的航空器。国际空间站的设想是1983年由美国总统里根首先提出的,经过近十余年的探索和多次重新设计,直到苏联解体、俄罗斯加盟,国际空间站才于1993年完成设计,开始实施。

  国际空间站以美国、俄罗斯为首,包括加拿大、日本、巴西和欧空局共16个国家参与研制。其设计寿命为10-15年,总质量约423吨、长108米、宽88米,运行轨道高度为397千米,载人舱内大气压与地表面相同,可载6人。国际空间站结构复杂,规模大,由航天员居住舱、实验舱、服务舱,对接过渡舱、桁架、太阳能电池等部分组成,建成后总质量将达438吨,长108米。

1998年1120日,国际空间站的第一个组件——曙光号功能货舱发射升空,国际空间站总体设计采用桁架挂舱式结构,后来,发射升空的17个各种用途的舱陆续与其对接。国际空间站的建设由美国、俄罗斯、日本和欧洲多个国家共同参与,中国曾经提出参与国际空间站的建设,但是遭到美国的拒绝。国际空间站从200011月起就保持有两名成员存在,一直到今天,它已经成为人类在太空存在的一个标志。国际空间站预计将在2020年后结束使命,如果情况顺利,可以延续到2024年。

国际空间站一直在边建设、边工作。迄今已有超过10万人参与该空间站的建设,其项目总耗资已达1200亿美元。共有来自15个国家的189名航天员在此工作过,他们顺利完成了各项飞行和科研任务,有力地促使相关技术日益成熟,推动太空科研不断取得开拓性进展,为人类迈向更加深邃的宇宙打下坚实基础。

国际空间站的数字解读

  1200亿

  将国际空间站完全建成要耗费1200亿美元。国际空间站也将因此成为世界上花钱最多的单一工程。

  81.6

  现在空间站的重量是81.6万磅(37.01万公斤)。组装完成后,该站在地球上的重量将达到大约92.5万磅(41.96万公斤),相当于330多辆汽车的总重量。

  220英里

  国际空间站距离地球的平均距离是220英里(250公里)。天气晴朗的时候,在地球上用裸眼就可以看到空间站。

  147

  迄今为止为建设和维修空间站进行的太空行走次数。

  90分钟

  国际空间站以每秒4.8英里(7.7公里)的速度绕地球一周需要90分钟。

  14

  国际空间站上的循环系统每天需要处理的机组成员排出的气体量是14(6.4公斤)

  13

  空间站上的房间数,其中包括用来从轨道上观看地球的有7个窗口的小瞭望室。

  6个月

  任务期间,一名宇航员一般会在空间站上生活和工作的时间是6个月。6还是目前空间站上的宇航员的总人数。

  5

  最近用来把补给送上空间站或者按计划以后要进行这项工作的无人飞船数量。目前的飞船包括俄罗斯的进步号、欧洲航天局的自动转移飞行器和日本的希望号货运飞船。美国宇航局还与太空探索技术公司合作,将利用它的飞船运送货物,并与弗吉尼亚的美国轨道科技公司合作,打算利用它的天鹅座飞船进行同样的工作。这些私人飞船预计将于明年进行试飞。

  4

  36个月需要给空间站的一名宇航员提供的食物是4吨。空间站成员爱吃的食物有鸡尾冷虾、玉米饼、烤牛肉、早餐香肠、辣味鸡肉卷、蔬菜饼、通心面和奶酪、糖衣巧克力及脆皮蓝草莓馅饼。柠檬汽水是他们最喜欢的饮料。

  1.5立方米

空间站提供给每位成员的使他们不用穿太空服就能工作的加压空间是1.5立方米(相当于波音747提供给每位乘客的空间)

五、中国空间站

中国曾试图申请加入国际空间站计划,但因美国以国际空间站有军事用途而遭拒绝。于是,中国立志研制自己的空间站。继1992年正式提出载人航天三步走计划后,中国正式提出独立研制中国的空间站。

中国空间站,全称中国载人航天空间站,正式名称天宫,代号“TG”,是中国将于2022年左右建成的空间站,计划在轨运营10年以上。中国空间站基本构型为T字形,核心舱居中,实验舱和实验舱分别连接于两侧。空间站运营期间,最多的时候,将有一艘货运飞船、两艘载人飞船。整个系统加起来将达90多吨。届时,天宫空间站将逐步取代国际空间站,成为人类太空最先进且实际运行的空间站。

中国的2022年建成的空间站显然技术起点很高,技术含量可以与国际空间站比肩,但是规模(3个舱室60吨驻3)无法与国际空间站(10个舱室419吨驻67)相比,但中国的空间站是完全独立完成的,而国际空间站则是由16国共同出资建造的,除了俄美法,各自从中并未获得多少自主的技术。

中国的空间站将建成开展大规模空间科学实验与应用的太空实验基地,并对国际开放,预计将在量子调控与光传输、空间生物学研究、微重力流体与燃烧研究、新材料研究、新工艺研究、太空与地球探测研究等领域开展科学实验,这些重大研究项目将促进中国空间科学研究进入世界先进行列,为中国的社会经济发展做出重要贡献,造福国民,并为人类文明发展进步做出突出贡献。

截止目前,中国空间站工程各项前期工作进展顺利,“天宫一号”在顺利与“神舟八号”、“神舟九号”和“神舟十号”完成空间交会对接任务后,其功能已于20163月失效,正式终止了数据服务。据航天专家介绍,天宫一号在寿命末期,将主动离轨,陨落南太平洋。

中国空间站工程将继续使用已有的神舟飞船、长征2F火箭、发射场和着陆场。正在研制大型空间站的舱室将由正在开发的长征五号火箭发射(计划于2016年下半年首次试验发射),核心舱和两个实验舱都是密封加压舱,核心舱前部的5个对接口平时与一艘神舟飞船对接,最后留有2个对接口备用。

建设大型空间站是中国载人航天三步走战略的第三步,这个阶段中国将掌握近地轨道空间组装、近地轨道长时间有人驻留等技术。

我国载人航天事业在2020年将进入载人空间站阶段,载人飞船、货运飞船、核心舱、实验舱已箭在弦上。到2024年,中国空间站有望成为全世界唯一在轨运行的空间站。


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