載人太空實(shí)驗(yàn)室

羽佳

載人太空實(shí)驗(yàn)室是對(duì)“初級(jí)階段空間站”的一個(gè)比較規(guī)范和科學(xué)的稱(chēng)呼。它包括前蘇聯(lián)“禮炮”1～5號(hào)空間站、美國(guó)的“天空實(shí)驗(yàn)室”和歐洲航天局的“空間實(shí)驗(yàn)室”等。

將太空實(shí)驗(yàn)室從空間站中分劃出來(lái),有利于載人航天按載人飛船、載人太空實(shí)驗(yàn)室和空間站這3個(gè)不同的發(fā)展階段有序地向前推進(jìn),是航天科技工作者在近年間研究了載人太空實(shí)驗(yàn)室和空間站的根本區(qū)別而形成的一種新概念。

載人太空實(shí)驗(yàn)室與空間站的根本區(qū)別

載人太空實(shí)驗(yàn)室與空間站的根本區(qū)別在于是否具有補(bǔ)給能力。

空間站在壽命期間是需要和能夠補(bǔ)充物資(包括推進(jìn)劑)和更換設(shè)備的。因此,一般來(lái)講,空間站的規(guī)模較大,現(xiàn)仍在太空軌道上的前蘇聯(lián)/俄羅斯的“和平”號(hào)空間站的質(zhì)量有120多噸、可連接6個(gè)艙體,美國(guó)和俄羅斯等16個(gè)國(guó)家正在聯(lián)合研制的“阿爾法”號(hào)國(guó)際空間站的最終質(zhì)量將達(dá)到420噸;壽命較長(zhǎng),至少5年左右,有的已達(dá)到10年以上;技術(shù)較復(fù)雜,對(duì)接口不少于2個(gè),可對(duì)接載人飛船和貨運(yùn)飛船,特大型空間站還需分批發(fā)射、在軌組裝;具有一定的試驗(yàn)條件和生產(chǎn)條件,既能進(jìn)行空間科學(xué)技術(shù)試驗(yàn),又能開(kāi)展一定規(guī)模的空間試生產(chǎn)。

與空間站相反,載人太空實(shí)驗(yàn)室在壽命期間內(nèi)基本上不補(bǔ)充物資和更換設(shè)備,就是說(shuō)它在發(fā)射時(shí)已基本帶足壽命期間所需的物資和設(shè)備。因此,一般來(lái)講,載人太空實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模較小、壽命較短、技術(shù)較簡(jiǎn)單、雖具有一定的試驗(yàn)條件但不具備生產(chǎn)條件。

載人太空實(shí)驗(yàn)室基本情況

前蘇聯(lián)于1971年4月19日發(fā)射成功的“禮炮”1號(hào)太空實(shí)驗(yàn)室標(biāo)志著世界載人航天由短期飛行的載人飛船上升到較長(zhǎng)期飛行的太空實(shí)驗(yàn)室的新階段。此后,前蘇聯(lián)又于1973年～1976年相繼發(fā)射了“禮炮”2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)和5號(hào)載人太空實(shí)驗(yàn)室。“禮炮”1～5號(hào)太空實(shí)驗(yàn)只有1個(gè)對(duì)接口,用來(lái)與運(yùn)送航天員的“聯(lián)盟”號(hào)載人飛船對(duì)接。在這5個(gè)太空實(shí)驗(yàn)室中,除“禮炮”2號(hào)入軌后即出現(xiàn)故障、失去控制后自動(dòng)解體外,其余4個(gè)都接待過(guò)航天員并進(jìn)行了對(duì)地觀測(cè)、天文觀察、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究等活動(dòng)。

美國(guó)于1973年5月14日將迄今為止該國(guó)唯一的太空實(shí)驗(yàn)室——“天空實(shí)驗(yàn)室”(Skylab)(見(jiàn)右圖)發(fā)射入軌。發(fā)射飛行過(guò)程中,由于其軌道工作艙外面的微流星防護(hù)罩提前打開(kāi),致使它被強(qiáng)大的氣流撕毀,并帶走軌道工作艙上的一個(gè)太陽(yáng)能電池翼,剩下的另一個(gè)太陽(yáng)能電池翼又被防護(hù)罩碎片纏住無(wú)法打開(kāi);故它在入軌后軌道工作艙外壁直接暴露在陽(yáng)光之中,使艙內(nèi)溫度升高到55℃左右。為此,美國(guó)于當(dāng)月用不帶登月艙的“阿波羅”號(hào)飛船向“天空實(shí)驗(yàn)室”派遣了3名航天員去進(jìn)行緊急修理。為軌道工作艙架設(shè)了1頂直徑10米的遮陽(yáng)傘,釋放了被卡住的太陽(yáng)能電池翼,使“天空實(shí)驗(yàn)室”重新具有了良好的工作條件。美國(guó)科學(xué)家認(rèn)為,“天空實(shí)驗(yàn)室”的研究成果對(duì)未來(lái)空間站的設(shè)計(jì)很重要,特別是證明了人在太空的重要作用和有能力完成本來(lái)沒(méi)有安排的太空維修任務(wù)?！疤炜諏?shí)驗(yàn)室”有2個(gè)對(duì)接口,可同時(shí)停靠2艘飛船,但沒(méi)有考慮后續(xù)補(bǔ)給工作,航天員的生活必需品和實(shí)驗(yàn)器件均在它發(fā)射時(shí)攜帶上天。在軌期間,它進(jìn)行了對(duì)地、對(duì)太陽(yáng)的觀測(cè)和材料加工試驗(yàn)等太空開(kāi)發(fā)活動(dòng)。

歐洲航天局研制的“空間實(shí)驗(yàn)室”(Spacelab)于1983年11月28日首次隨同美國(guó)航天飛機(jī)進(jìn)入太空軌道,以后又曾幾次乘航天飛機(jī)上天進(jìn)行試驗(yàn)。

上述這些載人太空實(shí)驗(yàn)室的發(fā)射時(shí)間、主要性能和駐人情況分別見(jiàn)表1、表2。通過(guò)這些載人太空實(shí)驗(yàn)室,不僅解決了建設(shè)空間站的許多重大技術(shù)問(wèn)題,諸如:把大型航天器送入近地低軌道、多個(gè)航天器的對(duì)接組合和姿態(tài)控制、航天員出艙活動(dòng)等技術(shù),為發(fā)展空間站打下了基礎(chǔ),而且證明了:

在太空也和地面一樣,有必要把住房、工作場(chǎng)所與交通運(yùn)輸工具分開(kāi),將它們按各自的特點(diǎn)分別設(shè)計(jì)和建造,這樣做可以免除相互間的干擾和制約,并使各自的發(fā)展獲得新的動(dòng)力;

航天員可以在載人太空實(shí)驗(yàn)室這樣規(guī)模的空間環(huán)境中生活、工作一定的時(shí)間,并能充分發(fā)揮作用;

用載人運(yùn)輸器輪換航天員,并用貨運(yùn)飛船補(bǔ)給物資,是使空間站獲得長(zhǎng)壽命和高利用率的合理途徑;

載人太空實(shí)驗(yàn)室雖然不及空間站高級(jí),但與其前面出現(xiàn)的衛(wèi)星、飛船等航天器相比也是一個(gè)大的進(jìn)步。

載人太空實(shí)驗(yàn)室的定義

可以將表1和表2介紹的載人太空實(shí)驗(yàn)室的基本情況作如下概括:載人太空實(shí)驗(yàn)室的乘員為2～3名;航天員進(jìn)駐太空實(shí)驗(yàn)室的次數(shù)一般為2～3次;航天員每次進(jìn)駐的時(shí)間一般20～60天;載人太空實(shí)驗(yàn)室初始軌道平均高度一般在300公里左右;載人太空實(shí)驗(yàn)室的軌道壽命一般為1～2年。

由此,可以從量的概念上對(duì)現(xiàn)代載人太空實(shí)驗(yàn)室作出一個(gè)比較清晰的定義:現(xiàn)代載人太空實(shí)驗(yàn)室為具有一定試驗(yàn)條件的、可供數(shù)名(一般為2～3名)航天員作幾次(一般2～3次)短期(一般每次20～60天)巡訪和工作的、可較長(zhǎng)期飛行(一般1～2年)的近地低軌道航天器?！?/p>