星際“移民夢”因空間站技術(shù)不再遙遠(yuǎn)

李宇飛

在前不久召開的第十二屆中國國際航空航天博覽會上，中國空間站核心艙首次以l：l實物形式公開展示，再次引發(fā)了民眾對空間站技術(shù)的熱情。

事實上，自人類歷史上首個空間站——蘇聯(lián)的“禮炮l號”于1971年成功發(fā)射升空算起，空間站已經(jīng)在人類的歷史中存在了近50個年頭，期間，空間站技術(shù)經(jīng)歷了一系列的演進(jìn)……

俄羅斯三代空間站技術(shù)

空間站是一種在太空長時間運行、可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。

空間站概念最早可以追溯到1869年，當(dāng)年的《大西洋月刊》刊登了一篇關(guān)于“用磚搭建的月球”的文章。至于現(xiàn)代實際可行的空間站，則要歸功于蘇聯(lián)的推動。

美國于1969年搶先登陸月球之后，蘇聯(lián)感覺到在與美國的太空競賽中處于落后位置。為了扭轉(zhuǎn)頹勢，蘇聯(lián)將空間站作為其航天的重點發(fā)展方向，借此驗證長期在軌載人航天器的應(yīng)用價值，并向世界展示其航天實力。蘇聯(lián)的空間站技術(shù)大致可以分為三代。

第一代空間站是“禮炮l號”到“禮炮5號”。這一代空間站屬于初始探索階段，只有一個對接口，一次只能與一艘飛船對接飛行。第一代空間站上攜帶的食品、氧氣等儲備都很有限，難以支持航天員在太空長期工作。

第一代空間站的另一個技術(shù)特點就是所處的軌道高度比較低，僅有200多千米，而且攜帶的推進(jìn)劑也不充足，導(dǎo)致其在軌壽命并不長。

通過第一代5個試驗性空間站的建造與運行，蘇聯(lián)為建造永久性空間站積累了大量的寶貴經(jīng)驗，同時也標(biāo)志著載人航天已經(jīng)從規(guī)模較小、飛行時間較短的載人飛船階段，進(jìn)入規(guī)模較大、運行時間較長的空間應(yīng)用探索試驗階段。

第二代空間站為“禮炮6號”和“禮炮了號”。這一代空間站進(jìn)一步提高了可靠性和安全性，還增加了一個對接接口，除了可以對接“聯(lián)盟號”載人飛船外，還可以同時與“進(jìn)步號”貨運飛船對接，用于補給航天員的生活用品和各種試驗設(shè)備。有了貨運飛船的補給，航天員的一次在軌停留工作時間由數(shù)十天延長到了上百天。

這一代空間站通過軌道優(yōu)化，將軌道高度提高到了350千米，軌道壽命大大延長，用于軌道維持的推進(jìn)劑使用量也大大減少。

利用第二代空間站，蘇聯(lián)開展了大量的天文觀測、地球資源調(diào)查、人體生物醫(yī)學(xué)研究，以及晶體生長、金屬熔煉等技術(shù)實驗。特別值得一提的是，在“禮炮了號”空間站飛行期間，航天員們釋放了兩顆均重28千克的無線電通訊衛(wèi)星。

第三代空間站為“和平號”空間站，其擺脫了以往簡單的單模塊構(gòu)型，采用了多次發(fā)射對接形成的復(fù)雜模塊組合式積木結(jié)構(gòu)。

“和平號”空間站由6個經(jīng)常在軌的模塊對接組成，包括核心艙、“量子一號”天文物理艙、“量子二號”氣閘艙、“晶體號”實驗艙、“光譜號”遙感艙和“自然號”地球觀測艙。

集大成者國際空間站

相對于蘇聯(lián)來說，美國進(jìn)行的空間站技術(shù)探索較少，在國際空間站之前，僅發(fā)射了“天空實驗室”空間站。

“天空實驗室”是一個單模塊結(jié)構(gòu)的空間站，其主體是“土星5號”火箭的第3級箭體，并由“土星5號”運載火箭發(fā)射升空。這可以說是20世紀(jì)70年代美國“阿波羅”項目結(jié)束后，對剩余“土星5號”火箭的廢物利用了。“天空實驗室”先后接待了3批航天員，為美國積累了初步的空間站運營經(jīng)驗。

國際空間站的設(shè)想是1983年由美國總統(tǒng)里根首先提出的，經(jīng)過10余年的探索和多次重新設(shè)計，直到蘇聯(lián)解體、俄羅斯加盟之后，國際空間站才于1993年完成設(shè)計，開始進(jìn)入實施階段。

國際空間站可以說是美俄空間站技術(shù)的集大成者。以美國、俄羅斯為首，加拿大、日本、巴西和歐空局等共16個國家和組織參與了國際空間站的研制。

國際空間站采用桁架掛艙式結(jié)構(gòu)，即以桁架為基本結(jié)構(gòu)，增壓艙和其他各種服務(wù)設(shè)施掛靠在桁架上。桁架結(jié)構(gòu)上裝有加拿大的遙控操作機械臂和空間站艙外設(shè)備，桁架兩端安裝有4對大型太陽能電池帆板。桁架結(jié)構(gòu)不僅加強了空間站的剛度，而且有利于電源等分系統(tǒng)和科學(xué)實驗儀器設(shè)備工作性能的正常發(fā)揮，有利于航天員出艙裝配與維修。

永不停歇的技術(shù)創(chuàng)新

隨著時間進(jìn)入新的世紀(jì)，越來越多關(guān)于空間站的創(chuàng)新計劃和設(shè)想被提出和實施，進(jìn)一步促進(jìn)了空間站技術(shù)的發(fā)展。

我國的載人航天工程開始實施第三步的載人空間站建設(shè)。中國空間站初期將由3個艙段組成，包括1個核心艙和2個實驗艙。

觀察此次珠海航展展出的“天和號”核心艙可以發(fā)現(xiàn)，該核心艙的前端設(shè)有2個對接口，用于接納載人飛船的對接和?？?后端設(shè)后向?qū)涌?，用于貨運飛船的?？垦a給?？臻g站上設(shè)氣閘艙用于航天員出艙，配置機械臂用于輔助對接、補給、出艙和科學(xué)實驗。

美國國家航空航天局近來也提出了月球軌道空間站計劃。該空間站已經(jīng)遠(yuǎn)離了近地軌道，利用這個月球軌道空間站，人類進(jìn)入月球極地軌道只需要730米/秒的速度增量，耗時12小時左右，而保持軌道所需的速度增量每年小于10米/秒。同時，月球軌道空間站與地球的通信可以不受月球屏蔽干擾。月球軌道空間站可以說是支持進(jìn)一步載人探月的絕佳之選。

未來，隨著太空3D打印、機器人在軌組裝等技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，空間站將會以嶄新的面貌出現(xiàn)在人們面前?？臻g站技術(shù)的進(jìn)步一定會支撐人類星際移民的夢想最終得以實現(xiàn)。