禮炮號(hào)：載人空間站的先驅(qū)者

文/ 張震

▲ 質(zhì)子號(hào)火箭送“禮炮1號(hào)”升空

1971年4月19日，蘇聯(lián)禮炮1號(hào)空間站升空。如今，距離“禮炮1號(hào)”這個(gè)人類(lèi)的第一個(gè)空間站升空已經(jīng)過(guò)去了50年。人類(lèi)緣何決定開(kāi)始發(fā)展空間站的？早期的空間站又給后人留下了哪些寶貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)呢？

▲ 聯(lián)盟號(hào)飛船與禮炮1號(hào)空間站對(duì)接的示意圖

載人空間站的起步

在蘇聯(lián)為載人登月研制的N-1火箭四射四炸后，蘇聯(lián)放棄了和美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)載人登月的念頭，開(kāi)始啟動(dòng)近地載人空間站計(jì)劃。

禮炮計(jì)劃是由蘇聯(lián)發(fā)起的人類(lèi)第一個(gè)空間站計(jì)劃，當(dāng)時(shí)準(zhǔn)備從1971年到1986年這15年間發(fā)射一系列共9個(gè)單模塊空間站。這些空間站包括6個(gè)科研實(shí)驗(yàn)空間站，也就是禮炮號(hào)空間站（DOS）；還有3個(gè)軍事偵察空間站，也被稱(chēng)為“鉆石號(hào)”（OPS)。

科研實(shí)驗(yàn)空間站由科羅廖夫的OKB-1設(shè)計(jì)局負(fù)責(zé)，而軍事偵察空間站由切洛梅的OKB-52設(shè)計(jì)局負(fù)責(zé)。

禮炮1號(hào)至5號(hào)空間站是該計(jì)劃中的第一代空間站。之后的“禮炮6號(hào)”和“7號(hào)”再根據(jù)第一代空間站的經(jīng)驗(yàn)實(shí)施改進(jìn)。然后就可以用搭積木的方式建設(shè)大規(guī)模的軌道空間站了。

“禮炮1號(hào)”作為禮炮系列第一個(gè)空間站，于1971年4月19日使用質(zhì)子 K火箭發(fā)射升空，成功進(jìn)入了近地點(diǎn)200千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)222千米、傾角51.6°的低地球軌道。“禮炮1號(hào)”的大直徑軌道艙是直接裸露發(fā)射的，整流罩僅包裹小直徑軌道艙。這也成為了以后蘇聯(lián)發(fā)射空間站的傳統(tǒng)。

質(zhì)子火箭送禮炮1號(hào)升空

“禮炮1號(hào)”由軌道艙、服務(wù)艙和對(duì)接艙3個(gè)主要艙段組成，總長(zhǎng)約15.8米，最大直徑4米，總質(zhì)量18.5噸，可用容積為90立方米。為了實(shí)現(xiàn)太空對(duì)接，禮炮1號(hào)空間站設(shè)有一個(gè)飛船對(duì)接口。

“禮炮1號(hào)”是基于還在開(kāi)發(fā)中的鉆石號(hào)空間站的現(xiàn)成艙體研制的。軌道艙內(nèi)安裝有遙感設(shè)備、科學(xué)設(shè)備和生活系統(tǒng)。服務(wù)艙里安裝有提供水和氧氣的維生系統(tǒng)?？臻g站安裝有4塊聯(lián)盟號(hào)飛船的太陽(yáng)能帆板。

按照計(jì)劃，在禮炮1號(hào)空間站在軌的6個(gè)月中，將接待3～4次聯(lián)盟號(hào)乘組。

1971年4月23日，第一批進(jìn)駐空間站的航天員搭乘聯(lián)盟10號(hào)載人飛船升空，這只是空間站入軌后的第四天。1971年4月24日協(xié)調(diào)世界時(shí)1時(shí)47分，“聯(lián)盟10號(hào)”與“禮炮1號(hào)”成功實(shí)施了對(duì)接。這是人類(lèi)歷史上首次空間站和飛船的對(duì)接！然而空間站和飛船無(wú)法鎖緊，最后航天員只好放棄了對(duì)接，無(wú)功而返。

“聯(lián)盟10號(hào)”與禮炮1號(hào)空間站的對(duì)接失敗，造成了對(duì)接過(guò)渡艙的損壞。1971年6月6日，聯(lián)盟號(hào)火箭托舉著聯(lián)盟11號(hào)飛船升空，任務(wù)計(jì)劃執(zhí)行25天。這次的航天員乘組是多布羅·沃爾斯基、帕查耶夫和沃爾科夫。航天員在空間站內(nèi)駐留了3個(gè)星期，該任務(wù)總體上還算順利。然而在航天員控制聯(lián)盟11號(hào)飛船離開(kāi)禮炮1號(hào)空間站的時(shí)候，飛船上“艙門(mén)開(kāi)”的指示燈一直亮著。地面認(rèn)為是傳感器故障，并且要求航天員用紙片隔離傳感器。燈滅了，飛船順利與空間站分離，準(zhǔn)備返航。

莫斯科時(shí)間1971年6月30日02時(shí)16分52秒，聯(lián)盟11號(hào)飛船成功返回地球。地面人員準(zhǔn)備開(kāi)艙和航天員一起慶祝他們創(chuàng)造了新的太空飛行記錄——23天18小時(shí)21分43秒。但是當(dāng)他們打開(kāi)艙門(mén)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)3名航天員已無(wú)生命跡象。

通過(guò)檢查飛船上的數(shù)據(jù)記錄器發(fā)現(xiàn)，在150千米高度時(shí)，“聯(lián)盟11號(hào)”執(zhí)行三艙分離，12個(gè)爆炸螺栓爆炸產(chǎn)生的拉力打開(kāi)了返回艙上的一個(gè)通風(fēng)閥。因?yàn)槁?lián)盟號(hào)飛船的返回艙太小，3名航天員并沒(méi)有穿航天服。在閥門(mén)打開(kāi)后50秒，3名航天員因失壓而死去。

最后給出的調(diào)查結(jié)論是閥門(mén)需要更穩(wěn)定，且航天員在飛行階段必須穿上航天服。這也意味著“聯(lián)盟號(hào)”窄小的返回艙將不再能塞下3位航天員。

▲ “禮炮1號(hào)”實(shí)拍圖

▲ “聯(lián)盟11號(hào)”飛船遇難的3名航天員

▲ “禮炮2號(hào)”的結(jié)構(gòu)圖

“禮炮1號(hào)”1971年8月推進(jìn)劑用盡，10月11日墜落在南太平洋。

“前赴后繼”的禮炮2號(hào)至5號(hào)

被標(biāo)記為"禮炮2號(hào)”的空間站其實(shí)上也是第一個(gè)鉆石號(hào)空間站，1973年4月3日由質(zhì)子 K運(yùn)載火箭發(fā)射升空。1973年4月16日，“禮炮2號(hào)”的發(fā)動(dòng)機(jī)起火爆炸，導(dǎo)致空間站旋轉(zhuǎn)解體，于5月28日墜落。

“禮炮3號(hào)”長(zhǎng)度為14.55米，最大直徑為4.15米，發(fā)射質(zhì)量18.9噸。不同于前兩個(gè)空間站，“禮炮3號(hào)”的太陽(yáng)能帆板可以自動(dòng)指向太陽(yáng)進(jìn)行充電?！岸Y炮3號(hào)”攜帶了“瑪瑙”空間膠卷相機(jī)等7臺(tái)相機(jī)，用于對(duì)地偵察。同時(shí)航天員也會(huì)使用電視攝像機(jī)進(jìn)行錄像?！岸Y炮3號(hào)”還攜帶有360千克重的小型返回艙，用于將膠卷送回地球。

當(dāng)然最令人感到神秘的是“禮炮3號(hào)”搭載的1門(mén)23毫米機(jī)關(guān)炮，它用于對(duì)抵近的衛(wèi)星進(jìn)行毀傷。但是這項(xiàng)技術(shù)需要整個(gè)空間站進(jìn)行移動(dòng)才可以對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，并且后座力會(huì)使得空間站開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，因此“禮炮5號(hào)”取消了這個(gè)裝置。

“禮炮3號(hào)”在1975年1月24日再入地球大氣層。

1974年12月26日，質(zhì)子 K 火箭成功發(fā)射了禮炮4號(hào)空間站，發(fā)射質(zhì)量仍為18.9噸。

1975年4月5日，聯(lián)盟號(hào)火箭發(fā)射任務(wù)代號(hào)為Ural的一艘聯(lián)盟號(hào)飛船前往禮炮4號(hào)空間站。發(fā)射的第一階段，四個(gè)助推器按計(jì)劃被拋棄，整流罩也被拋棄，乘組正在等待一二級(jí)分離。但是此時(shí)火箭開(kāi)始滾轉(zhuǎn)并且遭遇極大的沖擊，幾秒后姿態(tài)偏轉(zhuǎn)超過(guò)了10°的閾值，隨后飛船啟動(dòng)了逃逸程序。返回艙以彈道式再入，過(guò)載達(dá)到了最大21.3g。飛船最后墜落在了西伯利亞西部山區(qū)，好在航天員安全返回。問(wèn)題出在航電系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的擺動(dòng)導(dǎo)致程序控制繼電器故障，一二級(jí)分離失敗。隨后由后備乘組執(zhí)行了聯(lián)盟18號(hào)任務(wù)。

▲ “禮炮3號(hào)”在地面進(jìn)行測(cè)試

▲ “禮炮4號(hào)”在地面進(jìn)行測(cè)試

禮炮4號(hào)空間站于1977年2月3日墜落。

1976年6月22日，質(zhì)子 K 火 箭成功發(fā)射了禮炮5號(hào)空間站，也是第二個(gè)鉆石號(hào)空間站。其技術(shù)狀態(tài)和“禮炮3號(hào)”基本一致，只是質(zhì)量增加到了19噸。

1976年7月6日，“聯(lián)盟21號(hào)”發(fā)射升空。雖然自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)故障，但是飛船在航天員的控制下，成功與空間站對(duì)接。但是在8月17日，空間站的生命維持系統(tǒng)罷工了，航天員耗時(shí)兩天才勉強(qiáng)使得空間站恢復(fù)了電力供應(yīng)。隨后由于空間站內(nèi)的硝酸泄漏，航天員的健康情況受到嚴(yán)重影響，而密閉的空間使得航天員產(chǎn)生了精神衰弱，“聯(lián)盟21號(hào)”最后被迫提前返回，兩名航天員隨后退役。

1977年8月8日，“禮炮5號(hào)”在太平洋上墜落。這也意味著第二代空間站提上日程，

禮炮6號(hào)：第二代空間站誕生

禮炮6號(hào)空間站的配套是聯(lián)盟T飛船以及基于聯(lián)盟號(hào)研制的第一代進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船。1977年9月29日，質(zhì)子K 運(yùn)載火箭成功發(fā)射了禮炮6號(hào)空間站。空間站發(fā)射質(zhì)量為19.8噸，大小和“禮炮4號(hào)”相同。

▲ 由“聯(lián)盟26號(hào)”乘組拍攝的進(jìn)步1號(hào)貨運(yùn)飛船

▲ "禮炮7號(hào)”和聯(lián)盟號(hào)飛船

“禮炮6號(hào)”和上一代禮炮號(hào)空間站最大的區(qū)別在于它配備有2個(gè)對(duì)接口，允許同時(shí)對(duì)接2艘聯(lián)盟號(hào)載人飛船或者1艘聯(lián)盟號(hào)載人飛船及1艘進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船。這樣空間站就具備了長(zhǎng)期駐留能力和長(zhǎng)期維持能力，換言之這才是真正的永久空間站。同樣的，為了增加對(duì)空間站的運(yùn)輸質(zhì)量，聯(lián)盟號(hào)飛船也進(jìn)行了改進(jìn)，新飛船叫做“聯(lián)盟T型”。

進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船是基于聯(lián)盟號(hào)載人飛船研制的，是突破“禮炮6號(hào)”6個(gè)月壽命限制的關(guān)鍵。它可以向空間站運(yùn)輸水、食物、儀器和燃料，并且使用剩余燃料對(duì)空間站進(jìn)行升軌。實(shí)踐證明，“進(jìn)步號(hào)”是蘇聯(lián)后續(xù)空間站能長(zhǎng)期在軌的最重要的基礎(chǔ)。

“禮炮6號(hào)”共接待了15艘聯(lián)盟號(hào)飛船，3艘聯(lián)盟T型飛船和12艘進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船，以及被命名為宇宙1267號(hào)的TKS飛船功能艙。其中只有“聯(lián)盟25號(hào)”和“聯(lián)盟33號(hào)”對(duì)接沒(méi)有成功。“禮炮6號(hào)”于1982年7月26日與宇宙1267號(hào)功能艙一起墜落。

▲ 宇宙1686號(hào)TKS飛船與“禮炮7號(hào)”

禮炮7號(hào)：太空救援的傳奇故事

“禮炮7號(hào)”是“禮炮6號(hào)”的備份，也有兩個(gè)對(duì)接口。1982年4月19日質(zhì)子K 火箭發(fā)射了禮炮7號(hào)空間站。有意思的是，西方分析家通過(guò)“禮炮7號(hào)”的軌道就可以分析乘組人數(shù)。聯(lián)盟T號(hào)飛船在搭載雙人乘組時(shí)有175千克的燃料儲(chǔ)備，而搭載3人乘組的時(shí)候只有110千克，意味著禮炮7號(hào)空間站在接待3人乘組時(shí)會(huì)下降約35～45千米的軌道。

1983年9月24日，聯(lián)盟U火箭發(fā)射聯(lián)盟T-10號(hào)飛船前往禮炮7號(hào)空間站。這次發(fā)射本該平淡無(wú)奇，然而它卻成為世界上逃逸塔的唯一一次實(shí)戰(zhàn)飛行。在聯(lián)盟U火箭點(diǎn)火前90秒，因煤油閥門(mén)沒(méi)有關(guān)閉，火箭底部燃起了大火。地面控制站及時(shí)發(fā)出分離指令，1秒后聯(lián)盟T-10飛船被784400牛的龐大推力從發(fā)射臺(tái)上拉起，飛行至1千米高度后展開(kāi)備份傘。航天員在逃逸過(guò)程中受到了最大17g的過(guò)載。在逃逸后5秒，聯(lián)盟U火箭被火球吞沒(méi)。航天員成功返回了地面。

1985年2月11日，禮炮7號(hào)空間站開(kāi)始出現(xiàn)異常?？臻g站也在此期間失去了遙測(cè)，而自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)的故障使得載人飛船無(wú)法和空間站進(jìn)行自動(dòng)對(duì)接，所以也無(wú)法派遣航天員前往維修。但是蘇聯(lián)人并不想放棄“禮炮7號(hào)”。1985年6月6日，聯(lián)盟T-13號(hào)飛船發(fā)射升空，這次發(fā)射配備著經(jīng)驗(yàn)豐富的乘組：指令長(zhǎng)賈尼別科夫和工程師薩維尼赫。兩天后飛船和“禮炮7號(hào)”完成交會(huì)。他們發(fā)現(xiàn)“禮炮7號(hào)”正在以0.3°/秒的角速度緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，并且太陽(yáng)能電池陣列已經(jīng)偏離了75°。空間站已經(jīng)停止了供電，內(nèi)部變得陰冷，黑暗且危機(jī)四伏。

“禮炮7號(hào)”的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速率并不像電影《太空救援》里那么快速，但是與其對(duì)接仍然是一項(xiàng)困難的操作。最后“聯(lián)盟T-13”在陰影區(qū)里完成了與“禮炮7號(hào)”對(duì)接的操作，讓地面人員大大地舒了口氣?？臻g站在6月14日恢復(fù)了工作狀態(tài)。

“禮炮7號(hào)”和“宇宙1686號(hào)”于1985年11月21日一起再入，第二代空間站的歷程也到此結(jié)束。第三代空間站和平號(hào)則在1986年發(fā)射升空。