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國際“自由”號空間站有哪些特點?

首頁 > 移民2021-05-18 16:21:54

空間站有什么特點?

空間站又稱航天站、太空站、軌道站。是一種在近地軌道長時間運行,可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。空間站分為單一式和組合式兩種。單一式空間站可由航天運載器一次發(fā)射入軌,組合式空間站則由航天運載器分批將組件送入軌道,在太空組裝而成。

概述

人類已經(jīng)實現(xiàn)了在太空中短暫的旅行,但科學(xué)的腳步并沒有因此而停止。為了了解、開發(fā)太空,就需要有個可供宇航員長期工作和生活的基地。隨著航天科技的發(fā)展,在太空中建立新居所的條件成熟了。小型的空間站可一次發(fā)射完成,較大型的可分批發(fā)射組件,在太空中組裝成為整體。在空間站中要有人能夠生活的一切設(shè)施,不再返回地球。

國際空間站的規(guī)模一般都很大,結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。空間站一般包括宇航員居住艙、實驗艙、服務(wù)艙,對接過渡艙、桁架、太陽電池等部分組成,試用期為5~10年。總質(zhì)量約423噸、長108米、寬(含翼展)88米,運行軌道高度為397千米,載人艙內(nèi)大氣壓與地表面相同,可載6人。建成后總質(zhì)量將達438噸,長108米。

空間站的結(jié)構(gòu)與組成

空間站的結(jié)構(gòu)特點是體積比較大,在軌道飛行時間較長,有多種功能,能開展的太空科研項目也多而廣。空間站的基本組成是以一個載人生活艙為主體,再加上有不同用途的艙段,如工作實驗艙、科學(xué)儀器艙等。太陽能電池板與對接艙口是空間站必備的設(shè)施,以保證空間站的電能供應(yīng)和實現(xiàn)與其他航天器的對接。

空間站的特點

空間站的特點之一是經(jīng)濟性。接納宇航員進行試驗的空間站,可以使載人飛船成為只運送航天員的工具,從而簡化了其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和減輕其在太空飛行時所需要的物質(zhì)。這樣既能降低其工程設(shè)計難度,又可減少航天費用。另外,空間站在運行時可載人,也可不載人,只要航天員啟動并調(diào)試后它可照常進行工作,定時檢查,到時就能取得成果。這樣能縮短航天員在太空的時間,減少許多消費,當(dāng)空間站發(fā)生故障時可以在太空中維修、換件,延長航天器的壽命。增加使用期也能減少航天費用。科研工作的逐步深化與科研質(zhì)量的提高,有賴于空間站的長期連續(xù)飛行。一般空間站的飛行時間可長達幾個月甚至數(shù)年之久。

空間站的發(fā)射歷史

截止到目前,全世界發(fā)射的空間站有9個。蘇聯(lián)共發(fā)射8座,美國發(fā)射1座。其中蘇聯(lián)是第一個發(fā)射空間站的國家。其禮炮1號空間站在1971年4月發(fā)射,后在太空與聯(lián)盟號飛船對接成功,有3名航天員進站內(nèi)生活工作近24天,完成了大量的科學(xué)實驗項目,但這3名航天員乘聯(lián)盟11號飛船返回地球過程中,由于座艙漏氣減壓,不幸全部遇難。禮炮2號發(fā)射到太空后由于自行解體而失敗。蘇聯(lián)發(fā)射的禮炮3、4、5號小型空間站均獲成功,航天員進站內(nèi)工作,完成多項科學(xué)實驗。其禮炮6、7號空間站相對大些,也有人把它們稱作第二代空間站。它們各有兩個對接口,可同時與兩艘飛船對接,航天員在站上先后創(chuàng)造過210天和237天長期生活記錄,還創(chuàng)造了首位女航天員出艙作業(yè)的記錄。蘇聯(lián)于1986年2月20日發(fā)射入軌的和平號空間站,設(shè)計壽命為10年,2000年底俄羅斯宇航局因和平號部件老化且缺乏維修經(jīng)費,決定將其墜毀。和平號最終于2001年3月23日墜入地球大氣層。

世界各國的空間站

1971年4月19日,前蘇聯(lián)發(fā)射了第一座空間站禮炮1號,從此,太空飛行進入了一個新的階段。禮炮1號空間站由軌道艙,服務(wù)艙和對接艙組成,呈不規(guī)則的圓柱形,總長約12.5米,最大直徑4米,總重約18.5噸。它在約200多千米高的軌道上運行,站上裝有各種試驗設(shè)備,照相攝影設(shè)備和科學(xué)實驗設(shè)備。與聯(lián)盟號載入飛船對接組成居住艙,容積100立方米,可住6名宇航員。禮炮1號空間站在太空運行6個月,相繼與聯(lián)盟10號,聯(lián)盟11號兩艘飛船對接組成軌道聯(lián)合體,每艘飛船各載3名宇航員,共在空間站上停留26天。禮炮1號完成使命后于同年10月11日在太平洋上空墜毀。

前蘇聯(lián)一共發(fā)射了7座禮炮號空間站,前5座只有一個對接口,即只能與一艘飛船對接飛行。因太空站攜帶的食品,氧氣,燃料等儲備有限,因此,它們的壽命不是很長。經(jīng)過改進的禮炮6號和7號空間站,增加了一個對接口,除接待聯(lián)盟號載入飛船外,還可與進步號貨運飛船對接,用以補給宇航員生活所需的名種用品。1977年9月29日發(fā)射上天的禮炮6號空間站,在太空飛行近5年,共接待18艘聯(lián)盟號和聯(lián)盟T號載人飛船。有16批33名宇航到站上工作,累計載人飛行176天。其中1980年宇航員波波夫和柳明創(chuàng)造了在空間站飛行185天的紀錄。1982年4月19日禮炮7空間站進入軌道飛行,接待了聯(lián)盟T號飛船的11批28名宇航,其中包括第一位進行太空行走的女宇航員薩維茨卡婭。特別是1984年3名宇航員基齊姆,索洛維約夫和阿季科夫在空間站創(chuàng)造了237天的飛行紀錄。禮炮7號空間站載入飛行累計達800多天,直到1986年8月才停止載人飛行。

前蘇聯(lián)和平號空間站由工作艙,過渡艙,非密封艙三個部分組成,共有6個對接口。和平號作為一個基本艙,可與載人飛船,貨運飛船,4個工藝專用艙組成一個大型軌道聯(lián)合體,從而擴大了它的科學(xué)實驗范圍。四個專業(yè)艙都有生命保障系統(tǒng)和動力裝置,可獨立完成在太空機動飛行。其中一個是工藝生產(chǎn)實驗艙,一個是天體物理實驗艙,一個是生物學(xué)科研究艙,一個是醫(yī)藥試制艙。這幾個實驗艙可根據(jù)任務(wù)需要更換設(shè)備,成為另一種新的實驗艙。和平號空間站接待了一艘聯(lián)盟T號和17艘聯(lián)盟TM號載入飛船,并先后與進步號,進步M號貨運飛船和量子號,晶體號專用工藝艙對接組成軌道聯(lián)合體。宇航員們進行了天體物理,生物醫(yī)學(xué),材料工藝試驗和地球資源勘測等科學(xué)考察活動。最大的軌道聯(lián)合體總長達350米,總重70噸,儼然一座太空列車,繞地球軌道不停地飛馳。1987年12月29日,宇航員羅曼年科返回地面時,已經(jīng)在和平號上生活了326個晝夜。1988年12月21日從和平號上歸來的兩名宇航員季托夫和馬納羅夫,創(chuàng)造了在太空飛行整整一年的新紀錄。

和平號空間站由多個模塊在軌道上組裝而成:核心艙,量子1號天文物理艙,量子2號氣閘艙晶體號實驗艙,光譜號遙感艙,自然號地球觀測艙。美國為其提供了一個專門用于與航天飛機對接用的對接艙。美國航天飛機共拜訪空間站11次。和閏號首模塊于1986年2月19日發(fā)射升空其后至1996年的十年時間之間,其他多個模塊相繼升空。

和平號最終于2001年3月23日墜入地球大氣層,碎片落入南太平海域中。和平號的研究任務(wù)今后由國際太空站所取代

美國在1973年5月14日發(fā)射成功一座叫天空實驗室的空間站,它在435千米高的近圓空間軌道上運行,先后接待3批9名宇航員到站上工作。這9名宇航員到站上工作。這9名宇航員在站上分別居留28天,59天和84天。天空實驗室全長36米,最大直徑6.7米,總重77.5噸,由軌道艙,過渡艙和對接艙組成,可提供360立方米的工作場所。1973年5月25日,7月28日和11月16日,先后由阿波羅號飛船把宇航員送上空間站工作。在載入飛行期間,宇航員用58種科學(xué)儀器進行了270多項生物醫(yī)學(xué),空間物理,天文觀測,資源勘探和工藝技術(shù)等試驗,拍攝了大量的太陽活動照片和地球表面照片,研究了人在空間活動的各種現(xiàn)象。1974年2月第三批宇航員離開太空返回地面后,天空實驗室便被封閉停用。美國天空實驗室在太空運行2249天,航程達14億多千米。

自從前蘇聯(lián)的空間站上天之后,一直與聯(lián)盟號系列載人飛船和進步號系列貨運飛船一起,共同組成軌道聯(lián)合體執(zhí)行載入航天飛行任務(wù)。

聯(lián)盟號系列載人飛船已更換三代,作為空間站的載人工具。從聯(lián)盟10號開始,到1993年底共有30艘聯(lián)盟號,14艘聯(lián)盟T號,17艘聯(lián)盟TM號飛船載人到空間站上開展太空科學(xué)考察活動。第一代聯(lián)盟號,主要用于試驗載人飛船與空間站的交會,對接和機動飛行,為載人到空間站活動打下了堅實基礎(chǔ);第二代聯(lián)盟T號,改進了座艙設(shè)施,提高了生命保障系統(tǒng)的可靠性和生活環(huán)境的舒適性;第三代聯(lián)盟TM號,又改進了會合,對接,通信,緊急救援和降落傘系統(tǒng),增加了有效載荷。經(jīng)過改進的聯(lián)盟TM號飛船總重7噸,長約7米,翼展10.6米,載3名宇航員和250千克貨物最大改進是對接系統(tǒng),無需空間站做機動飛行和調(diào)整姿態(tài),

可以在任何姿態(tài)下與和平號空間站對接。

進步號系列貨運飛船執(zhí)行向空間站定期補給食品、貨物、燃料和儀器設(shè)備等任務(wù)。到1993年底,已發(fā)展兩代,共發(fā)射進步號42艘,進步M號20艘。它與空間站對接完成裝卸任務(wù)后即自行進入大氣層燒毀。這種飛船由儀器艙,燃料艙和貨艙組成,貨艙容積6.6立方米,可運送1.3噸貨物,燃料艙帶1噸燃料。它可自行飛行4天,與空間站對接飛行可達2個月。

中國空間站展望

我國將于2010年~2011年底發(fā)射天宮一號目標飛行器,天宮一號的重量約8噸,類似于一個小型空間實驗站。在發(fā)射天宮一號之后的兩年中,我國將相繼發(fā)射神舟8、9、10號飛船,分別實現(xiàn)與天宮一號的對接。

我國有望在2014年用“長征五號”把中國空間站送上太空,中國最終將建設(shè)一個基本型空間站。我國首個空間站大致包括一個核心艙、一架貨運飛船、一架載人飛船和兩個用于實驗等功能的其他艙,總重量在100噸以下。其中的核心艙需長期有人駐守,能與各種實驗艙、載人飛船和貨運飛船對接。只有20噸以上運載能力的火箭才有資格發(fā)射核心艙。因此,我國將在海南文昌新建第四個航天發(fā)射場,這個發(fā)射場能發(fā)射大噸位的空間站。

據(jù)相關(guān)人士透露,中國的首個空間站建成后,其核心艙可以不斷加艙。屆時,每年將往空間站發(fā)射若干個航天器。

2008年9月25日發(fā)射的“神舟七號飛船”,作為第二階段的第一項實驗,已經(jīng)實現(xiàn)了航天員出艙進行太空行走。隨后的“神八”、“神九”飛船將不再載人,旨在發(fā)射目標飛行器,實現(xiàn)無人對接。而之后的“神十”將再次載人上天并實現(xiàn)有人對接。飛船的使命是在太空建設(shè)期間照料空間站。

國際“自由”號空間站是怎樣的?

1984年,當(dāng)時的美國總統(tǒng)里根滿懷信心地宣布,美國要在10年內(nèi),在太空建造一座永久性的大型空間站。這個計劃號稱20世紀最后的,也是最宏偉的航天工程。計劃提出伊始,即引起了全世界航天界以至整個科學(xué)技術(shù)界的矚目,帶動了歐洲和日本等國的載人航天熱。

美國打算通過永久性空間站的建造,繼60年代載人登月競賽的勝利和70年代航天飛機研制的成功,再一次向全世界顯示自己強大的科技、經(jīng)濟實力,繼續(xù)保持其航天技術(shù)的領(lǐng)先地位。

這個后來取名為“自由”號的空間站,就研制發(fā)射時間來說,并不是世界上最早的,但從規(guī)模上來說卻是最大的。它比美國1973年“天空實驗室”、前蘇聯(lián)70~80年代的“禮炮”號和現(xiàn)俄羅斯的“和平”號空間站,都大得多,因此功能也比較強。特SU是它將“長留太空,永遠不落”,并可與軌道上的空間平臺、軌道機動飛行器以及軌道轉(zhuǎn)移飛行器協(xié)同工作,互相配合,發(fā)展成多功能的綜合性空間基地。

里根總統(tǒng)于1984年1月在“國情咨文”中要求航宇局以80億美元研制一個永久空間站,力爭在哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸500周年的1992年問世,并邀請歐空局、加拿大以及日本參加共同研制和利用國際自由空間站。里根總統(tǒng)把建立第一個永久載人空間站看作是促進美國科學(xué)研究、通信、金屬制造以及生產(chǎn)地球上不能生產(chǎn)的拯救人類生命藥物等的動力。里根總統(tǒng)提出的這一新的空間計劃是美國僅次于“阿波羅”登月計劃的90年代最大載人空間飛行計劃。美宇航局局長親自出馬,頻繁地與國際伙伴——歐空局、日本和加拿大進行4年馬拉松式的談判和爭論,時而達成雙邊諒解備忘錄,時麗提出新的要求和意見。美國同歐空局的爭執(zhí)此起彼伏,并因美國國防部在1986年底提出的軍用空間站計劃,引起伙伴之間極大不滿。最后,美國國務(wù)脘出面協(xié)商,使國防部做出讓步,在空間站投入實用兩年內(nèi)不作軍用,但堅持進行有限的軍用試驗,并保留使用空間站的權(quán)利。1987年10月,歐空局11個成員國政府代表、加拿大政府部長以及日本科技廳長官代表各自政府,同美國政府代表在華盛頓正式簽署一項多國合作研制和利用美國自由空間站協(xié)議。此項計劃研制費從80億美元增加到145億美元,美國承擔(dān)85億,制造主站、起居艙、工作艙、實驗艙以及一個極平臺;歐空局以35億美元研制哥倫布軌道站、有人照顧的自由飛行器和歐洲極軌道平臺(既能與自由空間站對接,也可自主飛行,美國也能利用),歐空局將分擔(dān)運輸費。據(jù)美航宇局估計,從1995年中期分批運到軌道上組裝,從1996年開始不定期住人飛行,到2000年才永久住人,研制費用共需300億美元,每年載人費用約20億美元,到2027年實用費450億美元,加上研制費和組裝費總數(shù)達840億美元。國際自由空間站費用確實驚人。

由于費用不斷增加,美國國會要求航宇局重新進行設(shè)計,從1988年開始研制,采用“雙龍骨”構(gòu)架,從原版154米縮小到91米,從原重230噸改為135噸。這樣一來,和前蘇聯(lián)1986年2月人軌的“和平”號站差不多。主站體中心有9個加壓艙,呈四方形,加壓艙中間有通道相連,每個加壓艙3.65米,直徑2米,全部艙由鋁制成。美國實驗艙與居住艙原長13.6米,現(xiàn)剃、到8.9米,直徑4.6米不變,另外兩個艙是歐空局“哥倫布”號軌道站和日本實驗艙。美國還有兩個小后勤艙,長7.3米,一個艙與空間站對接,加一個備用。

“自由”號空間站原計劃有8名宇航員工作,現(xiàn)改為4名,其中2名留給歐空局和日本(歐洲和日本開始建立宇航員培訓(xùn)中心),加拿大可能有1名宇航員輪換,每90天換新宇航員。空間站結(jié)構(gòu)上有5個平臺,裝備直接暴露于空間的儀器,加拿大提供的移動服務(wù)中心,即新的操作臂,由宇航員遙控使用。

居住艙內(nèi)是氧(20%)和氮(80%)的混合氣體;氣壓接近海平面壓力(1千克/米2)。航天飛機定期運輸氧氣、飲用水和食物。洗漱水、糞便和尿經(jīng)一個閉合回路再循環(huán)處理。“自由”號空間站原設(shè)計有8個太陽電池翼,現(xiàn)改為6個,用戶可自由使用30千瓦,空間站總功率低于75千瓦,還有50千瓦氫鎳蓄電池,處于地球陰影時備用。

新的設(shè)計取消至少10項站外科學(xué)實驗,限制宇航員站外活動次數(shù);數(shù)據(jù)傳輸速率從300兆比特/秒減少到50兆比特/秒。根據(jù)原計劃,航天飛機需運輸28次,現(xiàn)改為19次運完。把組成“自由”號空間站的9個加壓艙、太陽電池翼板運到410千米軌道上,由先進而靈括的空間機器人組裝,宇航員指揮操作。空間站于1996年借助自己的推力器推到460千米、28.5度傾角圓軌道運行。國際“自由”號空間站的設(shè)計壽命是30年。它的空間環(huán)境是微重力環(huán)境,有利于空間科學(xué)研究和生命科學(xué)研究、加工材料、生產(chǎn)地球難以獲得的高純度材料以及藥物制品。“自由”號空間站不僅是一個對準地球的大型空間平臺,而且也將成為飛向月球和火星的載人空間基地。

美航宇局哥達德空間飛行中心提供空間站使用的飛行遙控自動化服務(wù)車,負責(zé)安裝、維修工作和服務(wù)于各對接的艙內(nèi)工作,同時利用加拿大造的移動服務(wù)中心,還與往返天地間的航天飛機運輸任務(wù)結(jié)合。日本實驗艙將采用人工智能系統(tǒng)判斷和排除故障,日本認為人工智能對有效地利用“自由”號空間站是不可缺少的。歐空局“哥倫布”站與空間站對接后,也準備使用機器人,還有歐洲極平臺和有人照顧的自由飛行器與之對接,也可自主飛行。1990年7月,歐空局委員會決定研制歐洲第一個極平臺,選定法國馬特拉公司設(shè)計1.7噸重平臺,于1997年用“阿里亞娜-4”或“阿里亞娜-5”發(fā)射,與歐洲“哥倫布”站對接。實際上,平臺就是遙感平臺,置放各種遙感器,觀測海洋、監(jiān)視冰情、大氣污染、氣候變遷,以及勘測地球資源,功率為2500瓦。平臺有一個服務(wù)艙,可作為軍用偵察平臺。

美航宇局從1988年起為國際“自由”號空間站研究應(yīng)急逃逸宇宙飛船,又稱為“乘員應(yīng)急返回飛行器”,估計耗資20億美元。在空間站時代,要力求安全第一,以免發(fā)生不測的空難。

國際空間站的構(gòu)造有什么特點?

其設(shè)計壽)88米,運行軌道高度為397千米,載人艙內(nèi)氣壓與地表面相同,可載6人。國際空間站結(jié)構(gòu)復(fù)雜,規(guī)模大,由航天員居住艙、實驗艙、服務(wù)艙、對接過渡艙、桁架、太陽能電池等部分組成,建成后總質(zhì)量將達438噸,長108米。

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