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科普|走进空间站的世界

4月29日,长征五号B遥二运载火箭成功将中国空间站天和核心舱送入预定轨道,中国空间站进入建造阶段。那么,世界上第一个空间站是什么时候发射的?除了国际空间站,还有哪些空间站曾被载入了历史?

空间站是什么?和载人飞船有何不同?

空间站是载人空间站的简称,指的是在近地轨道,通常是距离地面400~500千米高度的轨道上,长期运行、有人居住的设施,它和载人飞船都属于载人航天器。既然载人飞船可以将航天员送入太空,为什么还要研制和建设空间站呢?

载人飞船诞生时,人类的载人航天活动刚刚起步。受到各方面条件的限制,载人飞船被设计成了一种体积小、运行时间较短、一次性使用的返回式载人航天器。尽管体验感较差,但航天员登上了太空,人类的飞天梦借由载人飞船实现了!

神舟七号飞船在轨飞行示意图

随着科技的发展,科学家们发现,太空的微重力环境是一种很有价值的资源,在微重力环境中能够生产出新材料、新产品,培育出地球上没有的新物种。为了利用太空的微重力环境资源,科学家们研制出了新的航天器——空间站。空间站不仅体积更大,能够携带较大的试验设备,而且其太阳能电池翼更大,电力系统能够满足大型设备及大规模空间实验的需要。同时,空间站支持长期太空飞行,允许航天员在太空中进行长时间的空间实验,探索更多未知。

国际空间站庞大的太阳能电池翼

世界上第一个空间站叫什么?长什么样?

1971年4月19日,苏联发射了世界上第一个空间站——礼炮1号。礼炮1号空间站长16米,最大直径4.15米,由对接过渡舱、工作舱、设备舱三部分构成,太阳能电池翼长11米,质量约18.9吨,可居住空间有85立方米。

礼炮1号空间站

礼炮1号空间站与联盟11号飞船成功对接后,三名航天员进入空间站生活和工作。当航天员们在二十多天的太空生活中完成了大量科学实验,开心地踏上返回的路途时,这趟看似完美的太空之旅发生了意外。联盟11号飞船返回舱的一个阀门无意中开启,导致飞船舱内压力迅速下降,三名航天员因没穿舱内航天服全部遇难,令人痛心不已。

礼炮1号空间站和联盟11号飞船交会对接示意图

礼炮1号空间站乘组:从左到右为航天员多布罗沃斯基、帕萨耶夫、沃尔科夫。

这次事故后,人们意识到航天服的重要性,此后的载人航天任务都要求航天员在发射和返回途中必须要穿着舱内航天服。

之后,苏联又发射了礼炮2号、礼炮3号、礼炮4号、礼炮5号、礼炮6号、礼炮7号空间站。其中,1977年9月和1982年4月发射的礼炮6号和礼炮7号空间站是苏联的第二代空间站。比起上一代空间站,礼炮6号、7号空间站增加了第二个对接口,允许两艘飞船同时与空间站对接。这样做,不仅能够满足航天员乘组进行在轨交接班的需要,利用无人飞船运送补给,比如推进剂、实验器材以及航天员生活所需的氧气、水、食物等,还可以试验多模块组合空间站。

礼炮6号空间站

多模块组合空间站是指由运载器将各模块逐个发射入轨,在轨组装而成的空间站。

1983年3月,苏联发射了无人飞船宇宙1443号。这艘质量约20吨的大型飞船与礼炮7号空间站和联盟T飞船的组合体成功对接,组成了多模块组合空间站的雏形。

宇宙1443号与已对接的联盟T飞船和礼炮7号空间站组合体对接示意图

与此同时,美国也开始建造自己的空间站——天空实验室,它是美国的第一个空间站,也是唯一一个美国独立建造的空间站。天空实验室全长36米,最大直径6.7米,总质量约77吨,总容积361立方米,绝对算得上“太空豪宅”了。天空实验室由轨道舱、过渡舱、多用途对接舱、太阳望远镜和阿波罗飞船5个部分组成。其中,阿波罗飞船是接送航天员往返天地的。

1973年5月14日,天空实验室发射升空,随后,它陆续接待了3批共9名航天员。在轨期间,天空实验室进行了270多项天文观测、对地观测、生物学、医学等方面的实验研究,拍摄了18万张太阳活动的照片、4万多张地面照片。由于不具备变轨能力,随着轨道不断降低,天空实验室于1979年7月11日进入大气层烧毁。

天空实验室在轨飞行。

之后接棒的苏联的第三代空间站——和平号空间站,于1986年2月20日发射升空,是世界上首次采用多模块组件而成的空间站。和平号空间站全长87米,质量为120到130吨,有效容积372立方米,由6个加压舱,即核心舱、量子1号舱、量子2号舱、晶体舱、光谱舱、自然舱和1个对接舱组成。在轨期间,和平号空间站共接待货运飞船62次,载人飞船30次,航天飞机9次。来自12个国家的104名航天员进入了和平号空间站工作,进行了78次,累计359小时12分钟的舱外活动。和平号空间站上还开展了大量的空间应用,完成了20多个科研计划,2.3万次科学实验,获得了大量科学实验数据和科研成果。和平号空间站于2001年3月23日再入大气层焚毁。

和平号空间站

20世纪80年代,国际上出现了发展载人航天的热潮。由于耗资大、工程复杂、技术难度高,越来越多的载人航天项目开始以国际合作的形式展开。1998年开始建造的国际空间站,以美国、俄罗斯为主要参与国,联合日本、加拿大、欧空局共同建造和运行。国际合作不仅分担了各方面的压力,而且取长补短、互惠互利,使载人航天技术得以飞速发展。

国际空间站建成后总质量约453吨,桁架长度约109米,总加压舱容积约1200立方米,有4对太阳能电池翼。国际空间站由加压舱和服务设施两部分构成。加压舱包括俄罗斯的曙光号多功能舱,以及以它为中心对接的俄罗斯服务舱、研究舱,美国实验舱、节点舱,日本希望号实验舱、欧空局哥伦布号实验舱等;服务设施包括美国的中心桁架以及桁架上的4对太阳能电池翼、加拿大遥控机械臂系统以及舱外仪器设施。

国际空间站

目前为止,已经有来自15个国家的200多位航天员到访过国际空间站,开展了航天医学、生物学与生物技术、物理科学、技术开发与验证、地球与空间科学、教育等多方面的空间应用。尽管设计寿命只有15年,但国际空间站至今还在运行,已大大超期服役。

我国空间站开建,今明两年将通过多次发射完成空间站在轨组装,预计2022年前后完成中国空间站建设。未来,中国空间站将和国际空间站一起,共同为探索浩瀚宇宙,拥抱星辰大海贡献力量!

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