书城工业载人航天器的故事(征服太空之路丛书)
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第12章 空间站时代的到来(2)

第1批3名宇航员在“天空实验室”上进行的科学活动有:用“阿波罗”天文望远镜对太阳进行了82小时的观测,回收了望远镜中的胶卷盒,拍摄了1000多万平方千米的地球照片,进行了大量生物医学实验;另外,他们还对空间站上的生活系统和生命保障系统进行了全面考察。这些活动表明,宇航员完全可以在太空环境中生活和工作更长时间。经过28天的轨道飞行之后,3位宇航员于1973年6月22日返回地面。

1973年7月28日进行了第3次发射,将第2批3名航天员送到“天空实验室”,9月25日返回。第2批航天员是比恩、加里奥特和洛斯马。“阿波罗”号飞船带去了补给品、维修物品和大量生物实验品。这次飞行把时间延长到59天,并试验了喷气载人机动装置。

在这次飞行中,航天员加里奥特和洛斯马完成了持续6个半小时的舱外活动。他们给“阿波罗”望远镜装上新的胶卷盒,安装了测量微流星的装置,检查了“阿波罗”号飞船的推力器。他们还在“天空实验室”上面搭起了1顶新的遮阳伞。这次飞行的科学工作除仍继续进行有关生物学、太空医学、太阳物理学、天文物理学的研究活动外,还完成了地球资源观测计划。为此,航天员操纵空间站重新定向。在轨飞行期间,航天员使用了6种科学仪器:多光谱摄影机、地球照相机、红外多光谱扫描仪、微波辐射计和散射仪、高度计和L波段辐射计。

通过“阿波罗”望远镜,航天员对太阳的观测时间共计为300小时,拍摄了77600张X射线、紫外线和可见光光谱段内的日冕照片。这期间原本应是太阳黑子活动的宁静期,但实际上太阳耀斑非常活跃。这样,航天员获得了许多太阳平静时和活跃时的对比照片和数据,拍摄了100多张太阳耀斑的照片。

第2次飞行进行的研究活动远远超过了第1次,而且比原计划多得多。原定对地球进行26次观测,实际完成了39次;原计划对太阳观测206小时,实际上超出了100小时。航天员曾3次出舱活动,完成了几项重要的修理工作,生物医学实验也获得了许多重要的成果。

1973年11月16日,第3批宇航员发射升空。他们是卡尔、吉布森和玻格。这次飞行计划持续的时间更长,为此带来了更多生活物品和体育锻炼物品。他们还带来了许多修理工具,以备出现故障时使用。他们为冷却系统装上了制冷剂,解决了冷却系统的泄漏问题。宇航员们还出舱更换了6台望远镜照相机内的胶卷,安装了尘埃和微流星、宇宙线和带电粒子测量仪,修理了空间站尾部的一个天线。宇航员们在空间站里进行了许多生物实验,研究了植物在太空中生长与在地球上生长是否不同的问题,研究了细菌在太空的生长情况。

在天文学领域,这组乘员获得了两项突出成果。一是观测到一个新彗星——科豪特克彗星。12月13日,他们看到了科豪特克彗星,并立即进行了拍摄。他们共拍摄了33张色彩丰富、非常清晰的彗星照片,对研究彗星有重要价值。另一项重要成果是,宇航员吉布森孜孜不倦地对太阳表面进行观测,终于观测到了一次耀斑爆发的全过程。1月21日,太阳的一个活跃区出现了一个亮点并不断加强和增大。吉布森抓住了这个机会,连续拍摄了这个耀斑爆发的全过程。这组照片被认为是最具天文学价值的。此外,乘员拍摄的有关太阳X射线、紫外线、可见光谱段的照片多达75000张。

宇航员在“天空实验室”进行的技术实验还有:利用电炉和电子束枪进行了空间焊接实验,后来证明焊接质量优于地面;进行了晶体生长实验、半导体掺杂实验,做出的晶体长达2厘米,比预期的长6倍;制造了全新的金锗化合物,这是一种低温下的超导材料。

1974年2月8日,宇航员卡尔、吉布森和玻格乘坐“阿波罗”飞船返回地面。他们创造了在轨时间84天的最新世界纪录。整个“天空实验室”计划期间,9名宇航员在轨道上生活和工作了171天13小时14分钟,绕地球2476圈,旅程达1亿1280万千米。他们共进行了42小时的舱外活动,记录了182842个太阳观测数据,获得了40286张地球照片,完成了16次医学实验,初步进行了材料加工实验。

美国原计划在最后一批航天员撤出后,“天空实验室”可一直运行到20世纪80年代初。当航天飞机研制成功后,美国将发射航天飞机与它会合,再从航天飞机的货舱中将1个遥控回收系统释放出来与“天空实验室”对接。地面控制系统将向这个自动装置发出指令,点燃其推进系统,使“天空实验室”实现受控再入。但1978~1979年间,太阳黑子的活动日益频繁,引起了大气层的膨胀,这就使“天空实验室”的轨道不断衰减,而它又没有轨道控制系统用来升高轨道。1979年7月11日,“天空实验室”终于坠入大气层烧毁,许多大的碎块陨落到地面上,有人发现了重达82千克的合金蒙皮。幸运的是没有造成人员伤亡。至此,“天空实验室”计划偃旗息鼓。

知识点微流星

大小不超过0.1毫米,质量不超过百万分之一克的微小流星体。它们进入地球大气中不会产生发光现象。

“和平”号的风风雨雨

虽然“礼炮”6号、“礼炮”7号有了较大的改进,但归根到底还是“一居室”,所以不能完成规模更大、专业性更强的科学技术任务。为了增强空间站的功能,扩大使用范围,前苏联研制并发射了举世闻名的“和平”号空间站。

“和平”号是世界上第一个采用多模块积木式构型的长久性空间站,即由多个舱段在空间逐次交会对接后像积木一样拼接而成。自发射后除3次短期无人外,站上一直有航天员生活和工作着。

多模块积木式空间站是空间站技术的合理发展,它使过去的“一居室”变成所需的“多居室”,因而比较灵活,大大扩展了航天员的活动空间,具有功能强、寿命长、使用范围广和工作效率高等一系列优点。

它的最大特点是其率先升空的核心舱上有6个对接口。这样,核心舱不仅能用于航天员生活居住,控制整个空间站正常运行,还能先后对接5个专用实验舱和飞船,形成庞大的空间复合体。

“和平”号在轨组装完毕后全长87米,质量达123吨(如与航天飞机对接则达223吨),有效容积470立方米。“和平”号空间站的各舱均有动力装置和生命保障系统,因此都能独立地进行太空机动飞行。但它们功能各异,分工明确。

“和平”号空间站的核心舱仍然是1个舱段式结构。它的总长13.13米,最大直径4.2米,总重量20.4吨,压力舱容积110立方米,两个太阳能电池翼的翼展为29.73米,总面积76平方米,最大输出功率9千瓦,平均功率5.5千瓦。核心舱内有1个大桌子供航天员工作和用餐,桌子两边是加热设备、各种餐具,以及食品柜和冷藏柜;舱的两侧还各有一个单人卧室(内有睡袋);卧室后边是卫生间,可供航天员洗澡;舱内装有体育锻炼器具,航天员每天需锻炼90分钟。

1987年3月31日,“质子”号火箭发射了第一个实验舱——“量子”1号,开始了“和平”号积木空间站的正式组装工作。

“量子”号实验舱共有5个,都呈柱形结构,质量均为20吨上下。“量子”1号又称天文物理舱。“量子”2号又称服务舱,安装的科学仪器包括电视光谱综合装置、X射线测量仪、自动旋转平台、西格马光谱综合装置、伽玛—2视频分光计和偏光计系统等,主要用于天文观测和对地观测。“量子”3号又名晶体舱,主要用于微重力材料生产。“量子”4号又名光学舱,主要用于远距离探测、高层大气物理研究和天体物理学研究。“量子”5号又名自然舱或生态学舱,主要用于生态学研究。1996年4月23日,“和平”号第5个实验舱——自然舱发射,并于3天后与“和平”号顺利对接,组装工作全部完成。完整的“和平”号空间站全长达87米,质量达123吨,有效容积470立方米。

“和平”号空间站作为世界上第一个长期载人空间站,自诞生之日起,共在轨道上运行了15载,大大超过了设计的5年寿命。它绕地球飞行8万多圈,行程35亿千米,进行了2.2万次科学实验,完成了23项国际科学考察计划。共有31艘“联盟”号载人飞船、62艘“进步”号货运飞船与其实现对接,还9次与美国航天飞机对接并联合飞行。

“和平”号创造了一系列世界之最:它是20世纪质量最大、寿命最长、载人最多、技术最先进的载人航天器,15年中共有31艘载人飞船和62艘货运飞船与它对接,28个长期考察组和16个短期考察组先后访问过“和平”号,共有12个国家的135名航天员到访过“和平”号;俄罗斯航天员波利亚科夫在“和平”号上创造连续逗留438天的世界纪录;美国女航天员露西德在上面创造连续逗留188天的女子航天新高。

前苏联通过建造和运行空间站取得了巨大成就,特别是“和平”号运行的15年时间里更是成果辉煌。在医学领域,研究了在太空使用的药物处方、宇航员飞行后的体力恢复方法。在生物学领域,研究了蛋白质晶体生长、高效蛋白质精制、特殊细胞分离、特种药品制备等。在材料和空间加工领域,进行了600多种材料实验,制造了半导体、玻璃、合金等35种材料。在对地观测方面,发现了10个地点可能有稀有金属矿藏,117个地点可能有石油存在。在天文观测方面也做出了许多重大发现。此外,还开发了大量空间新技术。

“和平”号也是发生事故和故障最多的载人航天器,在15年的运行过程中,先后发生大大小小的事故和故障1500多起,其中包括两起重大的事故。

1997年2月24日,“和平”号空间站上,由来自俄罗斯、美国和德国的6名航天员组成的乘员组,通过太空行走处理了一起站内发生的火灾事故。由于站上氧气发生器破裂,明火燃烧了90秒钟,烟雾充满了整个空间站。在这起事件中,虽然无人员受伤,危险也仅限于“量子”1号舱内,但这是载人航天器在太空飞行中发生过的最严重的着火事件。

祸不单行,继2月份发生火灾事故之后,6月份“和平”号空间站又发生了碰撞事故。6月25日,俄任务指令长楚勃列夫用一种新的自动对接系统操纵“进步”号运货飞船与“和平”号空间站的后对接口对接。当飞船与空间站快速靠近时,飞船上的速率控制部件突然失灵,7吨重的飞船先与光谱舱上的一块太阳能电池板相撞,接着就撞在光谱舱上,将光谱舱的舱体撞出一个“缺口”,并使光谱舱的舱体向内偏转,同时将覆盖在舱体外的散热器保护盖撞移位。为了堵住“缺口”,航天员不得不将舱外的4块太阳能电池板卸下,这样一来“和平”号空间站的电力供应减少了一半。

碰撞事故发生以后,为了维修空间站,俄罗斯航天员索洛维约夫和维诺格莱德夫在8月22日对舱内进行了一次检查。

两名航天员首先进入节点舱,将所有舱口密封,以防舱内气体全部丧失,然后将节点舱减压。在减压过程中,维诺格莱德夫突然发现自己的一只手套漏气,因此又赶紧重新加压,等换上新手套后再继续减压。当节点舱内的压力降到零时,他们开始将被切断的11根电缆线重新连接起来。进入光谱舱后,他们发现舱内到处漂浮着一些冰冻的肥皂泡,而舱体似乎完好无损。他们不放心,继续寻找被撞坏的“缺口”,可是毫无结果。

光谱舱上被撞坏的太阳能电池板的维修工作则是在以后的几次太空行走中才完成的。