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第7章 航天科技(6)

第一个空间站

载人飞船进入太空,无疑是人类在载人方面取得的一项辉煌成就。但是,由于载人飞船内部空间相当有限,只能乘坐1~3名航天员,狭窄的舱里没有多余的活动余地,很难从事更苏联在宇宙建立第一个太空站多的观察科研和生产等活动。因此,科学家们设想在太空建造一个内部空间较大的能在轨道上长时间飞行的工作站,这样,航天员就可以像地面的实验室那样从事科学研究,像地面的车间那样从事加工生产,可居高临下,充分地发挥人的因素,从事军事活动。基于上述原因,20世纪70年代初,前苏联载人航天的重点转向了空间站。

1971年4月,前苏联发射了世界上第一个空间站,取名“礼炮1号”。它重约18吨,长约14米,最大直径4.2米,飞行轨道近地点219公里,远地点275公里,倾角51.6°。“礼炮号”由轨道舱、对接舱和服务舱三大部分组成。轨道舱类似于由直径分别为3米和4米的两个圆筒拼在一起,它是航天员工作、用餐、休息和睡眠的场所。舱内保持着与地面相同的小气候环境,舱内的地板、天花板以及周围的墙壁漆成了不同的颜色,这是为了有利于航天员区别方向时作参考。“礼炮号”在太空长期运行时,航天员的更换和所需消耗物资的补充分别由“联盟号”和“进步号”天地往返运输器承担,因此,“礼炮号”的对接舱是供“礼炮号”与“联盟号”和“进步号”在太空对接时用的,也是航天员进出空间站的出入口。如“礼炮6号”的对接舱设有两个对接口,既可同时与两艘“联盟号”飞船对接,也可用一个接口同“联盟号”对接;另一个供停靠“进步号”飞船用。“进步号”无人运货飞船是专为空间站运转货物而研制的,实为“联盟号”飞船的改型,长8米,直径2.2米,由运货舱、燃料舱和工作舱三部分组成,一次能运货23吨,包括燃料、食品、水和氧气等必需品。当“进步号”升空与空间站对接后,自动将货物卸下,并装上空间站不再需用的物品然后自动脱离空间站,其中运货舱与燃料舱在进入大气层后烧毁,只保留工作站继续留在空间。

“礼炮号”空间站分科学研究型和军用型两种。前者的主要任务是完成天体物理学、航天医学、生物学等方面的广泛研究,考察地球自然资源和进行长期失重条件下的科学实验。后者主要进行高空照相侦察以及高能武器的可行性实验研究等。自1971年4月至1982年4月,前苏联共发射了7艘“礼炮号”空间站,其中1973年4月3日发射的“礼炮2号”(即“钻石-1号”)1974年6月25日发射的“礼炮3号”(即“钻石-2号”)和1976年6月22日发射的“礼炮5号”(即“钻石-3号”)为军用型空间站,其余为科学研究型空间站或军民结合型。

军用型空间站是由前苏联切洛米伊设计局负责研制的,它属于绝密的“钻石计划”。在空间站的工作舱里装有口径达1米的专用侦察照相机,所拍照片装在特制的密封盒里由运输飞船带回地面。工作站内还装有当时最先进的计算机等操纵设备,研究新式武器的一些秘密装置和探测太空环境的望远镜等。此外,还装备了当时最完备的防御开武系统。在空间站内工作的也全是清一色的军事专家,每个空间站的有效使用期为1~2年。

科学研究型空间站则是由科罗廖夫设计局负责研制的,在发展初期并不顺利。1971年4月19日,由卡拉廖夫设计局负责研制的“礼炮1号”虽然成功地进入轨道,3名航天员在太空逗留24天,创造了新的世界纪录。不幸的是,他们于6月30日在返回途中,当他们发动下降的制动火箭时,因返回舱的一个阀门密封件失灵,舱内空气在极短的时间内大部分漏走,导致航天员全部窒息而亡。但1977年9月发射的“礼炮6号”和1982年4月发射的“礼炮7号”,在技术上有较大改进,安全性和可靠性也有了更大的保障。从“礼炮1号”至“礼炮5号”,每个都只有一个接口,而“礼炮6号”、“礼炮7号”各有两个接口,即它们的前后轴向各有一个对接口。这两个空间站都多次与“联盟号”、“联盟T号”及“进步号”飞船顺利对接。“礼炮6号”接待了16批乘员,“礼炮7号”接待了21批乘员,他们各自肩负使命,在太空多次进行载人对地观测、天文观测和与天气预报有关的高层大气和红外辐射观测,开展了微重力条件下的空间新型合金等材料生产、金属熔化过程的研究和空间焊接,还进行了小球藻的培育、乘员心血管系统的观测等研究。1984年7月17日,前苏联女航天员萨维茨卡娅乘坐“联盟T-7号”飞船进入“炮礼7号”工作了8天。她同另外几位男航天员共同开展科学实验活动。7月25日,她随指令长扎尼别科夫步出舱外,顺利完成了切割、焊接、喷涂等复杂操作任务,共在舱外进行了3小时35分钟的作业。她不仅创造了妇女在太空行走的纪录,而且她在这次飞行后不久完婚,1986年10月喜生贵子,这表明太空生活对妇女生育并无根本性的影响。“礼炮号”的一系列活动,还雄辩地表明人类在太空中具有有效生活和工作的能力,人在环绕地球的轨道上,能从事探测、研究、生产和维修等各种有意义的活动。前苏联不仅是最早发射空间站的国家,开创了航天史上载人空间站的新时代,还曾相继创下航天员在太空持续生活75天,96天,140天等一系列世界纪录。

“发现号”航天飞机回收卫星

摘天上的星星,曾是多少童话中的幻想。但是,在科学技术高度发展的今天却成了活生生的事实。

1984年11月12日和14日,美国航天飞机“发现”号,真的从地球轨道上“摘下”两颗“星星”——两颗人造地球通信卫星,并把它们运回地面。

这两颗“星星”,一颗是印尼的“帕拉帕B——2”,另一颗是美国西方航空公司的“西联——6”通讯卫星。它们从航天飞机上发射后,由于自身的定位火箭提前灭火,没有进入轨道。

九重天外摘星星的过程分两个阶段进行:首先是“追赶”,然后是“捕捉”和“搬运”。

这两颗卫星由于火箭发动机失灵,进入了一条“无用”的椭圆形轨道。而航天飞机的圆形运行轨道一般离地面300公里左右。为了“捕捉”卫星,从1984年5月到10月,美国地面站的工程师们利用遥控讯号,把卫星的椭圆形轨道变成了圆形并且把它们的远行轨道的高度降低到接近航天飞机的运行轨道。“发现”号11月8日发射进入的运行轨道,比卫星的轨道低约48公里,比卫星落后约10000公里。“发现”号用了4天时间“追赶”上了这两颗卫星,把航天飞机和卫星之间的距离缩短不到11米。

这时,宇航员穿上“航天喷气包”,手持6米长的杈杆“飘”上去,插入卫星尾部的火箭“喷气管”,杈杆前部像雨伞一样,自动张开固定在卫星尾部;然后航天飞机上的机械手臂伸出去,由另一个宇航员将卫星顶部的天线夹住,接着把被揪住头尾的卫星拖进货舱指定位置,拿下杈杆,截去天线,用一个A型框架盖上锁住。

这次摘的第一颗“星星”是印尼的“帕拉帕”,最先出马的那个宇航员叫艾伦。由于准备用来夹住卫星圆形天线的框架窄了05厘米,而不能使机械手臂发挥作用,结果艾伦像抱着一个哭闹踢打的孩子,与另一个守候在货舱里的宇航员加德纳一起费了九牛二虎之力,才把卫星拖进货舱里锁定。整个“捕捉”和搬运过程花了6小时又10分,比原定时间延长了10分钟。

11月14日,摘第二颗“星星”先由加德纳出征,这次接受了前次的教训,艾伦骑在机械手臂的顶端工作台上,抓住顶端不放,按照同伴吩咐翻动它的位置。加德纳将卫星尾部锁住,女宇航员还是像头一次一样在舱内操纵机械手臂,这样把第二颗失控卫星终于连拖带拽地拉进货舱里固定。

这次航天飞机“摘星星”成功,被认为是“航天史上最雄心勃勃和最重要的活动之一”。从经济上讲,收回卫星每颗花500万美元,修理后,可以6000万美元再度出售;从商业竞赛上,可以消除航天飞机发射卫星连连失败的“沮丧情绪”;从航天发展上,这次行动表明可以利用航天机队在地球轨道上构筑永久性太空站,在军事上还告诉人们:既然可以在轨道上抓回自己的卫星,难道不能在太空捕捉或破坏敌方的通讯卫星吗?

修复卫星故障

1984年4月8日,美国航天飞机“挑战者”号开始试图在太空中修理一颗发生故障的太阳活动峰期探测卫星,结果开始几次都失败了。

4月8日,航天飞机追上了太阳探测卫星,并和它保持60米左右的距离。宇航员纳尔逊使用以氮射流为推进剂的喷气背包,飞出了航天飞机,逐步靠近了离地球480公里,虽已出故障,可还在运行的太阳探测卫星。

宇航员携带着一种特殊的装置,准备更换卫星上的老抓钩,然后将卫星拖回航天飞机舱内,可是没有成功。纳尔逊用戴着手套的手抓住了卫星的一片太阳能板,正要将卫星拖回机舱,指令长克里平却命令他立即返回,原因是他背包上的氮气已经消耗殆尽。纳尔逊返回航天飞机后,克里平使航天飞机更靠近卫星,然后宇航员试图用机械臂抓住这颗缓缓旋转的卫星,又没成功。

第一天就这样过去了。4月9日,地面控制中心的工程师们成功地用无线电信号减慢了卫星的运转速度,并遥控这颗卫星运行的姿态。

4月10日,在最后一次的尝试中,指令长克里平和驾驶员斯科比谨慎地发动了几枚火箭,然后小心翼翼地操纵航天飞机靠近那颗卫星。宇航员哈特操纵航天飞机这是修理人造卫星的高智能宇宙机器人上的机械手,抓住了卫星,并将它从轨道上拖进航天飞机货舱内。

这颗太阳活动峰期考察卫星,是1980年2月发射进入运行轨道的。原来由于保险丝出了故障,10个月之后,也就是1980年12月就基本停止了工作。这颗卫星可以称之为美国观测太阳的一只眼睛。在短短的10个月之内,它便获得了大量有关太阳耀斑的重要数据。这颗卫星又是美国宇航局设计的第一颗能用航天飞机回收和修理的卫星。探测卫星的主要系统都安置在外部的盒子里,卫星上还特别安置了一种抓钩装置,专供航天飞机上的遥控机械臂捕捉卫星时使用。

太阳活动峰期考察卫星需做两项修理,一项是更换烧坏保险丝的姿控舱;另一项是置换日冕仪——偏振计试验中的一个电子设备盒,以及日冕仪中的微处理机。

首先置换姿控舱,这件工作比较简单,使用电板钳活扳子之类的工具就可以解决了。太阳探测卫星有7个主要的试验,为了获取试验结果,其中有4个敏感器必须非常准确地指向太阳。可是由于保险丝失灵,卫星的指向长期处在一个很不精确的状态下,这4个敏感器就无能为力了。更换了姿态控制舱之后,恢复到精确的指向,探测试验就可进行了。

更换日冕仪器的电子设备盒,是一件比较复杂的工作。首先提取下绝缘体,拆下螺钉固定的入口板。接下来拆掉12根电线,最后换上一个电子设备盒和一个盖子。当卫星修理好以后,宇航员用机械臂把它高举到航天飞机顶上,由地面控制中心的工程师进行检验。

接着,卫星就像医治好创伤的小鸟一样,又飞回到太空轨道上去了。

宇航员在太空中的工作

宇航员穿上宇航服后,可以进入太空,从事复杂的太空作业。虽然利用机器人也可以代替人进行科学考察和科学实验,而且它们比人更能适应恶劣的太空环境。但是,机器人无法从根本上代替人的作用。人具有创造力、应变能力和适应能力,有预见性,能够处理各种意外事件。

步入太空,要干和想干的事太多太多——从事科学研究,组装空间站,建设太空城,施放、回收、修理及捕捉航天器,开发宇宙资源等等。进入太空作业,只是人类了解宇宙,探知宇宙奥秘的第一步。经过不断的探索,人类可以扩大视野,增长知识,跨入整个宇宙空间。

宇航员的太空生活

据太空人介绍,“天宫”的生活同人间很不一样。

吃喝太空厨房内有100多种食品,全装在软管、软袋的金属盒内,嵌在舱壁上。吃饭时把脱水食品加上水,与其他食品一起放进舱壁上的小电炉里加热到80℃。舱壁上有两块板放平,上面有橡皮带把食品勒住,以免飘飞。食品直接从软管内啜取。太空人劳动量颇大,每天食品的热量为3800大卡。淡水久存会变味,太空人为喝不上凉水而抱憾,只好对付着以咖啡、茶和果汁解渴。

睡眠睡的是带垫单的睡袋,四周有通气口,热了可打开。睡觉时只穿内衣。失重影响血循环,脚部失血怕冷,要穿软底毛靴保暖。睡袋扣在舱架上,以免飘动。

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