太空中的科技之家-空間站(科普··· ···2013-01-28 14:13:58)航天站,也被稱為“軌道站”、“空間站”、“太空站”等等。它是在固定軌道上運(yùn)行的載人人造衛(wèi)星,用作科學(xué)觀察和實(shí)驗(yàn)的基地,并可用來給別的航天器加燃料或從上面發(fā)射衛(wèi)星和導(dǎo)彈。前蘇聯(lián)于1971年4月19日首先發(fā)射了“禮炮”1號(hào)航天站,重8610公斤,全長7.6米。原設(shè)計(jì)應(yīng)在永久軌道上運(yùn)行,但由于軌道低,6個(gè)月后它進(jìn)入地球大氣層而告失敗。美國于1973年5月14日發(fā)射了第一個(gè)成功的試驗(yàn)性航天站。這個(gè)叫作“太空實(shí)驗(yàn)室”的航天站在1973年5月25日至1974年2月8日,先后有3批宇航員進(jìn)入,共載人飛行了171天。航天員在上面進(jìn)行了各種科學(xué)研究,包括觀察太陽和彗星、從熔化的金屬混合物中制造超導(dǎo)體等。這個(gè)75噸重的航天站完成任務(wù)后于1979年進(jìn)入地球大氣層燒毀。前蘇聯(lián)在1974至1982年成功發(fā)射了一系列較小的航天站,從“禮炮”3號(hào)至7號(hào)。其中“禮炮”6號(hào)在空間運(yùn)行天。前蘇聯(lián)的宇航員們?cè)诤教煺旧祥L時(shí)間從事生物醫(yī)學(xué)和其他科研工作。1986年2月20日,前蘇聯(lián)發(fā)射了新的“和平”號(hào)航天站,打算用作永久性載人軌道飛行器的核心部分。該航天站有6個(gè)對(duì)接艙口,用來運(yùn)送貨物、與載人飛船對(duì)接以及連接研究實(shí)驗(yàn)室和生活區(qū)的擴(kuò)充艙。這座積木式結(jié)構(gòu)的大型軌道復(fù)合體,重達(dá)123噸,長達(dá)87米,容積為470多立方米?!昂推健碧?hào)的基礎(chǔ)艙總長13.13米,最大直徑4.2米,重2.1噸,由工作艙、過渡艙和服務(wù)艙三部分組成,站內(nèi)最多可容納12名宇航員。其最大特點(diǎn)是有六個(gè)對(duì)接口,可同時(shí)與六艘飛船或航天飛行器對(duì)接,組成一個(gè)龐大的軌道復(fù)合體,猶如一座運(yùn)行在太空的“人造天宮”。自“和平”號(hào)航天站入軌以來,就從未停止過載人上站居住和工作。它是世界上最大、飛行時(shí)間最長的航天站。到目前為止,美國、蘇聯(lián)、日本和歐洲(10國聯(lián)合)發(fā)射了一系列航天站。 航天站在科學(xué)研究、國民經(jīng)濟(jì)和軍事上都有重大價(jià)值。它有下列用途: 天文觀測:在航天站上進(jìn)行天文觀測,飛行高度高,觀測時(shí)間長,沒有大氣影響,航天員可以直接操縱儀器; 勘測地球資源:發(fā)現(xiàn)礦藏、海洋資源、森林資源和水利資源等; 醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究:完成有人參與的生物醫(yī)學(xué)試驗(yàn),尋找治療某些疾病的新方法,試制新的藥品和試劑; 發(fā)展新工藝、新技術(shù):利用太空高真空、高純凈和微重力的特殊環(huán)境制取新型合金和超純材料,制造高級(jí)玻璃,獲得大晶體和摻雜高度均勻的半導(dǎo)體,進(jìn)行晶體生長和材料焊接試驗(yàn)等; 大地測量、軍事偵察以及試驗(yàn)和發(fā)射航天武器或航天器等; 為人們?cè)诳臻g長期居住、開展航天活動(dòng)和開發(fā)太空資源提供場所。
航天站分為單一式和組合式兩種。 單一式航天站由運(yùn)載火箭或航天飛機(jī)直接發(fā)射入軌; 組合式航天站由若干枚火箭多次發(fā)射或航天飛機(jī)多次飛行,把航天站的組合件運(yùn)送到軌道上組裝而成。 航天站通常由對(duì)接艙、氣閘艙、軌道艙﹑生活艙﹑服務(wù)艙、專用設(shè)備艙和太陽電池翼等幾個(gè)部分組成。對(duì)接艙用以??枯d人飛船或其它航天器,對(duì)接艙一般有數(shù)個(gè)對(duì)接口,可同時(shí)??慷嗨逸d人飛船或其它航天器。氣閘艙是航天員在軌道上出入航天站的通道。軌道艙是航天員在軌道上的主要工作場所。生活艙是供航天員進(jìn)餐、睡眠和休息的地方。航天站一般設(shè)有臥室、餐廳和衛(wèi)生間等。服務(wù)艙內(nèi)一般裝有推進(jìn)系統(tǒng)、氣源和電源等設(shè)備,為整個(gè)航天站服務(wù)。專用設(shè)備艙是根據(jù)飛行任務(wù)而設(shè)置的安裝專用儀器的艙段,它也可以是不密封的構(gòu)架,用以安裝暴露于空間的探測雷達(dá)和天文望遠(yuǎn)鏡等儀器設(shè)備。太陽電池翼通常裝在航天站本體的外側(cè),為航天站上各個(gè)儀器設(shè)備提供電源。航天站在技術(shù)上具有和載人飛船相類似的一些特殊問題。 美國的“阿波羅”登月計(jì)劃結(jié)束后,也將載人空間站計(jì)劃列入了重要的發(fā)展目標(biāo)。20世紀(jì)80年代初,航天飛機(jī)研制成功并投入使用,為美國建造大型的永久性載人空間站提供了技術(shù)保障。1987年美國邀請(qǐng)歐洲航天局、日本和加拿大參加研制永久性載人空間站計(jì)劃。1993年,俄羅斯的加入不僅擴(kuò)大了空間站的規(guī)模,而且使該項(xiàng)目成為幾乎包括所有航天大國在內(nèi)的國際性計(jì)劃,因此后來就直接稱為國際空間站計(jì)劃。國際空間站是一個(gè)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、規(guī)模極其龐大和功能非常廣泛的大型空間設(shè)施,將由各參加國提供不同的艙段掛靠在桁架上組成。該計(jì)劃總投資約500億美元。1998年11月俄羅斯首先用“質(zhì)子”號(hào)運(yùn)載火箭將國際空間站的第一個(gè)部件——多功能艙發(fā)射入軌,此后將用航天飛機(jī)和大型運(yùn)載火箭把其他部件運(yùn)送入軌,并在軌道上組裝。國際空間站的建造標(biāo)志著載人航天活動(dòng)又進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。 由美、俄、日、加等16國合作建設(shè)的國際空間站始建于1998年,是世界航天領(lǐng)域最大規(guī)模的科技合作項(xiàng)目,也是航天史上第一個(gè)由各國合作建設(shè)的載人空間站。它結(jié)構(gòu)復(fù)雜,站體龐大,預(yù)計(jì)投資總額將超過630億美元。 國際空間站計(jì)劃最早于20世紀(jì)80年代初期由美國提出,歐洲航天局、加拿大和日本后來相繼加入。1993年11月1日,美國宇航局與世界上惟一擁有長期航天飛行經(jīng)驗(yàn)和向軌道運(yùn)送大型物品經(jīng)驗(yàn)的俄羅斯航天局簽署協(xié)議,決定在“和平”號(hào)空間站的基礎(chǔ)上建造一座國際空間站。1998年1月29日,15個(gè)國家的代表在美國華盛頓簽署了關(guān)于建設(shè)國際空間站的一系列協(xié)定和3個(gè)雙邊諒解備忘錄,計(jì)劃用9年時(shí)間建成國際空間站,到2006年全部建設(shè)完畢。 國際空間站的總體設(shè)計(jì)采用桁架掛艙式結(jié)構(gòu),即以桁架為基本結(jié)構(gòu),增壓艙和其它各種服務(wù)設(shè)施掛靠在桁架上。該結(jié)構(gòu)能夠加強(qiáng)空間站的剛度,并有利于各分系統(tǒng)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器工作性能的正常發(fā)揮以及宇航員出艙裝配與維修等。 目前,空間站已建成“曙光”、“星辰”等6個(gè)艙以及機(jī)械臂和太陽能電池等外部設(shè)施。最終建成的國際空間站將包括6個(gè)實(shí)驗(yàn)艙、1個(gè)居住艙、3個(gè)節(jié)點(diǎn)艙以及平衡系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)和運(yùn)輸系統(tǒng),總重量約為500噸。實(shí)驗(yàn)艙包括:美國1個(gè)、歐洲航天局1個(gè)、日本1個(gè)、俄羅斯3個(gè)(提供科研機(jī)柜);在美日歐的實(shí)驗(yàn)艙中,共有33個(gè)國際空間站有效載荷標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架,其中美國實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)有13個(gè),日本艙內(nèi)有10個(gè),歐洲航天局艙內(nèi)有10個(gè)。居住艙容積為1200立方米,有一個(gè)大氣壓,它包括有洗手間、臥室、廚房和醫(yī)務(wù)設(shè)備。 國際空間站的指揮和控制由美俄雙方分擔(dān),美國主要以航天飛機(jī)為運(yùn)載工具建設(shè)空間站,俄羅斯則主要用飛船向空間站運(yùn)送人員和物資。 建成后的國際空間站將是一個(gè)“太空城”,它將成為人類在太空中長期逗留的一個(gè)平臺(tái),可容納7名宇航員同時(shí)在上面長期居住,最多時(shí)可容納15人在上面從事考察活動(dòng),目前的國際空間站可以供3名宇航員長期工作。 國際空間站主要由兩大結(jié)構(gòu)呈十字狀“搭”在一起而形成。其中,縱向的主干主要是一些像積木一樣拼接在一起的艙體,總長度約為80米。而由總共9根“橫梁”連接而成的長長桁架,將以90度角“架”在縱向主干上,這一橫向桁架的翼展將達(dá)到108米。雖然總體的骨架是一個(gè)大十字,但國際空間站真正的形態(tài)遠(yuǎn)非這么簡單。在縱向的各艙體上,還會(huì)在不同方向衍生出其他一些結(jié)構(gòu);而橫向的桁架兩端,最終也將掛起巨大的太陽能電池板、散熱器等裝置;另外,攜帶著機(jī)械臂的小車,將來也可以在橫貫桁架的軌道上來回滑動(dòng)。與俄羅斯“和平”號(hào)等僅僅由艙體連接而成的傳統(tǒng)空間站相比,國際空間站的一個(gè)顯著特色是增加了橫向的桁架。這種“縱橫交錯(cuò)”的結(jié)構(gòu)方式,靈活性更強(qiáng)、工作效率更高,但安裝施工的復(fù)雜性和難度也更大。 服務(wù)系統(tǒng)包括俄羅斯的功能貨艙、加拿大移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)和俄羅斯服務(wù)艙。加拿大移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)的遙控機(jī)臂能運(yùn)125噸貨物,可沿主桁架移動(dòng),以進(jìn)行空間站硬件的裝配、維修和更換。俄羅斯服務(wù)艙擁有生命保障系統(tǒng)、推力器和居住功能(含洗手間和衛(wèi)生設(shè)施),重20噸。
下面是一些空間站的圖片。
下面是和平號(hào)空間站的圖片 下圖是和平號(hào)空間站在大氣層中燒毀的圖像。 下圖是和平號(hào)空間站中種植的小麥。 |
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