軌道空間站

人類探索宇宙不僅僅是在太空進行短暫的飛行，有時航天員需要在太空中連續生活、工作幾十天甚至一兩年，那麼，他們的衣食住行問題該如何解決呢？有了空間站，問題就迎刃而解了。空間站就像是航天員在太空中的臨時客棧，航天飛機不斷地將生活用品從地球運到這裏，航天員便可以長時間地在空間站中生活了。空間站除了供航天員進行各種實驗外，還可作為太空驛站供航天飛機停靠以及為軍事作戰提供服務。 ^[3] 

人類並不滿足在太空作匆匆的遊客，他們需要在太空中開闢更大的生活和工作的場所。傳統的載人飛船空間狹窄，只能擠進幾個人，也不能帶很多的生活物資，因此，人們無法在空間長期停留和工作。於是人們設想建造一種更大的宇宙飛船，裝上更多的生活用品和工作設備，在軌道上長期運行，人們可以在裏面進行科學實驗，甚至工業生產、養殖種植等。於是，一種大型軌道空間站應運而生。 ^[4] 

國際空間站是最大的空間站，由美國、日本、加拿大等國參與建造，仍在建設中。

軌道空間站，又稱“航天站”、“軌道站”、“太空站”，是一種環 繞地球長期運行的大型載人航天器。它能與宇宙飛船或航天飛機 對接，以便補充給養、更換儀器設備和讓宇航員輪班換乘。 ^[5] 

空間站通常由對接艙、氣閘艙、軌道艙、生活艙、後勤服務 艙、專用設備艙和太陽能電池等幾部分組成。對接艙有多個對接 口，其中一部分對接口用於停靠接送宇航員和運送物資的航天 器，另一部分對接口為對接新艙體為擴大空間站做準備。氣閘艙 是宇航員在軌道上出入空間站的通道。軌道艙是宇航員在軌道上 的主要工作場所。.生活艙是宇航員進餐、睡眠和休息的地方。後 勤服務艙裝有推進劑、水、氣源和電源等設備，為整個空間站服 務。專用設備艙是根據飛行任務而設置的安裝專用儀器的艙體， 它也可以是不密封的構架，用以安裝暴露於空間的雷達和天文望 遠鏡等儀器設備。太陽能電池安裝在空間站艙體的外側或桁架 上，為空間站提供電力。 ^[5] 

在空間站上，宇航員可以長期從事各種科研活動，包括觀測 天文、勘測地球資源、調査環境污染、研究太空環境對生命的影響、進行特殊加工，以及製取地面上無法獲得的優質新材料、新 藥等。空間站還有重要的軍事用途，例如遙感、攝影偵察等，甚 至可以在未來太空戰中充當武器發射平台和作戰基地。 ^[5] 

在載人宇宙飛行時所完成工作的範圍非常廣泛。這些工作的主要部分是在軌道空間站上進行的，這種空間站為了達到飛行的高效率通常設計成多用途的太空實驗室。同時，應本着能夠有效利用全部飛行時間這一準則去選擇研究工作和實驗工作的程序以及 與此相應的科學儀器和實驗儀器的組成。 ^[6] 

在載人空間站飛行時，人們主要關注航天員參與的工作，因為 這些工作的結果是最有價值的。人的創造性思維能力應該主要用 於解決研究性的問題。航天員應儘可能擺脱像監控在軌裝置的運 轉、控制空間站的運動、收拾艙間、準備食物等這樣的次要工作。而 這就意味着空間站應裝備自動診斷及控制系統、在軌系統的地面 遙控裝置、地面一空間站電報通信系統，以及其它自動化設備。 ^[6] 

空間站飛行的效率還與航天員在空間站上停留的時間長短有 直接的關係。因此，設計的一個主要任務是保證航天員最長的持續 飛行時間。解決這一任務有兩條途徑。

第一，保證同一個機組在空間站長期工作的條件:建立必要的 舒適條件，為航天員提供必要的設施以保持足夠高水平的生命活 力，採取從地面對航天員進行心理鼓勵的各種措施。

第二，研究在飛行過程中保證航天員替換的手段:空間站裝備 能夠實現與運輸飛船多次交會、對接及分離的系統。

空間站的飛行時間很長，這就要求在軌系統的工作壽命也很 長，在達不到所需要的工作壽命的情況下，就應預先考慮到進行預 防性檢修或替換壽命到期的部件的可能性。要指出的是，隨着飛行 時間的增加，空間站外殼被微流星擊穿的概率在不斷上升,因此在 計劃多年飛行的空間站上最好有檢査外殼完整性的設施和接近外 殼的條件，以便在飛行中完成修復工作。 ^[6] 

所消耗的物質(燃料、水、食品、氧氣、服裝、攝影膠片等）的費 用應是最低的。為此應研究高度經濟的定位系統;水、大氣的再生 系統;服裝清洗和乾燥設備;尋求記錄科學信息的最佳方式。如果 這些措施還不夠的話，就應該預先考慮到利用運輸飛船補充所消 耗的物質的可能性。

目前有相當多在不同時期針對不同類型任務而研製的軌道空 間站設計方案。按照配置方案它們可分為兩類:單體的和多體的。

單體空間站利用一枚運載火箭送入軌道，能同時保證航天員的生存和所有預定工作的完成。

人們最感興趣的是多體空間站設計方案。這種方案使人感興趣的是它們可以利用現有的火箭在軌道上裝配，而且，一般説來，它們的尺寸可以是任意的。最簡單的情況是，空間站可以由兩個同軸或相互垂直對接的單體組成(見圖2．14)。我們要指出的是，兩種對接方案各有其優點：在同軸對接時，空間站比較容易控制，在相互垂直對接時，可以在空間站上設置更多的對接組件來接收運輸飛船。 ^[6] 

如果空間站的組成需要有更多的單體，那麼明智的做法是建造專用對接艙。在圖2．15上示出了由三個和四個單體組成的、採用對接艙的空間站可能的裝配方案。圖2．16為美國研究的一種多體空間站方案。由於單體相互靠近，在這裏建議使用機械手來進行對接。

多體空間站不一定要在完全裝配好的狀態下去完成飛行的全過程。各單體可以是專用的。因此，為了保證它們的工作，可能需要不同的飛行條件。在這種情況下，單體可以完成自主飛行，只有在技術維護期間或者為了傳送研究結果才與作為基地的空間站對接。 ^[6] 

多體空間站的配置方案取決於各單體的組成、功用、裝配方案和具體的飛行程序。

第一個載人的軌道空間站是蘇聯的“禮炮”號空間站。

蘇聯在登月競爭中敗下陣來後，為了在下一輪的競賽中獲得主動，決定全力以赴發展空間站。1970年起開始“禮炮”號的建造工作。同時，他們對“聯盟”號飛船進行了改裝，用來做向“禮炮”號空間站運送物資和人員的運輸工具。 ^[4] 

1971年4月19日，巨大的“質子”號運載火箭將第一個空間站“禮炮”1號發射上天，運行軌道為近地點200千米，遠地點222千米，傾角51．6度，運行週期88．5分。從此載人航天進入一個新的階段。

“禮炮”l號空間站由4個不同直徑的圓柱艙組成。前端有一個直徑2米的對接口和一個通道，用於與聯盟號飛船對接，宇航員和物資也是從這個通道進入空間站的。

緊接着就是空間站的主體——軌道艙，它由直徑各為2．9米和4．15米的兩個圓筒組成，它是宇航員工作、吃飯、休息和睡覺的地方，艙內氣候保持與地面相同，裏面有各種試驗設備、照相攝影設備和科學實驗設備。裏面有一個90立方米的居住艙。 ^[4] 

再後面是2．2米服務艙，內裝機動變軌發動機和推進劑。

空間站進入地球軌道後前後端各展開一對翼狀的太陽能電池板。空間站全長長14．4米，重18．6噸。與“聯盟”號飛船對接後，其總重量增至25噸，長度增為21米。

“禮炮”1號空間站是一種可長期在地球軌道上運行的大型航天器，它可以在自主和載人的兩種狀態下工作。飛行中，“聯盟”號飛船可與之在軌道上對接，組成更大型的軌道複合體，宇航員在複合體內可進行大量的、各種各樣的研究和實驗。 ^[4] 

“禮炮”1號空間站在太空運行了6個月，相繼與“聯盟”10號、“聯盟”1l號兩艘飛船對接組成軌道聯合體，每艘飛船各載3名宇航員，共在空間站上停留26天。

“禮炮”1號完成使命後於同年10月11日在太平洋上空墜毀。

蘇聯一共發射了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。經過改進的“禮炮”6號和7號空間站，增加了一個對接口，既可以與“聯盟”號載人飛船對接，還可與“進步”號貨運飛船對接，用以補充活所需的各種用品。

1977年9月29日發射上天的“禮炮”6號空間站，在太空飛行近5年，共接待18艘“聯盟”號和“聯盟”T號載人飛船。有16批33名宇航員到站上工作，累計載人飛行176天。他們完成了120多項科學實驗，拍攝了1萬多張照片。1980年，宇航員波波夫和柳明創造了在空間站飛行185天的紀錄。 ^[4] 

1982年4月19日，“禮炮”7號空問站進入軌道飛行，接待了“聯盟”T號飛船的11批28名宇航員。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造了．237天的飛行紀錄。“禮炮”7號空間站載人飛行累計達800多天，直到1986年8月才停止使用。

蘇聯人用“禮炮”號空間站完成了多項科學實驗和探測項目，包括天體物理學、航天醫學、生物學、地球資源調查和長期失重條件下的技術試驗等。

美國的空間站名叫“天空實驗室”，它在載人登月高潮後用剩餘的“土星”5號運載火箭改裝而成，1973年5月14日發射升空，在距地面435千米高的軌道上運行。它的外形有點像一架直升機，頂高有4塊如同螺旋槳狀的太陽能電池帆板。空間站長36米，最大直徑6．7米，重82噸，能提供360立方米的工作生活空間，由軌道艙、氣閘艙、多用途對接艙和太陽望遠鏡等四大部分組成。 ^[4] 

軌道艙為上下兩層，上層是工作區，下層是生活區，生活區又用隔板分成卧室、餐室、觀測室和洗漱室。軌道艙外部兩側各有一個太陽電池翼，可產生3．7千瓦的電能。過渡艙裝有供電控制、測試檢查、數據處理、生命保障和通信設備，還是通向空間的通道。多用途對接艙可以同時停靠兩艘飛船，還可以當物品儲藏室。太陽望遠鏡專門用來觀太陽活動和拍攝太陽照片。

“天空實驗室”共接待了三批9名宇航員，他們分別在空間站內駐留了28天、59天和84天，進行了天文、地理和醫學等270項科學研究，用太陽望遠鏡觀測太陽，拍攝了18萬張太陽活動的照片，還拍了4萬多張地球表面照片，並研究了人在長期飛行中的適應能力。1974年2月8日，第三批宇航員撤離後，它沒有再被使用。1979年7月11日，“天空實驗室”墜人澳大利亞南面的印度上空燒燬。它總共在太空運行了2249天，航程達14億多千米。 ^[4] 

蘇聯在空間站建設方面確實有很大的成就。但前期的“禮炮”號空間站採用艙段式結構，空間小，不易擴展，大大限制了有效載荷。各種載荷都緊湊地安裝在一起，出現故障時很難修理或更換。因此，蘇聯決定發展第三代“和平”號空間站。

“和平”號空間站計劃正式制定是在1976年。它採用組合式積木結構，其主體仍然是一個艙段結構。它的總長13．13米，最大直徑4．2米，總重20．4噸，由4個基本部分組成：球形增壓轉移艙，直徑2．2米，上面裝有5個直徑0．8米的對接窗口，徑向1個，側部對稱4個；增壓工作艙，這是空間站的主體，總長為7．67米，兩個柱形段的直徑分別為2．9米和4．2米；不增壓服務一動力艙，位於空間站尾部，除裝有主發動機和推進劑外，還裝有天線、探照燈、無線電通信天線等；增壓轉移對接器，長1．67米，直徑2米，位於服務一動力艙中央，提供第6個對接通道。 ^[4] 

1986年2月20日凌晨，一枚三級“質子”號運載火箭將“和平”號空間站主體發射升空。1986年3月13日，蘇聯發射了“聯盟”T一15飛船，將宇航員基齊姆和索洛維耶夫送上“和平”號。3月15日，飛船與“和平”號對接，兩名宇航員進入空間站成為新空間站的第一批乘員。1987年2月5日，“聯盟”TM一2又將兩名宇航員羅曼年科和拉維金送上“和平”號。1987年3月31日，蘇聯用“質子”運載火箭發射了第一個實驗艙——“量子”1號，開始了“和平”號積木空間站的正式組裝工作。1989年1 1月26日至1996年4月23日，其他5個實驗艙也先後被髮射並與“和平”號成功對接。對接完成後的完整的“和平號”空間站全長達87米，質量達123噸，有效容積470立方米。 ^[4] 

“和平”號空間站設計壽命為5年，但它卻在軌道上運行了15載。15年間，它繞地球飛行8萬多圈，行程35億千米，進行了2．2萬次科學實驗，完成了23項國際科學考察計劃。共有31艘“聯盟”號載人飛船、62艘“進步”號貨運飛船與其實現對接，還9次與美國航天飛機對接和聯合飛行。先後有28個長期考察組和16個短期考察組在上面從事考察活動，共有12個國家的135名宇航員在空間站上工作，使“和平”號成了名副其實的“世界”號國際空間站。宇航員在空間站上進行了大量生命科學實驗、空間材料學和醫學實驗，取得極為寶貴的成果和數據。拍攝了許多恆星、行星的照片，進行了基本粒子和宇宙射線的探測，大大擴展了人類對宇宙的認識，還探索了從太空預報地震、火山爆發、水災及其他自然災害的可能性。宇航員從這座“人造天宮”進行了78次太空行走，艙外活動的總時間達359小時12分鐘。 ^[4] 

1999年8月28日起，“和平”號進入無人自動飛行狀態。2001年3月23日中午14時(北京時間)左右，“和平”號終於走完了15年的坎坷路程，帶着它創下的無數成就，帶着蘇聯時代的驕傲、帶着全俄羅斯人民和全世界人民的惋惜，完全墜人南太平洋。

目前，太空中還有一個空間站在運行，它就是國際空間站。國際空間站是1983年由當時的美國總統里根倡導建立的。經過近十餘年的探索和多次設計，直到蘇聯解體、俄羅斯加盟，國際空間站才於1993年完成設計，開始實施。該空間站以美國、俄羅斯為首，吸收加拿大、日本、巴西和歐空局(代表11個國家)共16個國家參與研製。

空間站計劃分三個階段完成，總工期為10年。但由於資金短缺，計劃一再推遲實施。 ^[4] 

第一階段從1994一1997年，為準備階段。

第二階段擬從1997年開始，實際從1998年11月開始，為國際空間站的初期裝配階段，也是建立國際空間站的關鍵階段。1998年到1 1月20日，國際空間站的第一個組件——曙光號功能貨艙發射上天。第2個組件——美國團結號節點艙於1998年12月4日由奮進號航天飛機送入軌道，並於12月7日與曙光號成功對接。這標誌着國際空間站建設的正式開始。

第三階段擬從1998年到2004年。在這期間將把美國的居住艙、歐洲航天局和日本各自的實驗艙以及加拿大的移動服務系統等送上太空，最終完成空間站的組裝。 ^[4] 

最終的國際空間站將有6個實驗艙：美國1個、歐洲航天局1個、日本1個、俄羅斯3個，此外還在1個美國居住艙(有洗手間、卧室、廚房和醫務設備)、2個結點艙和服務系統及運輸系統，其總重量將達430噸，主桁架長88米，4個太陽電池陣寬110米，能提供110千瓦的電源功率。居住艙的容積為1200立方米。空間站的運行高度平均為397千米。 ^[4] 

目前，國際空間站還有建設之中。