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第5章 人造太空“小天地”(2)

宇航员的舱外活动

人类在征服太空过程中,宇航员走出密闭座舱到太空作业是极为重要和必不可少的航天活动之一。登月探险、修复失效的卫星、维修卫星的太阳能帆板等所取得的成果,都是宇航员舱外作业的功绩。人们从第一艘飞船进入太空起,就在考虑宇航员出舱活动的问题。1965年3月18日,前苏联宇航员列昂诺夫走出“上升”号宇宙飞船,到太空活动了34分钟,成为世界上第一个走出座舱进入太空活动的人。随后不久,美国宇航员怀特也走出舱外活动。

宇航员到舱外活动危险吗?太空环境恶劣,人随时都会出危险,因此需要有完善的生命安全保护措施,才能保障宇航员的生命安全,免遭太空恶劣环境的侵害,有效地进行太空作业。这种保护措施就是舱外活动航天服及其配套的生命保障系统。航天服是一种多层次的气密服装,结构复杂,其配套设备有头盔、手套和靴子。它具有供氧、维持服装压力、通风降温、清除二氧化碳等功能,而这些功能要依靠航天服的生命保障系统才能完成。

初期的舱外活动生命保障系统,是用一根与舱内生命保障系统相通的管道(长约18米),通到航天服内,为宇航员供氧和维持服装内的压力。这种方式类似婴儿的血液通过脐带由母体供给,故称脐带式生命保障系统。这种生命保障系统使宇航员的活动范围局限于航天器周围,而且脐带容易缠绕,发生危险。

随着航天活动的扩大,舱外作业越来越多,如登月活动、太空修理活动等,脐带式生命保障系统远不能满足航天活动的要求。因此,人们为宇航员研制了几种功能齐全、结构紧凑的便携式舱外活动航天服及其生命保障系统,它完全独立于舱内的生命保障系统。如登月用的便携式生命保障系统是一个自成体系的小背包,背在宇航员身上。它为登月活动的宇航员提供呼吸用氧、温度与湿度控制、二氧化碳和废气净化,能保证宇航员在月球上工作4小时。价格昂贵的美国航天飞机便携式生命保障系统,总重(含航天服)为118千克,航天服的压力为26~30千帕,二氧化碳的允许压力小于1.01千帕,航天服的通风量为5升/时,这套系统贮水量为4.2千克,氧贮量为0.55千克,可供宇航员使用7小时。

这套便携式生命保障系统与航天服是配套的,连成一个整体,它主要包含如下部分:

氧气的贮存和控制分系统。其功能是为宇航员供氧,并对航天服加压。

氧气通风分系统。它将冷却净化的新鲜空气送人航天服内,供宇航员呼吸,并带走呼吸代谢产生的二氧化碳、有害气体和部分废热。

液体冷却分系统。它是通过液冷服扩散宇航员在舱外活动期间代谢产生的废热和外界辐射到航天服内的热量。

供水和废水回收分系统。它为散热装置和液体冷却分系统提供消耗的水,贮存从水分离器分离的冷凝水。是在失重条件下保证供水的系统。

此外,还有通信和遥测分系统以及其他一些设备。

在大空只要携带生命保障系统,宇航员就不用担心害怕,安全就有了可靠的保障。

空间站上的生活

人类能长期生活在太空吗?人体能战胜长期失重的不良影响吗?这些都是人们疑惑不解的问题。然而在1988年,前苏联两名宇航员在太空创下连续飞行366天的新记录给出了回答。

1987年2月6日夜,“联盟”TM2号飞船,带着宇航员罗曼年科和拉维金进入太空,2月8日,“联盟”TM2号成功地与“和平”号空间站对接,两名宇航员至此进入“和平”号空间站工作。罗曼年科在太空连续飞行326昼夜,创造了人类长期太空飞行的世界纪录,尽管这个纪录后来又被其他宇航员刷新,但在航天史上却写下了值得纪念的、页。

两名宇航员在太空工作之余,常遥望人类的故乡——地球。他们在离地面三四百千米之遥的太空,可以看到地球的弧形边缘,地球的美景,美国的深谷,中国的长城、江河都一一映人他们的眼帘。最壮观的还是日出和日落的瑰丽景象,玫瑰色、蓝色、浅蓝色交织在一起,像一幅精美的油画。

为了预防宇航员的心理障碍,前苏联地面指挥中心每天晚上与宇航员通话一次,报告宇航员家人的情况,妻子在做什么,孩子学习怎样,朋友和同事中发生了什么新鲜事,且每星期日都能通过双向电视与家人会面和交谈。罗曼年科与妻子会面十分有趣。妻子告诉他,家里正修理住宅。罗曼年科立即提出意见,他还跟妻子开玩笑说:“如果在我返回之前还修理不好,我就请求延长在太空飞行时间……”

太空的业余生活安排得丰富多彩,也可以预防心理上的孤独感。他们工作之余可以锻炼身体、看电视、读书、听音乐,罗曼年科还迷上了歌词创作……

12月29日,在失重的太空飞行326天的罗曼年科,乘坐“联盟”TM3号飞船返回地球,季托夫和马纳罗夫留在“和平”号空间站,继续他们在太空一年的生活和工作。

人们以崇敬的心情欢迎太空英雄的凯旋,罗曼年科一下子成为全世界注目的新闻人物。

空间站的特征和优越性

空间站是一种大型的、长期在天上运行的载人航天器。与以往的其他类型的航天器相比,具有其他航天器无法比拟的特征和优越性。

空间站的重要特征之一是它的经济性。我们知道,以往的载人航天器都是发射之前宇航员就要进入航天器舱内,并与航天器一起发射入轨。飞行任务完成后,航天器再载着宇航员返回地面。对于这类航天器的一个最基本的要求就是必须具备很高的可靠性,以保证在发射和返回过程中宇航员的安全。同时,还要配备应急救生系统,以便在一旦发生不测时,携带航天员逃离危险区,然后安全着陆。宇航员救生系统,是一个结构相当复杂、试验工作量很大、要求很高的分系统。对于载人航天器的高可靠性要求及宇航员救生系统的装配,使整个航天器的设计、制造难度增大,造价增高。然而空间站在发射时不载人,而是在发射后在轨道上接纳宇航员,同时它本身又是一种不返回的航天器。这样一来就大大简化了航天器的结构,减小了设计的难度和复杂程度,从而也就极大地降低了研制成本。

空间站是一种长期在轨道上运行的航天器,在整个运行过程中,它有时载人,有时不载人、自主飞行。许多考察项目和试验研究,要求必须有人亲自操作和经常性关照。然而也有些项目并不需要宇航员始终参与,只要开始时由宇航员启动并调试好仪器设备,以后定期进行检查,最后获取成果就行了。所以宇航员可以经常离站暂回地球老家。这既不影响考察工作的继续进行,又免去了站上许多消费。

空间站的经济性还充分体现在它的长寿命上。对于以往的航天器来说,要想获得长寿命,一方面必须通过增大航天器的容积,尽量在发射时多装载燃料及宇航员生活消耗品;另一方面要努力提高舱上所有分系统、仪器、设备,乃至各零部件的可靠性和使用寿命。这不仅涉及到对航天器本身结构、运载工具及发射场能力的一系列要求,而且涉及到对元器件生产质量等整个国家工业化水平这样的要求。高要求必然导致高投资。但如果有朝一日,轨道上的航天器能像地面上的机器和设备一样,消耗材料和物资可以根据需要及时补给,什么地方出了故障可以及时维修和排除,零部件坏了可以更换,上面的仪器和设备还能不断更新换代,那么航天器的寿命问题也就得以解决了。现在的空间站,特别是前苏联的轨道站,已经很好地解决了这个问题,并且大大延长了其工作寿命。

寿命与其使用价值和经济效益成正比。

空间站的另一突出特征及优越性就是它的综合应用性和高效性。一般说来,空间站主体本身就有较大的容积,这为安装多种或大尺寸的实验设备和仪器提供了必要的条件,从而扩大了研究的范围和规模。不仅如此,空间站主体上可以设计多个对接接口,并根据需要在轨道上与后来陆续发射的各种专用舱对接组配成更大型的轨道复合体。每个后对接上去的专用舱也可以再有数个对接口,继续与其他航天器和其他专用舱对接……从理论上讲,这种模块式的在轨组装方式,可以使研究规模不断扩大,使空间站的功能无限增加。若干个航天器或专用舱,既可以在轨道上对接组合成一体,又可以分离和再组装。这样就可以根据需要改变航天站的功能。功能多、灵活性强、用途广、利用率高等优越性,是过去功能单一的航天器(如气象卫星、通信卫星等)无法比拟的。

数月乃至数年的长时间运行,保证了天上研究工作的连续性和深入性。各行各业的专家、宇航员亲自操纵实验的进行,现场观察和评定研究结果,对于实验方案和方法的不断完善、对于研究的逐步深化和研究质量的提高具有直接和重要作用。

“礼炮”号空间站

20世纪60年代,前苏联曾在载人登月问题上与美国展开了一场激烈竞争。由于种种原因,前苏联载人登月的活动未能成功而败北,继而采取了一条由飞船到空间站,集中力量优先发展空间站的政策,经过几年努力,终于取得预期成果,于1971年4月19日发射了世界上第一座空间站“礼炮1”号,到1982年4月19日的整整10年间先后发射了8座“礼炮”号,除一座因故人轨后解体未能工作外,7座正常运行。到1986年8月“礼炮7”号在太空轨道上中止载人飞行为止,15年间共接待宇航员42批94人次驻站工作。这期间空间站上基本上没有中断过载人飞行,共计飞行1700多天/人,最长的一次是一批人连续飞行237天,并与“联盟”号载人飞船和“进步”号无人货船多次对接构成配套系统,取得丰硕的科研成果和长期载人航天飞行经验,开创了航天史的空间站技术的先河,对人类航天事业做出了突出贡献。

“礼炮”号轨道空间站的研制和发射,在前苏联空间技术的发展计划中,是一个重要的阶段。截至1979年初为止,前苏联先后发射了6艘“礼炮”号轨道空间站。据分析,“礼炮”号可分为两种型号:“礼炮”1、4和6号是科研型,“礼炮”2、3和5号是军用型。“礼炮”号轨道空间站重约19吨,长16米左右,最大直径4米多,由工作舱、过渡舱和服务舱3部分组成。

科研型和军用型两类空间站在设计上的主要区别是,对接舱口的布局不同。军用型的对接舱口在站体的后部,科研型的则在站体的前部。而“礼炮6”号在站体前部有两个对接舱口,可同时连接一个“联盟”号飞船与一个“进步”号载货飞船。太阳能电池帆板的位置也不相同。军用型太阳能电池帆板的位置比科研型的靠后。总体结构也不同。军用型和科研型的外形结构虽然基本相同,但内部设备布局却不同。军用型内装有1台大型侦察照相机,并至少有1个回收舱以便将所拍的胶卷按时送回地面。“礼炮3”号和5号空间站均曾将有胶卷的回收舱送回地面。这种回收舱一般是在宇航员离开空间站之后方与站体分离。军用型的“礼炮”号空间站之所以将太阳能电池帆板往后配置,并将对接舱口设在站体后部,可能都是为了使回收舱和站体基本结构连成一体。“礼炮3”号和5号两种军用型号的主要目的是进行照相侦察,其次是进行高能技术在武器上可能性的研究应用。

寿命短促的第一代

“礼炮”号空间站从1971年4月19日发射命名为“礼炮1”号到1976年6月22日命名为“礼炮5”号升空,划为第一代空间站。这5座航天站寿命一座比一座长,驻站宇航员工作天数越来越多,进行的科研项目和内容也逐渐增多,在这期间多次与载人飞船对接,还试验了由不载人的“联盟20”号飞船给“礼炮4”号运送燃料,从而使它在太空运行的时间延长到15个月,这对向“长寿命空间站”方向发展,具有重要意义。

第一代空间站纯属试验性飞行,但也取得许多重要成果,特别是证明人能够在太空失重条件下长期生活广还进行了空间站与宇宙飞船的对接试验和演练,为以后组成多元复合体积累了经验,同时在站上述开展了冶金和晶体生长等实验工作。第一代空间站存在舶主要问题是只有一个对接舱口,只能与一艘飞船对接,而这艘飞船又担负“轨道救生艇”的值班任务,使后勤补给问题难以解决。加之乘员工作、生活舱容积很小,所带生活用品和实验用品有限,因而使宇航员驻站时间和实验工作都受到了很大限制。

“礼炮1”号空间站由对接过渡舱;轨道工作舱和服务舱等三大部分组成,总重18.5吨,最大直径4米,总长12.5米。

对接过渡舱是直径2米的圆筒。它有一个供,“联盟”号飞船停靠的对接舱口。“联盟”号飞船和“礼炮1”号对接后,飞船里的宇航员从这里进入“礼炮1”号。对接过渡舱里装有一部分天体物理仪器和控制仪表板。

轨道工作舱由直径3米和4米的两个圆筒组成。它既是宇航员的工作场所,也是宇航员睡觉和休息的地方。这里有大量的仪器、仪表和控制板,其中有一台高达3米的大型锥状望远镜,名义上是用来观测太阳,实际上很可能用来侦察地面。轨道工作舱的两边是气体再生和过滤设备,以及生物医学的研究仪器。舱里气压是一个大气压,温度是17℃左右,使宇航员在那里像在地面一样。

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