空間站
? ? ? ?空間站(Space Station)又稱(chēng)航天站、太空站、軌道站。是一種在近地軌道長(cháng)時(shí)間運行,可供多名航天員巡訪(fǎng)、長(cháng)期工作和生活的載人航天器??臻g站分為單一式和組合式兩種。單一式空間站可由航天運載器一次發(fā)射入軌,組合式空間站則由航天運載器分批將組件送入軌道,在太空組裝而成。在空間站中要有人能夠生活的一切設施,不再返回地球。
基本概述
人類(lèi)并不滿(mǎn)足于在太空作短暫的旅游,為了開(kāi)發(fā)太空,需要建立長(cháng)期生活和工作的基地。于是,隨著(zhù)航天技術(shù)的進(jìn)步,在太空建立新居所的條件成熟了。
空間站是一種在近地軌道長(cháng)時(shí)間運行,可供多名航天員在其中生活工作和巡訪(fǎng)的載人航天器。小型的空間站可一次發(fā)射完成,較大型的可分批發(fā)射組件,在太空中組裝成為整體。在空間站中要有人能夠生活的一切設施,不再返回地球。
國際空間站結構復雜,規模大,由航天員居住艙、實(shí)驗艙、服務(wù)艙,對接過(guò)渡艙、桁架、太陽(yáng)電池等部分組成,試用期一般為5~10年??傎|(zhì)量約423噸、長(cháng)108米、寬(含翼展)88米,運行軌道高度為397千米,載人艙內大氣壓與地表面相同,可載6人。建成后總質(zhì)量將達438噸,長(cháng)108米。?
歷史沿革
空間站概念的提出可以追溯到1869年。當時(shí)Everett Hale為大西洋月刊撰寫(xiě)了一則關(guān)于“用磚搭建的月球”的文章。此后康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基和赫爾曼·奧伯特也對空間站進(jìn)行過(guò)設想。1929年Herman Poto?nik的著(zhù)作《The Problem of Space Travel(太空旅行的問(wèn)題)》出版并風(fēng)靡了30多年。1951年沃納·馮·布勞恩在礦工周刊中刊登了他帶有環(huán)狀結構的空間站設計。在二戰期間德國的科學(xué)家曾研究過(guò)使用太陽(yáng)能的軌道兵器,即所謂的“太陽(yáng)炮”。按照設想,它將是運行在高度在5,100英里(8,200千米)的地球軌道的空間站的一部分。
阿波羅11號飛船在1969年搶先登陸月球后,前蘇聯(lián)在與美國登月的太空競賽中落敗,因此轉向了其他方向(如空間站)來(lái)展示他們的航天實(shí)力。禮炮一號于1971年成功發(fā)射升空,它是人類(lèi)歷史上首個(gè)空間站。但不幸的是三名宇航員在返回時(shí)因閥門(mén)故障造成座艙失壓全部窒息死亡。美國緊隨其后在1973年發(fā)射了“天空實(shí)驗室”空間站,它攜帶了一系列的望遠鏡,科學(xué)家在上面做了許多關(guān)于醫藥、地質(zhì)和天文等方面的科學(xué)實(shí)驗。前蘇聯(lián)在1986年發(fā)射了“和平號”空間站,并在接下來(lái)的十年間不斷對其進(jìn)行擴充完善,服役至2001年。期間有包括美國在內的許多國家的航天員拜訪(fǎng)過(guò)這個(gè)世界著(zhù)名的空間站。1998年11月國際空間站的第一個(gè)部件曙光號功能貨艙發(fā)射升空,隨后陸續發(fā)射的模塊對其逐漸進(jìn)行擴充。它由多個(gè)國家分工建造、聯(lián)合運用,成為國際合作進(jìn)行太空開(kāi)發(fā)的標志。自2000年11月之后,國際空間站上就保持至少三名乘員至今。
中國在2011年9月29日發(fā)射了首個(gè)小型試驗性空間站天宮一號,中國也成為繼蘇聯(lián)(俄羅斯)和美國后第3個(gè)能夠獨立發(fā)射空間站的國家。天宮一號將分別與隨后發(fā)射的神舟八號、神舟九號、神舟十號飛船對接,從而建立第一個(gè)中國空間實(shí)驗室。
空間構造
空間站是一個(gè)由許多相互關(guān)聯(lián)的子系統構成的復雜系統,一個(gè)功能完備的空間站通常會(huì )具備以下的模塊。
1、主體結構
2、電源供應系統
3、溫度控制系統
4、姿勢控制系統
5、軌道操作和推進(jìn)系統
6、自動(dòng)化和機器人系統
7、計算機和通信系統
8、環(huán)境與生命支持系統
9、乘員生活設施
10、乘員和貨物運輸系統
發(fā)展階段
第一代空間站:特點(diǎn):?jiǎn)闻?,一個(gè)對接口(禮炮1號,禮炮2號,禮炮3號,禮炮4號,禮炮5號)
第二代空間站:特點(diǎn):?jiǎn)闻?,兩個(gè)對接口(禮炮6號,禮炮7號)
第三代空間站:特點(diǎn):多艙,積木式結構(和平號空間站)
第四代空間站:特點(diǎn):多艙,桁架式和積木式的“混血”結構(國際空間站)
基本特點(diǎn)
空間站的特點(diǎn)之一是經(jīng)濟性。例如,空間站在太空接納航天員進(jìn)行實(shí)驗,可以使載人飛船成為只運送航天員的工具,從而簡(jiǎn)化了其內部的結構和減輕其在太空飛行時(shí)所需要的物質(zhì)。這樣既能降低其工程設計難度,又可減少航天費用。另外,空間站在運行時(shí)可載人,也可不載人,只要航天員啟動(dòng)并調試后它可照常進(jìn)行工作,定時(shí)檢查,到時(shí)就能取得成果。這樣能縮短航天員在太空的時(shí)間,減少許多消費,當空間站發(fā)生故障時(shí)可以在太空中維修、換件,延長(cháng)航天器的壽命。增加使用期也能減少航天費用。因為空間站能長(cháng)期(數個(gè)月或數年)的飛行,故保證了太空科研工作的連續性和深入性,這對研究的逐步深化和提高科研質(zhì)量有重要作用。
中國狀況
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我國將于2010年—2011年底發(fā)射天宮一號目標飛行器,天宮一號的重量有8噸,類(lèi)似于一個(gè)小型空間實(shí)驗站,在發(fā)射天宮一號之后的兩年中,我國將相繼發(fā)射神舟8、9、10號飛船,分別與天宮一號實(shí)現對接。
我國用“長(cháng)征五號”把中國空間站送上太空,中國最終將建設一個(gè)基本型空間站。
我國首個(gè)空間站大致包括一個(gè)核心艙、一架貨運飛船、一架載人飛船和兩個(gè)用于實(shí)驗等功能的其他艙,總重量在100噸以下。其中的核心艙需長(cháng)期有人駐守,能與各種實(shí)驗艙、載人飛船和貨運飛船對接。具備20噸以上運載能力的火箭才有資格發(fā)射核心艙。為此,我國將在海南文昌新建第四個(gè)航天發(fā)射場(chǎng),可發(fā)射大噸位空間站。
據透露,中國的首個(gè)空間站建成后,其核心艙可以不斷加艙。屆時(shí),每年將往空間站發(fā)射若干個(gè)航天器。
據了解,2008年9月25日發(fā)射的“神舟七號飛船”,作為第二階段的第一項實(shí)驗,實(shí)現了航天員的出艙行走。隨后的“神八”、“神九”飛船將不再載人,旨在發(fā)射目標飛行器,實(shí)現無(wú)人對接。而之后的“神十”將再次載人上天并實(shí)現有人對接。這些飛船都是為了在太空建設短期有人照料的空間站而服務(wù)的。 ? ?
天宮一號(Tiangong 1)(中國,2011-至今)
天宮一號是中國獨立設計建造并發(fā)射運用的小型試驗性空間站,它于2011年發(fā)射升空。天宮一號計劃將與隨后發(fā)射的神舟八號至十號飛船進(jìn)行對接,成為中國第一個(gè)空間實(shí)驗室。神舟八號已于2011年11月1日發(fā)射,并在11月3日和15日兩次成功與天宮一號對接。2012年6月18日中午,神舟九號攜三名航天員和天宮一號對接成功,航天員成功進(jìn)入到天宮一號內部。2013年6月13日13時(shí)18分,神舟十號攜三名航天員再次和天空一號對接成功,航天員進(jìn)入到天宮一號內部,將開(kāi)展為期15天的在軌生活和科研活動(dòng)。2013年6月20日10時(shí),中國女航天員王亞平在天宮一號上進(jìn)行了一次50分鐘的太空授課。
他國狀況
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禮炮系列空間站(Salyut)(前蘇聯(lián),1971年至1986年)
1、禮炮一號 (1971年,1名乘員,1次失敗對接)DOS-2 (1972年,無(wú)人,發(fā)射失?。?/p>
2、禮炮二號/Almaz (1973年,無(wú)人,發(fā)射后不久失效)宇宙557號 (1973年,無(wú)人,發(fā)射11天后再入大氣層)
3、禮炮三號/Almaz (1974年,1名乘員,1次失敗對接)
4、禮炮四號 (1975年,2名乘員,1名預定乘員無(wú)法到達軌道)
5、禮炮五號/Almaz (1976年-1977年,2名成員,1次失敗對接)
6、禮炮六號 (1977年-1981年,16名乘員,其中5位長(cháng)期停留,11位短期停留,1次失敗對接)
7、禮炮七號 (1982年-1986年,10名乘員,其中6位長(cháng)期停留,4位短期停留,1次失敗對接)
禮炮系列空間站由前蘇聯(lián)建造,其中禮炮一號是人類(lèi)的第一個(gè)空間站。這個(gè)系列的空間站在1971年到1985年間服役,期間一共發(fā)射了1至7號,分為民用的DOS型和軍用的Almaz型。[6]禮炮2號、3號和5號空間站便屬于軍事用途的Almaz型。
天空實(shí)驗室空間站(Skylab)(美國,1973年-1974年,3名乘員)
天空實(shí)驗室是美國的空間站計劃,在1973年到1974年間一共進(jìn)行了1至4號任務(wù),除1號任務(wù)中發(fā)射的空間站核心部件外其余皆為往返于空間站的太空船任務(wù)。
和平號空間站(Mir)(前蘇聯(lián)/俄羅斯,1986年-2000年,28名乘員,全部長(cháng)期停留)
和平號是前蘇聯(lián)設計建造的空間站,為上述禮炮計劃的后繼項目。它于1986年發(fā)射升空,并在接下來(lái)的十年間陸續追加了眾多功能模塊,一直被運用到2000年。蘇聯(lián)與美國在這里進(jìn)行過(guò)宇航事業(yè)合作,許多不同國家的宇航員也曾到訪(fǎng)和平號進(jìn)行工作。它被廢棄后于2001年受控再入大氣層燒毀。原本為其后繼項目和平號-2準備的星辰號服務(wù)艙隨后被合并至國際空間站的項目中。
國際空間站(International Space Staion, ISS)(美國/ESA/日本/俄羅斯/加拿大,2000年-至今,2011年4月為止共有27名長(cháng)期停留乘員)
國際空間站是由美國國家航空航天局(NASA)、俄羅斯聯(lián)邦航天局(RFSA)、日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機構(JAXA)、加拿大太空局(CSA)和歐洲空間局(ESA)共同建造的空間站項目。它在1998年開(kāi)始建造,各功能模塊在其后被陸續送入軌道裝配,目前它的建造還未完成。國際空間站是目前人類(lèi)擁有過(guò)的規模最大的空間站。
太空蘑菇
美國“聯(lián)合太空結構”公司計劃建造一座新型空間站。在設計上,這座新空間站呈蘑菇形,將環(huán)繞垂直軸旋轉,每分鐘旋轉4.22周,以形成人造重力。完工后的“太空蘑菇”直徑將達到約100米,長(cháng)約400米。建造這樣一座大型結構需要大約30年時(shí)間,成本接近約3000億美元。
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