空间站知识

 

空间站(Space Station)又称太空站、航天站、轨道站。是一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。空间站分为单一式和组合式两种。单一式空间站可由航天运载器一次发射入轨,组合式空间站则由航天运载器分批将组件送入轨道,在太空组装而成。在空间站中要有人能够生活的一切设施,不再返回地球。

 

历史沿革

 

空间站概念的提出可以追溯到1869年,当时Everett Hale为《大西洋月刊》撰写了一则关于“用砖搭建的月球”的文章。此后,康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和赫尔曼·奥伯特也对空间站进行过设想。1929年Herman Potočnik的著作The Problem of Space Travel(《太空旅行的问题》)出版并风靡了30多年。1951年沃纳·冯·布劳恩在矿工周刊中刊登了他带有环状结构的空间站设计。二战期间德国科学家曾研究过使用太阳能的轨道兵器,即所谓的“太阳炮”。按照设想,它将是运行在高度在5100英里(8200千米)的地球轨道的空间站的一部分。

阿波罗11号飞船在1969年抢先登陆月球后,前苏联在与美国登月的太空竞赛中落败,因此转向了其他方向(如空间站)来展示他们的航天实力。礼炮一号于1971年成功发射升空,它是人类历史上首个空间站。但不幸的是三名宇航员在返回时因阀门故障造成座舱失压全部窒息死亡。美国紧随其后在1973年发射了“天空实验室”空间站,它携带了一系列的望远镜,科学家在上面做了许多关于医药、地质和天文等方面的科学实验。前苏联在1986年发射了“和平号”空间站,并在接下来的十年间不断对其进行扩充完善,服役至2001年。期间有包括美国在内的许多国家的航天员拜访过这个世界著名的空间站。1998年11月国际空间站的第一个部件曙光号功能货舱发射升空,随后陆续发射的模块对其逐渐进行扩充。它由多个国家分工建造、联合运用,成为国际合作进行太空开发的标志。自2000年11月之后,国际空间站上就保持至少三名乘员至今。

中国在2011年9月29日发射了首个小型试验性空间站天宫一号,中国也成为继苏联(俄罗斯)和美国后第3个能够独立发射空间站的国家。天宫一号将分别与随后发射的神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船对接,从而建立第一个中国空间实验室。

2015年4月,美国“联合太空结构”公司计划建造一座新型空间站。在设计上,这座新空间站呈蘑菇形,将环绕垂直轴旋转,每分钟旋转4.22周,以形成人造重力。完工后的“太空蘑菇”直径将达到约100米,长约400米。建造这样一座大型结构需要大约30年时间,成本接近约3000亿美元。[1] 

继火箭飞船之后 美国下个商业化的将是太空站

当地时间2016年4月11日,美国联合发射联盟(ULA)与毕格罗宇航公司召开发布会并签署协议,宣布将联手打造大型充气式太空站,首个舱段将在2020年升空。相比较普通太空舱,充气式太空舱价格较低,重量轻便很多,未膨胀展开前体积很小,便于运输,发射费用低廉。这项技术一旦成功,甚至可以被用在远离地球的深空空间站、月球和火星基地上。[2] 

 

构造组成

 

空间站的基本组成是以一个载人生活舱为主体,再加上有不同用途的舱段,如工作实验舱、科学仪器舱等。空间站外部必须装有太阳能电池板和对接舱口,以保证站内电能供应和实现与其他航天器的对接。

空间站是一个由许多相互关联的子系统构成的复杂系统,一个功能完备的空间站通常会具备以下的模块。

主体结构

电源供应系统

温度控制系统

姿势控制系统

轨道操作和推进系统

自动化和机器人系统

计算机和通信系统

环境与生命支持系统

乘员生活设施

乘员和货物运输系统

 

特点

 

空间站其结构特点是体积比较大,在轨道飞行时间较长,有多种功能,能开展的太空科研项目也多而广。

空间站的特点之一是经济性。例如,空间站在太空接纳航天员进行实验,可以使载人飞船成为只运送航天员的工具,从而简化了其内部的结构和减轻其在太空飞行时所需要的物质。这样既能降低其工程设计难度,又可减少航天费用。另外,空间站在运行时可载人,也可不载人,只要航天员启动并调试后它可照常进行工作,定时检查,到时就能取得成果。这样能缩短航天员在太空的时间,减少许多消费,当空间站发生故障时可以在太空中维修、换件,延长航天器的寿命。增加使用期也能减少航天费用。因为空间站能长期(数个月或数年)的飞行,故保证了太空科研工作的连续性和深入性,这对研究的逐步深化和提高科研质量有重要作用。

 

发展

空间站可分为以下几代:

第一代空间站:特点:单舱,一个对接口(礼炮1号、礼炮2号、礼炮3号、礼炮4号、礼炮5号)

第二代空间站:特点:单舱,两个对接口(礼炮6号、礼炮7号)

第三代空间站:特点:多舱,积木式结构(和平号空间站)

第四代空间站:特点:多舱,衍架结构和积木式的“混血”结构(国际空间站)

 

列表

礼炮系列空间站(Salyut)(前苏联,1971年至1986年)

礼炮一号(1971年,1名乘员,1次失败对接)

DOS-2(1972年,无人,发射失败)

礼炮二号/Almaz(1973年,无人,发射后不久失效)

宇宙557号(1973年,无人,发射11天后再入大气层)

礼炮三号/Almaz(1974年,1名乘员,1次失败对接)

礼炮四号(1975年,2名乘员,1名预定乘员无法到达轨道)

礼炮五号/Almaz(1976年-1977年,2名成员,1次失败对接)

礼炮六号(1977年-1981年,16名乘员,其中5位长期停留,11位短期停留,1次失败对接)

礼炮七号(1982年-1986年,10名乘员,其中6位长期停留,4位短期停留,1次失败对接)

礼炮系列空间站由前苏联建造,其中礼炮一号是人类的第一个空间站。这个系列的空间站在1971年到1985年间服役,期间一共发射了1至7号,分为民用的DOS(Durable Orbital Station)型和军用的Almaz型。礼炮2号、3号和5号空间站便属于军事用途的Almaz型。

天空实验室空间站(Skylab)(美国,1973年-1974年,3名乘员)

天空实验室是美国的空间站计划,在1973年到1974年间一共进行了1至4号任务,除1号任务中发射的空间站核心部件外其余皆为往返于空间站的太空船任务。

 

和平号空间站(Mir)(前苏联/俄罗斯,1986年-2000年,28名乘员,全部长期停留)

和平号是前苏联设计建造的空间站,为上述礼炮计划的后继项目。它于1986年发射升空,并在接下来的十年间陆续追加了众多功能模块,一直被运用到2000年。苏联与美国在这里进行过宇航事业合作,许多不同国家的宇航员也曾到访和平号进行工作。它被废弃后于2001年受控再入大气层烧毁。原本为其后继项目和平号-2准备的星辰号服务舱随后被合并至国际空间站的项目中。

国际空间站(International Space Station, ISS)(美国/ESA/日本/俄罗斯/加拿大,2000年-至今,2011年4月为止共有27名长期停留乘员)

国际空间站是由美国国家航空航天局(NASA)、俄罗斯联邦航天局(RFSA)、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)、加拿大太空局(CSA)和欧洲空间局(ESA)共同建造的空间站项目。它在1998年开始建造,各功能模块在其后被陆续送入轨道装配,目前它的建造还未完成。国际空间站是目前人类拥有过的规模最大的空间站。

 

天宫一号(Tiangong 1)(中国,2011年至今)

天宫一号是中国独立设计建造并发射运用的小型试验性空间站,它于2011年发射升空。天宫一号计划将与随后发射的神舟八号至十号飞船进行对接,成为中国第一个空间实验室。神舟八号已于2011年11月1日发射,并在11月3日和15日两次成功与天宫一号对接。2012年6月18日中午,神舟九号携三名航天员和天宫一号对接成功,航天员成功进入到天宫一号内部。2013年6月13日13时18分,神舟十号携三名航天员再次和天空一号对接成功,航天员进入到天宫一号内部,将开展为期15天的在轨生活和科研活动。2013年6月20日10时,中国女航天员王亚平在天宫一号上进行了一次50分钟的太空授课。

 

天宫二号即天宫二号空间实验室,是继天宫一号后中国自主研发的第二个空间实验室,也是中国第一个真正意义上的空间实验室,将用于进一步验证空间交会对接技术及进行一系列空间试验。

天宫二号主要开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验,包括释放伴飞小卫星,完成货运飞船与天宫二号的对接。

天宫二号空间实验室已于2016年9月15日22时04分09秒在酒泉卫星发射中心发射成功。[1]  将与神州十一号飞船对接。

2016年10月19日3时31分,神舟十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功。