空間站
? ? ? ?空間站(Space Station)又稱航天站、太空站、軌道站。是一種在近地軌道長時間運行,可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。空間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
人類并不滿足于在太空作短暫的旅游,為了開發太空,需要建立長期生活和工作的基地。于是,隨著航天技術的進步,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時間運行,可供多名航天員在其中生活工作和巡訪的載人航天器。小型的空間站可一次發射完成,較大型的可分批發射組件,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、實驗艙、服務艙,對接過渡艙、桁架、太陽電池等部分組成,試用期一般為5~10年。總質量約423噸、長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。建成后總質量將達438噸,長108米。?
歷史沿革
空間站概念的提出可以追溯到1869年。當時Everett Hale為大西洋月刊撰寫了一則關于“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行過設想。1929年Herman Poto?nik的著作《The Problem of Space Travel(太空旅行的問題)》出版并風靡了30多年。1951年沃納·馮·布勞恩在礦工周刊中刊登了他帶有環狀結構的空間站設計。在二戰期間德國的科學家曾研究過使用太陽能的軌道兵器,即所謂的“太陽炮”。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)來展示他們的航天實力。禮炮一號于1971年成功發射升空,它是人類歷史上首個空間站。但不幸的是三名宇航員在返回時因閥門故障造成座艙失壓全部窒息死亡。美國緊隨其后在1973年發射了“天空實驗室”空間站,它攜帶了一系列的望遠鏡,科學家在上面做了許多關于醫藥、地質和天文等方面的科學實驗。前蘇聯在1986年發射了“和平號”空間站,并在接下來的十年間不斷對其進行擴充完善,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過這個世界著名的空間站。1998年11月國際空間站的第一個部件曙光號功能貨艙發射升空,隨后陸續發射的模塊對其逐漸進行擴充。它由多個國家分工建造、聯合運用,成為國際合作進行太空開發的標志。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日發射了首個小型試驗性空間站天宮一號,中國也成為繼蘇聯(俄羅斯)和美國后第3個能夠獨立發射空間站的國家。天宮一號將分別與隨后發射的神舟八號、神舟九號、神舟十號飛船對接,從而建立第一個中國空間實驗室。
空間構造
空間站是一個由許多相互關聯的子系統構成的復雜系統,一個功能完備的空間站通常會具備以下的模塊。
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、軌道操作和推進系統
6、自動化和機器人系統
7、計算機和通信系統
8、環境與生命支持系統
9、乘員生活設施
10、乘員和貨物運輸系統
發展階段
第一代空間站:特點:單艙,一個對接口(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:單艙,兩個對接口(禮炮6號,禮炮7號)
第三代空間站:特點:多艙,積木式結構(和平號空間站)
第四代空間站:特點:多艙,桁架式和積木式的“混血”結構(國際空間站)
基本特點
空間站的特點之一是經濟性。例如,空間站在太空接納航天員進行實驗,可以使載人飛船成為只運送航天員的工具,從而簡化了其內部的結構和減輕其在太空飛行時所需要的物質。這樣既能降低其工程設計難度,又可減少航天費用。另外,空間站在運行時可載人,也可不載人,只要航天員啟動并調試后它可照常進行工作,定時檢查,到時就能取得成果。這樣能縮短航天員在太空的時間,減少許多消費,當空間站發生故障時可以在太空中維修、換件,延長航天器的壽命。增加使用期也能減少航天費用。因為空間站能長期(數個月或數年)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量有重要作用。
中國狀況
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我國將于2010年—2011年底發射天宮一號目標飛行器,天宮一號的重量有8噸,類似于一個小型空間實驗站,在發射天宮一號之后的兩年中,我國將相繼發射神舟8、9、10號飛船,分別與天宮一號實現對接。
我國用“長征五號”把中國空間站送上太空,中國最終將建設一個基本型空間站。
我國首個空間站大致包括一個核心艙、一架貨運飛船、一架載人飛船和兩個用于實驗等功能的其他艙,總重量在100噸以下。其中的核心艙需長期有人駐守,能與各種實驗艙、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射核心艙。為此,我國將在海南文昌新建第四個航天發射場,可發射大噸位空間站。
據透露,中國的首個空間站建成后,其核心艙可以不斷加艙。屆時,每年將往空間站發射若干個航天器。
據了解,2008年9月25日發射的“神舟七號飛船”,作為第二階段的第一項實驗,實現了航天員的出艙行走。隨后的“神八”、“神九”飛船將不再載人,旨在發射目標飛行器,實現無人對接。而之后的“神十”將再次載人上天并實現有人對接。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射運用的小型試驗性空間站,它于2011年發射升空。天宮一號計劃將與隨后發射的神舟八號至十號飛船進行對接,成為中國第一個空間實驗室。神舟八號已于2011年11月1日發射,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,航天員成功進入到天宮一號內部。2013年6月13日13時18分,神舟十號攜三名航天員再次和天空一號對接成功,航天員進入到天宮一號內部,將開展為期15天的在軌生活和科研活動。2013年6月20日10時,中國女航天員王亞平在天宮一號上進行了一次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,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,無人,發射失敗)
2、禮炮二號/Almaz (1973年,無人,發射后不久失效)宇宙557號 (1973年,無人,發射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建造,其中禮炮一號是人類的第一個空間站。這個系列的空間站在1971年到1985年間服役,期間一共發射了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。
天空實驗室空間站(Skylab)(美國,1973年-1974年,3名乘員)
天空實驗室是美國的空間站計劃,在1973年到1974年間一共進行了1至4號任務,除1號任務中發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。
和平號空間站(Mir)(前蘇聯/俄羅斯,1986年-2000年,28名乘員,全部長期停留)
和平號是前蘇聯設計建造的空間站,為上述禮炮計劃的后繼項目。它于1986年發射升空,并在接下來的十年間陸續追加了眾多功能模塊,一直被運用到2000年。蘇聯與美國在這里進行過宇航事業合作,許多不同國家的宇航員也曾到訪和平號進行工作。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)、俄羅斯聯邦航天局(RFSA)、日本宇宙航空研究開發機構(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擁有過的規模最大的空間站。
太空蘑菇
美國“聯合太空結構”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,長約400米。建造這樣一座大型結構需要大約30年時間,成本接近約3000億美元。
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