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空间站如何一步步发展成今天的模样?
送交者: 力挽狂澜 2021年06月16日20:27:42 于 [军事天地] 发送悄悄话

  6月17日9时22分,我国将进行空间站阶段的首次载人航天任务——神舟十二号的发射。在这次载人航天任务中,3名航天员将成为“天和”核心舱的首批入驻人员,在轨驻留3个月,开展舱外维修维护、设备更换、科学应用载荷等一系列操作。而其所属的天宫计划的顺利实施将意味着我国成为继苏联(俄罗斯)、美国之后第三个拥有完整的空间站设计、制造和操作能力的国家。

  美苏的“空间站竞赛”始于上世纪60年代。1963年,苏联为了对地面军事目标进行侦察,分别由第52试验设计局(OKB-52)切洛梅设计局和OKB-1科罗廖夫设计局推进了两个空间站计划。其中前者是专门设计的大型侦察空间站,取名为“钻石”( Алмаз);后者是由两个联盟号飞船首尾对接拼接成的小型侦察空间站,取名为“联盟-R”。

  在苏联秘密空间站计划开始1年多以后,美国也提出了类似的载人轨道实验室计划(MOL)。美国人宣布他们的MOL除了能够执行侦察和监视任务之外,还拥有卫星检查和拦截、测定轨道轰炸系统的精度、对地面军事行动进行指挥和控制等功能。苏联人一合计,得,按照联盟-R这个体型,其妥妥不能实现美国MOL这么多功能。因此在1966年初,苏联国防部总参谋部科学技术委员会正式决定向苏共中央和苏联部长会议推荐“钻石”计划作为苏联的空间站计划。

  说到这里可能有观众会问了:按照这个说法,美苏两国的早期空间站都是为了对地球进行军事侦察的,这不就是个间谍卫星么?为啥还要兴师动众的搞个空间站呢?这事还要从航天器的分类开始讲起。简单来说,航天器分为无人航天器和载人航天器,间谍卫星作为人造卫星的一种属于无人航天器,而载人飞船、空间站等则属于载人航天器。由于间谍卫星绕地球一圈能够拍摄的目标数量是十分有限的,所以其一般会载有自动选择侦察目标的算法,优先对其中的重要目标进行拍摄。但早期的目标选择算法相当机械,并不会考虑目标地区的天气等特殊情况。很有可能飞掠目标上空好几圈都只拍到了一片灰蒙蒙的“骨灰云”,不仅没拍到重要目标,连次要目标也没拍到。因此,对于早期的军事侦察任务来说,无人的间谍卫星的侦察效率肯定不如能让人在天上选择侦查目标的载人飞船高。

  可使用载人飞船执行侦察任务就会遇到另一个问题:人在上面吃什么?喝什么?载人飞船携带的补给品数量非常有限,飞行时间通常不会超过一个月。这意味着如果将其用于在轨侦查任务,可能每个月都需要发射一艘载人飞船,这在成本上是难以接受的。因此美苏两国想出了这样一个解决办法:先将载人飞船的任务模块发射到太空上,再发射一艘仅仅携带航天员和其在轨执行任务所必须的补给品的载人模块与之对接,等任务结束后航天员坐着载人模块返回地球,而任务模块则留在太空中等待下一批航天员入驻。这种思路便是我们今天所熟悉的空间站了。

  由于越南战争的巨量消耗,美国MOL项目于1969年被彻底取消。世界上仅剩下了苏联的空间站计划。而此时的苏联人发现,当用于军事目的的低轨空间站被发射到更高的轨道上时,其也非常适合用来执行民用科研任务,比如地球大气研究、射电天文研究、气象观测、生物学和医学研究等等。因此1969年,苏联的“钻石”计划被拆分为了军用和民用两个子项目,军用项目称ОПС(OPS,轨道导航站)由OKB-52负责;民用项目称ДОС(DOS,持久轨道站)由OKB-1负责。虽然分别由两个设计局负责,但OPS和DOS的设计在很大程度上是通用的,比如1971年4月19日苏联成功发射的DOS-1就是使用军用的钻石空间站的其中一个机身改装而成的。这个空间站最初的名字叫做曙光号(Заря),但苏联人得知当时的我国正在执行一项名为曙光一号的载人航天计划(714工程),为了避嫌而把空间站的名称改为了“礼炮”。

  1971年4月19日至1982年4月19日间,苏联一共进行了7次成功的和2次失败的空间站发射。其中礼炮1号、4号、6号、7号(DOS-1、4、5、6)为民用站,2号、3号、5号(OPS-1、2、3)为军用站。DOS-2和DOS-3发射失败。其中DOS-3宣布失败时已经达到相当高的高度并被西方雷达发现,为了掩盖自己的失败,苏联人为其取了一个“宇宙557”的假代号。而这个谎言直到苏联解体后才被人们所发现。

  作为军用空间站,礼炮2、3、5号也可谓武装到牙齿。所有这三艘空间站都配备了23毫米自动炮。这种自动炮是将图-22轰炸机的尾炮锯短后改装而来的。每分钟射速1800~2000发。这也让这三艘钻石空间站成为了目前已知的唯一一种本身携带武器的航天器。但苏联人费尽心思为军用空间站配备武器倒也不是“闲的蛋疼”。根据美国制造商的宣传,与苏联军用空间站差不多同步发展的美国航天飞机的货舱尺寸和载荷“恰恰好好”能够装下苏联空间站。为了防止空间站被美国人俘获,苏联人就必须给他们的空间站加装自卫武器。

  礼炮1号到礼炮-7号都属于单体空间站。其中前5艘礼炮号空间站都只有一个对接口,基本可以视作一个发射时不载人的载人飞船。而礼炮6号和7号则拥有首尾两个对接口,可以同时对接两艘载人飞船。这些单体空间站设计简单,但不具备功能拓展性,其能够执行的任务是从一开始就设计好的。而顺着礼炮6号和7号的思路向下延伸,苏联人发现如果空间站对接口不再局限于轴向,那么一个空间站可以拥有很多对接口。这些对接口除了可以对接载人飞船外,还可以对接其他任务模块。由此,苏联人又设计出了第一种模块化空间站——DOS-7,和平号空间站。目前,世界上其他国家设计建造或计划中的空间站也都参考了和平号采用了模块化的设计。

  在和平号空间站的运营过程中,苏联解体了。这导致和平号空间站的很多相关项目陷入了缺乏资金而无以为继的状况。恰在此时,美国也准备再次开展用于科学研究的空间站计划,而借用苏联在空间站方面的成熟经验无疑是一种事半功倍的好办法。因此,美俄两国在1993年达成了关于联合空间站的合作意向,美国开始深度参与和平号空间站的运营项目。1994年2月3日,谢尔盖·克里卡列夫成为了第一名乘坐美国航天器进入太空的俄罗斯航天员,而他的目的地就是和平号空间站。这种乘坐美国航天飞机前往俄罗斯空间站的合作项目被称为航天飞机-和平号计划。

  与此同时,美国还出资完成了和平号空间站的一个功能货运模块(FGB)。但这个模块完成时,和平号空间站的服役寿命已经接近完结。因此,这个FGB模块被挪用做了美俄下一步空间合作计划——国际空间站的第一个基础模块。1998年11月20日,这个由俄罗斯制造,美国拥有,被取名为“曙光”号(当时中国的曙光一号项目已经下马,所以俄罗斯空间站也找回了“最初的梦想”)的空间站模块被发射升空。这也是太空从美苏冷战争霸的战场转变为全人类合作共赢进行科学研究的舞台的标志。

  目前,曙光号所属的国际空间站长73米,宽109米,重约420吨是有史以来最大的人造航天器,甚至肉眼可见。作为其后辈,我国的天宫空间站在体型上要小巧很多,其基本构型为丁字形,质量约为80吨级,拥有天和号核心舱、问天号实验舱、梦天号实验舱和巡天号光学舱。可以与天舟号无人货运飞船和神舟号载人飞船对接,长期支持3名航天员驻留。未来,基本构型建设成功后,还可以根据需求拓展为十字型或干字型,最大质量约为180吨级,可供6名航天员长期驻留。虽然即使是干字型构型的规模也与现在国际空间站相去甚远,但在天宫空间站建设完成后,我国也将成为世界上唯一独立运营空间站的国家。这体现出了我国近年来在航天领域的快速和高质量发展。


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