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空間站如何一步步發展成今天的模樣?
送交者: 力挽狂瀾 2021年06月16日20:27:42 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  6月17日9時22分,我國將進行空間站階段的首次載人航天任務——神舟十二號的發射。在這次載人航天任務中,3名航天員將成為“天和”核心艙的首批入駐人員,在軌駐留3個月,開展艙外維修維護、設備更換、科學應用載荷等一系列操作。而其所屬的天宮計劃的順利實施將意味着我國成為繼蘇聯(俄羅斯)、美國之後第三個擁有完整的空間站設計、製造和操作能力的國家。

  美蘇的“空間站競賽”始於上世紀60年代。1963年,蘇聯為了對地面軍事目標進行偵察,分別由第52試驗設計局(OKB-52)切洛梅設計局和OKB-1科羅廖夫設計局推進了兩個空間站計劃。其中前者是專門設計的大型偵察空間站,取名為“鑽石”( Алмаз);後者是由兩個聯盟號飛船首尾對接拼接成的小型偵察空間站,取名為“聯盟-R”。

  在蘇聯秘密空間站計劃開始1年多以後,美國也提出了類似的載人軌道實驗室計劃(MOL)。美國人宣布他們的MOL除了能夠執行偵察和監視任務之外,還擁有衛星檢查和攔截、測定軌道轟炸系統的精度、對地面軍事行動進行指揮和控制等功能。蘇聯人一合計,得,按照聯盟-R這個體型,其妥妥不能實現美國MOL這麼多功能。因此在1966年初,蘇聯國防部總參謀部科學技術委員會正式決定向蘇共中央和蘇聯部長會議推薦“鑽石”計劃作為蘇聯的空間站計劃。

  說到這裡可能有觀眾會問了:按照這個說法,美蘇兩國的早期空間站都是為了對地球進行軍事偵察的,這不就是個間諜衛星麼?為啥還要興師動眾的搞個空間站呢?這事還要從航天器的分類開始講起。簡單來說,航天器分為無人航天器和載人航天器,間諜衛星作為人造衛星的一種屬於無人航天器,而載人飛船、空間站等則屬於載人航天器。由於間諜衛星繞地球一圈能夠拍攝的目標數量是十分有限的,所以其一般會載有自動選擇偵察目標的算法,優先對其中的重要目標進行拍攝。但早期的目標選擇算法相當機械,並不會考慮目標地區的天氣等特殊情況。很有可能飛掠目標上空好幾圈都只拍到了一片灰濛濛的“骨灰雲”,不僅沒拍到重要目標,連次要目標也沒拍到。因此,對於早期的軍事偵察任務來說,無人的間諜衛星的偵察效率肯定不如能讓人在天上選擇偵查目標的載人飛船高。

  可使用載人飛船執行偵察任務就會遇到另一個問題:人在上面吃什麼?喝什麼?載人飛船攜帶的補給品數量非常有限,飛行時間通常不會超過一個月。這意味着如果將其用於在軌偵查任務,可能每個月都需要發射一艘載人飛船,這在成本上是難以接受的。因此美蘇兩國想出了這樣一個解決辦法:先將載人飛船的任務模塊發射到太空上,再發射一艘僅僅攜帶航天員和其在軌執行任務所必須的補給品的載人模塊與之對接,等任務結束後航天員坐着載人模塊返回地球,而任務模塊則留在太空中等待下一批航天員入駐。這種思路便是我們今天所熟悉的空間站了。

  由于越南戰爭的巨量消耗,美國MOL項目於1969年被徹底取消。世界上僅剩下了蘇聯的空間站計劃。而此時的蘇聯人發現,當用於軍事目的的低軌空間站被發射到更高的軌道上時,其也非常適合用來執行民用科研任務,比如地球大氣研究、射電天文研究、氣象觀測、生物學和醫學研究等等。因此1969年,蘇聯的“鑽石”計劃被拆分為了軍用和民用兩個子項目,軍用項目稱ОПС(OPS,軌道導航站)由OKB-52負責;民用項目稱ДОС(DOS,持久軌道站)由OKB-1負責。雖然分別由兩個設計局負責,但OPS和DOS的設計在很大程度上是通用的,比如1971年4月19日蘇聯成功發射的DOS-1就是使用軍用的鑽石空間站的其中一個機身改裝而成的。這個空間站最初的名字叫做曙光號(Заря),但蘇聯人得知當時的我國正在執行一項名為曙光一號的載人航天計劃(714工程),為了避嫌而把空間站的名稱改為了“禮炮”。

  1971年4月19日至1982年4月19日間,蘇聯一共進行了7次成功的和2次失敗的空間站發射。其中禮炮1號、4號、6號、7號(DOS-1、4、5、6)為民用站,2號、3號、5號(OPS-1、2、3)為軍用站。DOS-2和DOS-3發射失敗。其中DOS-3宣布失敗時已經達到相當高的高度並被西方雷達發現,為了掩蓋自己的失敗,蘇聯人為其取了一個“宇宙557”的假代號。而這個謊言直到蘇聯解體後才被人們所發現。

  作為軍用空間站,禮炮2、3、5號也可謂武裝到牙齒。所有這三艘空間站都配備了23毫米自動炮。這種自動炮是將圖-22轟炸機的尾炮鋸短後改裝而來的。每分鐘射速1800~2000發。這也讓這三艘鑽石空間站成為了目前已知的唯一一種本身攜帶武器的航天器。但蘇聯人費盡心思為軍用空間站配備武器倒也不是“閒的蛋疼”。根據美國製造商的宣傳,與蘇聯軍用空間站差不多同步發展的美國航天飛機的貨艙尺寸和載荷“恰恰好好”能夠裝下蘇聯空間站。為了防止空間站被美國人俘獲,蘇聯人就必須給他們的空間站加裝自衛武器。

  禮炮1號到禮炮-7號都屬於單體空間站。其中前5艘禮炮號空間站都只有一個對接口,基本可以視作一個發射時不載人的載人飛船。而禮炮6號和7號則擁有首尾兩個對接口,可以同時對接兩艘載人飛船。這些單體空間站設計簡單,但不具備功能拓展性,其能夠執行的任務是從一開始就設計好的。而順着禮炮6號和7號的思路向下延伸,蘇聯人發現如果空間站對接口不再局限於軸向,那麼一個空間站可以擁有很多對接口。這些對接口除了可以對接載人飛船外,還可以對接其他任務模塊。由此,蘇聯人又設計出了第一種模塊化空間站——DOS-7,和平號空間站。目前,世界上其他國家設計建造或計劃中的空間站也都參考了和平號採用了模塊化的設計。

  在和平號空間站的運營過程中,蘇聯解體了。這導致和平號空間站的很多相關項目陷入了缺乏資金而無以為繼的狀況。恰在此時,美國也準備再次開展用於科學研究的空間站計劃,而借用蘇聯在空間站方面的成熟經驗無疑是一種事半功倍的好辦法。因此,美俄兩國在1993年達成了關於聯合空間站的合作意向,美國開始深度參與和平號空間站的運營項目。1994年2月3日,謝爾蓋·克里卡列夫成為了第一名乘坐美國航天器進入太空的俄羅斯航天員,而他的目的地就是和平號空間站。這種乘坐美國航天飛機前往俄羅斯空間站的合作項目被稱為航天飛機-和平號計劃。

  與此同時,美國還出資完成了和平號空間站的一個功能貨運模塊(FGB)。但這個模塊完成時,和平號空間站的服役壽命已經接近完結。因此,這個FGB模塊被挪用做了美俄下一步空間合作計劃——國際空間站的第一個基礎模塊。1998年11月20日,這個由俄羅斯製造,美國擁有,被取名為“曙光”號(當時中國的曙光一號項目已經下馬,所以俄羅斯空間站也找回了“最初的夢想”)的空間站模塊被發射升空。這也是太空從美蘇冷戰爭霸的戰場轉變為全人類合作共贏進行科學研究的舞台的標誌。

  目前,曙光號所屬的國際空間站長73米,寬109米,重約420噸是有史以來最大的人造航天器,甚至肉眼可見。作為其後輩,我國的天宮空間站在體型上要小巧很多,其基本構型為丁字形,質量約為80噸級,擁有天和號核心艙、問天號實驗艙、夢天號實驗艙和巡天號光學艙。可以與天舟號無人貨運飛船和神舟號載人飛船對接,長期支持3名航天員駐留。未來,基本構型建設成功後,還可以根據需求拓展為十字型或干字型,最大質量約為180噸級,可供6名航天員長期駐留。雖然即使是干字型構型的規模也與現在國際空間站相去甚遠,但在天宮空間站建設完成後,我國也將成為世界上唯一獨立運營空間站的國家。這體現出了我國近年來在航天領域的快速和高質量發展。


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