宇宙飛船和空間站是怎樣的

時間 2021-09-04 06:13:14

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隨著人造衛星上天,空間科學技術已經廣泛用於軍事、國民經濟和科學研究的許多方面,人類活動開始進入廣闊無垠的宇宙空間,從而使地理學、天文學和其他一些科學的面貌產生重大改變,並把氣象觀測、資源考察、環境監視和地圖測繪等工作,提高到集中的自動化水平,還引起了通訊電視廣播技術的根本性改革。

要發射載人宇宙飛船上天,必須解決許多極其複雜的技術問題和宇宙醫學一生物學等問題。首先是製成高度完善和威力強大的火箭,把宇宙飛船送人軌道。其次還必須解決宇宙飛船安全而準確地返回地面的問題。

要做到這一點,需要高度精密的控制系統,優良的制動火箭發動機和其他制動裝置,保證宇宙飛船頭部在通過稠密大氣層產生高達數千度高溫情況下不致燒毀。為了保證人在宇宙中的生存和活動,宇宙飛船艙中要創設同地面上基本相同的空氣、溫度、氣壓、濕度等條件,解決同地面上的無線電聯絡等。同時,宇宙飛船必須攜帶大量的科學考察儀器、制導裝置以及安全降落系統等。

另外還要對宇宙醫學一生物學問題進行研究,證明乘宇宙飛船飛行對人體無害。為了解決這些問題,需要物理學、化學、數學、力學、電子學、無線電技術、冶金、儀器製造、自動化和遙控機械學、天文學、生物學、生物化學等許多重要學科提供最新科技成果。載人宇宙飛船的發射成功,說明這些問題實際上已經解決了。

是不是任何人都能乘宇宙飛船遨遊太空呢?不是的,是有條件的。一是身體要能適應空間飛行,二是要具備專門的知識和技能。

為此,人員需經過選拔,並進行專門訓練。我們知道,在火箭起飛的時候,加速度很大,人的體重相當於在地面重量的九倍,甚至更大一些,這稱為「超重」現象,同時震動也很大;而在幾分鐘後進入軌道人又變得沒有重量了,即進入「失重」狀態,而人就飄浮起來了。因此,太空人要在離心機上進行超重訓練,在震動台上進行震動訓練,在飛機上進行失重狀態下生活和工作的訓練等。

為了保證太空人的安全,太空人要穿上特製的宇宙服,一方面可以防止宇宙線的輻射,另一方面可以密封起來,保證人體生存所需的溫度、氣壓、氧氣等。否則人們到達17千公尺以上的高空時,空氣壓力只有地面大氣壓力的十分之一,人體內的水在37℃(體溫)左右就會沸騰。由於全身血液沸騰,人會立刻死亡。

另外,一般人只能經受住3~5倍的體重突增,當加速度很大時,假設加速作用的方向是從腳到頭,就可能使身體下部積存大量血液,而上部特別是頭部的血液不足,中樞神經機能受到破壞,甚至失去知覺。如果加速作用的方向與人體垂直(即人體平臥上公升),情況就會好得多。穿上特製的宇宙服時,血液不會在身體各部分積存,也就不會突然從頭部流到腳部去,人們就可能忍受體重突增十幾倍的變化。

為了節省燃料而減輕負載,還要有特製的宇航食品和生活裝置。例如空氣調節裝置,可以把帶上去的液體氧放出來供太空人吸人,同時用化學藥品把撥出來的碳酸氣和水蒸氣吸收掉,並把其中未用掉的氧氣放出來,這樣就充分利用了氧氣。

人們乘坐宇宙飛船到星際空間的第一站——繞地飛行的軌道空間站進行航行後,身體情況有什麼變化呢?據報道,前蘇聯「聯盟26」從2023年12月到2023年3月16日止,與「禮炮6」劉接飛行%天後返回地面。檢查太空人的身體情況表明,在三個多月空間失重條件下的飛行中,太空人的體重減輕了5千克,身高卻增長了3厘公尺,但機體並未發生什麼變化。

在空間站頭幾天,太空人還不適應空間飛行環境,還得互相扶持,在站內總是愛躺著。過了幾天,在生理上、心理上便適應了空間飛行。返回地面後,太空人又不能馬上適應地面環境,雖然太空人不感到勞累,但自覺似乎處於空間,所以仍要做空間體育活動,幾天後才適應地面環境。

自從2023年發射宇宙飛船以後,每年都發射數顆載人或不載人的宇宙飛船和空間站,進行各種試驗和觀測工作。例如,美國在2023年5月14日發射的宇宙空間站「天空實驗室-1」,計畫前後接待三批太空人,共9名;載人飛行140天,攜帶58種科學儀器,進行440個專案的研究。至2023年5月25日發**宇宙飛船「天空實驗室-2」,與「天空實驗室-1」對接,第一批3名太空人在上面進行了工作,對它發生的故障進行檢修,同時進行既定的科學技術研究和實驗,在空間飛行28天50分後脫離「天空實驗室-1」而返回地面。

2023年7月28日又發**宇宙飛船「天空實驗室-3」與「天空實驗室-1」對接,第二批3名太空人在上面進行了醫學試驗、地球資源探測及太陽觀測,記錄到近百次太陽爆發。「天空實驗室-3」的形狀、重量同「天空實驗室-2」一樣,在空間飛行59天11小時9分後脫離「天空實驗室-1」而返回地面。到2023年11月16日發**宇宙飛船「天空實驗室-4」,與「天空實驗室-1」對接,第三批3名太空人在上面進行了太陽和彗星觀測、地球資源探測等。

「天空實驗室-4」的形狀也同「天空實驗室-2」一樣。在空間飛行84天1小時16分後脫離「天空實驗室-1」而返回地面。這樣,到2023年2月8日為止,「天空實驗室」的三批太空人共171天的宇宙飛行宣告結束。

他們在「空間實驗室」上和地面保持電視和**聯絡,進行醫學考察共花費855小時(原計畫是700小時);技術試驗294項(原計畫是264項):材料考察研究32項(原計畫是10項);天體物理研究412項(原計畫是168項);第三批太空人最重要的成果是在失重條件下飛行84天,返航時和返航後健康情況比前兩批太空人還要好。另外,第三批太空人返航前還借助「阿波羅」發動機提高了「天空實驗室-1」的遠地點,以延長它的軌道壽命,同時把蓄電池放了電。

由於「天空實驗室-1」這個空間站沒有攜帶一種火箭發動機,使它能在壽命結束時按指令隕落到指定的公海,所以人們擔心,如果任它自行隕落,那麼這個重達82噸的龐然大物就有可能墜落在居民區。為此,自2023年以來,美國宇航局一直在研究如何復活「天空實驗室-1」,以便再次使用它以及避免墜人居民區。「天空實驗室-1」失去控制後以大約每5分一轉的速度繞它的縱軸做慢滾動飛行,如不採取有效措施,改變它的姿態,將由於受太陽黑子活動的影響,大氣阻力增大,預計會提前墜入地面。

2023年4月底,地面控制人員已對「天空實驗室-1」的各主要系統做了復活試驗。發現?天空實驗室-1」密封艙的主次冷卻迴路系統、望遠鏡裝置的遙測系統、密封艙及望遠鏡的蓄電池系統還能正常工作。

到6月初採取了第一步措施,向「天空實驗室-1」發了指令,首先復活姿控系統的推力器,使它的多用途對接裝置朝著飛行方向,而它的縱軸平行於地球表面,然後再用「天空實驗室-1」的兩台控制力矩陀螺繼續保持上述姿態,因這種姿態的大氣阻力最小,所以能達到延長壽命的目的。然後計畫從太空梭發射一艘叫做遙控作業系統的遙控飛行器,與「天空實驗室-1」對接,並利用遙控飛行器的推進系統把天空實驗室推向更高軌道,以備再用,或者使它安全墜人公海。但此計畫未付諸實施,「天空實驗室-1」終於在2023年7月12日凌晨墜人南印度洋至澳大利亞一帶。

前蘇聯在發射的一系列「聯盟」號宇宙飛船和「禮炮」號空間站上還進行了頻繁的軍事活動。如在「禮炮」號空間站上用旋轉焦距為10公尺的所謂太陽望遠鏡,對地面進行照相偵察,其解析度可達30~50厘公尺。2023年9月27日發射的「禮炮6」空間站,其前後有兩個對接裝置,因此可以有兩艘「聯盟」號飛船和它對接飛行,2023年2月x日曾首次與運輸飛船「進步1」號對接,形成了一列中間大兩頭細的所謂「空間列車」飛行。

在「禮炮6」號與「聯盟26」、「聯盟27」、「聯盟28」、「聯盟29」、「聯盟30」和「進步1」號對接後,太空人在「禮炮」站上進行了對地拍照、天文觀測、空間材料製造和生物醫學實驗等活動。完成任務後「聯盟」號飛船脫離「禮炮」號空間站而返回地面。

宇宙飛船不斷向自動化、多用途、低費用方面發展,以形成空間運輸系統,世界各國正加快其發展速度。上面所說前蘇聯的「進步1」號就是這種空間運輸船,專門為「禮炮6」空間站運送燃料、各種貨物、科學研究和實驗裝置及材料、太空人生活用品等。「進步廣號」運輸船長8公尺,直徑2.

2公尺,裝載總重7020千克,其中**品占2300千克(燃料1000千克、淨貨重1300千克),由貨運艙、燃料艙和工作艙三部分組成,與「禮炮6」對接後,用乙個星期時間卸下運去的物品和燃料。由地面進行遙控,一旦卸完貨便裝上廢品,與工作艙自行分離、降軌,使之墜人太平洋上空大氣中予以燒毀。前面提及的太空梭,將是美國主要的空間運輸系統。

太空梭由兩枚**式固體助推火箭發射。當這兩枚固體火箭的燃料耗盡後,它們將拋回地面以備再用。而後太空梭將由乙個大型液體燃料火箭送人軌道。

這時,燃料箱即被拋掉;太空梭完成任務後,便像飛機一樣返回地面。其外形也像飛機,所以稱為太空梭。其優點在於它的核心部分——軌道器能夠**並重複使用。

美國計畫研製5架太空梭軌道器,每架可重複使用100多次。第一架太空梭軌道器從2023年2月開始進行低空飛行試驗。太空梭有兩種工作方式。

在出擊式飛行方式時,實驗裝置安裝在軌道器貨艙內,工作3~30天後返回地面。軌道器貨艙長18.3公尺,直徑4.

6公尺,最大載重30噸,軌道器載荷包括一組密封艙和一些外部儀器架。在密封艙內,太空人能較舒適地工作。在外部儀器架上,能裝載可暴露於空間環境中的儀器。

採用第二種方式時,太空梭把其他的宇宙飛行器帶到空間,並發放到預定的軌道上,即通過遙控作業系統把衛星從貨艙儀器架中取出送人預定軌道。或根據需要對宇宙飛行器進行檢修,即與原來在天上自由飛行的飛行器會合,遙控作業系統將其收回到貨艙內進行檢修,必要時還可以運回地球進行大修。

隨著宇宙飛船和空間站的發展,空間載人飛行從80年代開始趨向正常化,人們的空間活動將頻繁起來。我國為實現四個現代化,也將加速發展動載系列,研製發射多種科學衛星與應用衛星,積極進行發射空間實驗艙和宇宙探測器的研究。宇宙飛船和空間站可作為空間實驗室,或把宇宙飛船和空間站外部空間作為實驗場,探測重力波,驗證相對論,研究等離子體物理,還可利用低重力、超低溫和真空環境進行物理、化學、材料學、流體力學、生物製品等試驗,並提供空間材料加工和藥的研究。

因此,空間科學技術的發展,將使人類社會出現根本性的變革。

宇宙空間站是怎樣建立的,第乙個宇宙空間站是怎樣建立的?

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