国际空间站是由美国、俄罗斯、欧洲宇航局、日本和加拿大等国家联合建造的空间站。自1998年发射空间站之后,在过去二十多年里,他是人类唯一运行的在轨空间站。随着2021年6月17日,长征2F遥十二火箭托举神舟十二号载人飞船点火升空,历经6小时32分钟飞行后神舟十二号与天宫空间站完成对接,顺利将三位航天员送入太空,也就标志着20年来国际空间站垄断地位的终结。那么空间站有着怎样的发展历程?中国空间站和国际空间站又有哪些区别呢?
空间站(space station)是一种近地轨道长时间运行,可供多名航天员寻访、长期工作和生活的载人航天器。随着科技的发展空间站可分为以下几代:
第一代空间站:特点:单模块,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:单模块,两个对接口(礼炮6号、礼炮7号)
第三代空间站:特点:多模块,积木式结构(和平号空间站)
第四代空间站:特点:多模块,桁架结构和积木式的混合结构(国际空间站)
01第一代空间站
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。除礼炮系列中的一号到五号空间站外,第一代空间站还包括美国天空实验室,他们都只具有一个对接口。
表一 第一代空间站概况
礼炮一号
礼炮—1号空间站是前苏联首个太空站,也是人类历史上首个太空站,于1971年4月19日发射升空。苏联曾想借由联盟—10号运送太空人进入礼炮1号,不过由于泊接机件问题,联盟—10号并没有成功。随后,苏联派出第二艘太空船联盟—11号与太空站对接,宇航员在太空站内逗留了23天。可惜,在联盟—11号返回地球的时候,返回舱的均压均衡阀过早开启,3位宇航员因此而身亡。
天空实验室
美国在1973年5月14日发射成功一座叫天空实验室的空间站,它在435千米高的近圆空间轨道上运行,先后接待3批9名宇航员到站上工作,他们分别居留28天,59天和84天。除成功完成了空间站的修理工作外,宇航员们在空间站里进行了许多生物实验,研究了植物在太空中生长与在地球上生长是否不同的问题,研究了细菌在太空的生长情况。1979年7月12日在南印度洋上空坠入大气层烧毁。它在太空运行2249天,航程达14亿多千米。
礼炮四号
礼炮4号空间站于1974年12月26日发射,先后与联盟17号、联盟18号飞船对接。联盟20号无人飞船又与其成功对接并运送燃料,使其工作寿命延长到15个月。
1974年12月26日,礼炮4号空间站在拜科努尔航天发射场成功发射。空间站在轨运行时,和两艘联盟号载人飞船进行了对接,其中联盟17号两名航天员进站工作30天,联盟18号的两名航天员进站工作63天。1975年11月17日无人驾驶的联盟20号飞船曾给其运送燃料,从而延长了其在轨时间达768天。空间站于1977年2月2日脱离轨道重返大气层烧毁。
02第二代空间站
苏联第二代空间站包括"礼炮6号"和"礼炮7号"。这两座空间站要解决的问题除进一步提高安全性和可靠性外,另两项重大的变化是长寿命和扩展应用领域。如果轨道高度保持在250千米,每年消耗推进剂为4.75吨;如果轨道提高到350千米,则推进剂消耗只有600千克。礼炮6号和7号正是采用这种的较高轨道。
另外,为更大限度地提高轨道运行寿命,第二代空间站具有两个对接窗口,一个用于联盟号载人飞船对接,另一个用于货运飞船对接,进行轨道加油和往返运送试验设备、试验物品。
表二 第二代空间站概况
礼炮六号
礼炮6号空间站自1977年9月29日进入轨道,到1982年7月29日重返大气层时烧毁,总共在天上运行了4年10个月。在这段时间里,它共接待了16批33名苏联及东欧国家的宇航员,实际有人居住的总飞行时间达到676天。在宇航员进站工作期间,完成了大量科学观测、地球资源观测、人体生物医学研究和技术实验。更具有应用意义的工作则是进行了大量半导体、晶体生长实验和用结晶炉及合金炉进行了金属冶炼实验。宇航员还首次熔化了玻璃,这项工作对于制造高性能的光导纤维有重大意义。
礼炮7号
礼炮7号空间站,是苏联研制的一个技术高度成熟的空间站,也是礼炮计划中最后一个空间站。礼炮7号空间站的构造与礼炮6号基本相同,先后共接待11批28名宇航员。宇航员们共进行了涉及各个方面的120多项实验,拍摄了1万张地球和天空照片,极大地丰富了空间科学宝库。礼炮7号于1986年8月停止载入飞行,与宇宙-1686号无人货运飞船组成"两位一体"轨道复合体转移到更高的轨道上飞行,并继续自动地收集,发回站上各系统工作数据,为研制未来的宇宙复合体,轨道平台提供依据。礼炮7号空间站创造了最终工作寿命达8年之久的最高纪录。
03第三代空间站
前苏联"和平"号属于第三代空间站,于1986年2月20日开始在太空建造,前苏联解体后由俄罗斯接管。它采用积木式或叫舱体式构型,运行了15年,所以也叫长久性空间站。"和平"号最大特点是率先升空的核心舱不仅能用于航天员生活居住,控制整个空间站正常运行,其上还有6个对接口,它先后像搭积木一样对接了5个专用实验舱(量子1号舱、量子2号舱、"晶体"舱、"光谱"舱和"自然"舱)及"联盟"系列载人飞船、"进步"系列货运飞船,形成庞大的空间复合体,总质量达100多吨。其中的"晶体"舱还对接过美国航天飞机,使其总质量达200多吨。中国空间站就是参考和平号建造的思路规划的,采用积木式构型,由核心舱、梦天实验舱、问天实验舱、载人飞船和货运飞船五个模块组成。
04第四代空间站
国际空间站(International Space Station),是目前在轨运行最大的空间平台,是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室,为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源,支持人在地球轨道长期驻留。国际空间站建设始于1998年,其采用桁架结构和积木式的混合结构,由16个国家共同建造、运行和使用,是有史以来规模最大、耗时最长且涉及国家最多的空间国际合作项目。自2000年以来一直保持在轨工作,性能和设备老化严重,每年维护成本高达50亿美元。按照计划,该空间站最初的服......
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