葉 軍

《西游記》中的“天宮”是古代人想象出來的玉帝和神仙們住的地方,當今地球人造“天宮”,則是要給地球上的“凡夫俗子”提供在太空工作、居住的地方。

人造“天宮”

地球人在太空建造的“天宮”有個專業(yè)的名稱叫“空間站”?？臻g站又被稱為“太空站”“軌道站”或“航天站”,是可供多名宇航員巡航、長期工作和居住的載人航天器。

同學們還記得今年央視春晚上亮相的“天宮一號”嗎?它其實就是一個空間實驗室的雛形,是我國具有試驗性質的小型空間站,目前已經(jīng)進入初樣研制階段,計劃將于2010年至2011年升空。

小型的空間站可一次發(fā)射完成,較大型的空間站可分批發(fā)射組件,在太空中組裝成為整體。在空間站運行期間,宇航員的替換和物資設備的補充可以由載人飛船或航天飛機完成,物資設備也可由無人航天器運送。

空間站通常由對接艙、氣閘艙、軌道艙、生活艙、服務艙、專用設備艙和太陽能裝置等部分組成。對接艙用以停靠載人飛船或其他航天器,對接艙一般有數(shù)個對接口,可同時?？慷嗨逸d人飛船或其他航天器。氣閘艙是航天員在軌道上出入航天站的通道。軌道艙是航天員在軌道上的主要工作場所。生活艙是供航天員進餐、睡眠和休息的地方,一般設有臥室、餐廳和衛(wèi)生間等。服務艙內一般裝有推進系統(tǒng)、氣源和電源等設備,為整個航天站服務。專用設備艙是根據(jù)飛行任務而設置的安裝專用儀器的艙段,它也可以是不密封的構架,用以安裝暴露于空間的探測雷達和天文望遠鏡等儀器設備。太陽能裝置通常裝在航天站本體的外側,為航天站上各種儀器設備提供電源。

科學探索

“天宮一號”為兩艙結構,分別為實驗艙和資源艙。實驗艙可用于航天員駐留期間在軌工作和生活。資源艙內有發(fā)動機、電源裝置等,可為“天宮一號”提供動力?！疤鞂m一號”的質量和神舟七號差不多,約為8噸。

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早在1946年,德國的火箭專家馮·布勞恩便首次提出建造空間站的設想。為了產(chǎn)生人工重力,他設計的空間站呈車輪形。1959年6月8日,馮·布勞恩又提出一個新的設計方案,即使用大型運載火箭的助推器建造一種平行空間站。將3～4個已用過并且仍留在地球軌道上的助推器在軌道上平行排列起來,即可建成一個空間站。美國的“天空實驗室”便是采用的這種方案。

“天宮”用途

神話故事中的神仙們在“天宮”享清福,地球人建“天宮”是為了什么呢?

地球人建的空間站,可不是為了讓人來享清福的,它的用途可大哩!就拿在空間站進行天文觀測來說吧,那可比在地面上方便多了,不僅離星星們近,而且還沒有云霧的影響,想看多長時間就可看多長時間,想看哪顆星就可看哪顆星。

俗話說,“站得高,看得遠”。利用空間站還可以方便地進行地球資源勘測和軍事偵察,如勘測礦藏、海洋資源、森林資源和水利資源等等,而且勘測起來也比在地球上輕松得多。

由于空間站環(huán)境與地面環(huán)境有所不同,所以還可以在空間站上進行醫(yī)學和生物學研究,完成有人參與的生物醫(yī)學實驗,尋找治療某些疾病的新方法,試制新的藥品和試劑。利用太空高真空、高純凈和微重力的特殊環(huán)境還可以制取新型合金和超純材料,發(fā)展新工藝、新技術。

除此之外,空間站還可以作為人類造訪火星等其他行星的跳板。有了空間站,即使用現(xiàn)有的化學燃料也能去訪問鄰近的月球、金星和火星。甚至可以成為地球人在太空長期居住、開展航天活動和開發(fā)太空資源的永久場所。

總之,空間站在科學研究、國民經(jīng)濟和軍事上都有重大價值。而且,空間站與宇宙飛船和航天飛機等相比,具有其他航天器無法比擬的優(yōu)點,它規(guī)模大、電源充足、在軌道上運行時間長、實驗設備可以不斷擴展等等。

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專家說“天宮一號”建成后,可以用來進行科學實驗、生產(chǎn)、太空觀測、偵察、在太空中儲備物質等多種用途。在對地觀測方面,當?shù)厍蛏习l(fā)生地震、海嘯或火山噴發(fā)等時,空間站上的航天員可以及時調整遙感器的各種參數(shù),以獲得最佳觀測效果。

此外,中國科學技術大學地球和空間科學系胡友秋教授認為,“天宮一號”的建立可以為我國帶來巨大的經(jīng)濟效益。比如在太空育種方面,就可以培育出各種各樣的蔬菜,對農(nóng)業(yè)會有很大的好處;在工業(yè)方面,還可以制造出在地球上制造不出來的材料;另外,還有導航,比如GPS定位可以大大方便人們的出行。

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1971年4月19日,蘇聯(lián)用質子火箭發(fā)射了世界上第一個空間站,這個殼體上飾有“曙光”一詞的空間站由于在飛行中不斷產(chǎn)生電火花似的禮花,遂改名為“禮炮”?！岸Y炮1號”空間站是一座尖頂圓柱形,像火車車廂那么大的“鐵罐”,由軌道艙、服務艙和對接艙組成,總長12.5米,最大直徑4米,總重18.9噸?！岸Y炮1號”是第一代空間站,只有一個對接口。

“天宮”難造

人造“天宮”就像一個縮小了的居民小區(qū),生活、工作、休息空間一個不少,建造這樣的小區(qū)可不比在地面?？臻g站的建立,簡單來說,就像搭積木,通過各個宇宙飛船組裝對接而成。

這話說起來很容易,實際做起來難。也就是說,在地球上建造空間站的各個部件本身并不困難,但是把它們送上軌道并拼接起來就是一項艱巨的工程。而最難的則是在太空中如何把不同部件按要求組合起來——專家稱其為“空間交會對接”技術。在專家們眼里,空間交會對接技術是實現(xiàn)航天飛機、太空平臺和空間運輸系統(tǒng)的裝配、回收、補給、維修、航天員交換及營救等在軌道上服務的先決條件。

要想在太空當中實現(xiàn)兩個航天器的對接的確并非易事。想想看,太空中的飛行器并不是小孩子手里的積木,想讓誰和誰挨著就讓誰和誰挨著,想怎么搭就怎么搭。太空中的空間實驗室和航天飛機都是高速運行的,時速達到28000公里以上(每秒將近8公里)。在對接過程中,需要讓它們的軸線在同一條直線上,距離必須一直保持在1米左右,并且相對速度要接近零。如此苛刻的要求,使設計、計算不能有絲毫的馬虎,稍有閃失,便會“機毀站亡”。

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在1992年立項的時候,中國載人航天工程的戰(zhàn)略規(guī)劃已很明確,要分“三步走”:第一步,發(fā)射載人飛船,建成初步配套的實驗性載人飛船工程,開展空間應用實驗;第二步,突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術,發(fā)射一個空間實驗室,解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應用問題;第三步,建造空間站。

第二步過程當中的“天宮一號”是為第三步做技術準備的。在“天宮一號”實驗艙前端安裝有一個交會對接機構,它是“天宮一號”和飛船聯(lián)通的關鍵所在。從外表上看,交會對接機構類似于一扇圓形的門,內部直徑約為0.8米,航天員可以通過這一扇門從飛船進入“天宮一號”。在發(fā)射“天宮一號”之后,我國將相繼發(fā)射神舟八、九、十號飛船,分別與“天宮一號”實現(xiàn)空間對接。從而建立中國第一個空間實驗室。

到2015年前后,中國將陸續(xù)發(fā)射“天宮二號”“天宮三號”兩個空間實驗室。而“天宮一號”將升級改造成貨運飛船,具備交會對接和燃料補充功能,可以對空間站進行燃料補充。

“天宮一號”只是我國空間站建設的起步,我國將會慢慢建設大型的空間實驗站,預計大約要花上一二十年的時間。等到2020年,我國的空間站就可以逐步完成了。

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1998年11月20日,國際空間站的第一個組件——曙光號功能貨艙成功發(fā)射,拉開了巨大而復雜的國際空間站組裝工作的序幕。這是國際空間站組建的第一年,完成了曙光號功能貨艙和聯(lián)合1號節(jié)點艙兩個艙段的組裝工作。

國際空間站的設想是1983年由美國總統(tǒng)里根首先提出的,于1993年完成設計并開始實施。該空間站以美國、俄羅斯為首,包括加拿大、日本、巴西和歐洲太空局(含11個國家)共16個國家參與研制。國際空間站結構復雜,由居住艙、實驗艙、服務艙、對接過渡艙、桁架、太陽能電池等部分組成,建成后總質量達438噸,長108米、寬(含翼展)88米,運行軌道高度為397千米。國際空間站是世界上第一種桁架掛艙式結構,它比和平號先進的地方是采用大型電池帆板集中供電,并采用統(tǒng)一的控制系統(tǒng),工作效率高。國際空間站建成后,總容積達1200多立方米。

(編輯 孫世奇)