叶 军

《西游记》中的“天宫”是古代人想象出来的玉帝和神仙们住的地方,当今地球人造“天宫”,则是要给地球上的“凡夫俗子”提供在太空工作、居住的地方。

人造“天宫”

地球人在太空建造的“天宫”有个专业的名称叫“空间站”。空间站又被称为“太空站”“轨道站”或“航天站”,是可供多名宇航员巡航、长期工作和居住的载人航天器。

同学们还记得今年央视春晚上亮相的“天宫一号”吗?它其实就是一个空间实验室的雏形,是我国具有试验性质的小型空间站,目前已经进入初样研制阶段,计划将于2010年至2011年升空。

小型的空间站可一次发射完成,较大型的空间站可分批发射组件,在太空中组装成为整体。在空间站运行期间,宇航员的替换和物资设备的补充可以由载人飞船或航天飞机完成,物资设备也可由无人航天器运送。

空间站通常由对接舱、气闸舱、轨道舱、生活舱、服务舱、专用设备舱和太阳能装置等部分组成。对接舱用以停靠载人飞船或其他航天器,对接舱一般有数个对接口,可同时停靠多艘载人飞船或其他航天器。气闸舱是航天员在轨道上出入航天站的通道。轨道舱是航天员在轨道上的主要工作场所。生活舱是供航天员进餐、睡眠和休息的地方,一般设有卧室、餐厅和卫生间等。服务舱内一般装有推进系统、气源和电源等设备,为整个航天站服务。专用设备舱是根据飞行任务而设置的安装专用仪器的舱段,它也可以是不密封的构架,用以安装暴露于空间的探测雷达和天文望远镜等仪器设备。太阳能装置通常装在航天站本体的外侧,为航天站上各种仪器设备提供电源。

科学探索

“天宫一号”为两舱结构,分别为实验舱和资源舱。实验舱可用于航天员驻留期间在轨工作和生活。资源舱内有发动机、电源装置等,可为“天宫一号”提供动力。“天宫一号”的质量和神舟七号差不多,约为8吨。

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早在1946年,德国的火箭专家冯·布劳恩便首次提出建造空间站的设想。为了产生人工重力,他设计的空间站呈车轮形。1959年6月8日,冯·布劳恩又提出一个新的设计方案,即使用大型运载火箭的助推器建造一种平行空间站。将3～4个已用过并且仍留在地球轨道上的助推器在轨道上平行排列起来,即可建成一个空间站。美国的“天空实验室”便是采用的这种方案。

“天宫”用途

神话故事中的神仙们在“天宫”享清福,地球人建“天宫”是为了什么呢?

地球人建的空间站,可不是为了让人来享清福的,它的用途可大哩!就拿在空间站进行天文观测来说吧,那可比在地面上方便多了,不仅离星星们近,而且还没有云雾的影响,想看多长时间就可看多长时间,想看哪颗星就可看哪颗星。

俗话说,“站得高,看得远”。利用空间站还可以方便地进行地球资源勘测和军事侦察,如勘测矿藏、海洋资源、森林资源和水利资源等等,而且勘测起来也比在地球上轻松得多。

由于空间站环境与地面环境有所不同,所以还可以在空间站上进行医学和生物学研究,完成有人参与的生物医学实验,寻找治疗某些疾病的新方法,试制新的药品和试剂。利用太空高真空、高纯净和微重力的特殊环境还可以制取新型合金和超纯材料,发展新工艺、新技术。

除此之外,空间站还可以作为人类造访火星等其他行星的跳板。有了空间站,即使用现有的化学燃料也能去访问邻近的月球、金星和火星。甚至可以成为地球人在太空长期居住、开展航天活动和开发太空资源的永久场所。

总之,空间站在科学研究、国民经济和军事上都有重大价值。而且,空间站与宇宙飞船和航天飞机等相比,具有其他航天器无法比拟的优点,它规模大、电源充足、在轨道上运行时间长、实验设备可以不断扩展等等。

科学探索

专家说“天宫一号”建成后,可以用来进行科学实验、生产、太空观测、侦察、在太空中储备物质等多种用途。在对地观测方面,当地球上发生地震、海啸或火山喷发等时,空间站上的航天员可以及时调整遥感器的各种参数,以获得最佳观测效果。

此外,中国科学技术大学地球和空间科学系胡友秋教授认为,“天宫一号”的建立可以为我国带来巨大的经济效益。比如在太空育种方面,就可以培育出各种各样的蔬菜,对农业会有很大的好处;在工业方面,还可以制造出在地球上制造不出来的材料;另外,还有导航,比如GPS定位可以大大方便人们的出行。

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1971年4月19日,苏联用质子火箭发射了世界上第一个空间站,这个壳体上饰有“曙光”一词的空间站由于在飞行中不断产生电火花似的礼花,遂改名为“礼炮”。“礼炮1号”空间站是一座尖顶圆柱形,像火车车厢那么大的“铁罐”,由轨道舱、服务舱和对接舱组成,总长12.5米,最大直径4米,总重18.9吨。“礼炮1号”是第一代空间站,只有一个对接口。

“天宫”难造

人造“天宫”就像一个缩小了的居民小区,生活、工作、休息空间一个不少,建造这样的小区可不比在地面。空间站的建立,简单来说,就像搭积木,通过各个宇宙飞船组装对接而成。

这话说起来很容易,实际做起来难。也就是说,在地球上建造空间站的各个部件本身并不困难,但是把它们送上轨道并拼接起来就是一项艰巨的工程。而最难的则是在太空中如何把不同部件按要求组合起来——专家称其为“空间交会对接”技术。在专家们眼里,空间交会对接技术是实现航天飞机、太空平台和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。

要想在太空当中实现两个航天器的对接的确并非易事。想想看,太空中的飞行器并不是小孩子手里的积木,想让谁和谁挨着就让谁和谁挨着,想怎么搭就怎么搭。太空中的空间实验室和航天飞机都是高速运行的,时速达到28000公里以上(每秒将近8公里)。在对接过程中,需要让它们的轴线在同一条直线上,距离必须一直保持在1米左右,并且相对速度要接近零。如此苛刻的要求,使设计、计算不能有丝毫的马虎,稍有闪失,便会“机毁站亡”。

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在1992年立项的时候,中国载人航天工程的战略规划已很明确,要分“三步走”:第一步,发射载人飞船,建成初步配套的实验性载人飞船工程,开展空间应用实验;第二步,突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术,发射一个空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;第三步,建造空间站。

第二步过程当中的“天宫一号”是为第三步做技术准备的。在“天宫一号”实验舱前端安装有一个交会对接机构,它是“天宫一号”和飞船联通的关键所在。从外表上看,交会对接机构类似于一扇圆形的门,内部直径约为0.8米,航天员可以通过这一扇门从飞船进入“天宫一号”。在发射“天宫一号”之后,我国将相继发射神舟八、九、十号飞船,分别与“天宫一号”实现空间对接。从而建立中国第一个空间实验室。

到2015年前后,中国将陆续发射“天宫二号”“天宫三号”两个空间实验室。而“天宫一号”将升级改造成货运飞船,具备交会对接和燃料补充功能,可以对空间站进行燃料补充。

“天宫一号”只是我国空间站建设的起步,我国将会慢慢建设大型的空间实验站,预计大约要花上一二十年的时间。等到2020年,我国的空间站就可以逐步完成了。

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1998年11月20日,国际空间站的第一个组件——曙光号功能货舱成功发射,拉开了巨大而复杂的国际空间站组装工作的序幕。这是国际空间站组建的第一年,完成了曙光号功能货舱和联合1号节点舱两个舱段的组装工作。

国际空间站的设想是1983年由美国总统里根首先提出的,于1993年完成设计并开始实施。该空间站以美国、俄罗斯为首,包括加拿大、日本、巴西和欧洲太空局(含11个国家)共16个国家参与研制。国际空间站结构复杂,由居住舱、实验舱、服务舱、对接过渡舱、桁架、太阳能电池等部分组成,建成后总质量达438吨,长108米、宽(含翼展)88米,运行轨道高度为397千米。国际空间站是世界上第一种桁架挂舱式结构,它比和平号先进的地方是采用大型电池帆板集中供电,并采用统一的控制系统,工作效率高。国际空间站建成后,总容积达1200多立方米。

(编辑 孙世奇)