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空间站(Space Station):又称航天站、太空站、轨道站。是一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。空间站分为单一式和组合式两种。单一式空间站可由航天运载器一次发射入轨,组合式空间站则由航天运载器分批将组件送入轨道,在太空组装而成。
1概述
人类并不满足于在太空作短团逗暂的旅游,为了开发太空,需要建立长期生活和工作的基地。于是,随着航天技术的进步,在太空建立新居所的条件成熟了。
空间站是一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员在其中生活工作和巡访的载人航天器。小型的空间站可一次发射完成,较大型的可分批发射组件,
在太空中组装成为整体。在空间站中要有人能够生活的一切设施,不再返回地球。
国际空间站结构复杂,规模大,由航天员居住舱、实验舱、服务舱,对接过渡舱、桁架、太阳电池等部分组成,试用期一般为5~10年。
总质量约423吨、长108米、宽(含翼展)88米,运行轨道高度为397千米,载人舱内大气压与地表面相同,可载6人。建成后总质量将达438吨,长108米。
2结构与组成
其结构特点是体积比较大,在轨道飞行时间较长,有多种功能,能开展的太空科研项目也多而广。空间站的基本组成是以一个载人生活舱为主体,再加上有不同用途的舱段,如工作实验舱、科学仪器舱等。空间站外部必须装有太阳能电池板和对接
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舱口,以保证站内电能供应和实现与其他航天器的对接。
3特点
空间站的特点之一是经济性。例如,空间站在太空接纳航天员进行实验,可以使载人飞船成为只运送航天员的工具,从而简化了其内部的结构和减轻其在太空飞行时所需要的物质。这样既能降低其工程设计难度,又可减少航天费用。另外,空间站在运行时可载人,也可不载人,只要航天员启动并调试后它可照常进行工作,定时检查,到时就能取得成果。这样能缩短航天员在太空的时间,减少许多消费,当空间站发生故障时可以在太空中维修、换件,延长航天器的寿命。增加使用期也能减少航天费用。因为空间站能长期(数个月或数年)的飞行,故保证了太空科研工作的连续性和深入性,这对研究的逐步深化和提高科研质量有重要作用。
4空间站的发射历史
到目前为止,全世界已发射了9个空扰芦间站。其中苏联共发射8座,美国发射1座。按时间顺序讲,苏联是首先发射载人空间站的国家。其礼炮1号空间站在1971年4月发射,后在太空与联盟号飞船对接成功,有3名航天员进站内生活工作近24天,完成了大量的科学实验项目,但这3名航天员乘联盟11号飞船返回地球过程中,由于座舱漏气减压,不幸全部遇难。礼炮2号发射到太空后由于自行解体而失败。苏联发射的礼炮3、4、5号小型空间站均获成功,航天员进站内工作,完成多项科学实验。其礼炮6、7号空间站相对大些,也有人称它们为第二代空间站。它们各有两个对接口,可同时与两艘飞船对接,航天员在站上先后创造过210天和237天长期生活记录,还创造了首位女航天员出舱作业的记录。苏联于1986年2月20日发射入轨的和平号空间站,2000年底俄罗斯宇航局因和平号部件老化(设计寿命10年)且缺乏维修经费,决定将其坠毁.和平号最终于2001年3月23日坠入地球大气层。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,宇航员用58种科学仪器进行了270多项生物医学,塌李卖空间物理,天文观测,资源勘探和工艺技术等试验,拍摄了大量的太阳活动照片和地球表面照片,研究了人在空间活动的各种现象。直到1979年7月12日在南印度洋上空坠入大气层烧毁。
5各国的空间站
前苏联礼炮号空间站
1971年4月19日,前苏联发射了第一座空间站礼炮1号,从些载入太空飞行进入一个新的阶段。礼炮1号空间站由轨道舱,服务舱和对接舱组成,呈不规则的圆柱形,总长约12.5米,最大直径4米,总重约18.5吨。它在约200多千米高的轨道上运行,站上装有各种试验设备,照相摄影设备和科学实验设备。与联盟号载入飞般对接组成居住舱,容积100立方米,可住6名宇航员。礼炮1号空间站在太空运行6个月,相继与联盟10号,联盟11号两艘飞船对接组成轨道联合体,每艘飞船各载3名宇航员,共在空间站上停留26天。礼炮1号完成使命后于同年10月11日在太平洋上空坠毁。
前苏联一共发射了7座礼炮号空间站,前5座只有一个对接口,即只能与一艘飞船对接飞行。因站上携带的食品,氧气,燃料等储备有限,在太空寿命都不很长。经过改进的礼炮6号和7号空间站,增加了一个对接口,除接待联盟号载入飞船外,还可与进步号货运飞船对接,用以补给宇航员生活所需的名种用品。1977年9月29日发射上天的礼炮6号空间站,在太空飞行近5年,共接待18艘联盟号和联盟T号载人飞船。有16批33名宇航到站上工作,累计载人飞行176天。其中1980年宇航员波波夫和柳明创造了在空间站飞行185天的纪录。1982年4月19日礼炮7空间站进入轨道飞行,接待了联盟T号飞船的11批28名宇航,其中包括第一位进行太空行走的女宇航员萨维茨卡娅。特别是1984年3名宇航员基齐姆,索洛维约夫和阿季科夫在空间站创造了237天的飞行纪录。礼炮7号空间站载入飞行累计达800多天,直到1986年8月才停止载人飞行。
前苏联和平号空间站
目前,苏联于1986年2月20日发射入轨的和平号空间站,已经飞行了8年,仍在轨道上进行载人航天活动。和平号是一阶梯形圆柱体,全长13.13米,最大直径4.2米,重21吨,预计寿命10年。它由工作舱,过渡舱,非密封舱三个部分组成,共有6
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个对接口。和平号作为一个基本舱,可与载人飞船,货运飞船,4个工艺专用舱组成一个大型轨道联合体,从而扩大了它的科学实验范围。四个专业舱都有生命保障系统和动力装置,可独立完成在太空机动飞行。其中一个是工艺生产实验舱,一个是天体物理实验舱,一个是生物学科研究舱,一个是医药试制舱。这几个实验舱可根据任务需要更换设备,成为另一种新的实验舱。自和平号空间上天以来,至1993年底,已经接待了一艘联盟T号和17艘联盟TM号载入飞船,并先后与进步号,进步M号货运飞船和量子号,晶体号专用工艺舱对接组成轨道联合体。宇航员们进行了天体物理,生物医学,材料工艺试验和地球资源勘测等科学考察活动。最大的轨道联合体总长达350米,总重70吨,俨然象一座太空列车,绕地球轨道不停地飞驰。1987年12月29日,宇航员罗曼年科返回地面时,已经在和平号上生活了326个昼夜。1988年12月21日从和平号上归来的两名宇航员季托夫和马纳罗夫,创造了在太空飞行整整一年的新纪录。
和平号由多个模块在轨道上组装而成:核心舱,量子1号天文物理舱,量子2号气闸舱晶体号实验舱,光谱号遥感舱,自然号地球观测舱.美国为其提供了一个专门用于与航天飞机对接用的对接舱.美国航天飞机共拜访空间站11次.和闰号首模块于1986年2月19日发射升空其后至1996年的十年时间之间,其他多个模块相继升空.
2000年底俄罗斯宇航局因和平号部件老化(设计寿命10年)且缺乏维修经费,决定将其坠毁.和平号最终于2001年3月23日坠入地球大气层,碎片落入南太平海域中.和平号的研究任务今后由国际太空站所取代
美国天空实验室
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。这9名宇航员到站上工作。这9名宇航员在站上分别居留28天,59天和84天。天空实验室全长36米,最大直径6.7米,总重77.5吨,由轨道舱,过渡舱和对接舱组成,可提供360立方米的工作场所。1973年5月25日,7月28日和11月16日,先后由阿波罗号飞船把宇航员送上空间站工作。在载入飞行期间,宇航员用58种科学仪器进行了270多项生物医学,空间物理,天文观测,资源勘探和工艺技术等试验,拍摄了大量的太阳活动照片和地球表面照片,研究了人在空间活动的各种现象。1974年2月第三批宇航员离开太空返回地面后,天空实验室便被封闭停用,直到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。
联盟号载人飞船
前苏联的空间站上天以来,一直与联盟号系列载人飞船和进步号系列货运飞船一起,共同组成轨道联合体执行载入航天飞行任务。
联盟号系列载人飞船已更换三代,作为空间站的载人工具。从联盟10号开始,到1993年底共有30艘联盟号,14艘联盟T号,17艘联盟TM号飞船载人到空间站上开展太空科学考察活动。第一代联盟号,主要用于试验载人飞船与空间站的交会,对接和机动飞行,为载人到空间站活动打下了坚实基础;第二代联盟T号,改进了座舱设施,提高了生命保障系统的可靠性和生活环境的舒适性;第三代联盟TM号,又改进了会合,对接,通信,紧急救援和降落伞系统,增加了有效载荷。经过改进的联盟TM号飞船总重7吨,长约7米,翼展10.6米,载3名宇航员和250千克货物最大改进是对接系统,可以在任何姿态下与和平号空间站对接,无需空间站做机动飞行和调整姿态。
进步号货运飞船
进步号系列货运飞船执行向空间站定期补给食品,货物,燃料和仪器设备等任务。到1993年底,已发展两代,共发射进步号42艘,进步M号20艘。它与空间站对接完成装卸任务后即自行进入大气层烧毁。这种飞船由仪器舱,燃料舱和货舱组成,货舱容积6.6立方米,可运送1.3吨货物,燃料舱带1吨燃料。它可自行飞行4天,与空间站对接飞行可达2个月。
6中国空间站展望
我国将于2023年—2023年底发射天宫一号目标飞行器,天宫一号的重量有8吨,类似于一个小型空间实验站,在发射天宫一号之后的两年中,我国将相继发射神舟8、9、10号飞船,分别与天宫一号实现对接。
我国有望于2023年用“长征五号”把中国空间站送上太空,中国最终将建设一个基本型空间站。
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我国首个空间站大致包括一个核心舱、一架货运飞船、一架载人飞船和两个用于实验等功能的其他舱,总重量在100吨以下。其中的核心舱需长期有人驻守,能与各种实验舱、载人飞船和货运飞船对接。具备20吨以上运载能力的火箭才有资格发射核心舱。为此,我国将在海南文昌新建第四个航天发射场,可发射大吨位空间站。
据透露,中国的首个空间站建成后,其核心舱可以不断加舱。届时,每年将往空间站发射若干个航天器。
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据了解,2023年9月25日发射的“神舟七号飞船”,作为第二阶段的第一项实验,实现了航天员的出舱行走。随后的“神八”、“神九”飞船将不再载人,旨在发射目标飞行器,实现无人对接。而之后的“神十”将再次载人上天并实现有人对接。这些飞船都是为了在太空建设短期有人照料的空间站而服务的。
1998年11月20日,国际空间站的第一个组件——曙光号功能货仓(美国出资,俄罗斯制造)发射成功,国际空间站正式进入初期装配阶段。此后,国际空间站的第2个组件——美国团结号节点舱于1998年12月4日由奋进号航天飞机送入轨道,并于12月7日与曙光号成功对接。2000年7月12日,国际空间站的核心组件、俄罗斯建造的“星辰”号服务舱发射入轨,同年11月2日,首批3名宇航员进驻空间站,国际空间站开始长期载人,11月30日,美国“奋进”号航天飞机为国际空间站送去两块翼展达72米、最大发电量为65千瓦的大型太阳能电池帆敬悄板;2001年2月7日,美国的“命运”号实验舱由“亚特兰掘稿裂蒂斯”号航天飞机送入轨道,4月23日,加拿大制造的遥操作机械臂与国际空间站顺利对接,7月12日,美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机又把供宇航员出舱活动的“气闸舱”送入轨道判闭。至此,美国和俄罗斯等国经过航天飞机、火箭等运输工具15次的飞行,完成了国际空间站第二阶段的装配工作。从2001年至2023年,国际空间站完成装配,达到6—7人长期在轨工作的能力。
维珍银河首次太空试飞圆满完成
约15分钟之后,Unity 22成功与母飞机分离,点燃引擎,极速攀升。几分钟之后,画面传来机舱内的情况,四名“宇航员”离开座位,体验失重感。不过,这个体验失重感的过程很短。
此后,理查德·布兰森又搭乘太空船二号成功从85.9公里高的轨道返回,成为首位登上太空的商业航天企业创始人,比蓝色起源创判猛始人贝佐斯早9天,布兰森也成为年龄第二大的宇航宏哪员。
理查德·布兰森此次并非独自旅行,与布兰森同行的乘客包括维珍银河首席宇航员教练贝丝·摩西(Beth Mosse)、维珍银河首席运营工程师科林·贝内特(Colin Bennett)和维珍银河负责政府事务和研究运营的副总裁西里莎·班德拉(Sirisha Bandla)。
当然,理查德·布兰森此次进入太空的时间很短,整个飞机时间可能就一个小时。
理查德·布兰森此次飞行的特点是,维珍银河使用VMS Eve大型运载飞机,将太空飞机VSS Unity运载至大约50,000英尺(约15,000米)的高空。随后,VMS Eve与VSS Unity分离,航天飞机VSS Unity将自行进入亚轨道空间。最终,VMS Eve和VSS Unity都将返回太空港。
理查德·布兰森曾说,“我为这一天已经等了17年。”
维珍银河掘绝桥的太空飞机——太空船2号(SpaceShipTwo),相当于一架公务机,可重复使用。除了两名飞行员之外,机舱内还可容纳四个人。传闻维珍银河已拿下600多张座位票预订,平均每张票价在25万美元左右。
理查德·布兰森也是抢先亚马逊创始人杰夫 · 贝索斯一步进入太空,成为第一个进入太空的商业航天企业创始人,这让贝索斯很是不服气。贝索斯旗下的蓝色起源称,布兰森的飞船 " 并不是真正的宇宙飞船 "。
维珍银河在拓展商业太空旅行业务路上并不是一帆风顺的,美国时间2023年10月31日,维珍银河太空船二号VSS Enterprise亚轨道飞船试飞时在美国莫哈韦沙漠坠毁,导致一名机组人员死亡,另一人受伤。美国时间2023年12月12日,由于技术故障试飞失败,机上两名飞行员以滑翔的方式返回地面,没有人员受伤。
成立于2004年的.维珍银河公司在太空旅行上面已经进行了多年的研发,迄今投入超10亿美元。维珍银河太空旅行飞行器目前使用WhiteKnight母机和VSS Unity飞船。主要采用可重复使用的水平发射方式和“羽化”进入技术完成发射和返回着陆。其中羽化技术就是为了避免2023年的事故再次出现而设计研发的。
截止这次试飞前,维珍银河载人航空飞行试飞成功三次。前两次都是在美国莫哈韦航天航空港起飞。先是在美国时间2023年12月13日,WhiteKnight 2搭载Unity飞船从美国莫哈韦航天航空港起飞,VSS Unity飞船飞行高度达51.38英里。
美国时间2023年2月22日,VSS Unity飞船搭载三名机组人员成功抵达距离地球55.85英里的太空边缘。
第三次维珍银河的载人航空飞行任务是在美国时间2023年5月23日,飞船从Spaceport America太空港起飞。
火热的商业太空旅行
不止维珍银河在进行试飞任务,还有两家公司也在进行商业太空旅行的尝试,维珍银河是最先获得美国联邦航空管理局(FAA)全面商业发射许可。
除了布兰森的维珍银河,另外两家分别是杰夫·贝索斯成立的蓝色起源(Blue Origin)和特斯拉CEO埃隆·马斯克(Elon Musk)成立的太空探索技术公司(SpaceX)。
不止布兰森要乘坐自家飞船上太空,之前,贝索斯就宣布今年7月20号,和他的兄弟马克·贝索斯(Mark Bezos)一起,作为蓝色起源的亚轨道飞行器新谢泼德(New Shepard)的首批乘客,开启太空之旅。马斯克也宣布SpaceX也将开启私人商业太空旅行业务。
进行一次太空旅行并不便宜,例如维珍银河商业太空旅行一个座位就是25万美元起,不过,还是有很多人向往进入太空,据报道已经有600多人预付了款项。
2023年12月维珍银河飞船上拍到的地球画面
太空旅行逐渐不再是梦
这次布兰森的试飞既是完成他的太空梦,也是在为维珍银河打广告,证明维珍银河商业太空旅行的安全性。
随着航天技术的不断进步,人类从地球逐渐走向太空,但是太空旅行还是具有相当大的危险性,例如人的身体能否适应失重等太空恶劣条件以及飞行器能否确保安全等因素。从各家太空公司的商业太空旅行实验中看,这些问题都正在被更好地完善。
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