航天科普:“和平”號空間站

和平號空間站(俄語:Мир,兼有"和平"與"世界"之意)是前蘇聯(lián)建造的一個軌道空間站,蘇聯(lián)解體后歸俄羅斯。它是人類首個可長期居住的空間研究中心,同時也是首個第三代空間站,經(jīng)過數(shù)年由多個模塊在軌道上組裝而成。 空間站指是在地球軌道上運行的,適于人類長期工作、生活的大型航天器。俄羅斯的“和平”號空間站是俄羅斯歷史上的第9座空間站,也是迄今為止體積最大、應(yīng)用技術(shù)最先進、設(shè)施最完善、太空飛行時間最長的空間站。 1986年2月20日,蘇聯(lián)在哈薩克斯坦拜科努爾航天發(fā)射場用質(zhì)子號運載火箭把和平號空間站的核心艙送上了軌道。核心艙重21噸,長13.13米,最大直徑4.2米,增壓容積90立方米。由過渡艙、工作艙和服務(wù)推進艙組成,共有6個對接口。兩塊太陽能電池帆板總面積76平方米,最大輸出功率為9千瓦。此后,基礎(chǔ)構(gòu)件先后與5個太空艙成功對接。1987年3月31日發(fā)射了由蘇聯(lián)、歐洲航天局,荷蘭、民主德國和聯(lián)邦德國聯(lián)合研制的量子號天文物理艙,4月23日與核心艙對接,首次建成了由核心艙、量子號天文物理艙、聯(lián)盟TM載人飛船和進步號貨運飛船對接而成的空間站組合體。量子號天文物理艙由實臉艙、儀器艙和推進艙組成,總重20.6噸(在軌11.05噸),長5.8米,最大直徑4.2米,增壓容積40立方米。建成后的“和平”號體積約400立方米,重約137噸,其中科研儀器重11.5噸。 “和平”號空間站采用積木式構(gòu)造,由多艙段空間交會對接后組成。其核心艙有6個對接口,用來與實驗艙和“聯(lián)盟”TM號載人飛船及“進步”號貨運飛船對接。它是一個艙段式結(jié)構(gòu),總長13.13米,最大直徑4.2米,總重20.4噸,由4個基本部分組成:球形增壓轉(zhuǎn)移艙,直徑2.2米,上面裝5個直均為0.8米的對接窗口,徑向1個,側(cè)部對稱安裝;增壓工作艙,這是空間站的主體總長為7.67米,兩個柱形段的直徑分別為2.9和4.2米;不增壓服務(wù)動力艙,位于空間站尾部,長2.26米,直徑4.2米,除裝有主動機(推力2乘2940牛)和推進劑外,還裝有對接天線、探照燈、無線電通信天線等;增壓轉(zhuǎn)移對接器,它長1.67米,直徑2米,位于服務(wù)動力艙中央,提供6個對接通道。 15年來,“和平”號先后接待了包括阿富汗、奧地利、保加利亞、法國、德國、日本、敘利亞、英國和美國等十幾個國家24個乘務(wù)組的62位科學(xué)家,取得了一大批空間科研成果。特別是俄羅斯宇航員瓦列里·波利雅科夫博士從1994年1月8日至1995年3月在“和平”號上從事研究,一舉創(chuàng)造了在宇宙空間連續(xù)停留14個月的世界航天紀(jì)錄。 1996年2月20日,俄羅斯和平號空間站升空10周年。10年來,空間站繞地球飛行57157圈,行程近25億公里,先后接待了各種飛船78艘。進入空間站的有59人次,其中,航天員波利亞科夫累計在太空飛行679天,最長的一次是438天。 2月21日,俄羅斯聯(lián)盟TM23號飛船載著奧努夫連科和烏薩切夫飛往和平號,以接替在那里的吉真科、阿夫杰耶夫和賴特。5名航天員在站上工作一周后,原在站上的3名航天員于2月9日乘聯(lián)盟TM22號飛船返回地面。 3月22日,美國阿特蘭蒂斯號航天飛機載6人升空,6人中有2名是女性,其中一名為53歲的香農(nóng)·露西德。23日實現(xiàn)了與和平號的第三次對接。對接后,露西德前往和平號,成為美國第一位進駐俄羅斯和平號空間站的女航天員。另外,航天飛機將1噸重的水、科學(xué)設(shè)備運進和平號,美國、俄羅斯航天員還交換了紀(jì)念品。3月29日,航天飛機與和平號脫離,31日返回地面。這是美國航天飛機的第76次飛行。 4月23日,俄羅斯用質(zhì)子號火箭將和平號空間站最后一個艙段-自然艙發(fā)射入軌。26日與和平號對接成功,從而完成了和平號的全部建造工作,該艙主要任務(wù)是對地觀測。至此,和平號上已對接了量子1號、量子2號、晶體號、光譜號、自然號等艙段,另有聯(lián)盟TM23號飛船與之對接,總重量為120多噸,可用空間近400立方米。 8月17日,俄羅斯首次用聯(lián)盟Y火箭發(fā)射聯(lián)盟TM24號載人飛船成功。19日飛船與和平號對接,俄羅斯航天員科爾尊、卡列里及法國女航天員安德烈-德埃進入和平號,與奧努夫連科、烏薩切夫和露西德會合。9月2日,奧、烏和安乘聯(lián)盟TM23號返回。 9月16日,美國阿特蘭蒂斯號航天飛機載6人上天。18日實現(xiàn)了與和平號第四次對接,把美國的布萊赫送往和平號,同時,把女航天員露西德接回。23日航天飛機同和平號脫離對接。26日,航天飛機返回地面。露西德在太空生活了188天,打破了俄羅斯康達(dá)科娃創(chuàng)造的女性在太空飛行的最高記錄。這是美國航天飛機的第79次飛行。 1997年1月12日,美國阿特蘭蒂斯號航天飛機載6人升空。其中一人為布來赫的替換者利寧格爾。15日航天飛機與和平號實現(xiàn)第五次對接,19日航天飛機脫離和平號返回,同時接回在太空飛行了128天的布萊赫。22日航天飛機返回。這是美國航天飛機第81次飛行。 2月10日,俄羅斯聯(lián)盟TM25號飛船載兩名俄羅斯航天員齊布列耶夫和拉佐特金及一名美國航天員利寧格爾升空。12日因自動對接系統(tǒng)出現(xiàn)故障,航天員采用手動方式與和平號對接。 2月23日,和平號上的兩臺基本電解生氧裝置連續(xù)出現(xiàn)故障,站上的3名航天員改為使用高氯酸鋰裝置來生產(chǎn)氧。航天員拉佐特金在量子1號艙內(nèi)制氧時,制氧設(shè)備突然破裂,引起火災(zāi),明火燃燒了90秒,煙霧彌漫到整個空間站,航天員們都帶上了防毒面具,濃煙持續(xù)了5-7分鐘。幸好站上的空氣過濾系統(tǒng)性能良好,沒有給航天員造成更大危害。 4月6日,俄羅斯進步M34號貨船升空。8日與和平號對接,為和平號送去了3個滅火器、電解生氧備件、燃料和生活用品。6月25日,進行了進步M34號例行的重新對接試驗,俄航天員齊布利耶夫用遙控方式引導(dǎo)飛船與和平號對接時,飛船與和平號光譜艙發(fā)生了碰撞事故,把艙體靠近散熱器處撞了一個300平方毫米的孔,并使兩塊太陽能帆板偏轉(zhuǎn)了角度,造成空間站電力減少一半。 4月29日,俄羅斯的齊布利耶夫和美國的利寧格爾進行了首次俄、美航天員聯(lián)合太空行走,兩人在和平號艙外工作了4小時57分,進行空間站組裝與操作演練。 5月15日,美國阿特蘭蒂斯號航天飛機載7人升空。16日與和平號實現(xiàn)第六次對接,把美國航天員福爾勒送上和平號替換利寧格爾,并為和平號帶去了1.8噸補給,包括一臺氧氣發(fā)生器和修理工具。21日與和平號分離,24日利寧格爾隨機返回地面。這是美國航天飛機第84次飛行。 7月18日,俄羅斯和平號上的一航天員意外地?fù)p壞了和平號上的制導(dǎo)系統(tǒng),致使太陽帆板偏離太陽,再次造成斷電事故。為此,地面人員決定停止此次的出艙修復(fù)光譜艙的工作,這項工作改由下一批航天員完成。 8月5日,俄羅斯和平號空間站上的一臺供氧電子系統(tǒng)又發(fā)生故障。和平號上共有兩個供氧電子系統(tǒng),其中的一個早已因電能不夠而關(guān)閉。 同日,俄羅斯發(fā)射聯(lián)盟TM26號載人飛船升空。7日,以手動方式與和平號對接,進站的索洛維約夫和維諾格拉多夫同站上的3名航天員會合,他們將替換齊布利耶夫和拉佐特金。9月6日,索洛維約夫和福爾勒進入太空工作了6個小時,他們發(fā)現(xiàn)被進步號貨船撞過的光譜艙雖表面撞擊嚴(yán)重,但整個光譜艙殼體完好無損。為確保光譜艙的能源,他們還調(diào)整了太陽帆板的朝向。此次是世界第200次載人航天飛行。 9月26日,美國阿特蘭蒂斯號航天飛機載7人升空,將美國航天員沃爾夫送上和平號,替換在和平號上的福爾勒。27日與和平號實現(xiàn)第七次對接,并送去一臺計算機和4噸用于修補和平號的材料。 9月26日,美國阿特蘭蒂斯號航天飛機載7人升空,將美國航天員沃爾夫送上和平號,替換在和平號上的福爾勒。27日與和平號實現(xiàn)第七次對接,并送去一臺計算機和4噸用于修補和平號的材料。10月3日,航天飛機與和平號分離,在和平號上工作了4個半月的福爾勒也同機返回。這是美國航天飛機第87次飛行。 11月6日,俄羅斯索洛維約夫和維格拉多夫再次到和平號艙外行走,安裝一塊新的太陽能帆板,以代替被進步號貨船撞壞的帆板,他們在太空先后用去了6小時17分鐘。入艙時,又發(fā)現(xiàn)量子2號過渡艙漏氣。 12月20日,俄羅斯進步M37號貨運飛船升空,22日與和平號空間上對接,為和平號運去給養(yǎng)、9條蠑螈和120只蝸牛,用來做太空失重試驗。 1998年1月23日,美國奮進號航天飛機載7人升空,執(zhí)行第八次航天飛機與和平號對接任務(wù)。同機到達(dá)的托馬斯進站替換了沃爾夫,沃爾夫隨奮進號返回。這是美國航天飛機第89次飛行。 3月14日,俄羅斯進步M38號貨運飛船升空,17日與和平號空間站對接,除送去給養(yǎng)外,還有一臺新的外置發(fā)動機,以替換已超期服役的舊發(fā)動機。 5月15日,俄羅斯進步M39號貨運飛船升空,17日與和平號對接。 6月2日,美國發(fā)現(xiàn)號航天飛機載6人升空,其中一名為俄羅斯航天員柳明。4日與和平號對接,這是美國航天飛機與和平號的第九次對接。主要任務(wù)是接回在和平號上工作的美國航天員托馬斯,同時還試驗阿爾法空間站新燃料箱,施放有中國人參加的阿爾法頻譜儀,在太空第一次尋找反物質(zhì)和暗物質(zhì)。這是美國航天飛機的第91次飛行。 8月13日,俄羅斯聯(lián)盟TM28號飛船載3人升空,15日飛船與和平號對接。航天員為巴塔卡爾,阿夫杰耶夫和巴圖林,巴圖林是俄羅斯首位進入太空的政府官員,他曾擔(dān)任過葉利欽總統(tǒng)的國防助理。25日巴圖林同已在站上的馬薩巴耶夫、布林達(dá)一同乘TM28號飛船返回。 10月25日,俄羅斯進步M40號貨運飛船升空。 1999年2月22日,“和平”號空間站27號機組人員成功接駁“和平”號空間站。此前,2月20日,“和平”號空間站27號機組人員成功地發(fā)射了“聯(lián)盟”TM-29號宇宙飛船并抵達(dá)“和平”號空間站。27號機組人員計劃在空間站上停留六個月,機組人員包括俄羅斯的阿凡納西耶夫(Afannassiyev)、法國的海格納(Haignere)以及貝拉和帕達(dá)卡,后兩人將于3月初返回地面。 1999年2月27日,一半的“和平”站26號機組人員與貝拉一起乘“聯(lián)盟TM-28”號飛船脫離空間站,并于1999年2月28日在哈薩克斯坦著陸。阿維代耶夫與“和平”號的27號機組人員阿凡納西耶夫和海格奈爾一起仍留在空間站。 1999年8月27日,“和平”號27號機組的阿凡納西耶夫、阿維代耶夫和法國人海格奈爾乘“聯(lián)盟TM-29”號飛船與“和平”號空間站脫離,并于8月28日格林尼治時間0時35分在哈薩克斯坦的Baikonur市60公里遠(yuǎn)的Chapayenka附近著陸。“進步M-42”號貨運飛船仍與“和平”號空間站前端軸向?qū)印?000年2月2日,“進步M-42”號飛船脫離空間站,重返大氣層自毀[2]。 2000年2月1日,俄羅斯發(fā)射了“進步M1-1”號貨運飛船為“和平”號機組人員提供支援,這些宇航員將在“聯(lián)盟TM”號上執(zhí)行一次為期45至72天的任務(wù)?!斑M步”號于2月3日與“和平”號對接。這艘送貨飛船的裝載的主要物資是氮/氧和燃料供應(yīng)。俄羅斯將“和平”號重新推進到350公里的高空軌道上。已經(jīng)與“和平”號進行軸向?qū)拥摹斑M步M-42”號飛船于2月2日與空間站脫開,然后重返大氣層自毀。 2000年4月6日,“聯(lián)盟”TM-30號宇宙飛船將“和平”號空間站28組組員送至空間站,并與“和平”號空間站手動對接。 2000年4月25日,“進步”M1-2號貨運飛船發(fā)射升空,對“和平”號空間站28組組員進行支援,該組人員將在空間站上生活45-72天?!斑M步”M1-2號貨運飛船于4月28日與“和平”號空間站對接,它主要提供油料、氮氣/氧氣補給和食物。此前,“進步”M1-1號貨運飛船已經(jīng)于4月26日與“和平”號空間站脫離,并于三小時后重返大氣層自毀。 2000年4月28日,“進步”M1-2號貨運飛船與“和平”號空間站對接,并于10月15日脫離空間站,在新西蘭上空重返大氣層自毀,該船主要負(fù)責(zé)為“進步”M-43號貨運飛船與“和平”號空間站對接作準(zhǔn)備。 2000年6月16日,“和平”號空間站28組組員安全降落在哈薩克斯坦阿卡利克東南四十五公里處。 2000年10月16日,“進步”M-43號貨運飛船發(fā)射升空,準(zhǔn)備提升“和平”號空間站的軌道高度;10月21日,貨運飛船與“和平”號空間站尾端接駁端口相接。 2001年1月24日,“進步”M1-5號貨運飛船發(fā)射升空,并于1月27日從尾端與“和平”號空間站對接,該船將在3月初協(xié)助“和平”號空間站墜落。 和平號空間站畢竟是在外界壓力下,為了軍事安全和政治目標(biāo)趕進度、倉促上陣趕制出來的。不計成本、不顧客觀規(guī)律和后果,是它的致命弱點。這些弱點,在長達(dá)15年的運行中一一暴露。耗資巨大,運行效率較低,在設(shè)計和技術(shù)上都存在不同程度的問題。 1.供電嚴(yán)重不足。 2.天地往返運價系統(tǒng)的運價能力不夠。 3.姿控系統(tǒng)問越較多。 4.日常運行資金難以承受。 5.長期在軌運行設(shè)備老化,故障頻繁。 雖然 “和平號”已成為歷史,但其探索宇宙所取得的經(jīng)驗與教訓(xùn)不僅是俄羅斯的財富,也是全人類的財富。人類在 “和平號”上所掌握的太空艙建造、發(fā)射、對接技術(shù),載人航天及太空行走技術(shù),太空生命保障技術(shù),航天醫(yī)學(xué)、生物工程學(xué)、天體物理學(xué)、天文學(xué)知識,以及商業(yè)航天開發(fā)經(jīng)驗,都正在或?qū)⒃谌祟惖奶仗剿髦邪l(fā)揮不可替代的作用。 “和平”號空間站作為前蘇聯(lián)第三代載人空間站,也是人類歷史上的第9座空間站,它不僅是俄羅斯人心中的驕傲,也應(yīng)該是全人類的驕傲和光榮。作為技術(shù)上的天之驕子,“和平號”包含了科學(xué)家太多的理想:開發(fā)太空資源、建立空間工廠、向地外星球移民等。