空間站:人類走得最遠的地方

2011 年11 月1 日凌晨5 點58 分10 秒,“神舟八號”在酒泉衛星發射中心順利升空。11 月3 日凌晨,“神舟八號”飛船與“天宮一號”目標飛行器在距地球343km 的軌道實現自動對接,組合成我國首個實驗性的“空間站”雛形。這將使我國成為世界上第三個有能力獨立建成空間站的國家。

空間站:人類走得最遠的地方

其實,當近代人類發現外太空有機可乘的時候,就已經開始萌發“空間站”的想法了。這個想法甚至早過宇宙飛船、航天飛機等具體航天交通工具的概念。

空間站是很早的航天器概念

不算玉皇大帝的天宮的話,有一種說法認為,“空間站”這個概念至少可以追溯到1897 年。當時的德國科幻作家拉塞維茨認為空間站是太空旅行的關鍵。

德國“火箭之父”奧伯特則在1923 年所著的《飛向星際空間的火箭》一書中,十分具體地使用了“空間站”這個詞,並誇張地描述了空間站的用途:空間站依靠配備其上的儀器,可以看清地球上的細節。夜間可以看見蠟燭,白天可以看到鏡子反光。它能確保船艦與陸地的通信。能發現冰山,並向船隻發出警告。若有空間站,就可以避免1912 年的“泰坦尼克”號災難……

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(德國“火箭之父”奧伯特。圖片來自網絡)

1929 年,一位署名“諾丹”(Noordung)的奧地利工程師描述了空間站的外形及構造。他認為空間站應該採用古典的轉輪外形,緩慢轉動以產生人造引力。同時,它將用巨大的鏡子,將太陽光匯聚到鍋爐管道上,產生蒸氣,驅動蒸氣發動機,以提供電能……科幻電影《2001 太空奧德賽》中的輪狀空間站,顯然就是受諾丹的影響。

領導美國登月工程的前納粹火箭科學家馮·布勞恩(Wernhervon Braun),則在20 世紀50 年代幻想空間站可以運送80 人,環繞月球……

總之,種種概念越想越大,最終被現實殘酷的地面碰得頭破血流。因為人類的航天技術並不像最初幻想得那麼快、那麼瘋狂。

直到1957 年10 月,人類才顫巍巍發射了第一顆人造地球衛星,而美國當時一度連柚子大小的衛星都發不上去。空間站很美好,但穩定的、大推力的火箭還沒研製出來,和航天相伴而生的電子時代也沒到來。

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(世界上的第一顆人造衛星。圖片來自網絡)

長期留駐地球人類的外太空基地,也就是空間站,在很長時間內都只能想想而已,不過,到了20 世紀60 年代末,情況發生了有趣的變化。

孤獨求敗和悲催求勝

美蘇太空競賽,催化了航天技術。1969 年7 月,美國人成功載人登陸月球,堪稱人類的奇蹟。而蘇聯的登月夢想則被美國徹底擊垮。一時間,美國人高興,蘇聯人沮喪。拔得頭籌的美國航天,已然世界第一,對於接下來再幹點什麼,開始感到迷亂,成了“孤獨求敗”。

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阿波羅時代龐大的航天承包商和從業人員,可不允許美國登月後就大刀闊斧縮減航天計劃。美國宇航局只好開出了耗資巨大的載人登陸火星的計劃。顯然,這個念頭超出了政治家的需要。他們普遍不支持登陸火星這樣的瘋子之舉。

蘇聯則痛定思痛,悲催求勝,決心另闢蹊徑,實現那個傳說中能長時間停留在太空的東西,也就是空間站。這樣或許能讓美國人怕一怕。於是,蘇聯將主要人力、物力迅速投入到空間站的建設上,並把空間站作為自己的一項基本國策。蘇聯人認為打造能夠長時間留在太空的空間站,可以保證航天員在太空長時間工作和生活,可以在這個領域保持世界第一。

而美國政府看到蘇聯人又有了新的鬼主意,遙想當年人造衛星、星際探測等領域的落後,各方苛責不斷,苦不堪言,認為自己無論如何再不能落後,要保持各個方面的先進。於是美國開始在阿波羅飛船和航天飛機之間的空檔期,利用阿波羅時代的剩餘工料,建造空間站。

蘇聯的“禮炮”系列空間站

在空間站發展道路上,蘇聯較理性。他們先是發射了五座“禮炮”號“試驗性空間站”,在取得了基本的技術和經驗後,他們又發射了兩座“禮炮”號“實用性空間站”,然後在這兩個階段的基礎上最終建造出了“和平”號“多模塊長久性空間站”。

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(蘇聯的“和平號”空間站)

蘇聯的空間站設計原則是充分利用當時的成熟技術,強調簡單性,以縮短研製時間,降低風險。所以,“禮炮”系列空間站大量應用了“聯盟”號宇宙飛船的技術。“禮炮”之後,“多模塊組合式空間站”的構思又在蘇聯科學家腦袋中應運而生。

“多模塊組合式空間站”每個艙段都有獨立的電源和控制系統,因而安全係數較高,功能也比“禮炮”系列空間站強。“多模塊組合式空間站”以大名鼎鼎的“和平”號空間站為代表。

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(蘇聯宇宙飛船與“和平號”空間站對接成功。圖片來自網絡)

1986 年2 月,蘇聯開始建造世界上第一座多模塊組合式空間站——“和平”號空間站。“和平”號也因而成為20 世紀世界上質量最大、技術最先進、運行時間最長的空間站,在軌道上工作了15 年。2001 年3 月,“和平”號解體墜落在南太平洋。伴隨“和平”號解體墜落,蘇聯時代的太空優勢的光環,基本消逝。

美國的空間站

與蘇聯相對理性的空間站戰略不同,美國當初發展空間站的戰略是“跳躍”式的,即重視先進性,忽視連續性和繼承性。目的是少花錢、多辦事。但幾十年的建造結果表明,美國的這種空間站建設策略是失敗的,它致使美國目前為止僅僅獨立發射過一種類型的空間站——“天空實驗室”。

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“天空實驗室”計劃是個過渡性的折中計劃。首先,美國宇航局認為“天空實驗室”是未來空間站的一個過渡計劃,是必不可少的,帶有試驗性質;其次,一部分美國宇航局科學家批評“阿波羅”登月計劃科學意義不足,乾脆搞個空間站,做幾項科學研究。

而彼時的尼克松總統鍾情於航天飛機,這使“天空實驗室”計劃一度受到冷遇,但1971 年蘇聯率先發射了“禮炮”1 號空間站,迫於壓力,尼克松總統和美國宇航局加緊了建造“天空實驗室”的速度。

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1973 年5 月,用“阿波羅”計劃剩餘工料製造的東西被命名為“天空實驗室”,“土星”火箭將其發射到太空。“天空實驗室”填補了“阿波羅”計劃與“航天飛機”計劃之間的空檔,充分利用了差點被解僱的專家和差點進博物館的設備。1979 年,“天空實驗室”隕落,美國失去了空間站、廢棄了“土星五號”和“阿波羅”飛船、航天飛機還沒建好。而蘇聯的空間站建設風風火火,吸引了全世界的目光。

“自由”號空間站計劃

為了一掃窘境,美國宇航局開始醞釀新的太空計劃。新的空間站計劃就是現在的“國際空間站”的前身——“自由”號空間站計劃。

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(“自由”號空間站構想圖。圖片來自網絡)

1983 年12 月,里根總統正式批准了空間站計劃。後來,“自由”號空間站因為預算龐大、美國也沒有足夠的空間站建設計劃,幾次面臨被取消,直到前蘇聯突然解體。美國充分利用當時俄羅斯倒向歐美的國際政治形勢,決心該空間站由美俄為主多國參與,聯合建設。

國際空間站的誕生

當時,蘇聯解體後,經濟一落千丈,它的繼承者俄羅斯社會制度也發生鉅變,政策上一度主張倒向西方,於是各種國際合作有了可能。而那時美國宇航局正為獨立開展空間站的鉅額預算而頭疼,因為它嚴重缺乏建造空間站的技術和經驗,一切都要從頭開始,很麻煩。

美國宇航局萬般無奈突然頓悟:為何不與窮困的俄羅斯合作,利用它的技術,聯合建造一個空間站?最終,在美國克林頓總統、俄羅斯葉利欽總統的授權下,美俄簽訂了正式建設國際空間站的協議。美國和俄羅斯這對曾經的冤家,一時間成了親密的兄弟。

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美俄對空間站的盎然興趣迷惑了其他國家。加拿大、日本、歐洲航天局也都想參與進來。這讓美國宇航局樂不可支,因為從根本上講,美國還真不情願把所有賭注都壓在一個貧窮動盪的國家身上,有了這些財力雄厚的發達國家支持,空間站計劃簡直如魚得水,前程似錦。

為了分擔壓力,美俄同意接納歐洲航天局、日本、加拿大等。

1998 年1 月,15 個國家共同簽署了組建“國際空間站”的協議,它們分別是美國、俄羅斯、日本、歐洲航天局11 個成員國(比利時、丹麥、法國、德國、意大利、荷蘭、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、英國)。後來,巴西航天局也攪和進來。其中,美國宇航局負責管理“國際空間站”。

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1998 年,俄羅斯製造的“曙光”號功能貨艙發射升空,人類歷史上最大規模的“太空積木”——“國際空間站”開始裝配。

2010 年,國際空間站宣告建成。

“國際空間站”現狀

“國際空間站”目前運行在距離地面大約360km 的太空,環繞地球一圈的週期是92min。由於大氣阻力和重新啟動等影響,空間站的實際高度有時會發生數千米的飄移。

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現在,“國際空間站”已成為人類在太空存在的一個永久標誌,自從2000 年11 月之後,“國際空間站”上就一直保持至少兩名宇航員至今。

針對“國際空間站”有很多人批評。這些人認為這個計劃是在浪費時間和金錢,並且抑制了其他更有意義的計劃。他們認為花費在“國際空間站”上的千億美元和近乎一代人的時間,可以用來實施無數的無人太空任務,或者將這些時間和金錢花在地球上的研究中,也要比“國際空間站”更有意義。“國際空間站”就像個飛在太空中的高級碎紙機,投進去的鈔票,全部被絞碎。

當初興致勃勃的國際夥伴們,現在都憂心忡忡。2005 年7 月,美國宇航局局長邁克爾·格里芬坦言航天飛機、空間站是代價高昂的“戰略性錯誤”,現在一般公認這不是正確的道路,美國正努力將損失降到最低點。

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種種跡象表明“國際空間站”現在可能已是美國宇航局的“累贅”和“包袱”。“登陸火星”計劃與“國際空間站”之間也沒有直接聯繫。“國際空間站”因而備受爭議。

所以,人類航天是一個很有意思的事情。總有狂熱者老早就鼓譟太空時代、太空經濟,貌似再晚就沒有明天了;也總有批評者批評航天計劃,認為耗資巨大,短期收益看不到。也有觀察家認為,政治家和航天承包商,都會綁架航天計劃。政治家要名留青史,而數以百萬以航天為謀生手段的人,則要飯碗。這在空間站建設歷史上表現得尤其突出。

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(摘自《過日子要有技術含量》,作者:龔鈷爾)


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