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怎么理解完备的前苏联载人航天体系?

2020-01-24 23:03 作者:admin

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  在整个航天科技领域,专家们从宏观角度看,认为前苏联的某些空间技术算不上世界最先进。但是,其建立起来的巨大航天体系是现今世界上最完整的,并且以总体优势体现了高科技目标,奠定了现代航天学的基础。如果不计地面航天员训练中心以及测控中心等服务性机构,这个航天体系包括:“和平”号航天站试验基地、“联盟”号载人航天飞船、“进步”号货运航天飞船、“联盟”号运载火箭和“质子”号运载火箭。依靠这些设备,开动这个天地间的复杂系统,进行广泛的空间科学研究和探索太空奥秘的任务。

  “和平”号航天站在1986年2月20日发射入轨,质量为20吨,长13?5米,最大直径4?15米,有效容积达90立方米,有太阳帆板2块,总面积达102平方米,共有6个对接舱口。可以与它对接的专用舱和飞船有这样一些种类:大型对接舱,质量为20吨,直径4?15米,容积50立方米。其中不返回的大型对接舱,长度为6?5米;而返回的大型对接舱,长度为13米左右,并拥有太阳电池帆板2块,面积40平方米,输出功率3千瓦。可以对接的小型对接舱,质量为7吨,长度7米,最大直径2?7米,有效容积10立方米。另外可对接的飞船是“联盟号TM”客运和“进步”号货运渡船。

  以“和平”号航天站中心舱为核心的复合体试验基地,已完成第一阶段空间对接拼装任务,拥有5个模舱,其中三个科学舱,一个“联盟FM”飞船以及主舱。

  “进步”号货运飞船科学舱是“量子1”号、“量子2”号和晶体舱。“量子”号天体物理实验室是在1987年4月11日与“和平”号对接的。晶体舱是1990年6月最后发射上去的,全长13?73米,最大直径4?15米,有5个冶炼炉,其中一个较小,便于搬动。全部炉子均能自动工作,各种不同实验可同时进行。每只炉子带有控制晶体培养过程的计算机。冶炼炉能为大量实验提供良好条件,这些炉内最高温度可达到2000℃,因此晶体舱的前景十分可观。有消息报道说,自晶体舱拼装到航天站后的头7个月,已经生产价值1000万美元的空间半导体材料。到目前为止,还有一个地球遥感舱和一个地球环境监测舱未发射组装到位。但已拥有5个模舱的“和平”号航天站复合体,已具备进行天体物理研究、生产小批量蛋白和晶体的能力。

  在使用期间,这个航天站复合体,既可变更模舱数量,也可改变总的配置。专用模舱还能作机动飞行,单独去执行任务。目前,“进步”号货运飞船所占用对接口,将供一个不返回大型对接舱对接之用,而“进步”号货运飞船则对接在这个不返回大型对接舱的另一个对接口上。

  在中心舱即主舱和其他舱室放置科学仪器和设备,辟有专门位置。仪器和设备可以安装在舱室之内,也可以装在航天站复合体的外表。设备的尺寸主要受运输飞船以及某些情况下放置位置的限制。

  航天站上的闸门暗室,可使航天乘员不离开航天站就可看管工作在开放空间里的仪表。复合体外部的仪表和设备通过机械固定器固定。仪表工作过程数据以及实验结果由构成仪器组成部分的自动记录仪记录,并可用站上遥测设备直接将数据信息传送给地面跟踪站。

  带有科学研究成果设备的返回,则使用载人航天飞船。从回复仪器打包到飞船着陆地面,通常不超过两昼夜。返回地面设备的尺寸规定不超过450×240×160毫米。

  “和平”号航天站内的空气,和地球上大气层差不多;气温终年保持在20摄氏度左右,真是四季如春。如果不出舱到开放空间去,航天员可以不穿航天服生活和工作。由于航天站远离地面执行观天测地任务,其乘员随时可能遇到各种危险,因此站上总是停着一艘“联盟TM”飞船参与复合体的工作,实际上还时刻准备着执行救援任务。

  “联盟”号是迄今应用最多的宇宙飞船,目前已进入第四个十年。“联盟”号总设计师卡罗廖夫为它设计了几种类型:一种是地球轨道上运行的3舱型;一种是用于验证月球飞行技术的捆绑式2舱型探测器;还有一种是月球着陆型。用于地球轨道运行的“联盟”号飞船,发展了三代:第一代称为“联盟”号,第二代称为“联盟T”号,第三代称“联盟TM”号。“联盟”号最初用于执行3人低地球轨道单飞飞行任务,飞行时间可达2周半。“联盟10”号和“11”用于“礼炮”号航天站作渡船。在“联盟11”号发生一次降落事故之后,前苏联人对联盟号作了重新设计,使之成为仅能作两天半独立飞行的2人座舱航天站的客运渡船,即“联盟T”号。自1967年4月以来,前苏联共发射第一代“联盟”号飞船40艘,发射第二代“联盟T”号共15艘。第三代“联盟TM”号宇宙飞船与“联盟T”号的区别是安装了更新一代的交会对接雷达与计算机、无线电通信、紧急救援、联合发动机装置和降落伞等设备,采用了轻型材料,可多载200千克载荷。1986年5月21日,第三代“联盟TM”号首次发射,23日与“和平”号航天站对接成功。迄今,专用于地面和航天站之间客运的“联盟TM”号飞船已经发射过十多次,均获成功。

  联盟号宇宙飞船“联盟”号飞船由近似球形的轨道舱、呈钟形的返回舱和呈圆柱形的设备舱3个舱段组成,是地面和航天站之间的客渡飞船,它在返回地球大气层之前,将轨道舱和设备舱抛弃,只有返回舱返回地球。从飞船起飞到入轨和返回,航天员都坐在返回舱内。返回舱内部容积4立方米,原有3个座位,能容纳3名航天员,后来改成2个座位,容纳2名航天员。舱内有显示各系统设备工作状态的仪器、导航仪表和各系统的控制转换开关。在其底部有防热罩,其内有4台固体推进剂的缓冲着落火箭。飞船入轨后,航天员就可进入轨道舱工作或休息。轨道舱容积4?9立方米,内有交会和对接系统、电视摄影机、出舱活动设备、航天员进膳用具、部分通信等。设备舱分前后两舱,前舱为仪器舱,内有遥测系统、主要通信设备、各种传感器;后舱为发动机舱。设备舱外表装有天线系统。

  “联盟TM”号的外表面除8平方米的辐射器外,均有热覆盖防护。生命保障系统大部分装在轨道舱中,一小部分装在返回舱中,独立部分放在长沙发椅下。氧气瓶供紧急情况时用。废物管理和饮食都在轨道舱中进行。返回舱有够48小时的食物和水,供紧急着陆时用。和货运飞船比较,“联盟”号载人飞船由于生命保障系统、热防护、控制和其他有关部件占去相当部分的有效载荷而费用昂贵。

  “进步”号货运飞船是用“联盟”号载人飞船改装而成的,除去飞船载人所必需的部分,装备有自动控制系统;降落返回舱用推进剂和氧化剂容器来取代;原用于航天员工作和休息的地方,变成了“进步”号飞船的货舱。“进步”号货运飞船发射时重量为7吨,有效载荷为2?5吨,大约是其自身重量的36%,效益是相当高的。

  进步号货运飞船“进步”号货运飞船给航天站驻站人员运送他们需要的燃料、压缩空气、食物、水、空气再生器、衣服和邮包,还运送实验需要的置换设备、仪器和装置,还有普通摄影、电影摄影胶片,因为宇宙辐射原因,胶片在航天站不能长期保存。

  “进步”号货运飞船还帮助运走航天乘员在航天站不再需要的东西。虽然废物垃圾可通过空气锁箱丢弃,但会污染宇宙空间并损失空气,此外,通过空气锁箱是丢弃不了大的东西的,所以航天乘员们都用“进步”号货运飞船处理他们的垃圾。

  “进步”号货运飞船和航天站对接并卸货之后,装好垃圾便脱离对接,启动减速发动机,离开地球轨道向大地飞去。由于货运飞船没有热防护措施,进入地球浓密大气层后便立即被完全烧毁,如果有少许残余,一般会溅落大洋之中。

  “联盟”号运载火箭是一种三级火箭。第一级是由捆绑在第二级下部外侧的4个火箭组成。因此,“联盟”号运载火箭是由6个火箭发动机串并联组成。发射的飞船固定在火箭的第三级上,外面有整流罩,整流罩的前端固定着应急救生火箭。运载火箭与飞船组合体全长48?8米,底部最大直径为10?3米。“联盟”号运载火箭在航天体系中的作用是向航天站发射“联盟TM”号客运飞船和“进步”号货运飞船。火箭的有效载荷,能将6900千克重的飞船送入倾角50?5度远地点450千米、近地点200千米的近地椭圆轨道。发动机燃料为高低两种沸点的混合推进剂。事实证明,“联盟”号运载火箭的设计是高度成功的,有极好的可靠性和长久的生命力,生产、使用已经40多年。其质量可以和已经持续生产制造25年的DC—3航空器、著名的德国大众汽车公司的产品相媲美。用“联盟”号运载火箭发射飞船的次数与美国“水星”、“双子星座”、“阿波罗”以及航天飞机发射次数的总和相当。平均每年用联盟运载火箭发射飞船6次。由于长期使用,该运载火箭,生产批量大、工艺稳定,成本也便宜。

  “质子”号运载火箭有两种形式。一种是串平行三级发动机火箭;另一种为改型的四级火箭。“质子”号运载火箭在航天体系中专用于发射“礼炮”号、“和平”号航天站以及“和平”号航天站的专用模舱。

  “质子”号三级火箭,不包括载荷时全长44?3米,能把21吨有效载荷送达倾角51?6度,200千米高的近地圆形轨道。四级型“质子”号火箭能将2200千克有效载荷送达任何对地静止轨道位置;能将5700千克载荷送往月球;5300千克载荷送往金星;4600千克载荷送往火星。所有各级火箭发动机燃料均为混合推进剂。前苏联的航天体系,各构成要素非常协调,且运用恰到好处,各显其能。虽然用一次性发射系统作天地间的运输工具,但由于生产批量大、工艺稳定和可靠性好,成本反而比可重复使用的航天飞机低。

  这个航天体系的长期运行,为空间科学研究带来极大好处。例如,前苏联航天员已经完成了500项以上空间材料加工处理和合金形成试验,有的已经以空间车间的形式进行小批量生产。空间产品性能上优于地球产品,通常具有更好纯度和特性。所有试验成功的这些项目,在转向大规模空间工厂生产后,能引起工业的巨大变革。同时,航天员在航天站长期工作,积累了丰富经验,还不断创造在空间长期逗留的记录,说明空间生命科学研究的重大进步。

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