1.日行百萬裏的天上“宮殿”
迄今為止,各國人造衛星、載人飛船和各類宇宙探測器,由於受到外廓尺寸、起飛重量、工作空間、生活條件,以及能源供應等條件的製約,多數隻能執行短期的(幾天至幾個月,最多幾年)、單一的(諸如通信、導航、氣象、偵察和星空探測等)航天任務。使得發射費用龐大、運載火箭墜毀、航天器本身被迫放棄,並造成太空垃圾驟然增多等多種損失,特別是經濟損失巨大,使航天事業發展受到一定製約。航天飛機的發展,雖然已部分解決了重複使用和在軌道上執行發射任務的問題,但仍沒有一個可靠的長期停靠的軌道空間站可供使用。這就需要發展一種能長期滯留在軌道上、體積空間較大、可完成多重綜合任務的巨型航天器。這正是航天站產生的內在原因。
航天站比一般航天器規模宏大、容積寬闊、配置設備多、能源供應足、機動動力大,不僅可裝載更多的儀器設備和更多的航天乘員,執行多種綜合任務,更重要的是它的長壽命,這是一個突出的特點。航天站能在軌道上運行5年、8年(“禮炮-6”號工作了5年,“禮炮-7”號工作了8年),甚至更長的10年、20年、30年。隻要能及時供應、維修、局部更新,就可以長期運行下去。而供宇航員工作、生活的必需條件尤如在地麵工作一樣,可較長期駐站,也可定期不定期輪換。
而且,航天站還具有七大用途,主要包括:一是進行科學實驗,利用站上各種實驗室和艙外平台等設施,可進行各種科學實驗活動,包括生命科學、生物工程、天文觀察、對地探測和空間環境考察等多種空間學科的研究實驗;二是開發空間資源,利用航天站“得天獨厚”的有利位置,可獲得諸如超高空、超潔淨、超真空、超無菌、超微重力以及超陽光輻射等地麵所不可能具有的自然條件,進行多種生產、科研活動;三是發展空間產業,利用站上所獲得的空間資源,進行特種材料加工和醫藥生產以及種種新產品生產;四是進行高新技術試驗,利用站上的特殊環境條件,進行通信、太陽能、空間推進、對地遙感等多種技術領域的實驗工作;五是在軌服務,可在站上對本體維修,還可對其他航天器進行維修、設備的更新換代、建造大型空間設備等服務活動;六是太空驛站,可作為飛往月球、火星等各大行星的過渡站、加油站、換乘站、供應站等;七是軍事作戰,這是所有航天器的共同用途,但航天站有著獨特的有利條件,成為外層空間的第四戰場指揮中心,可從事各種軍事活動,包括偵察、照相、太空兵器發射和試驗、指揮控製、協調聯絡等,無疑可成為“天軍”作戰司令部。
2.巡視宇宙的多艙風險專列
一般航天站的基本構架,由大型運載火箭發射入軌,本體可以載人入軌,也可先不載人,隨後上天;或短期載人,長期自行工作。根據需要,隨後發射貨運飛船或航天飛機把有效載荷運送入軌與之對接,采取積木式建造逐步擴展。
航天站通常由本體即中心構架、對接艙、氣閘艙、軌道艙、生活艙、服務艙、專用設備艙和太陽能電池陣列板等組成。
——對接艙。用於停靠飛船、航天飛機和各種航天器,一般有兩個以上。開始的“禮炮”1-5號隻有一個對接艙口,到“禮炮”6-7號增為兩個,而“和平-1”號已達6個,未來的航天站將有12個~20個。
——氣閘艙。用於密壓艙段與真空空間之間的隔離段,為宇航員進出站內外提供必經的過渡通道,設有兩道艙門,分別與密壓艙和外殼艙相連,一般宇航員要在氣閘艙內吸純氧至少3.5小時才能出站活動,這叫“吸氧排氮”的“人體處理”。
——軌道艙。用於宇航員的工作場所,包括實驗室、加工室、航天站控製室和修理間。艙內形成了和地球常規環境、壓力、溫度、濕度等地麵自然條件相同的人造環境條件。
——生活艙。用於宇航員食、住和休息娛樂,一般設有臥室、餐廳、衛生間等,宇航員還能洗澡、沿“微型跑道”跑步、騎“自行車記功器”鍛煉身體,以及散步、看電視,與地麵通過可視電話進行聊天、聯絡等。其艙內自然環境條件也和軌道艙一樣。
——服務艙。用於裝備推進係統,即作為機動轉移、調姿、加速、減速、側滑等動力設置,氣源和電源等能源保障設施,供全站使用。
——專用設備艙。根據特定任務而設置的可安裝專用儀器設備的艙段,如空間探測器、天文望遠鏡、各種測試儀、電視攝像機以及遙控偵察照相機等。
——太陽能陣列板。是站載各種設施的用電電源。
如今這個由多種艙組成的太空專列,雖然工作條件和生活環境已有了很大改善,但仍是風險度很大的一個特殊空間。在航天站外通常都停靠著一艘載人飛船,隨時準備救援。這種救援船,有人就叫它“軌道救生艇”。
此外,當今的航天站還有許多重大技術問題有待解決。
目前已上天的航天站實質上不是永久性的,所謂“永久性航天站”是指在長壽命基礎上增加軌道上的替換、補給和維修能力,使航天站的壽命延長到不再需要時為止。所以,未來的航天站的發展仍需要走很長的一段路。
3.曇花一現的第一代航天站
“禮炮”號航天站從1971年4月19日發射命名為“禮炮-1”號第一座到1976年6月22日命名為“禮炮-5”號升空,劃為第一代航天站。這5座航天站壽命一座比一座長,駐站宇航員工作天數越來越多,進行的科研項目和內容也逐漸增多,在這期間多次與載人飛船對接,還試驗了由不載人的“聯盟-20”號船給“禮炮-4”號運送燃料,從而使它在太空運行的時間延長到15個月,這對向“長壽命航天站”方向發展,具有重要意義。
第一代航天站純屬試驗性飛行,但也取得許多重要成果,特別是證明了人能夠在太空失重條件下長期生活,還進行了航天站與宇宙飛船的對接試驗和演練,為以後的組成多元複合體積累了經驗,同時在站上還開展了冶金和晶體生長等實驗工作。第一代航天站存在的主要問題是隻有一個對接艙口,隻能與一艘飛船對接,而這艘飛船又擔負“軌道救生艇”的值班任務,使後勤補給問題難以解決。加之乘員工作、生活艙容積很小,所帶生活用品和實驗用品有限,因而使宇航員駐站時間和實驗工作都受到了很大限製。
4.升級換代的第二代航天站
第二代航天站“禮炮-6”號和“禮炮-7”號都增加一個對接艙口,這樣,就可以同時與兩艘飛船組成軌道複合體,一個艙口接待“聯盟”號載人飛船,另一個艙口可供“進步”號貨運飛船定期往返航天站對接之用,為宇航員及時運送工作生活必需品。這樣,就不僅可以擴展宇航員的活動範圍,還使航天站停留時間明顯增長,使航天站向長壽命方向又邁進了一步。
在第二代“禮炮”號航天站上,安裝了許多新型設備,其中最令人感興趣的是供宇航員鍛煉身體的“航天體育場”。在場內設置了許多奇特的體育活動器具,例如: