空間站
空間站(Space Station)又稱航天站、太空站、軌道站。是運行在外層空間的人造艙,可以在近地軌道長時間運行,可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。廣義上為航天器的一種。和宇宙飛船相比,空間站並不一定會搭載着航天員發射升空,也不一定會具備推進和着陸用的設備,但空間站有適合人類長時間居住的設計,可以作為宇航員在太空停留和工作的場所。空間站能提供地面實驗設施所不能提供的低重力、宇宙空間環境等條件,主要被用於各種科學研究(尤其是研究長期滯留宇宙對人體的影響)。目前人類的全部空間站都是建造在地球衛星軌道上的,為了對空間站進行人員和物資的補給和輸送,需要其它太空飛行器的配合。
空間站是一種在空間站分為單一式和組合式兩種。單一式空間站可由航天運載器一次發射入軌,組合式空間站則由航天運載器分批將組件送入軌道,在太空組裝而成。在空間站中要有人能夠生活的一切設施,不再返回地球。
目錄
歷史
空間站概念的提出可以追溯到1869年,當時Everett Hale為《大西洋月刊》撰寫了一則關於「用磚搭建的月球」的文章[1]。此後,康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基和赫爾曼·奧伯特也對空間站進行過設想二戰期間德國科學家曾研究過使用太陽能的軌道兵器,即所謂的「太陽炮」。按照設想,它將是運行在高度在5,100英里(8,200在手动语言转换规则中检测到错误)的地球軌道的空間站的一部分。
阿波羅11號飛船在1969年搶先登陸月球後,前蘇聯在與美國登月的太空競賽中落敗,因此轉向了其他方向(如空間站)來展示他們的航天實力。禮炮一號於1971年成功發射升空,它是人類歷史上首個空間站[2]。但不幸的是三名宇航員在返回時因閥門故障造成座艙失壓全部窒息死亡。美國緊隨其後在1973年發射了「天空實驗室」空間站,它攜帶了一系列的望遠鏡,科學家在上面做了許多關於醫藥、地質和天文等方面的科學實驗。前蘇聯在1986年發射了「和平號」空間站,並在接下來的十年間不斷對其進行擴充完善,服役至2001年。期間有包括美國在內的許多國家的航天員拜訪過這個世界著名的空間站。1998年11月國際空間站的第一個部件曙光號功能貨艙發射升空,隨後陸續發射的模塊對其逐漸進行擴充。它由多個國家分工建造、聯合運用,成為國際合作進行太空開發的標誌。自2000年11月之後,國際空間站上就保持至少三名乘員至今。
居住性
目前已有的空間站內部狹窄的密閉空間、高輻射和失重等問題讓它們在可居住性上受到很大限制。在其中生活的航天員面臨着身體不適、心理障礙和長期健康問題的挑戰。拿輻射舉例:地球的生物在范艾倫帶以下生息,受到地球磁場的保護免受太陽風的傷害,但空間站的乘員則得不到地球磁場的庇護。而長期在失重環境下生活會讓宇航員面臨肌肉流失和骨鈣質流失的問題[3]。
構造
空間站是一個由許多相互關聯的子系統構成的複雜系統,一個功能完備的空間站通常會具備以下的模塊[4]。
# 主體結構 |
# 電源供應系統 |
# 溫度控制系統 |
# 姿勢控制系統 |
# 軌道操作和推進系統 |
# 自動化和機器人系統 |
# 計算機和通信系統 |
# 環境與生命支持系統 |
# 乘員生活設施 |
# 乘員和貨物運輸系統 |
發展
空間站可分為以下幾代: |
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* 第一代空間站:特點:單艙,一個對接口(禮炮1號、禮炮2號、禮炮3號、禮炮4號、禮炮5號) |
* 第二代空間站:特點:單艙,兩個對接口(禮炮6號、禮炮7號) |
* 第三代空間站:特點:多艙,積木式結構(和平號空間站) |
* 第四代空間站:特點:多艙,桁架式和積木式的「混血」結構(國際空間站) |
中國空間站
1992年9月21日,中國政府決定實施載人航天工程,並確定了三步走的發展戰略:
第一步,發射載人飛船,建成初步配套的試驗性載人飛船工程,開展空間應用實驗;
第二步,在第一艘載人飛船發射成功後,突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術,並利用載人飛船技術改裝、發射一個空間實驗室,解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題;
第三步,建造載人空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。
2020年前後,中國將發射空間站核心艙和科學實驗艙,開始建造空間站:首先發射核心艙,核心艙入軌後,完成平台測試及相關任務支持技術驗證;之後分別發射實驗艙I和實驗艙II,與核心艙對接,組合形成空間站;空間站在軌運行期間,由載人飛船提供乘員運輸,由貨運飛船提供補給支持。
2019年11月17日,中國載人航天工程總設計師、中國工程院院士周建平在第四屆(2019)中國人因工程高峰論壇上說,我國計劃在2022年前後完成空間站建造並開始運營,空間站的近期規模為100噸,可載3人[5]。
列表
*禮炮系列空間站(Salyut)(蘇聯,1971年—1986年) |
**禮炮一號(1971年,1名乘員,1次失敗對接) |
**DOS-2(1972年,無人,發射失敗) |
**禮炮二號/Almaz(1973年,無人,發射後不久失效) |
**宇宙557號(1973年,無人,發射11天後再入大氣層) |
**禮炮三號/Almaz(1974年,1名乘員,1次失敗對接) |
**禮炮四號(1975年,2名乘員,1名預定乘員無法到達軌道) |
**禮炮五號/Almaz(1976年-1977年,2名成員,1次失敗對接) |
**禮炮六號(1977年-1981年,16名乘員,其中5位長期停留,11位短期停留,1次失敗對接) |
**禮炮七號(1982年-1986年,10名乘員,其中6位長期停留,4位短期停留,1次失敗對接) |
禮炮系列空間站由蘇聯建造,其中禮炮一號是人類的第一個空間站。這個系列的空間站在1971年到1985年間服役,期間一共發射了1至7號,分為民用的DOS(Durable Orbital Station)型和軍用的Almaz型。禮炮2號、3號和5號空間站便屬於軍事用途的Almaz型。 |
*天空實驗室空間站(Skylab)(美國,1973年-1974年,3名乘員) |
:天空實驗室是美國的空間站計劃,在1973年到1974年間一共進行了1至4號任務,除1號任務中發射的空間站核心部件外其餘皆為往返於空間站的宇宙飛船玤任務。 |
*和平號空間站(Mir)(前蘇聯/俄羅斯,1986年-2000年,28名乘員,全部長期停留) |
:和平號是前蘇聯設計建造的空間站,為上述禮炮計劃的後繼項目。它於1986年發射升空,並在接下來的十年間陸續追加了眾多功能模塊,一直被運用到2000年。蘇聯與美國在這裡進行過宇航事業合作,許多不同國家的宇航員也曾到訪和平號進行工作。它被廢棄後於2001年受控再入大氣層燒毀。原本為其後繼項目和平號-2準備的星辰號服務艙隨後被合併至國際空間站的項目中。 |
* 國際空間站(International Space Station, ISS)(美國/歐盟/日本/俄羅斯/加拿大,2000年-至今,2011年4月為止共有27名長期停留乘員) |
:國際空間站是由美國國家航空航天局(NASA)、俄羅斯聯邦航天局(RFSA)、日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)、加拿大太空局(CSA)和歐洲空間局(ESA)共同建造的空間站項目。它在1998年開始建造,各功能模塊在其後被陸續送入軌道裝配,目前它的建造還未完成。國際空間站是目前人類擁有過的規模最大的空間站。 |
前景
目前為止的空間站皆屬於公共組織所有,多用於科研用途,而現在有不少組織開始籌劃商用的空間站項目,提供太空旅館、可出租的實驗室等服務。為了解決上述章節里提及的可居住性問題,研究人員提出了許多設想。輻射問題可以通過更厚的艙壁來提供更好的保護。空間不足問題可以通過建造空間更大的艙體改善。而針對失重問題,國際空間站原本預定會帶有一個可以旋轉的艙體,用離心力來製造人工重力,但這個計劃最終被取消了。目前的空間站皆為剛體結構,笨重因而發射費用過於高昂,上述設想短期內都將無法實現。因此自2000年起NASA和畢格羅宇航等組織開始研究柔性艙壁的膨脹型艙體。俄羅斯正在推進的OPSEK項目將包含一個軌道組裝廠,用來在軌道上建造那些若在地面建造發射會過大過重的部件。
永久性太空站
在極端氣候下,地球人類可能無法在地球生存,所以人類必需在太空中建立一個永久性太空站,包括能源及糧食空氣水都能自給自足的太空站,裡面可以生存人類。
視頻
空間站相關視頻
參考文獻
- ↑ 更宜居的「天宮二號」,新民周刊,2016-09-21
- ↑ 世界第一個空間站「禮炮一號」發射成功 ,搜狐 ,2016-04-19
- ↑ 太空待一年長高5厘米 你能Hold得住嗎?,新浪
- ↑ 太空空間站溫度調節,道客巴巴
- ↑ 中國計劃在2022年前後建成空間站 規模百噸可載3人,新京報,2019-11-18