航天员太空会师,中国空间站建造阶段收官之战圆满完成!( 二 )


1973年5月14日 , 美国通过一枚土星五号运载火箭 , 将重约80吨的天空实验室送入太空 。 从性质来讲 , 天空实验室仅有一个对接口 , 属于第一代空间站 , 它无法同时接待货运飞船 , 当然美国人那时也没货运飞船 。 而且 , 无论是运载火箭还是空间站(载人飞船还是阿波罗登月飞船) , 都极其昂贵 , 所以前后接待了三批宇航员后 , 1974年2月8日 , 项目就关闭了 。

在美国天空实验室任务周期内 , 苏联官方提出了第三代大型空间站设想 , 即和平号空间站的前身 。 和平号的最大特点是模块化组装 , 降低了每次航天发射的载重需求 , 每一个模块具有完全不同的独立功能 。 苏联解体后 , 新成立的俄罗斯重新恢复了与美国的航天合作 , 和平号也因为美国航天飞机的合作而修改了建设方案(比如撤销了苏联暴风雪号航天飞机的后续建造计划) , 新增了光谱号、对接舱和自然号三个舱段 。
和平号空间站是礼炮号系列空间站的技术结晶 , 作为国际空间站发射前全球最重要的空间站 , 奠定了多舱模块化组装、积木式结构方式搭建长期可驻留空间站技术的发展思路 。 和平号实现了83.2%生命周期内驻人(4592/5519天) , 共计接纳了来自12个国家的135名宇航员在此工作与生活 , 完成了78次出舱行走并完成海量实验 , 我国的天宫也是按照这个思路来进行设计的 。

苏联计划发展和平号空间站的同时 , 美国也在设计发展自家的自由号空间站(Freedom) 。 他们设想的是舱室必须随时能替换 。 如果到寿命了 , 那就换一个 。 如果像和平号那样的结构 , 空间站想造大一点都不可能 , 哪个舱坏了 , 老化了 , 也无法更换 。 那怎么办呢?用一系列的桁架组成个日字形 , 然后把舱室都挂在桁架上 。
随着苏联解体、俄罗斯建国 , 二者的空间站方案一拍即和 , 决定共建一个空间站 , 这便是1998年运行到今天的国际空间站 。 它是个标准的第四代空间站 , 桁架结构 。 可是桁架式结构运输和搭建都是个问题 , 好在美国人研发了航天飞机 。 这东西就是个客货混装的大卡车 。 拉上钢筋和建材送到国际空间站 , 靠宇航员太空行走搭建 。

经过后续实践 , NASA自由号空间站计划搁置 , 只保留了一根桁架当扁担 , 不再提日字形结构了 。 空间站的舱室还是用类似于和平号的搭积木方式 , 和桁架构成了一横一竖的结构 。

国际空间站重480吨 , 始建于1998年 , 耗时12年时间建成 。 共有16个国家联合参与 , 虽是群策群力 , 但以美国和俄罗斯为主 , 设计上有许多不合理的地方 。 比如说 , 用于舱段对接的宁静号节点舱规模有19吨 , 可真正用于科研实验的舱段也只有3个 , 也就是命运舱、哥伦布舱、希望号实验舱 。

中国空间站小是小了点 , 但麻雀虽小五脏俱全 。 而且中国空间站完全由我国自主建造 , 实现了产品、部组件、原材料全部国产化 , 关键核心元器件100%自主可控 。 从2020年开始 , 耗时两年很快就完成了 。
随着技术的进步 , 我们的设计也有了更多的发挥空间 。 比如我们用的太阳能电池也比国际空间站的效率高 。 天宫两部大型太阳能柔性电池翼应用了“三结砷化镓电池” , 可以达到30%的转化率(国际空间站的太阳能电池板效率只有15%) , 两部电池翼加上核心舱电池翼发电功率可达100千瓦以上 , 也够用了 。
原本我们是打算在空间站上装台巡天望远镜的 , 但后来发现 , 空间站产生的振动对望远镜拍摄照片有干扰 , 干脆就把这台望远镜做成了一台独立的光学舱 , 平时和空间站是脱离的 , 可以拉开一段距离共轨飞行 , 如果需要检修一下 , 那就可以靠过来 , 和空间站对接 , 让宇航员们维修 。 这个设计思路就挺巧妙的 。

最重要的是国际空间站快要到寿命了 , NASA打算给国际空间站延寿 , 多撑几年是几年 。 可俄罗斯已明确表示 , 计划在2024年后退出国际空间站 。 负责国际空间站轨道姿态和高度 , 主要是俄舱段 。 美国天鹅座飞船、龙飞船虽然也具备提供轨道和高度调整的能力 , 但这些都是应急措施 , 维持不了太久 。
俄罗斯早有建造自己独立的空间站的想法 , 而且俄舱段设备比较完整 , 功能比较完善 , 但想要独立运行 , 需要资金支持 , 而俄罗斯缺的恰恰就是资金 。 有人说 , 让俄舱段和我们的舱段对接 , 这个也不太可能 。 一方面是因为对接口都不一致 , 无法对接 。 另一方面是 , 与我们对接后也需要重新计算姿态 , 否则也可能会出现翻滚的现象 。

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