宇宙飞船和空间站

随着人造卫星上天，空间科学技术已经广泛用于军事、国民经济和科学研究的许多方面，人类活动开始进入广阔无垠的宇宙空间，从而使地理学、天文学和其他一些科学的面貌产生重大改变，并把气象观测、资源考察、环境监视和地图测绘等工作，提高到集中的自动化水平，还引起了通讯电视广播技术的根本性改革。

要发射载人宇宙飞船上天，必须解决许多极其复杂的技术问题和宇宙医学一生物学等问题。首先是制成高度完善和威力强大的火箭，把宇宙飞船送人轨道。其次还必须解决宇宙飞船安全而准确地返回地面的问题。要做到这一点，需要高度精密的控制系统，优良的制动火箭发动机和其他制动装置，保证宇宙飞船头部在通过稠密大气层产生高达数千度高温情况下不致烧毁。为了保证人在宇宙中的生存和活动，宇宙飞船舱中要创设同地面上基本相同的空气、温度、气压、湿度等条件，解决同地面上的无线电联系等。同时，宇宙飞船必须携带大量的科学考察仪器、制导装置以及安全降落系统等。另外还要对宇宙医学一生物学问题进行研究，证明乘宇宙飞船飞行对人体无害。为了解决这些问题，需要物理学、化学、数学、力学、电子学、无线电技术、冶金、仪器制造、自动化和遥控机械学、天文学、生物学、生物化学等许多重要学科提供最新科技成果。载人宇宙飞船的发射成功，说明这些问题实际上已经解决了。

是不是任何人都能乘宇宙飞船遨游太空呢？不是的，是有条件的。一是身体要能适应空间飞行，二是要具备专门的知识和技能。为此，人员需经过选拔，并进行专门训练。我们知道，在火箭起飞的时候，加速度很大，人的体重相当于在地面重量的九倍，甚至更大一些，这称为“超重”现象，同时震动也很大；而在几分钟后进入轨道人又变得没有重量了，即进入“失重”状态，而人就飘浮起来了。因此，宇航员要在离心机上进行超重训练，在震动台上进行震动训练，在飞机上进行失重状态下生活和工作的训练等。为了保证宇航员的安全，宇航员要穿上特制的宇宙服，一方面可以防止宇宙线的辐射，另一方面可以密封起来，保证人体生存所需的温度、气压、氧气等。否则人们到达17千米以上的高空时，空气压力只有地面大气压力的十分之一，人体内的水在37℃（体温）左右就会沸腾。由于全身血液沸腾，人会立刻死亡。另外，一般人只能经受住3～5倍的体重突增，当加速度很大时，假设加速作用的方向是从脚到头，就可能使身体下部积存大量血液，而上部特别是头部的血液不足，中枢神经机能受到破坏，甚至失去知觉。如果加速作用的方向与人体垂直（即人体平卧上升），情况就会好得多。穿上特制的宇宙服时，血液不会在身体各部分积存，也就不会突然从头部流到脚部去，人们就可能忍受体重突增十几倍的变化。为了节省燃料而减轻负载，还要有特制的宇航食品和生活设备。例如空气调节设备，可以把带上去的液体氧放出来供宇航员吸人，同时用化学药品把呼出来的碳酸气和水蒸气吸收掉，并把其中未用掉的氧气放出来，这样就充分利用了氧气。

人们乘坐宇宙飞船到星际空间的第一站——绕地飞行的轨道空间站进行航行后，身体情况有什么变化呢？据报道，前苏联“联盟26”从1977年12月到1978年3月16日止，与“礼炮6”刘接飞行％天后返回地面。检查宇航员的身体情况表明，在三个多月空间失重条件下的飞行中，宇航员的体重减轻了5千克，身高却增长了3厘米，但机体并未发生什么变化。在空间站头几天，宇航员还不适应空间飞行环境，还得互相扶持，在站内总是爱躺着。过了几天，在生理上、心理上便适应了空间飞行。返回地面后，宇航员又不能马上适应地面环境，虽然宇航员不感到劳累，但自觉似乎处于空间，所以仍要做空间体育活动，几天后才适应地面环境。

自从1960年发射宇宙飞船以后，每年都发射数颗载人或不载人的宇宙飞船和空间站，进行各种试验和观测工作。例如，美国在1973年5月14日发射的宇宙空间站“天空实验室-1”，计划前后接待三批宇航员，共9名；载人飞行140天，携带58种科学仪器，进行440个项目的研究。至1973年5月25日发射了宇宙飞船“天空实验室-2”，与“天空实验室-1”对接，第一批3名宇航员在上面进行了工作，对它发生的故障进行检修，同时进行既定的科学技术研究和实验，在空间飞行28天50分后脱离“天空实验室-1”而返回地面。1973年7月28日又发射了宇宙飞船“天空实验室-3”与“天空实验室-1对接，第二批3名宇航员在上面进行了医学试验、地球资源探测及太阳观测，记录到近百次太阳爆发。“天空实验室-3”的形状、重量同“天空实验室-2”一样，在空间飞行59天11小时9分后脱离“天空实验室-1”而返回地面。到1973年11月16日发射了宇宙飞船“天空实验室-4”，与“天空实验室-1”对接，第三批3名宇航员在上面进行了太阳和彗星观测、地球资源探测等。“天空实验室-4”的形状也同“天空实验室-2”一样。在空间飞行84天1小时16分后脱离“天空实验室-1”而返回地面。这样，到1974年2月8日为止，“天空实验室”的三批宇航员共171天的宇宙飞行宣告结束。他们在“空间实验室”上和地面保持电视和电话联系，进行医学考察共花费855小时（原计划是700小时）；技术试验294项（原计划是264项）：材料考察研究32项（原计划是10项）；天体物理研究412项（原计划是168项）；第三批宇航员最重要的成果是在失重条件下飞行84天，返航时和返航后健康情况比前两批宇航员还要好。另外，第三批宇航员返航前还借助“阿波罗”发动机提高了“天空实验室-1”的远地点，以延长它的轨道寿命，同时把蓄电池放了电。

由于“天空实验室-1”这个空间站没有携带一种火箭发动机，使它能在寿命结束时按指令陨落到指定的公海，所以人们担心，如果任它自行陨落，那么这个重达82吨的庞然大物就有可能坠落在居民区。为此，自1976年以来，美国宇航局一直在研究如何复活“天空实验室-1”，以便再次使用它以及避免坠人居民区。“天空实验室-1”失去控制后以大约每5分一转的速度绕它的纵轴做慢滚动飞行，如不采取有效措施，改变它的姿态，将由于受太阳黑子活动的影响，大气阻力增大，预计会提前坠入地面。1978年4月底，地面控制人员已对“天空实验室-1”的各主要系统做了复活试验。发现？天空实验室-1”密封舱的主次冷却回路系统、望远镜装置的遥测系统、密封舱及望远镜的蓄电池系统还能正常工作。到6月初采取了第一步措施，向“天空实验室-1”发了指令，首先复活姿控系统的推力器，使它的多用途对接装置朝着飞行方向，而它的纵轴平行于地球表面，然后再用“天空实验室-1”的两台控制力矩陀螺继续保持上述姿态，因这种姿态的大气阻力最小，所以能达到延长寿命的目的。然后计划从航天飞机发射一艘叫做遥控操作系统的遥控飞行器，与“天空实验室-1”对接，并利用遥控飞行器的推进系统把天空实验室推向更高轨道，以备再用，或者使它安全坠人公海。但此计划未付诸实施，“天空实验室-1”终于在1979年7月12日凌晨坠人南印度洋至澳大利亚一带。

前苏联在发射的一系列“联盟”号宇宙飞船和“礼炮”号空间站上还进行了频繁的军事活动。如在“礼炮”号空间站上用旋转焦距为10米的所谓太阳望远镜，对地面进行照相侦察，其分辨率可达30～50厘米。1977年9月27日发射的“礼炮6”空间站，其前后有两个对接装置，因此可以有两艘“联盟”号飞船和它对接飞行，1978年2月X日曾首次与运输飞船“进步1”号对接，形成了一列中间大两头细的所谓“空间列车”飞行。在“礼炮6”号与“联盟26”、“联盟27”、“联盟28”、“联盟29”、“联盟30”和“进步1”号对接后，宇航员在“礼炮”站上进行了对地拍照、天文观测、空间材料制造和生物医学实验等活动。完成任务后“联盟”号飞船脱离“礼炮”号空间站而返回地面。

宇宙飞船不断向自动化、多用途、低费用方面发展，以形成空间运输系统，世界各国正加快其发展速度。上面所说前苏联的“进步1”号就是这种空间运输船，专门为“礼炮6”空间站运送燃料、各种货物、科学研究和实验装置及材料、宇航员生活用品等。“进步广号运输船长8米，直径2.2米，装载总重7020千克，其中供应品占2300千克（燃料1000千克、净货重1300千克），由货运舱、燃料舱和工作舱三部分组成，与“礼炮6”对接后，用一个星期时间卸下运去的物品和燃料。由地面进行遥控，一旦卸完货便装上废品，与工作舱自行分离、降轨，使之坠人太平洋上空大气中予以烧毁。前面提及的航天飞机，将是美国主要的空间运输系统。航天飞机由两枚捆绑式固体助推火箭发射。当这两枚固体火箭的燃料耗尽后，它们将抛回地面以备再用。而后航天飞机将由一个大型液体燃料火箭送人轨道。这时，燃料箱即被抛掉；航天飞机完成任务后，便像飞机一样返回地面。其外形也像飞机，所以称为航天飞机。其优点在于它的核心部分——轨道器能够回收并重复使用。美国计划研制5架航天飞机轨道器，每架可重复使用100多次。第一架航天飞机轨道器从1977年2月开始进行低空飞行试验。航天飞机有两种工作方式。在出击式飞行方式时，实验设备安装在轨道器货舱内，工作3～30天后返回地面。轨道器货舱长18.3米，直径4.6米，最大载重30吨，轨道器载荷包括一组密封舱和一些外部仪器架。在密封舱内，宇航员能较舒适地工作。在外部仪器架上，能装载可暴露于空间环境中的仪器。采用第二种方式时，航天飞机把其他的宇宙飞行器带到空间，并发放到预定的轨道上，即通过遥控操作系统把卫星从货舱仪器架中取出送人预定轨道。或根据需要对宇宙飞行器进行检修，即与原来在天上自由飞行的飞行器会合，遥控操作系统将其收回到货舱内进行检修，必要时还可以运回地球进行大修。

随着宇宙飞船和空间站的发展，空间载人飞行从80年代开始趋向正常化，人们的空间活动将频繁起来。我国为实现四个现代化，也将加速发展动载系列，研制发射多种科学卫星与应用卫星，积极进行发射空间实验舱和宇宙探测器的研究。宇宙飞船和空间站可作为空间实验室，或把宇宙飞船和空间站外部空间作为实验场，探测重力波，验证相对论，研究等离子体物理，还可利用低重力、超低温和真空环境进行物理、化学、材料学、流体力学、生物制品等试验，并提供空间材料加工和药的研究。因此，空间科学技术的发展，将使人类社会出现根本性的变革。