载人航天100个标志性航天器(1957年–1977年)——空间站_风闻
微信公众号_战争机器-2021-11-27 09:06
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空间站
天空实验室(Skylab)
甚至在1969年7月阿波罗11号首次登月之前,美国宇航局官员就已经展望了后阿波罗时代。从1968年开始,他们考虑了许多可能在登月任务之后进行的项目,并将这些前景称为阿波罗应用计划。他们将该计划设想为重新利用一些剩余的 “阿波罗 “硬件,并利用它将宇航员送入太空执行科学任务的一种方式。在这些项目中,一个空间站的概念得到了重视,部分原因是随着阿波罗应用计划的形成,苏联准备了一系列的空间站--其中的第一个,礼炮1号,于1971年进入轨道。
将阿波罗的组件改造成一个可行的空间站需要相当的智慧。它的工程师们设想它是一长串相连的模块,令人失望的是,这与艺术家切斯利-博内斯特尔在20世纪50年代流行的雄伟车轮不同。最终的设计看起来像一个长长的、逐渐变宽的管子,上面装饰着巨大的太阳能电池板。
当宇航员到达完成的空间站时,他们离开了他们所乘坐的阿波罗指挥和服务舱,进入了多重对接适配器。在与适配器成90度的地方,一个被称为阿波罗望远镜座的八角形科学实验室凸显出来。这个天文台使宇航员能够通过九个不同的天文仪器看到太阳和其他空间现象。通过对接适配器直行,宇航员们到达气闸舱,在那里他们可以开始太空行走。在穿过一个被称为仪器单元的狭窄的环形部件后,他们到达一个长而宽的圆柱体,即轨道车间。这里是他们的主要生活和工作区,有实验室空间。空间站有两个电源:望远镜支架从其外部的四个太阳能电池组中获取电力,而空间站则从连接到轨道车间的两个面板中获取电力。
在这个航天器的六个主要组成部分中,指挥和服务舱、仪器单元和轨道车间都起源于阿波罗计划--分别作为宇航员舱、土星五号的制导设备和计算机的存储单元,以及作为巨型火箭的氢燃料罐。从头到尾,这个被称为天空实验室(Skylab)的空间站,长度近37米,重量超过77吨。

Skylab通过四个独立的助推器进入太空。1973年5月14日,土星五号(Saturn V)将空间站本身送入轨道,命名为Skylab 1,这次配置为两级,以便为保护航天器的大型有效载荷护罩。随后,土星1B火箭在1973年5月25日的Skylab 2号、7月28日的Skylab 3号和11月16日的Skylab 4号期间,分别将三名宇航员的机组升空。
Skylab的运行是在很可能彻底失败的情况下开始的。当Skylab 1从发射台上升起时,一个旨在保护航天器的微流星体防护罩从其支架上脱落,撞击并震开了两个主要太阳能电池组中的一个。当Skylab到达轨道时,两个部件都被炸掉了。同时,另一个主阵列被随后的碎片缠住,未能展开。在没有防护罩的情况下,Skylab内部的温度上升到摄氏52度。
NASA试图挽救Skylab。NASA没有按计划在Skylab 1的第二天发射Skylab 2,而是将飞行推迟了两个星期,因为其工程师考虑了修复方案,宇航员也在休斯顿进行了太空行走方案的练习。最后,经过密集的试验和即兴发挥,Skylab 2的宇航员(Charles Conrad、Paul Weitz和Joseph Kerwin)来到Skylab,找到了解决方案。他们部署了一个6.7米×7.3米的遮阳伞,挡住了阳光,降低了舱内的温度。他们还设法释放了卡住的太阳能电池板。在28天的任务结束时,他们完成了约80%的预定太阳观测。
Skylab 3也经历了一些困难。威胁最小的是三名宇航员(艾伦-宾、杰克-卢斯马和欧文-加里奥特),他们都陷入了大约一周的恶心状态中。尽管他们生病了,但他们还是用一个双柱遮阳伞加强了在Skylab 2期间安装的遮阳伞,要求其中两名船员进行创纪录的EVA,时间超过六个半小时。更紧急的是,他们报告说指挥舱的两个推进器发生了泄漏,美国宇航局的工程师们制定了紧急返回地球或进行救援任务的计划。另一次EVA未能找到泄漏的来源。最终,地面工作人员制定了特殊的程序,尽管有问题,也能安全地飞回家。Skylab 3在59天后结束。
天空实验室4号(Skylab 4)进行得更加顺利,但是机组人员中再次出现了病症。当杰拉尔德-卡尔、威廉-波格和爱德华-吉布森康复后,他们进行了6小时34分钟的EVA,以修复一个被卡住的天线。在科学上,Skylab 4对著名的Kohoutek彗星做出了独特的观察。宇航员们在圣诞节和1973年12月29日进行了EVA,在彗星经过时拍摄了照片。Skylab的宇航员在站内停留了84天,几乎是前两次任务的时间总和。
Skylab给美国宇航局带来了空间站生活的预演。在合计171天的高空飞行中,九名宇航员进行了主要的、频繁的、往往是危险的EVA,以修复空间站,进行复杂的天文观测,并作为生理学实验对象,测试长期暴露在太空飞行中的影响。船员们还经历了长期居住的个人特殊情况,涉及睡眠、运动(他们使用便携式跑步机)、食物和废物管理等实际问题。
当25年后开始组装国际空间站的时候,以及在导致国际空间站的规划和制造过程中,“天空实验室 “的经验是一本不可缺少的手册,通过它来预测不可预见的情况。
阿波罗应用计划 Apollo Applications Program (AAP)天空实验室 Skylab 1号

阿波罗-联盟(Apollo-Soyuz)测试项目
如果说约翰-F-肯尼迪总统将美国太空计划作为冷战中的 “软 “武器,那么在20世纪70年代,他的政治克星理查德-尼克松则挥舞着太空计划来缓和与苏联的敌对状态。这个过程始于1972年初,当时尼克松总统对中国进行了一次历史性的访问。尼克松正确地计算出,苏联会以警惕的态度看待美中关系的升温,因此在接下来的5月,他成为第一位访问苏联的总统。尼克松不仅达成了与军备控制、合作科研和扩大贸易有关的协议,而且在5月24日签署了一项和平探索外层空间的承诺。这一协议后来成为一项联合任务,即阿波罗-联盟号试验项目(ASTP)。
除了对国际外交的贡献外,ASTP也有一个国内的目的:阿波罗计划在这时几乎已经走到了尽头。因此,“阿波罗-联盟 “计划为一个已经因重复而失去吸引力的项目注入了一些期待和兴奋。大量多余的土星和阿波罗硬件仍然存放在仓库里,随时可以重新使用。就其本身而言,被内部问题和阿波罗计划的胜利所困扰的苏联太空计划需要这次亲善飞行所带来的提升。
最初,双方讨论了阿波罗号和联盟号航天器在礼炮4号空间站的简单会合。但也许是担心出现苏联和美国贡献之间的不平衡,他们反而同意联盟号和阿波罗号太空舱之间的对接。这个计划要求双方各自设计自己的舱体,以及合作开发一个共享的气闸舱。最终的阿波罗-联盟号飞船和对接舱长约21.65米,重约23,570公斤--按照当时的标准,肯定不是一个小型或轻型的飞行器。
在1975年7月15日的指定发射日期,苏联和美国方面成功地完成了复杂的升空和对接程序。阿波罗号从肯尼迪航天中心搭乘土星IB(32枚中的最后一枚)起飞;七个半小时前,联盟7K-M太空舱搭乘联盟U火箭离开哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场。在联盟号的第35圈轨道和阿波罗号的第29圈轨道上,航天器彼此接近,阿波罗号启动了主动对接机动。它们顺利地对接,比计划提前了6分钟。三小时后,联盟号的舱门打开,宇航员和宇航员上前握手。
美国人的机组成员包括指挥官汤姆-斯塔福德、对接舱飞行员德克-斯雷顿和指挥舱飞行员万斯-布兰德。苏联派出了指挥官阿列克谢-列昂诺夫(第一个在太空行走的人)和飞行工程师瓦列里-库巴索夫。双方都至少具备了对方语言的基本知识,使他们能够在对接舱中共同进行实验,一起吃饭,参观对方的太空舱,并举行联合电视新闻发布会。
43个小时后,宇航员们分开了。苏联人在太空中呆了近六天后回到了哈萨克斯坦;美国人在太空又呆了三天,进行地球观测实验,然后召开现场新闻发布会,最后降落在大西洋上。
阿波罗-联盟号试验项目代表了朝着结束美国和苏联之间近二十年的太空竞争迈出的微小但决定性的一步。由于ASTP成功所需的密切合作,它开创了一个重要的先例,并在20世纪90年代随着国际空间站的规划和建设而再次重现。
阿波罗-联盟(Apollo-Soyuz)测试项目总体布局


礼炮Salyut 1号
甚至在1969年7月阿波罗11号登月之前,苏联航天局官员就意识到,他们在美国宇航局之前登月的努力成功的概率很低。苏联不可缺少的N1火箭此时已经失败了两次;1971年和1972年又有两次糟糕的发射,注定它将被遗忘。在几乎肯定地失去了月球竞赛之后,苏联人预料到美国宇航局发射世界上第一个空间站(被称为天空实验室’Skylab’)的计划会造成进一步的尴尬。苏联人决定,为了重新获得主动权,他们需要为自己争取长期的飞行任务,这意味着要比 “天空实验室 “更早到达发射台。幸运的是,他们已经有一个正在进行的空间站。它是钻石号军用航天器,当时正在Vladimir Chelomei设计局进行制造。它起源于苏联对美国空军载人轨道实验室(MOL)的回应,从1963年到1969年一直在进行。更为幸运的是,质子火箭是切洛梅集团的另一项设计,代表了苏联空间站的可靠发射选择。
为了加快该项目,切洛梅的工程师提议与维西里-米申的设计局合作。米申不同意与切洛梅的合作,而是希望建造科罗廖夫生前提出的空间站。但是,阻止Skylab的压力--以及民用的Soyuz为军用的钻石号提供的伪装--战胜了这些反对意见。两个小组的代表举行了会议,并同意在1970年2月开始的18个月的时间内将 “钻石号 “改装为民用太空项目。项目工程师预见到了三个主要任务:在钻石号的前端使用联盟号的对接系统和气闸建立一个出口;在后端安装一个从联盟号借来的发动机;以及在这些新的部分安装联盟号的太阳能电池板。
一年后,民用的Salyut(礼炮)1号空间站离开了切洛梅设施,前往哈萨克斯坦的拜科努尔发射场,在那里进行最后组装。按照21世纪的标准,礼炮1号并不特别大或特别重,但在它的时代似乎是一个庞然大物。它在发射时重约18,900公斤,长约15.8米,最大直径为4.15米,太阳能电池板的跨度近10米。礼炮1号的内部空间使其有别于在此之前的所有其他航天器;其宇航员拥有前所未有的90立方米的内部空间供他们使用。它由三个部分组成:一个传输舱,在前端有飞船唯一的对接端口;一个主要的圆柱形部分,包含多达八个工作站的空间;以及容纳通信和控制设备、电源和生命支持系统的辅助部分。礼炮1号还携带了一个镜面望远镜,这是有史以来第一次从太空进行观测。
由于第一个 “天空实验室 “的发射仍未完成,“礼炮 “1号于1971年4月19日升空。在这一年里,有两个机组人员来访,都是由新的联盟7K-OKS太空舱运送的。在第一次任务中(1971年4月23日的Salyut 10号),机组人员与空间站进行了软对接,但由于联盟号自动驾驶仪的设计缺陷,未能稳固地连接。联盟11号紧随其后,于6月7日成功地与 “礼炮 “号停靠。它的乘员Georgy Dobrovolvsky、Viktor Patsayev和Vladislav Volkov停留了近24天。他们的返回似乎很正常,直到技术人员在飞船着陆后打开舱门;他们发现三个人都死了。随后的调查确定,一个压力释放阀发生故障,导致舱内气压丧失。
与此同时,礼炮1号在轨道上停留了175天,尽管它没有再迎来宇航员。可以理解的是,在失去三名宇航员后,苏联人退役了联盟7K-OKS,其继任者联盟7K-T需要经过飞行测试才能被批准进入太空飞行。苏联空间站计划在1973年4月3日以 “礼炮 “2号重新开始飞行--比 “天空实验室 “的首航早7周。
Salyut 1 (DOS-7K #1)
Salyut 2, 3, 5 (钻石号)
1969年底,苏联军方加速了秘密的钻石号计划,这意味着承认美国人在登月竞赛中获胜。到1973年1月,第一个钻石号(公开称为Salyut 2)抵达拜科努尔航天发射场。
在其前端,钻石号由一个主要的圆柱形隔间组成,最多可容纳三名宇航员;在其中部,它有一个辅助舱,用于生命支持、通信和控制设备以及电源;在尾部,有一个带有两个太阳能电池阵列的对接端口。它在发射时重达18,950公斤,长度为14.55米,直径为4.15米。它的宇航员生活在90立方米的可居住空间。民用 “礼炮 “号与 “钻石号 “号的不同之处在于,它有四个(而不是两个)太阳能电池板,一个前部传送舱,并且长度增加了1.2米。
钻石号和她的宇航员在1973年春季至1977年夏季的四年时间里进行了飞行。但这一时间跨度给人的印象是每次任务的持续力都很差。
第一艘钻石号(礼炮Salyut 2)被证明是命运多舛的。1973年4月3日发射后10天,飞行计划要求它与搭载指挥官帕维尔-波波维奇和飞行工程师尤里-阿尔秋欣的联盟号太空舱会合并对接。但是联盟号遇到了技术问题,使其停飞。同时,在礼炮2号进入轨道后,控制人员注意到空间站的空气压力下降。随后的调查显示,质子号火箭的末级在升空三天后爆炸,碎片雨点般地散布在空间轨道上。八天后,这些碎片中的一块击中了空间站,导致了减压。
第二个,即礼炮3号,表现得更好。它于1974年6月25日抵达轨道,携带的有效载荷主要包括监视摄像机:分辨率超过3米的Agat-1,以及全景、地形、星体和伏尔加河红外设备。它还引进了安装在空间站前部的自卫枪。作为联盟14号的飞行任务,其机组人员--波波维奇和阿尔秋欣,从礼炮2号上留下来--于7月3日前往空间站,并于7月4日手动对接。宇航员们启动了相机,拍摄了中亚地区的照片,并进行了一些小杂务,使空间站更加舒适。联盟14号于7月19日结束,机组人员返回地球。联盟15号试图在1974年8月26日访问空间站,但由于会合系统的问题,宇航员们不得不返回家园。Salyut 3号于1975年1月24日在大气层中烧毁。
最后一艘钻石号飞船,即 “礼炮 “5号,于1976年6月22日投入使用。有三次任务访问了它。联盟21号(1976年7月6日至8月24日),联盟23号(1976年10月14-15日)和联盟24号(1977年2月7-25日)。第一次任务由指挥官鲍里斯-沃利诺夫和飞行工程师维塔利-佐洛博夫驾驶,由于舱内有异味和机组人员的头痛,在预定的两个月停留期结束前一周不得不终止。第二次任务由于自动化系统的故障而未能对接。联盟21号遇到了类似的事件,但成功地进行了手动对接。最后一次的钻石号号上宇航员维克多-戈尔巴特科和尤里-格拉兹科夫替换了前一次任务中被污染的空气,进行了一些太阳能实验,但由于空间站的主发动机推进剂耗尽而缩短了任务。Salyut 5号于1977年8月8日脱离轨道。
如果不出意外的话,三艘钻石号飞船给我们上了宝贵的一课:在苏联航天局能够宣称它实现了安全、可靠、长时间的太空居住之前,还有几个顽固的障碍需要克服。
钻石号 OPS (Salyut 2号, 3号和5号)


礼炮 Salyut 4号
在苏联发射的前五艘礼炮/钻石号空间站中,只有礼炮4号(Salyut 4)显示了未来长期空间飞行的前景。Salyut 4的基本结构与Salyut 1仅有细微差别。Salyut 4取代了早期航天器的小型太阳能电池组,而是通过前舱的三个较大的电池板发电。此外,它还携带了2,000公斤的仪器套件,包括带有25厘米直径的轨道太阳望远镜;两个X射线望远镜;一个用于远紫外线观测的光谱仪;以及安装在空间站外部的X射线探测器和光学传感器。
1974年12月26日发射,礼炮4号承载了三次任务。联盟17号于1975年1月12日抵达,指挥官Aleksei Gubarev和飞行工程师Georgy Grechko与空间站手动对接。当他们第一次进入Salyut时,发现工厂里有人留下了一张滑稽的纸条,告诉他们:“擦擦你的脚!” 宇航员们每天工作15至20个小时,测试用于跟踪飞船运动的通信设备,他们还重新修复了空间站太阳望远镜上的镜片。该镜面因直接暴露在太阳下而被损坏,当时其指向系统出现故障。在空间站上停留29天后,他们于2月9日返回地球。
在联盟18号因其联盟运载火箭的故障而中止后,联盟18号指挥官Pyotr Klimuk和飞行工程师Vitaly Sevastyanov于1975年5月26日与空间站对接。他们执行了各种各样的任务,有些与内务管理有关,有些涉及生物研究、医学实验,以及对地球、其他行星和恒星的天文观测。7月,航天器的环境系统开始出现故障,导致墙壁上长出霉菌。1975年7月26日,宇航员在空间站停留了近63天后返回地球,这是迄今为止 “礼炮 “号最长的记录。
在联盟20号任务期间,苏联的太空计划取得了更多的进展,但是没有乘员。联盟7K-T飞船于1975年11月17日发射,在礼炮4号上停靠了90天,对升级后的系统进行自动检查,并进行了一个生物实验,将植物暴露在空间站的环境下三个月。7K-T于1976年2月16日分离。
在轨道上运行了770天后(工作92天),礼炮4号在1977年2月3日重新进入大气层时烧毁了。虽然还不是苏联空间站努力的最高水平标志,但礼炮4号标志着一个坚实的成就,在此基础上建立未来的卓越地位,在后来的礼炮号空间站和最终的和平号空间站中实现。
Salyut 4 (DOS-7K #4)

Salyut 6 (DOS-7K #5)
