航天-国际空间站
由美、俄、日、加等16国合作建设的国际空间站始建于1998年,是世界航天领域最大规模的科技合作项目,也是航天史上第一个由各国合作建设的载人空间站。它结构复杂,站体庞大,预计投资总额将超过630亿美元。
国际空间站计划最早于20世纪80年代初期由美国提出,欧洲航天局、加拿大和日本后来相继加入。1993年11月1日,美国宇航局与世界上惟一拥有长期航 天飞行经验和向轨道运送大型物品经验的俄罗斯航天局签署协议,决定在“和平”号空间站的基础上建造一座国际空间站。1998年1月29日,15个国家的代 表在美国华盛顿签署了关于建设国际空间站的一系列协定和3个双边谅解备忘录,计划用9年时间建成国际空间站,到2006年全部建设完毕。
国际空间站的总体设计采用桁架挂舱式结构,即以桁架为基本结构,增压舱和其它各种服务设施挂靠在桁架上。该结构能够加强空间站的刚度,并有利于各分系统和科学实验设备、仪器工作性能的正常发挥以及宇航员出舱装配与维修等。
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从"奋进"号航天飞机上看到的国际空间站 |
国际空间站的指挥和控制由美俄双方分担,美国主要以航天飞机为运载工具建设空间站,俄罗斯则主要用飞船向空间站运送人员和物资。
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由加拿大研制的长约17米的巨型机械臂 |
建成后的国际空间站将是一个“太空城”,它将成为人类在太空中长期逗留的一个平台,可容纳7名宇航员同时在上面长期居住,最多时可容纳15人在上面从事考察活动,目前的国际空间站可以供3名宇航员长期工作。
国际空间站主要由两大结构呈十字状“搭”在一起而形成。其中,纵向的主干主要是一些像积木一样拼接在一起 的舱体,总长度约为80米。而由总共9根“横梁”连接而成的长长桁架,将以90度角“架”在纵向主干上,这一横向桁架的翼展将达到108米。虽然总体的骨 架是一个大十字,但国际空间站真正的形态远非这么简单。在纵向的各舱体上,还会在不同方向衍生出其他一些结构;而横向的桁架两端,最终也将挂起巨大的太阳 能电池板、散热器等装置;另外,携带着机械臂的小车,将来也可以在横贯桁架的轨道上来回滑动。与俄罗斯“和平”号等仅仅由舱体连接而成的传统空间站相比, 国际空间站的一个显著特色是增加了横向的桁架。这种“纵横交错”的结构方式,灵活性更强、工作效率更高,但安装施工的复杂性和难度也更大。
服务系统包括俄罗斯的功能货舱、加拿大移动服务系统和俄罗斯服务舱。加拿大移动服务系统的遥控机臂能运125吨货物,可沿主桁架移动,以进行空间站硬件的装配、维修和更换。俄罗斯服务舱拥有生命保障系统、推力器和居住功能(含洗手间和卫生设施),重20吨。
俄罗斯研制的多功能舱(FGB)具有推进、导航、通信、发电、防热、居住、贮存燃料和对接等多 种功能,在国际空间站的初期装配过程中提供电力、轨道高度控制及计算机指令;在国际空间站运行期间,可提供轨道机动能力和贮存推进剂。俄罗斯服务舱作为国 际空间站组装期间的控制中心,用于整个国际空间站的姿态控制和再推进;它带有卫生间、睡袋、冰箱等生保设施,可容纳3名宇航员居住;它还带有一对太阳能电 池板,可向俄罗斯部件提供电源。实验舱是国际空间站进行科学研究的主要场所,包括美国的实验舱和离心机舱、俄罗斯的研究舱、欧空局的“哥伦布”轨道设施和 日本实验舱。舱内的实验设备和仪器大部分都是放在国际标准机柜内,以便于维护和更换。加拿大研制的遥操作机械臂长17.6米,能搬动重量为20吨左右、尺 寸为18.3米×4.6米的有效载荷,可用于空间站的装配与维修、轨道器的对接与分离、有效载荷操作以及协助出舱活动等,在国际空间站的装配和维护中将发 挥关键作用。
运输系统包括联盟号载人飞船和进步号运货飞船等,其中后者每年为空间站运送4次推进剂。空间站的指令和控 制由美俄双方分担,美国约翰逊航天中心主要负责空间站和航天飞机,俄罗斯的加里宁格勒航天中心主要负责载人飞船和运货飞船飞向空间站,以及飞船飞离空间 站,它也是空间站运行的后备控制中心。
国际空间站利用地面无法提供的空间零重力状态的有利条件,可以使科学家们长期 进行一系列科学试验。国际空间站的建设,意味着一个共同探索和开发宇宙空间时代的到来。它将成为新型能源、运输技术、自动化技术和下一代传感器技术的测试 基地,它的建设推动了流体力学、燃烧、生命支持系统、反辐射危害等研究的发展,对未来的太空探索产生重要影响。
国际空间站的建造大致可分为三个阶段:
第一阶段,从1994年至1998年,美、俄两国完成航天飞机与俄罗斯“和平”号空 间站的9次对接飞行。美国宇航员累计在“和平”号空间站上工作2年,取得了航天飞机与空间站交会对接以及在空间站上长期进行生命科学、微重力科学实验和对 地观测的经验,可降低国际空间站装配和运行中的技术风险。
第二阶段,从1998年至2001年,国际空间站达到有3人在轨工作的能力。1998年 11月20日,俄罗斯从哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场用“质子”号火箭将国际空间站的第一个部件“曙光”号多功能货舱(FGB)发射入轨,从而拉开了国 际空间站在轨装配的序幕。同年12月4日,美国“奋进”号航天飞机将国际空间站的第二个部件“团结”号节点舱送入轨道,并于12月6日成功地与“曙光”号 对接;2000年7月12日,国际空间站的核心组件、俄罗斯建造的“星辰”号服务舱发射入轨,同年11月2日,首批3名宇航员进驻空间站,国际空间站开始 长期载人,11月30日,美国“奋进”号航天飞机为国际空间站送去两块翼展达72米、最大发电量为65千瓦的大型太阳能电池帆板;2001年2月7日,美 国的“命运”号实验舱由“亚特兰蒂斯”号航天飞机送入轨道,4月23日,加拿大制造的遥操作机械臂与国际空间站顺利对接,7月12日,美国“亚特兰蒂斯” 号航天飞机又把供宇航员出舱活动的“气闸舱”送入轨道。至此,美国和俄罗斯等国经过航天飞机、“质子”号火箭等运输工具15次的飞行,完成了国际空间站第 二阶段的装配工作。
第三阶段,从2001年至2006年,国际空间站完成装配,达到6~7人长期在轨工作的能力。此阶段先组装美国的桁架结构和俄罗斯的对接舱段,接着发射日本实验舱和欧空局的哥伦布轨道设施等。
装配完成后的国际空间站长110米,宽88米,大致相当于两个足球场大小,总质量达 400余吨,将是有史以来规模最为庞大、设施最为先进的人造天宫,运行在倾角为51.6°、高度为397公里的轨道上,可供6~7名航天员在轨工作,之后 国际空间站将开始一个为期10~15年的永久载人的运行期。

