空间站是如何诞生的?在诞生之前,又有哪些背后的故事?



我们都知道,空间站是一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员长期工作和生活的载人航天器。这里面最有名的就是国际空间站了,它一天能环绕地球16圈,距离地球350公里,是目前太空中最大的人造天体,重量达到400吨。造价更是高达一千亿美元,有10名宇航员常年驻守,他们在上面进行着各种实验,或许将来人类要是在月球和火星上生活,就要依靠他们的实验结果。

国际空间站
但这个堪称人类最昂贵的建筑,是如何从构想一步步变成现实的,在它诞生之前,又有哪些背后故事呢?这就必须先回到过去,看看人类最初的空间站是怎么来的,他们又是在什么条件下诞生的。
故事依然开始于冷战时期,当时正处于美苏争霸的高峰期,从地球到太空,美苏争霸全面开花, 美国的阿波罗11号飞船,在1969年抢先登陆月球,苏联在与美国登月的竞赛中落败,这给苏联带来了巨大压力,所以他们决定另辟蹊径,计划在太空建造一座空间站以此展示他们的航天实力。

前苏联礼炮1号空间站
这个空间站的名称就叫礼炮1号,它于1971年发射升空,是人类历史上首个空间站,搭载有三名宇航员,包含控制室和宇航员宿舍,苏联计划让宇航员在太空停留3周时间,这意味着礼炮1号在绕地飞行时速必须达到2.8万公里。

所以这项任务的关键就是速度,因为如果速度不够快,空间站就会从太空掉落,所以必须要达到所谓的轨道速度,这样加速度产生的力,才能刚好抵消地球引力,太空站才不会被吸向地球,所以为了达到2.8万公里的时速,苏联为礼炮1号准备了一架强力火箭:质子号,在火箭托举着太空舱,以2.8万公里时速进入轨道后,礼炮号便会与火箭脱离,然后它就可以一直保持这个速度在轨运行了,因为太空是真空的,所以不会有空气阻力使速度降低,但是在近地轨道上,并非真正意义上的真空,实际上还残留一些大气成分,所以这些空气分子还是可以产生阻力,从而降低航天器速度,而一旦航天器速度低于轨道要求速度,那么地球引力终将会把它拉回地球,坠入大气层烧毁,因此在轨的航天器需要定期再被火箭推进,以此修正轨道,但如果推进的火箭力度过大,或是控制不好,产生的推力可能会使礼炮1号冲进太空深处,所以苏联的工程师必须要能精准控制火箭点火。

火箭背包给空间站修正轨道提供了设计灵感
而解决这个难题的答案,实际上来自于朝鲜战争期间美军的一项发明,当时美国为了解决在战场上快速调度士兵的问题,他们设计出了一种火箭背包,士兵背着它可以在空中飞翔,而背包的动力来源,就是依靠里面便于控制的化学反应,简单说,就是利用过氧化氢的分解,释放出氧气和水,产生蒸汽推力,所以,苏联凭借着成功建造的第一代空间站礼炮1号,创造了绕行地球23天的记录。可以说,在空间站上,苏联扳回一局。
但是虽然苏联在轨飞行时间创造了记录,却在三名宇航员返回地球时发生了悲剧,由于返回舱失压,导致3名航天员在返程时全部死亡。

我们再说回美国这边,面对空间站落后苏联这一局面,美国下决心要打破这一记录,他们也要在太空建造一个巨大实验室,名为太空实验室,这个实验室重达100多吨,配有三名宇航员,这就是美国的第一代空间站。

美国的第一代空间站:太空实验室
但要打破苏联的记录,他们首先要解决的,就是实验室如何与地面时刻保持联系,因为美国要时刻监控三名宇航员的身体状况,这是为了研究人在零重力环境中会有哪些伤害,为以后常驻太空活动积累数据,所以这个天空实验室成功的关键,就是收集人体在太空低重力下的生命数据,这是本次任务成功的核心。

但问题也随之出现了,因为NASA要用无线电和实验室保持联系,但无线电波只能直线传播,而天空实验室绕地球一圈需要90分钟,因此如果只有一个地面接收器,那么地面人员只有短短6分钟时间的通讯时间,这样就无法收集到所需数据,所以他们的解决方案,一是在地球上建立更多的接收中心,但是在大片的海洋上,依然没办法建立,于是他们就在一艘船上安装几个接收器,追踪从海面上空飞过的空间站,但是由于船的航行速度比较慢,而且海洋面积又很大,所以NASA需要一种机动性更好的接收器,于是他们就把接收器放在了飞机上,在飞机最前端,安装了一个直径2米的无线电接收器,而且可以转到不同角度,瞄准天空中的任意一点,所以当空间站从上空飞过时,飞机内部的操作员就调整角度接收信号,当空间站脱离了一架飞机的接收范围后,另外一架飞机就会跟上,依靠这种方法,就像接力赛一样,一共用了8架飞机环绕地球飞行,从而保证了不间断的通信联系,这样就完美解决了空间站的目的。

美国用了8架飞机环绕地球飞行,从而保证了第一代空间站不间断的通信联系
美苏两国凭借着各自的第一代空间站,为以后更先进的空间站打下了坚实基础,所以在此之后,苏联从1986年开始,用了10年时间,建成了和平号空间站,这个空间站一直使用到2001年,之后被废弃坠入大气层烧毁,作为死对头的美国也曾在那里进行了很多合作,还有很多国家的航天员也曾到访过和平号进行工作。

中国天宫空间站
再往后,就是开头所讲的国际空间站了,它实际是由美国、俄罗斯、日本、加拿大和欧洲空间局等共同建造的,于1998年开始建造,各功能模块在其后被陆续送入轨道装配,2011年2月国际空间站组装工作全部结束。国际空间站也是有史以来规模最大的空间站。但根据设计寿命,它将于2024年到期,随后就被坠入大气层烧毁,说到这里,就要特别提下咱们中国自己的空间站了,虽然当时中国被排除在国际空间站之外,但依靠自己的努力,中国自己的空间站天宫,预计将在2022年前后建成,届时将只有中国的空间站,也就是天宫空间站,将成为唯一在太空运行的人类空间站了,也算此一时彼一时了。

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