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人类为何向太空发射空间站?代表航天领域最先进成果

时间:2021-05-07    点击: 次    来源:不详    作者:佚名 - 小 + 大

  原标题:筑梦“天宫”|人类为何要向太空发射空间站?

  搭载着“天和”号核心舱的长征五号B运载火箭在文昌航天发射场引弓待发。

  据中国载人航天工程办公室4月29日上午消息,长征五号B遥二运载火箭已完成推进剂加注,计划于29日中午11时许发射空间站天和核心舱。

  “天和”号核心舱是中国空间站的核心组成部分,接下来两年还将发射两个实验舱和多艘载人飞船以及货运飞船,计划于2022年完成空间站在轨建造,实现中国载人航天工程“三步走”发展战略“第三步”的任务目标。

  为何向太空发射空间站?当今世界空间站发展又是如何?

  国际空间站

  为什么要发射空间站?

  空间站又称作太空站或轨道站,是运行在外层空间的人造舱,广义上为航天器的一种。和宇宙飞船相比,有适合人类长时间居住的设计,可以作为航天员在太空停留和工作的场所。由于空间站能提供地面实验设施所不能提供的低重力、宇宙空间环境等条件,主要被用于各种科学研究,尤其是研究长期滞留宇宙对人体的影响。

  “空间站代表了当今航天领域最全面、最复杂、最先进和最综合的科学技术成果。”航天科技集团五院空间站任务总指挥王翔指出。

  关于空间站概念的提出可以追溯到1869年,当时美国历史学家埃弗里特·黑尔为《大西洋月刊》撰写的一篇关于“用砖搭建的月球”的文章中首次提出了对空间站的设想。此后,“航天之父”康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和“欧洲火箭之父”赫尔曼·奥伯特也提出过空间站的一些设想。1951年,美国著名火箭专家沃纳·冯·布劳恩在《矿工周刊》中刊登了他带有环状结构的空间站设想,但是人类历史上第一个空间站出现则是在他的设想之后的第20年。

  阿波罗11号飞船在1969年抢先登陆月球后,苏联在与美国登月的太空竞赛中落败,因此转向了其他方向(如空间站)来展示他们的航天实力。1971年4月19日,苏联在拜科努尔航天发射场用质子-K运载火箭成功发射升空了“礼炮1号”空间站,这是人类历史上首个空间站。

  美国紧随其后在1973年发射了“天空实验室”空间站,其携带了一系列太空望远镜,航天员还在上面做了许多关于医药、地质和天文等方面的科学实验。之后,苏联发射了多个“礼炮”系列空间站。1986年,苏联发射第三代空间站——“和平号”空间站,并在接下来的十年间不断对其进行扩充完善,服役至2001年。期间包括美国在内的许多国家的航天员拜访过这个世界著名的空间站。

  魅果航天飞机对接“和平”号空间站

  到了1998年11月国际空间站(ISS)的第一个部件“曙光”号功能舱发射升空,随后陆续发射的模块逐渐扩充。国际空间站至今仍在,它成为太空国际合作的标杆。

  从苏联第一个发射空间站以来,各国对于空间站的探索和建造一直没有停止过。

  “除了在于空间站对于未来大国在太空领域确保各自战略利益起着重要的作用外,空间站的另一重要价值体现在它作为科研用途方面,比如在微重力环境下的研究实验室,研究领域包括生物学、物理学、天文学、地理学、气象学等等。”国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光向澎湃新闻(www.thepapercn)介绍说。

  总体来看,利用太空空间站开展科研实验有诸多优点。首先,空间站可以提供长期的微重力实验条件。微重力下有很多物质的规律会发生变化,比如由重力引起的浮力对流就基本消失了,燃烧特性就发生了变化。流体、材料也有很多变化,所以利用微重力条件能揭示重力掩盖下的物质的特殊规律。其次,由于空间站在一定的轨道高度上,方便研究人员开展天文观测和对地球进行观测。

  由于在空间站观测,天文望远镜不受大气的干扰,而且空间站大约1.5个小时就能绕地球一圈,在比较短的时间内可以把地球大部分陆地都覆盖了,可以对地球进行快速观测。

  最后,可以通过天地往返将空间站的实验样品带回地面,在地面上对样品进行长期研究,取得新的发现。比如说中国的天宫二号实验室,就曾把培养的植物样品和材料科学的样品带回到地面。

  除了上述科研价值外,不少国家和组织开始筹划商用的空间站项目,计划提供太空旅馆、可出租的实验室等服务,随着空间站发展和商业航天企业的壮大,空间站带动一系列相关产业的兴起和发展,有较大的商业潜力。

  苏联“礼炮7号”空间站

  国际空间站后继有人

  从人类空间站发展的历史来看,主要历经以下四代:第一代空间站以单舱单对接口为特征,代表产品包括“礼炮1号”至“礼炮4号”等;第二代空间站以单舱双对接口主要特征,其代表是“礼炮6号”和“礼炮7号”;从第三代空间站以多舱、积木式结构,尺寸大幅增加,苏联“和平”号空间站是主要代表;第四代空间站以多舱、桁架式和积木式的“混血”结构为特征,目前唯一在轨的国际空间站(ISS)采用了这种设计。

  国际空间站是目前唯一在近地轨道上运行的人类空间站。国际空间站主要由美国国家航空航天局、俄罗斯联邦航天局、日本宇宙航空研究开发机构、加拿大航天局和欧洲航天局(共计16个国家)共同建造、运行和使用,是有史以来规模最大、耗时最长且涉及国家最多的空间国际合作项目。自1998年正式建站以来,经过十多年的建设,于2010年完成建造任务并转入全面使用阶段。

  自2000年首批航天员至今,国际空间站已经服役20余载。在此期间,来自19个国家和地区超过200名航天员访问了国际空间站,进行了超过 3000 次科学实验和研究,范围涵盖生物学、地球宇宙科学、教育学和物理学等领域,取得了大量珍贵的科学数据,为人类太空开发事业做出了巨大贡献。例如,在ACME实验中,研究人员已经发现1000多种火焰,并且发现了“冷焰”这种特殊的现象,火焰熄灭以后物质仍然在燃烧,也就是说在非常低的温度条件下它还在燃烧。利用这种现象可以提高发动机的燃烧效率,特别是柴油发动机,让发动机的污染排放量更小,对今后发动机的设计改进具有很大指导作用。

  虽然空间站本身的意义巨大,但是目前国际空间站的运营仍然非常烧钱。根据相关统计,在国际空间站运行期间,其投入超过了1000亿美元,是历史上最昂贵的人造物体。

  飞船对接国际空间站

  而且随着材料老化和人为因素,国际空间站暴露出越来越多的问题,尤其是空间站漏气问题影响非常大。国际空间站于2004 年、2018 年和2020曾经出现过 3 次严重漏气事件,这也增加了国际空间站运营的成本和代价。本来按照原计划,国际空间站的服役期至2016 年,但参与开发的各国均同意延期使用至 2024年。

  俄罗斯副总理鲍里索夫4月18日宣称,国际空间站已经严重老化,俄方计划在空间站运营合约2024年结束后退出该项目,并开始建造自己的空间站。此外,美国宇航局也计划2024年开始建立在月球轨道的空间站,将成为首个建立在地球以外的轨道空间站。

  英雄暮年,国际空间站(ISS)行将谢幕,新的空间站也会逐渐到来,作为空间站的新成员——中国“天宫”即将闪耀太空。

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