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它曾“超长待机”俯瞰地球,最终在“回家”路上粉身碎骨

|· 本文来自“我是科学家”·|

2001年3月23日,一颗人造“巨星”从太空中陨落,重新回到了地球的怀抱之中。

它就是当时最大的人造航天器——“和平”号空间站。这一天,它完成了自己最后的使命,坠入大气层中烧毁,未烧尽的部分坠入南太平洋的“航天器坟场”中。

而故事的开始,却要回到40多年前的1976年。

“和平”号空间站。图片来源:Wikimedia Commons

工欲善其事,必先利其器

早期的航天史上,人类在太空中的旅行都是短暂的,因此,只要一次性带上充足的补给就足够了。然而,当人类开始探索如何在太空中长期生存和居住时,历来的载人飞船都显得过于紧凑,补给的量也显得过于庞大。

为了实现在太空中长期居住的目标,人们需要打造一款前所未有的航天器——实现长时间的生命维持系统的良性循环,减少对地面补给的依赖。在这一设想之下,空间站应运而生。

在1976年,苏联已经发射了四艘“礼炮”号空间站,美国也发射了“天空实验室”号空间站。

不过,这些空间站,几乎就相当于一个大号的载人飞船,稳定性不足,利用率很低。5艘空间站的总访问次数只有12次,总访问时间加起来不足一年(301天),只有在轨总时间的1/10不到,而最长的一次停留也只有84天。

对接两艘飞船的“礼炮7号”模型。图片来源:Wikimedia Commons

然而,由此积累的经验和教训都不会白费,“礼炮”系列空间站的设计越来越成熟,单次访问时间最长达到了236天,对接口也由一个变成了两侧,可以同时对接载人和货运飞船。

不过,这只是开始。

早在“和平”号设计伊始,设计的交会对接口就高达四个,最终的数量达到了六个,远超之前的两个。如此之多的对接口,不仅可用于对接客运和货运飞船,还将用于对接新的舱段,一段段拼接将会构造成一个庞大的空间站系统。

而核心舱部分的设计,则是历经7艘“礼炮”空间站探路后,精心打造的太空居所。

进入80年代,航天的重头戏是航天飞机,美国在这一时期没有空间站。苏联也忙于“暴风雪”航天飞机和“能源”重型火箭项目。

搭载“暴风雪”号航天飞机的“能源”号火箭,这是两者的第一次也是最后一次进入太空,直到现在,“猎鹰重型”火箭还无法匹敌“能源”号,图片来源于bing搜索,免版权分享

“和平”号的进展历经波折波折,曾经甚至短暂停摆过。但最终,“暴风雪”和“能源”因资金不足惋惜退场,“和平”号却大放光彩。

九月九话重阳扶摇直上九万里

1986年2月20日,“和平”号空间站核心舱发射升空,核心舱继承了“礼炮”系列的成熟技术,成为未来这艘空间站的中流砥柱。

早期的“和平”号空间站,只有核心舱和“联盟”号飞船。图片来源:Wikimedia Commons

一个月后,人类第一次入驻“和平”号,并将“礼炮7号”空间站中的一些实验设备转移了过来。

一年后的1987年3月,人类的航天史上迎来了第一次空间站舱段对接——“量子1号”天体物理学舱段安装成功,“和平”号从此开始了漫长的“搭积木”过程。

在此后近10年间,“和平”号不断增长,先后对接了“量子2号”服务舱、“晶体”号实验舱、“频谱”号电力舱、航天飞机对接模块、“自然”号地球遥感舱以及其他各式附属设备,形成了一座长19米,宽31米,高27.5米,总重量129.7吨,内部载人空间350立方米的庞然大物。

历经多次对接的“和平”号。图片来源:Wikimedia Commons

“和平”号空间站的平均轨道高度为364km,尽管身处太空,但这里仍然有极其稀薄的空气。空间站以7.7km/s的高速飞行,在空气阻力和的作用下,高度会不断降低。为此,“和平”号需要偶尔提升自己的轨道高度。在大多数情况下,整个空间站的轨道提升依靠“进步号”货运飞船或航天飞机,不过,“和平”号的“量子1号”也有发动机,可以自己调整。

“和平”号空间站的高度变化。图片来源:Wikimedia Commons

在通信上,由于航天测量船的服役(比如我国的“远望”系列),以及中继卫星的成功发射(比如我国的“天链一号”和“鹊桥号”),“和平”号不再有对地通信的黑区。它飞行到地球任意位置的上空时,都可以通过航天测量船或中继卫星将通信信号转发给指挥中心,与地面沟通。

起舞弄清影,何似在人间

“和平”号内部提供的巨大空间,使得太空飞机的舒适度大幅提升。这里有固定的床位、浴室、坐便器、健身设施,在空间站的核心舱的中心,还有一张餐桌。

“和平”号的饮食主要由俄国提供,这也成为后续国际空间站的饮食基调。这些太空食品多达数百种,虽然主要是冷冻、冷藏和罐头食品,但涵盖了俄国常见的蔬菜、水果、坚果、主食和饮料。

地面上的俄罗斯太空食品贩卖机,图片来源:https://astrofoods.ru/en/

在这些太空食品中,最特别的,当属包括伏特加在内的酒精饮料了。众所周知,绝大多数宇航机构,包括NASA在内,是严格禁止携带酒类上天的。不过,俄罗斯(及苏联)的宇航员总能想到各种措施夹带酒类,俄罗斯卫生部门最终妥协,允许限量携带酒类。饮酒过节,成为了“和平”号空间站专享的特权。

1997年“和平”号上的圣诞节。图片来源:Wikimedia Commons

众多技术的积累和居住舒适度的提升,使得“和平”号成为世界上第一艘长期有人居住的载人航天器。在其15年的生涯中,有12.5年有宇航员居住,12个国家共104人造访过这一明星空间站。

在此基础上,“和平”号空间站还拉开了太空旅行的序幕。

1989年,日本东京广播公司TBS在163名员工中海选出了一位名叫秋山豊宽的记者,他被派往苏联的加加林宇航员训练中心,并于1990年前往“和平”号空间站。48岁的秋山豊宽成为世界上第一次商业搭载宇航员,TBS电视塔声称最终花费了740万美元。

1991年,英国也发起了一场前往“和平”号空间站的海选,共13000人参与,一位名叫海伦·沙曼的化学博士最终荣幸的登上了“和平”号。

在“和平”号成熟运作之后,美国对长期太空居住颇感兴趣。于是,“航天飞机-和平号”项目应运而生。“和平”号空间站、“联盟”号飞船和美国的航天飞机上都留下了双方宇航员的欢声笑语。

老骥伏枥,志在千里

“和平”号的最初设计寿命只有5年,但伴随着冷战的结束,航天进入了短暂的低谷期,这艘当时唯一可用的空间站,成为了航天界眼中的香饽饽。1992年,美国就和俄罗斯达成协议,共同使用“和平”号。在多国的努力下,“和平”号焕发新生,在超期服役一倍之后,不仅迎来了航天飞机,还拼装了新的舱段。

遭到撞击后的“频谱”号电力舱。图片来源:Wikimedia Commons

超期服役的“和平”号空间站也并非一帆风顺,1997年就是“和平”号的多事之秋。2月23日,氧气发生器故障导致起火,浓烟灌满了空间站;6月24日,“进步-24”货运飞船与“频谱”号电力舱发生碰撞,一度导致空间站内电力短缺。

“和平”号确实不得不服老了。

1998年7月2日,俄罗斯宇航局宣布,由于缺乏维护资金,“和平”号将于1999年6月坠入大气层中。

5个月后,国际空间站的第一个舱段“曙光”号发射升空,“和平”号似乎可以告老还乡了。

不过,国际空间站的进展有些缓慢,“星辰”号舱段推迟到了2000年才发射升空,“和平”号继续肩负起了这段青黄不接的时期。

太空中的“和平”号。图片来源:Wikimedia Commons

1999年8月28日,“和平”号依依不舍地送走了全部的乘客,在不经意间,这个本该1989年就要退役的空间站,却创造了一项纪录——3644天的不间断载人飞行。这一连续时间跨度长达10年,是预期寿命的两倍!

然而,有了国际空间站,“和平”号再也没有官方资金来源了,是时候功成身退了。

“和平”号的身退,仍然是个不小的问题,如何让一艘130吨的庞然大物安全返回地球?

航天工程师们设计了三步:

首先,由空气阻力促使空间站的高度降低到220km处,并对接一艘搭载燃料和发动机的“进步”货运飞船;

然后,货运飞船促使整个空间站变轨,将轨道调整为近地点165km的轨道;

2001年的3月23日,“和平”号迎来了自己生命中的最后一刻,它被“进步”货运飞船推向地球的怀抱。

“和平”号坠入大气层。图片来源:Wikimedia Commons

在高速坠入大气层的过程中,空气摩擦会产生一千多摄氏度的高温,使得“和平”号绝大多数设施都焚毁殆尽,只有极少量的残骸坠入南太平洋的航天器坟场中。

在太空垃圾越来越多,危害越来越显著的今天,叶落归根,也许是“和平”号最好的归宿。

不过“和平”号的回归并非终点,而是一个新的开始,由15个国家合作的国际空间站继承了“和平”号的意志,继续担当人类探索太空的前哨。而在未来几年内,我们还将见证中国的新一代空间站飞向太空。

2018年珠海航展展示的我国新一代空间站核心舱的样机(非模型),作者拍摄

(编辑:Yuki)

The End

发布于2019-03-26, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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