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第2章 遨游太空(2)

它把物体送入太空的费用只是其他太空飞行器的10%。航天飞机的货舱,一般长18米,直径约4.6米,可容纳30吨左右的货物。这样大的容积比起运载火箭整流罩内的小小空间就宽敞多了。由于它的货舱大,使用面广,所以完成的工作量大,一次可以装载一颗大型人造天体或一批小型人造天体,并且可以利用机械手在轨道上布置任何类型的人造天体。

由于航天飞机起飞容易,回归迅速,能够像普通飞机那样进行定时维修和保养,因此大大提高了使用次数。

为什么空天飞机比航天飞机优越?

目前,航天飞机是人类探索太空的主要工具,不过,科学家已经在研制比它还优越的空天飞机了。

与航天飞机一样,空天飞机是可以在地面与太空之间来回飞行的运输工具,所不同的是,航天飞机需要火箭推进飞入太空,而空天飞机是由普通飞机用的涡(guō)轮喷气发动机驱动,只不过用的是液氢燃料。空天飞机能以每小时1.6~3万千米的速度在大气层内飞行,而且可以直接加速进入环绕地球运行的轨道,返回大气层后,又可像飞机一样在机场上着陆。

空天飞机在飞行时,由于和地球大气层产生剧烈摩擦,它的头部和机翼前缘的表面温度可达2760摄氏度,因此,空天飞机对材料的应用要求比航天飞机还要高。与航天飞机相比,空天飞机不需要规模庞大、设备复杂、造价昂贵的发射场,并且空天飞机完成一次飞行后,经过一星期的维护就能再次起飞,这样,就大大降低了成本。

航天母舰会成为现实吗?

我们大家都知道,发射卫星、飞船和航天发射场的位置应设立在尽量靠近赤道的低纬度地区,因为只有在纬度为零情况下,航天器才能达到最大的速度优势:火箭速度加上地球自转速度。像俄罗斯的拜科努尔发射场、美国的卡纳维拉航天中心、法国的库鲁以及日本的内之浦宇宙发射场、中国的西昌卫星发射中心等,都是基本符合这一条件的优良的航天发射基地。

不过,不管哪一个发射基地,都有不足之处,因为它限制了航天器轨道平面的倾角方案和用于其他目的的发射能力,有时还受到气象条件的干扰。于是,有人就想,如果建造一艘大吨位,能从赤道附近的国际海域发射航天器的“航天母舰”的话,不仅纬度的优势将更明显,而且以上几点不足也将消失。此外,从海上发射有助于选择任何一个合适的地点、时间发射,发动装置和其他一些珍贵的零部件也可能得到再次利用。这一设想也许很快就能变成现实。

空间飞行器的形状为什么千奇百怪?

空间飞行器,分属于人造地球卫星、飞船、空间站及探测器等人造天体。它们根据用途的不同,各以其特定的结构和方式运行在不同的轨道上。

空间飞行器的结构主要分为两部分:一部分是为满足特定用途如通信、导航、气象观测、资源探测、军事侦察等的专用系统;另一部分是共有系统,包括壳体系统、姿控系统、测探系统、温控系统及电源系统。

飞行器不仅结构复杂,且外形多样,如有球形、圆锥(zhuī)形、柱形、多面球形等;有的顶着“锅状”天线,有的伸出一块或几块平板,有的带有几根鞭状的细杆。为什么空间飞行器的形状千奇百怪呢它们之所以不像飞机、汽车、火车等具有统一的流线外形,是因为它们都是在近乎真空的条件下运动,不必要太考虑运动阻力,而主要是考虑空间发射和运行性能等因素,所以,其形状也就千差万别了。

飞行器能在太空呆多久?

飞行器拒绝死亡

2001年4月,位于西班牙马德里的深空天线网意外地接收到了一个异常微弱的电波信号。经查证,该信号是由一艘与控制中心失去联系近8个月的宇宙飞行器发回的。此前,科学家以为这艘名为“先锋10号”的飞行器大限已至,因此没料到还会收到它传回的信息。截至2002年,“先锋10号”已在太空中正常运行近30年时间,是宇航飞行器中超期限服务的精英之一。除“先锋10号”之外,“旅行者1号”、“旅行者2号”、“IMP-8号”都是拒绝死亡的精英飞行器。

早在上个世纪70、80年代,上述飞行器就已经有相当出色的表现,科学家借助它们在探索太空时传回的珍贵信息,得以对木星、火星、天王星和海王星等行星的大气状况以及太阳风在地球外围的活动情况有所了解。如今,在经过地面上的工程师们对它们进行远距离遥控修复及调试之后,这些精英们又将继续进行外太空星际探索,继续为宇航事业作出贡献。

“先锋10号”是在1972年3月2日发射升空去执行水星探索计划的。2002年3月2日,科学家向这艘早已光荣完成使命、超期服役的飞行器发去一组特殊的信号,以示祝贺。经过22小时,穿越了长达120亿公里的星际空间之后,“先锋10号”的回应信号到达了地球。它那甚至不如一只家用灯泡能量大小的信号,听上去却是那么悦耳、清晰(xī)。然而,如果没有地面人员的远程精细操控,“先锋10号”的最新讯息就完全有可能失落于茫茫太空。

黑暗中摸索

在经过25年的宇宙航行之后,“先锋10号”的天线指向发生了偏移。1997年,科学家们意识到他们必须重新为“先锋10号”的天线定向,让它指向地球,以便同它保持联系。但这一定向过程带有巨大的风险,就是“先锋10号”可能因此变成“哑巴”。为了保证定向操作所需的能量,就不得不暂时关闭“先锋10号”的传送器,然后又打开,接着又关闭、打开数次。在寒冷的深空中,这样的操作有可能产生热震荡,从而损坏传送器。可喜的是,经过90分钟的定向操作之后,“先锋10号”安然无恙。这可真是一个了不起的成就。

“先锋10号”的设计目的是探测木星,从理论上说,以“先锋10号”的速度从地球去木星只需21个月,但是为了到达木星,“先锋10号”必须穿越当时被认为是不可逾越的小行星带。当时是20世纪60年代,科学家手中掌握的有关小行星运行的资料相当有限,仅测定出约3000颗体积稍大的小行星的运行轨迹。而对于小行星带中存在的大量微粒,则无法确定其对飞行器的撞击危害性。于是,设计者将飞行器造得尽可能坚固,以便让它能实地检测小行星带的危险性。事实证明,小行星带中的微粒并不会对飞行器造成损害。经过30年的摸索之后,“先锋10号”终于为未来的所有宇航飞行器找到了一条穿越小行星带的安全路径,并且拍摄了木星及其卫星的第一批近距离照片,接着向太阳系的外围进发。1997年“先锋10号”正式宣告退休。但它作为有价值的空间资源,退休之后仍将被用于地面控制中心调度人员的培训及通讯技术的课题开发等。

月球车是怎么回事?

在月球表面行驶并对月球考察和收集分析样品的专用车辆,叫月球车。它分为无人驾驶月球车和有人驾驶月球车。

无人驾驶月球车由轮式基盘和仪器舱组成,用太阳能电池和蓄电池联合供电。月球车根据地球上的遥控指令,在高低不平的月面上行驶。遇到紧急情况,月球车上有一套特殊装置能避免颠覆(diānfù),能自动进行工作。

有人驾驶月球车,由宇航员驾驶在月面上行走,主要用于扩大宇航员的活动范围和减少宇航员的体力消耗,存放和运输由宇航员采集的土壤和岩石标本。它的动力是由蓄电池供应的。

1970年11月,前苏联把世界上第一个无人驾驶的月球车送上月球。1971年9月,美国“阿波罗”15号飞船登上月球,2名宇航员驾驶月球车在月面上行驶了27和35千米。

什么是卫星式飞船?

苏联发展载人航天,选择了先发射无人卫星式飞船的途径,为载人飞行作技术准备。它实际上就是无人驾驶的“东方”号飞船的试验飞行,目的是考核飞船和进行动物飞行试验。

卫星式飞船由密封的回收舱和设备舱组成,返回时,设备舱与回收舱分离,然后在大气层中烧毁。

1960年5月15日发射“卫星式飞船1”号,回收失败。

1960年8月19日发射“卫星式飞船2”号,载有“别洛卡”和“斯特雷卡”两条小狗,还有50只老鼠。第二天成功返回地球。

1960年12月1日发射“卫星式飞船3”号,载有两只小狗。返回时由于再入角过大,回收没有成功。

1961年3月9发射“卫星式飞船4”号,载有一条小狗,成功返回地面。

1961年3月25日发射“卫星式飞船5”号,载有一条小狗,成功返回地面。

成功返回,是载人航天必须解决的一个关键技术问题。这中间存在许多失之毫厘差之千里、一步失误全盘皆(jiē)输的技术因素。

首先,要将飞船由轨道运行的姿态调整到返回的姿态,使飞行方向与地平线成预定的夹角(即再入角)。再入角的些许误差都会造成返回的失败。

其次,飞船的返回舱要与不返回的舱段顺利分离。因为不返回部分没有防热措施,通过稠密大气层时会燃烧,这会殃及返回舱。同时会加大落地时的冲击,使返回舱撞毁。

第三,返回舱要能经受住制动(反推)火箭点火熄火时产生的剧烈振动,进入稠密大气层时的巨大冲击过载和此后的减速过载。

第四,返回舱还要能经受得住通过稠密大气层时产生的上万摄氏度的高温,而不被烧毁。

最后,返回舱要能安全着陆而不被摔毁。

苏联5次卫星式飞船的发射、飞行和返回试验,检验了飞船的结构性能,可以保障载人飞行和返回的安全;同时,通过大量的太空生物试验,证明了人可以经受住航天环境因素的考验。

这些卫星式飞船的发射、飞行和返回,当时在全球制造了浓厚的气氛:苏联很快就会将第一名航天员送入太空了。

何为“东方”号计划?

“东方”号计划是苏联的第一个载人航天计划,共6次载人绕地球飞行。

“东方”号飞船由密封座舱和仪器设备舱组成。密封座舱为球形,外径2.3米。舱内为氮氧混合气体,二氧化碳浓度不大于1%,温度为15-20℃,相对温度为30-70%。

密封座舱内除生命保障系统外,还有自动控制和手动控制系统、通信系统、自动信息记录系统、定向系统、飞行控制系统、温度调节系统、测量轨道参数的设备系统、化学电池、测量人体生理功能的仪器仪表、电视、摄像机、制动火箭和着陆系统等。

返回程序与卫星式飞船相同,即制动火箭点火,进入返回轨道,仪器设备舱与密封座舱分离,在稠密大气层中烧毁。航天员可乘密封座舱着陆,也可在离地面约7000米时,用弹射座椅弹出密封座舱,然后用降落伞着陆。

“东方”号计划取得了抢先将航天员送入太空的荣誉。根据美国要抢先载人登月的竞争态势,后来又尽量延长在轨道上的飞行时间,增加轨道高度,并练习两艘飞船在轨道上的会合,编队飞行,这显然是为轨道对接和长期太空生活作准备。“东方3、4”号在轨道上会合时的最小距离为6.4千米,“东方5、6”则为4.8千米。

“东方”号计划还赢(yíng)得了首先将女航天员提列什科娃送入太空的荣誉。

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