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    2001年的4月是值得纪念的1个月，这不仅因为4月12日是世界航天第一人加加林登天40周年，世界第一架航天飞机哥伦布比亚号发射20周年，而且4月19日还是世界第一座空间站礼炮1号升空30周年，它们都具有里程碑的意义。

    空间站的问世，标志着人类大规模开发太空资源进入一个崭新阶段。这种可供多名航天员长期居住和工作的空间大厦，好像人造天宫，它依靠运输器提供生活用品等，使得人类到太空生活不再是梦想。

    三种载人航天器

    1961年4月12日，前苏联航天员加加林乘宇宙飞船进入太空，从而开创了载人航天的新纪元。此后，美苏在载人航天领域展开了激烈竞争，先后研制出宇宙飞船、空间站、航天飞机这3种载人航天器，其中宇宙飞船和航天飞机主要用于天地往返运输，在太空飞行时间一般不超过20天；而空间站不返回地面，在太空长期运行，主要用于观天看地、、科学研究、太空生产和在轨服务等。

    美苏都希望通过建立空间站来控制太空，从而控制地球；利用空间站能长期载人的优势进一步研究地球环境和宇宙空间，并开发太阳系；通过空间站实现空间工业化生产，获取地球上很难或根本无法得到的产品；在其上能充分发挥航天员观察判断等高超的主观能动性，组装和维修各类航天器；可作为太空中转站，把航天员送到外行星上去；它是理想的军事观察站、指挥所及武器试验场……

    在空间站的发展模式上，美苏采取了不同的战略方针，后来出现了差异甚大的不同结果。前苏联把开展空间站作为一项国策，采取了积极稳妥、循序渐进的方式，最大限度地利用了成熟技术，因而在空间站领域技高一筹，现已独立发射了8个空间站，在轨运行的和平号是其代表作。美国则采取争先踊跃式，由于过多注重先进性而缺乏连续性和继承性，所以至今只自行发射了1个空间站。

    目前正在建造的“阿尔法”国际空间站是由16个国家合作研制的，它代表了当代空间站的最高水平。

    空间站的两种构型

    从1971年4月19日前苏联发射世界第1个空间站礼炮1号到现在，美苏一共把9个空间站送上了太空，目前还正在联合建造国际空间站。这些空间站从总体构型上大致可分为两种，一种叫舱段式空间站，另一种叫桁架式空间站，后者又称一体化组合综合轨道基地。

    舱段式空间站由数个舱段连接组成，它包括居住舱、实验舱、资源舱、对接过渡舱和气闸舱等，其中居住舱内有卧室、餐厅和卫生间，是航天员生活和休息的场所；实验舱内安装各种实验设备和观测装置，是航天员进行实验研究和对地对天观测的场所；资源舱用来安装推进系统，气瓶水箱和电源设备等，为整个空间站提供动力和电源；对接过渡舱有多个对接口，可同时停靠多艘载人飞船或其他航天器；气闸舱是航天员在轨道上出入空间的通道。

    舱段式空间站以圆筒形压力舱作为结构基础，一般由运载火箭一次发射入轨，入轨后太阳电池阵等部件自行展开投入工作。工作正常后再由载人飞船或航天飞机把人送往空间站上。其特点是所用硬件少，压力舱容积大，可进行大量舱内实验；空间站主体对地定向，故便于对地观测；最主要的长处是不需要航天员出舱组装，因而较为简单。其缺点是太死板，不够灵活，很难改变形状，尤其在压力舱出现重大故障需取下来才能修理时是很困难的；太阳电池阵的可展开面积小，输出电力受到限制；控制系统设计比较复杂，需细心建立结构的数学模型和设计控制软件。

    世界上现已发射的9个空间站均属于舱段式构型，但它们又可分为三代。

    1971－1977年前苏联发射的礼炮1号至5号和美国发射的“天空实验室”为第一代，具有试验性质，寿命都不长。前苏联礼炮6号、7号空间站是第二代，它们分别于1977、1978年入轨，属于实用型。

    第一二代空间站均是单模块式空间站，第三代空间站则是多模块式组合，即由多个舱段在空间交会对接后像搭积木一样组合而成。它是舱段式空间站的合理发展，每个舱段都有其独立的电源及控制系统，因而比较灵活，具有功能强、使用范围广等特点，部分解决了单模块式空间站存在的问题。其典型代表是前苏联1986年发射的和平号空间站。

    桁架式空间站可以克服舱段式空间站存在的许多问题。其主要特征是以长达数十米或上百米的巨大桁架为骨架，各种舱段、设备、太阳能电池板等都挂接在桁架上。通常，实验舱和居住舱等位于桁架的中部，而太阳能电池板和大型抛物面开线等安装在桁架的两端。目前，美国、俄罗斯、欧空局、日本和加拿大等正在联合建造的国际空间站基本属于桁架式构型。

    这种空间站灵活性更强，安装在桁架上的舱段等均可以很方便地装卸、修理和更换；全采用统一的服务设施，集中供电、供气、散热、姿态控制、交会对接，使每个组成模块的功能单一化，大大提高全站的效率；其结构不像舱段式空间站那样紧凑，有效载荷能方便地从对接口出入，桁架间的宽阔空间可以安装各种观测仪器和增设太阳能电池板，因而观测视场好、容易扩展；由于采用三角形桁架结构，故刚度大，并可利用重力梯度稳定姿态，使其控制系统比舱段式简单。这些都是未来大型空间结构的发展方向。

    当然，桁架式空间站也不是十全十美的，其主要缺点是太复杂，不仅需要运载火箭或航天飞机多次发射，分批将空间站的桁架结构、种种舱段和太阳能电池板等运到空间轨道上，还需要航天员多次出舱组装，因而费用高，风险大。另外，在使用上其总的微重力水平不如自由飞行的单模块舱段式空间站，实验舱在站上的位置不同，其微重力水平也有优劣之分。

    太空生活不是梦

    未来的空间站将向大型空间基地方向发展。所谓空间基地就是除具有空间站的全部功能外，还可以对其它航天器进行加注、维修和更换仪器等在轨服务。在空间基地上还可建空间工厂，生产特殊材料和药品等，使载人航天进入真正的应用阶段。

    站内航天员一般每隔90天轮换一次，由飞船或航天飞机接送，大型实验或空间装配任务可由几批航天员连续完成。它还可广泛用于军事，进行侦察与监视等。

    冷战时期，美苏曾为夺取制天权在空间站领域开展过激烈的争夺，其目的之一就是为军事服务。前苏联礼炮2号、3号和5号均为军用空间站，而礼炮1号则是军民两用站。军用和民用空间站除了在通信制式和频段等方面不同外，主要区别有两点：一是军用空间站运行轨道较低，为260－270千米高，以便进行军事侦察，但需要定期进行轨道校正；二是军用空间站飞行周期短，且需要定期弹射回侦察密封舱。另外，军用空间站上大多装有高分辨率摄像机，站上所有航天员和飞行工程师都是军人。前苏联礼炮7号也进行过用空间站来支援陆、海、空军事行动的可能性的评定试验以及侦察和监视活动。大名鼎鼎的和平号则在1991年的海湾战争中异常活跃，获取了大量情报。

    实践证明，空间站可更有效地完成侦察和监视地面目标的任务；能部属和修理军事卫星；可拦截和摧毁卫星、导弹；能建立既安全、视野又广的指挥中心；可作为特殊武器试验场，甚至轨道兵站或攻击站。使战争更加立体化。

    人类现在已经完成了试验性空间站的发展阶段，“阿尔法”国际空间站的建造，标志着永久性空间站的发展阶段已经开始，它将使载人航天的意义更加明朗化。

    目前的空间站对地面依赖很大，因而已出现空间站“放”得起，“养”不起的局面（和平号是一个典型）。为此，未来的空间站将提高自主性，这需要开发一些新技术，例如研制再生式生命保障系统，使航天员呼出的二氧化碳和解出的小便及其它废水变成有用的氧气、生活用水和卫生用水，给航天员复用，形成循环过程；在空间站上栽种植物、养动物，解决食物自给，并形成氧气的自然循环，等等。

    为使人类长期在空间站上生活和工作，克服太空环境给航天员带来的心血管异常、骨质疏松等不利影响，减少航天轮换次数，提高工作效率，未来的空间站将既具有微重力环境（用于科研和生产），又具有为航天员创造的人造重力环境（现已有多种方案）。

    此外，未来空间站的建造还将遇到大型结构件的展开、研制能防空间粒子辐射且灵活方便特殊航天服、效率更高的大功率电源、像轮船上的救生艇一样方便可靠的救生设备、微型载人机动装置等一系列技术难关。

    如果能克服这些千难险阻，则能进一步使太空人类化，从而开辟更加美好的空间文明时代。

《科技日报》 2001年10月22日

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