(一)什么是空間站?
空間站,也稱為軌道站或太空站,是一種能長期在地球低軌道上運行的大型載人航天器,航天員可以長期在上面生活和工作,這種大型航天器能在軌道上與飛船或航天飛機對接,由飛船或航天飛機為它運送人員和物資;空間站與飛船或航天飛機的主要區(qū)別是它沒有主推進系統(tǒng)和著陸設備,因此它不能在軌道上作機動飛行和返回著陸。
(二)為什么要發(fā)展空間站?
根據(jù)不同國家和不同的歷史階段,發(fā)展空間站有不同的動機和目的。一般而言,一個國家發(fā)展空間站主要有四個目的:第一是政治目的,即為了顯示國家的綜合實力,或者是為了在政治上“壓倒”對方,在載人航天領域取得領導地位,上世紀冷戰(zhàn)時期,這是美蘇發(fā)展空間站的主要目的;第二是科技目的,即將空間站作為建在太空的科學實驗室,在上面進行各種科學研究和實驗;第三是經(jīng)濟目的,利用空間站進行太空生產(chǎn),或者發(fā)展太空旅游;第四是軍事目的,將空間站作為建在太空的“軍事堡壘”。
(三)空間站有幾種類型?
按用途分,空間站可分為民用和軍用兩種類型:民用空間站如前蘇聯(lián)的和平號空間站和美國的國際空間站;軍用空間站如前蘇聯(lián)的禮炮2號、禮炮3號和禮炮5號空間站以及美國空軍曾經(jīng)計劃研制的“載人軌道實驗室”。
按發(fā)射方式劃分,空間站可分為整體式和模塊式兩種。早期的空間站都是整體式,如美國的“天空實驗室”和前蘇聯(lián)的禮炮號,它們都是在地上組裝好,并裝上各種生活用品和實驗儀器,然后整體空間站發(fā)射上去,航天員則乘坐載人飛船上去訪問;后來由于技術的改進,采用模塊式建造,即先發(fā)射一個核心艙,然后將不同用途的艙室一個接一個發(fā)射上去,在軌道上組裝起來,形成一個整體,如前蘇聯(lián)的和平號空間站和現(xiàn)在的國際空間站。
(四)迄今為止在太空一共發(fā)射或建造過多少空間站?
到目前為止美國和蘇聯(lián)/俄羅斯一共發(fā)射或建造過4種類型的空間站,共10艘,其中包括前蘇聯(lián)在1971-1986年間發(fā)射的7艘禮炮號空間站,它們是禮炮1號至7號,不過禮炮1號對接失敗,禮炮2號發(fā)射失敗,禮炮3號對接失敗,除了禮炮4號,其余的禮炮5、6、7號都曾發(fā)生過一次對接失敗。此外還有美國于1973-1974年間發(fā)射的“天空實驗室”,前蘇聯(lián)和俄羅斯于1986-1999年間建造的和平號空間站,以及至今還在軌道上運行的國際空間站。
(五)一個大型空間站由哪些系統(tǒng)組成?
一個大型空間站至少由十大系統(tǒng)組成:
1.結(jié)構(gòu)系統(tǒng);
2.電力系統(tǒng);
3.熱控系統(tǒng);
4.姿態(tài)測定與控制系統(tǒng);
5.軌道導航和推進系統(tǒng);
6.自動化和機器人系統(tǒng);
7.計算與通信系統(tǒng);
8.環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng);
9.航天員居住系統(tǒng);
10.人員和物資運輸系統(tǒng)。
(六)中國的空間站
2010年10月27日,中國載人航天工程新聞發(fā)言人表示,我國載人空間站工程已正式啟動實施,2022年前后將建成規(guī)模較大、長期有人參與的國家級空間實驗室。我國載人空間站工程分為空間實驗室和空間站兩個階段實施。2016年前,研制并發(fā)射空間實驗室,突破和掌握航天員中期駐留等空間站關鍵技術,開展一定規(guī)模的空間應用;2020年前后,研制并發(fā)射核心艙和實驗艙,在軌組裝成載人空間站,突破和掌握近地空間站組合體的建造和運營技術、近地空間長期載人飛行技術,并開展較大規(guī)模的空間應用。我國載人空間站工程建設,將充分繼承載人航天工程前期成果,繼續(xù)使用已有的神舟飛船、長征二號F運載火箭、發(fā)射場和著陸場。載人空間站建成后,將全面實現(xiàn)我國載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略,進一步推動我國載人航天技術向更高水平發(fā)展,為推動國家科技進步和創(chuàng)新發(fā)展、提升綜合國力、提高民族威望做出重要貢獻。
(七)我國空間實驗室的主要任務是什么?
空間實驗室系統(tǒng)的主要任務有:
1.進一步掌握飛行器空間交會對接技術;
2.突破航天員中期駐留、飛行器長期在軌自主飛行、再生式生保和貨運飛船補加等關鍵技術;
3.驗證天地往返運輸飛船的性能和功能;
4.進行一定規(guī)模的空間應用。
(八)我國空間實驗室如何組成和布局?
目前我國正在研制的空間實驗室采用兩艙構(gòu)型,分別為實驗艙和資源艙,實驗艙由密封的前錐段、圓柱段和后錐段組成,密封艙可保證艙壓、溫濕度、氣體成分等航天員生存條件,可用于航天員駐留期間在軌工作和生活,密封的后錐段安裝再生生保等設備。實驗艙前端安裝一個對接機構(gòu),以及交會對接測量和通信設備,用于支持與飛船實現(xiàn)交會對接。資源艙為軌道機動提供動力,為飛行提供能源。
(九)空間實驗室有什么關鍵技術?
空間實驗室階段關鍵要突破飛船空間交會對接技術?臻g交會對接技術難度很大,在對接過程中,如果計算不準,就可能發(fā)生飛船相撞事故。因此,需要進行大量試驗才能掌握這一技術。
(十)什么是交會對接?
兩個或兩個以上的航天器通過軌道參數(shù)的協(xié)調(diào),在同一時間到達太空同一位置的過程稱為交會。對接是在交會的基礎上,通過專門的對接機構(gòu)將兩個航天器連接成一個整體。實現(xiàn)兩個航天器在太空交會對接的系統(tǒng)稱為交會對接系統(tǒng)。
交會對接系統(tǒng)通常包括跟蹤測量系統(tǒng)、姿態(tài)與軌道控制系統(tǒng)、對接機構(gòu)系統(tǒng)等。兩個航天器在太空進行對接,其初始條件是兩者保持對接機構(gòu)的同軸接近方式和確定的縱向速度,以及在其他線坐標和角坐標上的速度為零。但兩個航天器之間的實際相對運動參數(shù)總是有偏差的。一般情況下,兩個航天器之間的相對位置及其平動速度通常是靠主動航天器軌道控制系統(tǒng)和兩個航天器的姿態(tài)控制系統(tǒng)來維持的,前者適用于控制質(zhì)心的平動運動,后者適用于控制繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動運動。航天器的空間交會對接控制方法有兩種,一種是人工控制、另一種是自動控制。用人工控制來完成太空交會對接可以提高交會對接的成功率。自動控制交會對接可靠性高,不需考慮人員的安全和救生問題。在航天器的交會對接技術方面,未來的發(fā)展趨勢是人工控制和自動控制相結(jié)合,以提高交會對接的靈活性、可靠性和成功率。
(十一)空間實驗室和空間站有何區(qū)別?
空間站比空間實驗室規(guī)模更大,艙段組成更多,結(jié)構(gòu)更復雜,在軌運行時間更長,因此能容納更多的航天員在上面工作和生活。無論是空間實驗室或是空間站,它們的主要用途就是在上面進行科學研究、觀察和實驗,由于空間站比空間實驗室規(guī)模大,組成艙段多和運行時間長,因此能放置更多的設備儀器在上面,航天員利用這些設備儀器可以進行多種學科的實驗研究,包括生命科學、物理學、地學、材料科學和發(fā)展先進技術等。有些科學問題是不能在空間實驗室上進行研究的,如長期航天對人體的生理影響,只能在空間站上研究。
(十二)中國載人航天工程“分三步走”是什么意思?
1992年9月21日,中國載人航天工程正式被批準,代號“921工程”,并成為我國空間科學實驗的重大戰(zhàn)略工程之一。“921工程”啟動伊始,便確立了“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。第一步是載人飛船階段。通過神舟五號和神舟六號已圓滿完成,把中國航天員送上太空,完成了多人多天飛行,而且能準確回到預定地點。第二步是空間實驗室階段。掌握交會對接技術,成功對航天員中期駐留太空進行了驗證;完成天宮一號目標飛行器與神舟八號、九號、十號飛船對接、組合飛行任務;天宮二號空間實驗室與神舟十一號飛船飛行任務;實現(xiàn)天舟一號貨運飛船與天宮二號交會對接,驗證推進劑在軌補加技術,完成運送貨物補給任務。第三步是空間站建造階段,解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應用問題。