书城童书我的第一本航天科学探索发现全纪录
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第19章 重大发明与发现(6)

经过51小时49分钟的飞行后,“阿波罗”18号和“联盟”19号在漆黑的太空中缓缓驶向对方,最后成功地实现了对接,像两只大手一样紧紧地握在一起。接着,两国宇航员开始互访。当对接过渡舱的舱门一打开,两位飞船指令长——列昂诺夫和斯坦福德的手就热烈地握在一起。列昂诺夫用英语对斯坦福德说:“很高兴见到您。”全世界的电视观众都兴奋地看到了这一具有历史意义的画面。

在第一次历时10个小时的互访中,两国宇航员相互交换了国旗,并收到了苏联领导人勃列日涅夫发来的贺电。7月18日,即第一次互访后的第二天,两国宇航员开始第二次互访。当飞船飞经苏联伏尔加格勒上空时,苏联宇航员库巴索夫面对电视摄像机,向美国宇航员布兰德回顾了第二次世界大战期间,苏联红军在这里与德国法西斯进行的战斗。互访快结束时,斯坦福德向苏联观众转达了美国人民的良好祝愿。此后,两国宇航员又进行了两次互访,他们像一个友好大家庭的成员一样,一起进行科学实验,一起表演电视节目,一起回答两国新闻记者们提出的问题。两国宇航员联合进行的科学实验共有5项,包括人造日食实验、带状菌生物节律实验、微生物交换实验和紫外线吸收实验。经过6天飞行后,“阿波罗”18号和“联盟”19号飞船彼此松开了紧握在一起的“手”,带着32项令人满意的科学实验结果满载而归。

美苏两国这次“太空握手”缓和了长期以来两国间你争我夺的太空竞赛,得到了全世界的赞誉。20年后,1995年6月29日至7月4日,美国压特兰蒂斯号航天飞机进入轨道开始追逐俄罗斯和平号空间站,经过41个小时飞行进入对接距离之内。当距离缩短到82米时,亚特兰蒂斯号驾驶员操纵航天飞机以3厘米/秒的速度慢慢靠近和平号空间站的对接处,不久,这两个以相对于地面2.8万公里/小时速度运行的航天器对接成功。这次“太空握手”与20年前相比,规模大、时间长,而且合作的项目更多。它促进了国际航天站的建立,推动了航天技术的发展。

航天器对接是指受控航天器通过对接装置与另一航天器相互接触,并通过对接机构将二者连接为一个整体的过程。人们掌握了这项技术,就可以把巨大而沉重的物体分批送入太空,再组装起来,像搭积木一样把一个个的舱体组合成一个大的整体。这是完成航天站、航天飞机、太空平台和空间运输系统的太空装配、回收、补给、维修、宇航员交换及营救等任务的先决条件。

运载火箭之王

为实现载人登月,苏联从20世纪50年代末就开始研制H—1重型运载火箭,但在研制过程中屡遭挫折。1974年5月,苏联停止执行H—1火箭计划,开始了“能源号”火箭的研制。

“能源号”火箭长约60米,总重2400吨,起飞推力3500吨,能把100吨的有效载荷送入近地轨道。如果加上第三级火箭,则可把18吨的有效载荷送入地球静止轨道。它的运载能力比美国航天飞机还大4倍,堪称世界运载火箭之王。

“能源号”火箭继续沿用了苏联大型运载火箭自20世纪50年代后期以来广泛采用的横向捆绑助推器的结构形式,由两级组成。第一级是助推级,第二级是芯级。助推级由4个相同的助推器构成,每个助推器长32米,直径4米,质量约为375吨。助推器由液氧箱、箱间段、煤油箱和尾段组成。尾段内装设一台4燃烧室的发动机,由一个配置在4个燃烧室之间的涡轮泵同时向4个燃烧室输送推进剂;芯级是苏联第一个采用液氧液氢火箭发动机的火箭级,长60米,直径8米,总质量约为800吨。推进剂约700吨,其中液氢100吨,液氧600吨。芯级上部是液氢箱和液氧箱,液氢箱长约40米,底部装有4台单燃烧室的液体火箭发动机。

与苏联以往的运载火箭相比,能源号的有效载荷并不配置在火箭的头部,而是安装在芯级的一侧。另外,“能源号”火箭并不直接将有效载荷运送入轨,而仅将其加速到亚轨道速度,在预定的轨道高度与有效载荷分离。有效载荷在分离后尚需依靠自身的发动机提供推力,加速飞行,直至进入所要求的轨道。由于“能源号”并不直接将有效载荷运送入轨,因此除轨道飞行器外,其他有效载荷都装在火箭旁侧的大型通用货舱内。货舱配有自己的推进系统。货舱长42米,直径6.7米,内部有效容积达1000立方米,净质量约15吨。

能源号发射时,第一、二级发动机同时点火,到达64公里高空时,火箭助推器工作完成后,可由地面控制成对地脱离芯级火箭回收,经修理能重复使用50次。芯级火箭继续把有效载荷送入200公里左右的低地球轨道,然后火箭落于太平洋的预定海域。

“能源号”火箭的总设计师是古巴诺夫,有近百个设计局、工厂、企业和研究所直接参加了“能源号”的研制工作。为了保证能源号的高可靠性,古巴诺夫利用计算机进行过500次各种故障试验,借助200种实验装置对火箭整件和组件进行过6500多次试验,对全尺寸实物模型进行了5次试验。即使能源号的第一级或第二级火箭的一台发动机发生意外故障停机时,它也仍能继续有控制的飞行。

1988年11月15日,能源号火箭将不载人的暴风雪号航天飞机载入太空轨道飞行,奠定了它的运载火箭之王的地位,为苏联航天技术的进一步发展建立了新的功绩。

“能源号”的近地轨道发射有效载荷的能力远超美国的土星五号火箭一倍多。作为一种多用途运载工具,它既可用来发射航天飞机,也可为和平号轨道站发射组合舱,还可运送大型设备到轨道上建立太阳能发电站和完善太空基地,以及将来向月球或火星发射载人航天器。

阿丽亚娜勇闯宇宙迷宫

众所周知,人类历史上的第一枚现代运载火箭是在1957年由前苏联发射成功的,它把世界上第一颗人造地球卫星送入了太空,从此为人类发展航天运输和空间应用技术开了先河。在欧洲,虽然德国的V-2火箭被公认为是后来人类现代运载火箭和洲际弹道导弹发展的雏形。但二战结束后,德国作为战败国,这项技术不仅被迫搁置,而且美国还从德国掠走了大量的火箭部件和技术设计人员,从而壮大了本国的火箭技术开发实力。由于历史政治原因,欧洲一直没有大规模发展航天运输技术。1973年7月,由法国倡议,联合西欧11个国家成立了欧洲空间局,开始联合投资研制运载火箭,他们把火箭命名为——阿丽亚娜。

阿丽亚娜是古希腊神话中的一个人物。传说在地中海克里特岛上,有一座地下迷宫,里面住着一个长着牛头人身的怪物,每年人们都要从雅典向迷宫内敬献15对童男童女,供这个怪物享用。国王米诺斯的公主阿丽亚娜,是一位美丽善良的姑娘,为了保护她不受怪物的伤害,国王赏赐给她一把护身魔刀,修建迷宫的工匠也特意送给她一卷走出迷宫的线团。雅典王子塞休斯是位英俊勇敢的青年,他装扮成童男随进贡队伍来到克里特岛,决心除掉迷宫中的怪物,解救雅典人民的苦难。阿丽亚娜公主见到塞休斯王子后,晚上悄悄来到塞休斯的住处,把魔刀和线团交给他,并向他表达自己坚贞的爱情。塞休斯进入迷宫,把线团的一头拴在迷宫的大门上,然后放开线团,一路打入迷宫,用魔刀杀死了怪物,又顺着线团走出迷宫,同正在等待他的阿丽亚娜一起,逃离了苦海。阿丽亚娜作为战胜魔怪的象征,在经过几千年之后,成为了征服宇宙迷宫的欧洲运载火箭之名。

阿丽亚娜火箭的总设计师是法国科学家弗雷德里克·达莱。他于1966年进入法国空间研究中心工作。从此,他的生活与欧洲火箭的发展紧密的联系在了一起。1970年后成为阿丽亚娜火箭计划的负责人,承担这种火箭的技术设计和研制任务。在他的领导下,经过6年的努力,攻克了一系列技术难关,1979年12月24日,第一枚阿丽亚娜1型火箭从南美洲圭亚那的库鲁航天中心发射上天,终于冲出宇宙迷宫,开辟了欧洲联合自强通向太空的道路。

与其他国家运载火箭的不同之处在于,阿丽亚娜运载火箭主要用于发射商业有效载荷。进入20世纪80年代以后,国际商业卫星发射市场呈现了供不应求的局面。为此,欧洲空间局又在阿丽亚娜1型运载火箭基础上陆续研制了阿丽亚娜2型、阿丽亚娜3型、阿丽亚娜4型运载火箭。1987年11月,欧洲空间局部长级会议正式批准研制阿丽亚娜5型大型运载火箭。

1996年6月4日,法属圭亚那库鲁航天中心一个直径5.4米,高约50米的银灰色巨箭昂首矗立在一个巨大的发射平台上,这就是有名的阿丽亚娜5型运载火箭。它是在6月3日清晨由总装厂房转送到发射区的,当时,四周可通行的道路全部被封锁,直升机在空中巡逻,以防某些人员图谋不轨。阿丽亚娜5号火箭在起飞前的几个钟头一直不顺利,先是凌晨下了大雨,后来又转为多云加小雨。到上午8点30分左右,仍无法发射,地面控制中心的大屏幕上一直有两个红条,分别表明天气和气象条件均不具备。9点27分左右,大屏幕上出现了绿条,表明发射时机成熟,此时发射进入倒计时。9时33分59秒,一团白色的蒸汽和耀眼的光芒出现,接着带有两个助推火箭的阿丽亚娜五号火箭携着四颗卫星,拖着一条长长的火焰,缓缓升起,扶摇直上,向高空飞进。观看的群众沸腾了,掌声不断,人们的脸上洋溢着胜利的微笑。起飞37秒后,忽然,火箭头部一低,随即发生了爆炸;接着41秒后,助推火箭也发生了爆炸,火箭与卫星的碎片变成一个个火球向下溅落。人们惊呆了,不少人禁不住流下了眼泪。就这样,耗资71亿美元、牵动十几个国家、涉及数万名技术人员、三千多个日日夜夜的心血,在短短几秒钟内化成了泡影。虽然首次发射不幸失败,但为以后的研制工作积累了丰富的经验。1997年10月30日,阿丽亚娜5型运载火箭进行第二次鉴定发射时,终于获得了成功。

阿丽亚娜5型运载火箭是目前世界上运载能力最大的商用运载火箭。它只有50米高,重却达750吨。当进行单星发射任务时,它可以把6500公斤的有效载荷送入地球同步转移轨道,而进行双星发射任务时,可以把6000公斤的有效载荷送入相同的轨道。由于目前世界上最大的商业通信卫星质量不超过5.5吨,而大部分商业通信卫星的质量介于2.5~4吨之间,因而阿丽亚娜5型运载火箭不仅具有发射世界上最大的高轨道商业通信卫星的能力,还具有一箭发射两颗较大高轨道卫星的能力,这样可以大大降低用户的发射成本。

阿丽亚娜系列火箭的成功,是欧洲联合自强的一个象征,目前世界商业卫星的发射业务大约有50%由阿丽亚娜火箭承担。

欧洲空间局正式成员国有比利时、丹麦、法国、德国、爱尔兰、意大利、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士和英国,非正式成员国有奥地利和挪威。加拿大为观察员。欧洲空间局在1979年后成功地发射了几十颗人造地球卫星,并与美国联合研制了可供多次使用的载人航天器“空间实验室”。目前,欧洲空间局正在积极推行航天飞机和太空站计划。

太空“礼炮”

人类并不满足于在太空作短暂的旅游,为了开发太空,需要建立长期生活和工作的基地。于是,随着航天技术的进步,在太空建立新居所——空间站的条件成熟了。前苏联在同美国竞争登月失败后,为了在下一轮的竞赛中获得主动,决定全力以赴发展空间站计划。

1970年,前苏联开始了“礼炮1号”空间站的建造工作。与此同时,他们对“联盟号”飞船进行了改装,以便使之成为空间站的辅助运输工具。1971年4月19日,人类历史上第一座空间站——“礼炮”1号发射升空。它在太空运行6个月,相继与“联盟10号”、“联盟11号”飞船对接组成轨道联合体,每艘飞船各载3名宇航员,共在空间站上停留了26天。从此,载人太空飞行进入了一个新的阶段,人类在太空长期工作和生活的愿望成为了现实。

从“礼炮1号”到“礼炮5号”被认为是第一代礼炮号空间站。它们与联盟号宇宙飞船对接,组成“礼炮—联盟”航天复合体。第一代礼炮号空间站由三大部分组成:过渡舱、工作舱和设备舱。过渡舱一般长3米,直径2米,主要用于装载一些重要的仪器和设备。工作舱由两个直径不同的圆柱体组成,总长为9米左右。第一工作舱内有能操纵空间站的主工作台及控制站上系统工作的仪器。此外,生命保障系统的控制板及空气再生装置也在此舱内。第二工作舱内设有科学仪器舱,其内装有X射线望远镜等仪器。此外,这里设有食品冷藏柜、供水系统的水箱、两个向舱外排除各种废物用的气闸室及在壁橱内的保健卫生包,上部设有睡眠袋。工作台后侧是“太空体育场”,装有自行车测功器和跑步器。设备舱直径为2.2米,长度为3.7米。这是非密封舱段,其内装有轨道修正发动机装置及姿态控制发动机组和电视摄像机等设备。

第一代礼炮号空间站只有一个对接口,即只能与一艘飞船对接飞行。站上的食品、氧气、燃料储备有限,补给问题无法解决,轨道站的寿命也不是很长。所以经过改进,第二代的“礼炮”6号和7号两座轨道站增加了一个对接口,可以同时与两艘飞船对接组成轨道复合体。除接待“联盟号”载人飞船外,进步号货运飞船定期飞往轨道站,为宇航员运送工作和生活所需的物品,包括燃料和科学实验设备。这样就使宇航员在站上的活动范围更广,停留时间延长。

“礼炮6号”在太空飞行近五年,共接待18艘“联盟”号和“联盟T号”载人飞船。有16批33名宇航员到站上工作,累计载人飞行176天。其中1980年宇航员波波夫和柳明创造了在空间站飞行185天的纪录。礼炮7号空间站进入轨道飞行后,接待了“联盟T号”飞船的11批28名宇航员,其中包括第一位进行太空行走的女宇航员萨维茨卡娅。1984年,宇航员基齐姆维约夫和阿季科夫在空间站创造了237天的飞行纪录。“礼炮7号”空间站载人飞行累计达800多天,直到1986年8月停止使用。

通过研制及运行“礼炮6号”和“礼炮7号”这两个实用空间站,苏联积累了相当丰富的载人航天经验。不久,更新一代的航天站“和平”号上天,开辟了载人航天从考察试验向广泛进行生产活动过渡的新阶段。