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空间站知识锦囊

(一)什么是空间站?

 

空间站,也称为轨道站或太空站,是一种能长期在地球低轨道上运行的大型载人航天器,航天员可以长期在上面生活和工作,这种大型航天器能在轨道上与飞船或航天飞机对接,由飞船或航天飞机为它运送人员和物资;空间站与飞船或航天飞机的主要区别是它没有主推进系统和着陆设备,因此它不能在轨道上作机动飞行和返回着陆。

 

(二)为什么要发展空间站?

 

根据不同国家和不同的历史阶段,发展空间站有不同的动机和目的。一般而言,一个国家发展空间站主要有四个目的:第一是政治目的,即为了显示国家的综合实力,或者是为了在政治上“压倒”对方,在载人航天领域取得领导地位,上世纪冷战时期,这是美苏发展空间站的主要目的;第二是科技目的,即将空间站作为建在太空的科学实验室,在上面进行各种科学研究和实验;第三是经济目的,利用空间站进行太空生产,或者发展太空旅游;第四是军事目的,将空间站作为建在太空的“军事堡垒”。

 

(三)空间站有几种类型?

 

按用途分,空间站可分为民用和军用两种类型:民用空间站如前苏联的和平号空间站和美国的国际空间站;军用空间站如前苏联的礼炮2号、礼炮3号和礼炮5号空间站以及美国空军曾经计划研制的“载人轨道实验室”。

 

按发射方式划分,空间站可分为整体式和模块式两种。早期的空间站都是整体式,如美国的“天空实验室”和前苏联的礼炮号,它们都是在地上组装好,并装上各种生活用品和实验仪器,然后整体空间站发射上去,航天员则乘坐载人飞船上去访问;后来由于技术的改进,采用模块式建造,即先发射一个核心舱,然后将不同用途的舱室一个接一个发射上去,在轨道上组装起来,形成一个整体,如前苏联的和平号空间站和现在的国际空间站。

 

(四)迄今为止在太空一共发射或建造过多少空间站?

 

到目前为止美国和苏联/俄罗斯一共发射或建造过4种类型的空间站,共10艘,其中包括前苏联在1971-1986年间发射的7艘礼炮号空间站,它们是礼炮1号至7号,不过礼炮1号对接失败,礼炮2号发射失败,礼炮3号对接失败,除了礼炮4号,其余的礼炮5、6、7号都曾发生过一次对接失败。此外还有美国于1973-1974年间发射的“天空实验室”,前苏联和俄罗斯于1986-1999年间建造的和平号空间站,以及至今还在轨道上运行的国际空间站。

 

(五)一个大型空间站由哪些系统组成?

 

一个大型空间站至少由十大系统组成:

 

1.结构系统;                            

 

2.电力系统;

 

3.热控系统;                            

 

4.姿态测定与控制系统;

 

5.轨道导航和推进系统;          

 

6.自动化和机器人系统;

 

7.计算与通信系统;                

 

8.环境控制与生命保障系统;

 

9.航天员居住系统;                 

 

10.人员和物资运输系统。

 

(六)中国的空间站

 

2010年10月27日,中国载人航天工程新闻发言人表示,我国载人空间站工程已正式启动实施,2022年前后将建成规模较大、长期有人参与的国家级空间实验室。我国载人空间站工程分为空间实验室和空间站两个阶段实施。2016年前,研制并发射空间实验室,突破和掌握航天员中期驻留等空间站关键技术,开展一定规模的空间应用;2020年前后,研制并发射核心舱和实验舱,在轨组装成载人空间站,突破和掌握近地空间站组合体的建造和运营技术、近地空间长期载人飞行技术,并开展较大规模的空间应用。我国载人空间站工程建设,将充分继承载人航天工程前期成果,继续使用已有的神舟飞船、长征二号F运载火箭、发射场和着陆场。载人空间站建成后,将全面实现我国载人航天“三步走”发展战略,进一步推动我国载人航天技术向更高水平发展,为推动国家科技进步和创新发展、提升综合国力、提高民族威望做出重要贡献。

 

(七)我国空间实验室的主要任务是什么?

 

空间实验室系统的主要任务有:

 

1.进一步掌握飞行器空间交会对接技术;

 

2.突破航天员中期驻留、飞行器长期在轨自主飞行、再生式生保和货运飞船补加等关键技术;

 

3.验证天地往返运输飞船的性能和功能;

 

4.进行一定规模的空间应用。

 

(八)我国空间实验室如何组成和布局?

 

目前我国正在研制的空间实验室采用两舱构型,分别为实验舱和资源舱,实验舱由密封的前锥段、圆柱段和后锥段组成,密封舱可保证舱压、温湿度、气体成分等航天员生存条件,可用于航天员驻留期间在轨工作和生活,密封的后锥段安装再生生保等设备。实验舱前端安装一个对接机构,以及交会对接测量和通信设备,用于支持与飞船实现交会对接。资源舱为轨道机动提供动力,为飞行提供能源。

 

(九)空间实验室有什么关键技术?

 

空间实验室阶段关键要突破飞船空间交会对接技术。空间交会对接技术难度很大,在对接过程中,如果计算不准,就可能发生飞船相撞事故。因此,需要进行大量试验才能掌握这一技术。

 

(十)什么是交会对接?

 

两个或两个以上的航天器通过轨道参数的协调,在同一时间到达太空同一位置的过程称为交会。对接是在交会的基础上,通过专门的对接机构将两个航天器连接成一个整体。实现两个航天器在太空交会对接的系统称为交会对接系统。

 

交会对接系统通常包括跟踪测量系统、姿态与轨道控制系统、对接机构系统等。两个航天器在太空进行对接,其初始条件是两者保持对接机构的同轴接近方式和确定的纵向速度,以及在其他线坐标和角坐标上的速度为零。但两个航天器之间的实际相对运动参数总是有偏差的。一般情况下,两个航天器之间的相对位置及其平动速度通常是靠主动航天器轨道控制系统和两个航天器的姿态控制系统来维持的,前者适用于控制质心的平动运动,后者适用于控制绕质心的转动运动。航天器的空间交会对接控制方法有两种,一种是人工控制、另一种是自动控制。用人工控制来完成太空交会对接可以提高交会对接的成功率。自动控制交会对接可靠性高,不需考虑人员的安全和救生问题。在航天器的交会对接技术方面,未来的发展趋势是人工控制和自动控制相结合,以提高交会对接的灵活性、可靠性和成功率。

 

(十一)空间实验室和空间站有何区别?

 

空间站比空间实验室规模更大,舱段组成更多,结构更复杂,在轨运行时间更长,因此能容纳更多的航天员在上面工作和生活。无论是空间实验室或是空间站,它们的主要用途就是在上面进行科学研究、观察和实验,由于空间站比空间实验室规模大,组成舱段多和运行时间长,因此能放置更多的设备仪器在上面,航天员利用这些设备仪器可以进行多种学科的实验研究,包括生命科学、物理学、地学、材料科学和发展先进技术等。有些科学问题是不能在空间实验室上进行研究的,如长期航天对人体的生理影响,只能在空间站上研究。

 

(十二)中国载人航天工程“分三步走”是什么意思?

 

1992年9月21日,中国载人航天工程正式被批准,代号“921工程”,并成为我国空间科学实验的重大战略工程之一。“921工程”启动伊始,便确立了“三步走”发展战略。第一步是载人飞船阶段。通过神舟五号和神舟六号已圆满完成,把中国航天员送上太空,完成了多人多天飞行,而且能准确回到预定地点。第二步是空间实验室阶段。掌握交会对接技术,成功对航天员中期驻留太空进行了验证;完成天宫一号目标飞行器与神舟八号、九号、十号飞船对接、组合飞行任务;天宫二号空间实验室与神舟十一号飞船飞行任务;实现天舟一号货运飞船与天宫二号交会对接,验证推进剂在轨补加技术,完成运送货物补给任务。第三步是空间站建造阶段,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

 

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