【物理科普】“天宫二号”空间实验室将于近日择机发射,那些你所不知的空间站往事!

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导语

中国“天宫二号”空间实验室将于9月15日至20日择机在酒泉卫星发射中心发射。即将发射的天宫二号,是中国载人航天工程中第一个真正的空间实验室。回顾历史，美苏早在40多年前就已经开始在太空中建立空间站，并派宇航员长期驻守执行实验任务。而这中间，也发生了许多鲜为人知的故事。                                                                                

图为2006年12月12日，两名宇航员在国际空间站外进行作业。



空间站概念的提出可以追溯到1869年，当时曾有人提出“用砖搭建的月球”的假设。1950年代初，美国导弹之父冯·布劳恩刊文发表了带有环状结构的空间站 设计。但冷战初期的20多年时间里，空间站一直都停留在构想阶段，并没有实质性的进展。图为假想的环状空间站可借由旋转产生人工重力。2014年的科幻电影《星际穿越》里出现过类似场景。



随着阿波罗11号飞船在1969年抢先登月成功，前苏联在与美国登月的太空竞赛中落败，因此转向了空间站等其他方向来展示自己的航天实力，“礼炮计划”由此诞生。图为1971年，人类历史上首个空间站“礼炮1号”与联盟11号飞船对接成功。



登上礼炮1号的苏联宇航员在空间站内逗留了23天。不幸的是，在返回地球途中，由于阀门故障造成座舱失压，3位宇航员全部窒息死亡。



此后，前苏联又陆续向太空发射了五个科研空间站和三个军事侦察站。礼炮计划打破了多个航天纪录，其中包括若干个任务时间的纪录，第一次在空间站移交宇航员，以及名种太空漫步的纪录。1991年，该项计划结束。图为发射前的礼炮7号。



为应对前苏联的空间站项目，美国在重点发展航天飞机的同时，于1973年发射了“天空实验室”空间站，同年还先后发射了3艘阿波罗飞船与之对接。每次任务有3名宇航员，3次任务中9人总计在空间站生活了171天。



天空实验室造价高达2.94亿美元，是当时世界上最先进的空间站。美国媒体曾自豪地宣称，这是“天上的诺亚方舟”。这个截面图展示了天空实验室上宇航员的生活和休息房间的内景。整个空间站有一栋两层的排屋那么大，30米长，拥有350立方米的空间，给宇航员一种“太空旅馆”的感觉。



宇航员在天空实验室里进行了最大规模的太空科学实验，当时人们最想搞清楚的首要事情就是长时间的失重状态会对人体产生什么样的影响。图左为宇航员杰克·洛斯玛在天空实验室里洗澡；右上为宇航员约瑟夫·科文给同事查尔斯·康拉德检查身体；右下为宇航员查尔斯·康拉德给同事保罗·维茨剪头发。人类第一次实现了在太空中不用穿笨重的宇航服，只要穿着短袖就可以作业。



在天空实验室计划之前，美国宇航局曾向全国中小学生征集了上千个实验设想，从中挑选一些列入计划。1972年，马萨诸塞州17岁的高中生茱蒂丝·迈尔斯提 出：蜘蛛在失重条件下是怎样织网的？这个实验被标为ED52号，得到录用。为此，宇航员带了两只蜘蛛进入太空，其中一只名叫阿拉贝拉的蜘蛛顺利存活，成为全美闻名的明星蜘蛛。



天空实验室在1974年第三批宇航员离开后便被封闭停用，但直到1979年才宣布报废坠毁。当时，许多人感到惶恐不安，还建议总统用导弹将其在空中击毁。联邦德国政府甚至还成立了危机小组，《明镜》周刊发表封面文章称：“天空实验室撞击地球，美因茨危险重重？”最终，空间站残骸落在了澳大利亚地区，没有任何人伤亡。



1975年7月17日，美国阿波罗18号和前苏联联盟19号飞船在太空实现对接，两艘飞船的指令长握手，冷战中的两大敌对阵营在太空中缓和了关系，这也为此后两国在空间站的后续合作奠定了基础。图为美国宇航员在阿波罗18号飞船上品尝前苏联宇航员馈赠的伏特加酒。



作为礼炮计划的后继项目，前苏联的“和平号”空间站于1986年发射升空。它是人类首个可长期居住的空间研究中心，同时也是首个第三代空间站，经过数年由多个模块在轨道上组装而成，一直被运用到2001年。图为和平号空间站的积木式造型。



和平号空间站曾经保持着9年又358天的人类在太空最长连续逗留纪录。图为1995年2月，俄罗斯宇航员波利亚科夫观看美国发现号航天飞机与和平号空间站交会。这是美国航天飞机第一次与和平号接近，最近距离为11米，也是两国航天器在冷战结束后的首次靠近。



美国和俄罗斯的合作，为和平号空间站带来了新的资金来源，最显著的成果是之后发射了“光谱号”遥感舱和“自然号”地球观测舱。而且，亚特兰蒂斯号运送的对接舱，也使得和平号与航天飞机的对接变得更为容易。图为1995年6月29日，亚特兰蒂斯号航天飞机与和平号空间站成功实施首次对接。



和平号空间站在长达15年的服役期间，共发生了2000处故障，其中近1000处故障一直未能排除。2001年3月，和平号坠毁在南太平洋海域。图左为1997年，发生火灾的量子1号舱；图右为进步M34号货船与光谱舱对接时发生碰撞事故，造成大量空气泄露，光谱舱太阳能电池阵的孔洞清晰可见。



接替和平号的是由美俄主导、共16个国家参与研制的国际空间站。最初的设想是1983年由美国总统里根首先提出的，经过近10年的探索和多次重新设计，直到苏联解体、俄罗斯加盟，国际空间站才于1993年完成设计，并于1998年发射第一个部件曙光号功能货舱，此后逐步组建。



按照计划，建造整个国际空间站共需要超过50次太空飞行和组装。整个建造工作完成后，国际空间站将会有1200立方米的内部空间，总重量420吨，总输出功率达到110千瓦，衍架长度108.4米，舱体长度74米，额定乘员6人。图为国际空间站结构图。



图为国际空间站第37支远征队的6名宇航员，由3名俄罗斯人，2名美国人，1名意大利人组成，其中包括一名女宇航员。



图为2005年8月13日，美国宇航员史蒂芬·罗宾森进行太空行走，他的脚被一个足固定器连接在国际空间站加拿大2号臂上。

中国于1992年正式提出载人航天三步走计划，目前已进行到第二步，即在2010年至2016年间发射天宫一号目标飞行器和天宫二号空间实验室，预计到2020年前后将建成规模较大、长期有人参与的国家级太空实验室。图为2016年9月9日，甘肃酒泉卫星发射中心执行天宫二号任务的运载火箭垂直转运至发射区。

志远/视觉中国

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本文编辑|以太

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