在探索太空的赛道上,苏联为什么选择空间站?

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1969年7月3日，一枚高105米、直径4.4米的N1运载火箭矗立在苏联哈萨克共和国的拜科努尔发射场。现场气氛格外严肃，苏共高层、高级将领、政府部长、总工程师悉数抵达现场，等待着发射时刻的到来。据在场的一名工程师回忆，发射场紧张气氛甚至让他想起斯大林格勒，唯一不同就是在拜科努尔没有德军斯图卡轰炸机。



“礼炮1 号”空间站模拟图

莫斯科时间晚上11点，随着指挥人员一声令下，N1火箭腾空而起，但刚过14秒就发生爆炸，巨大的蘑菇云腾空而起，数千米之外农户家门窗都被震坏。据估算，这次爆炸当量相当于250吨TNT炸药。比起看得见的损失，更糟糕的后果是爆炸摧毁了火箭发射台，使得后续航天计划——也就是苏联的登月计划不得不无限期延迟。勃列日涅夫和柯西金接到汇报时极为失望，而航天计划主管之一，尼·卡曼宁（Nikolai Kamanin）则在日记中详细阐述了其中根源：“昨天对N1火箭进行了第二次测试。在发射前我就认为，这可能是次失败的任务，不过我心里还存着一丝希望和侥幸，希望N1能够飞起来，我们太渴望也太需要成功了，尤其是在现在阶段，几天后美国人将把人送上月球，美国航天员弗兰克·鲍曼将访问苏联。然而一切希望都在‘起飞’命令下达后几秒烟消云散了，第一次试验N1飞行了23千米，这次仅飞行了2千米，还将整个发射场夷为平地。爆炸带来极大的负面影响，也让我们的努力倒退了十几年。”

卡曼宁说出了实情，N1运载火箭发射失败实际标志着苏联在登月竞赛中落败。



位于拜科努尔发射场的N1运载火箭，摄于1967年

为了保持在外太空竞赛中的领先局面，他们必须另辟蹊径。美国登月后不久的10月22日，勃列日涅夫明确表示，未来苏联对外空探索的目的是“解决人类发展历史中关键、根本性的科学技术问题”，因此，“我们将建立一个长期的空间站和空间实验室作为我们未来外太空的发展方向。空间站可以成为我们飞向其他星球的平台，空间实验室将为空间技术、生物、医学、天体物理学等研究提供方便……空间科技对苏联人民、科学发展、国民经济有极大的促进作用。”

不可否认，美苏新一轮太空竞赛又拉开了帷幕，空间站将成为该轮竞赛中的主角之一。

“钻石”与“礼炮”

苏联转向空间站倒也不是突发奇想，早在1964年10月，火箭专家、第52试验设计局（OKB—52）总设计师弗·切洛梅（Vladimir Chelomey）就提出设计一个军用空间站。按他的想法，代号“钻石”的空间站将重约20吨，使用“质子”火箭发射，能容纳2名航天员，在轨道上能运行2年。空间站上装备包括大功率雷达、长焦镜头在内的侦察设备，用以监视美国海军舰艇。
“钻石”空间站计划一提出就得到苏联军方的大力支持。事实上，他们手中不仅有“钻石”计划，还有第1试验设计局（OKB—1）科罗廖夫提出的“联盟—R”计划。“联盟—R”空间站比“钻石”略小，由2艘“联盟号”飞船改造而来，重13吨，长15米，最大直径2.7米，舱内有效容积18立方米，同样能容纳2名航天员，装备照相和电子侦察设备。相较于“钻石”计划，“联盟—R”最大优势在于使用“联盟7K—TK”飞船，空间站和飞船交会对接难度较小，航天员进出空间站时甚至不用穿宇航服。
出于军事考量，苏联最终还是采用切洛梅的方案。考虑到苏联空间站对标美国军方计划的“载人轨道实验室”（MOL），而此时美国人宣称MOL不仅能完成军事侦察和监视任务，还能进行卫星检查和拦截，测定轨道轰炸系统的精度，战时还能实现对地面军事行动进行指挥。这么一来，体积较小搭载能力较弱的“联盟—R”就显得功能不足。苏联国防部总参谋部科学技术委员会在对两个计划进行全面评估后，最终敲定将“钻石”空间站计划提交苏共中央和苏联部长会议批准。或许是为了照顾第1试验设计局，他们同时做出了折中：运载航天员的飞船没有采用切洛梅设计的TKS运输飞船，依然采用“联盟号”系列。后来一系列事实证明，折中方案将成为世界航天史上最为糟糕的决策之一。
整个20世纪70年代，苏联同时实施两套空间站计划：军用的“钻石”和民用“礼炮”，为了保密，对外统一宣称为“礼炮号”。苏联发射的7个“礼炮”系列空间站中，“礼炮”2号、3号和5号实则都是军用的“钻石”号，最典型的就是“礼炮3号”，除了携带“玛瑙”空间胶卷相机在内的7台相机之外，还搭载了1门23毫米机关炮，可用于击毁靠近的卫星。只是苏联人在实践中发现，机关炮的后坐力会让空间站旋转，便在后续的“礼炮5号”中取消了此华而不实的设计。


“礼炮1 号”空间站内部，摄于1971年6 月，上方为通向“联盟—11”飞船的舱口
由于有“钻石”的基础打底，“礼炮1号”进展很快。完成后的“礼炮1号”重约18吨，总长约20米，最大直径4米。整个“礼炮1号”由3部分组成，位于头部是直径2.2米，长3.7米的锥形对接过渡舱，用于同“联盟号”飞船进行对接，航天员和物资正是从此处进入空间站，此处还安装了“猎户座”天体望远镜、相机和一些探测器。位于空间站中部的轨道舱又称生活舱，是航天员生活、控制的核心区域。该舱由2个直径分别为2.9米和4.1米的圆筒组成，长9.1米，可居住空间85立方米。航天员在通过对接过渡舱后，首先进入轨道舱前半段，直径2.9米、长3.8米的工作区。该区装有控制站体的操作面板，之后便是直径4.1米的航天员活动区，该区域除了装载各种控制设备和大型观测装置之外，还有保证乘员生活的食物和水、卫生设备，甚至还有供航天员锻炼器械。在轨道舱之后是位于尾部的服务舱，长2.17米，直径2.2米。该舱主要装载了为空间站提供动力的机动变轨发动机、姿态控制发动机和推进剂。
1971年4月19日，苏联“质子号”火箭将“礼炮1号”空间站送入太空，进入高度为200到220千米、倾角为51.6度、运行周期为88.5分钟的轨道。经过9圈绕地飞行，地面测控显示，“礼炮1号”在轨运行和工作正常。控制人员为苏联在太空竞赛中又一次取得领先优势而欢呼雀跃。按计划，4天之后，“联盟10号”飞船搭载3名航天员上天同“礼炮1号”对接，将会让人类载人航天事业进入一个崭新的阶段。此刻兴高采烈的苏联人料想不到，一个接着一个的大麻烦很快就要来了。

“太空不会原谅错误”

4月23日，也就是“礼炮1号”升空后4天，第一批预定进驻空间站的航天员搭乘“联盟10号”飞船升空，阿·叶利谢耶夫 （Aleksei Yeliseyev）在升空时还颇具浪漫主义气息地向指挥中心汇报：“天空万里无云，清亮的夜幕群星闪烁，拂晓被惊醒，我们准备上升。”但此次升空从一开始就磕磕绊绊：“联盟10号”进入轨道比预定高，前3圈绕地飞行时都很正常，但当飞船按计划在第4圈准备自动进入“礼炮”号轨道时却出现了程序错误，影响了陀螺仪从而导致自动入轨失败，最终只能让航天员手动操作入轨。
经过漫长的操作，“联盟10号”靠近了“礼炮1号”，就在航天员等待飞船同“礼炮”对接时，突然响起了警报，航天员弗·沙塔洛夫（Vladimir Shatalov）不得不向地面报告：“接触和机械捕捉完成后第9分钟飞船报警，程序终止，告诉我们应该怎么办？”据在场人员事后回忆，当时整个大厅一片死寂，所有人都望向了对接系统设计团队，设计团队一名工程师脸色苍白，拼命解释说传感器显示飞船接触部已经按计划插入了“礼炮”的对接锥套，可航天员无情地告诉他们，飞船先是向右偏移了30度，然后向左，对接根本无法完成，只能无功而返。
“联盟10号”与“礼炮1号”的对接失败造成对接过渡舱的些许破坏，但苏联人认为“联盟10号”对接失败只是一次偶然事件，经过短暂的休整，于1971年6月6日再次发射“联盟11号”飞船，将格·多布罗沃尔斯基（Georgy Dobrovolsky）、弗·伏尔科夫（Vladislav Volkov）和维·帕察耶夫（Viktor Patsayev）送入太空。这次对接进行得很顺利，“联盟11号”和“礼炮1号”同时进行变轨机动，直到相对距离接近到15到30千米之内“礼炮”便不再轨道机动，由“联盟11号”进行对接。等两者电气系统和液压系统对接之后，航天员进行压力调节，打开舱门，进入“礼炮1号”，实现了人类首次进入太空空间站的壮举。
3名航天员在空间站停留了整整25天，不仅打破了多项世界纪录，更进行多种操作和实验：操控飞船—空间站在太空进行大型变轨机动；测试“礼炮”空间站的辐射水平；分析航天员血样；用γ望远镜、“猎户座”望远镜进行天文观测；观测鱼类在失重环境下的生存情况；观测天空中植物生长情况等等。当然，“联盟11号”最大的试验就是成功地证明人类可以在太空中较长时间生存，太空生活并不是虚幻。
6月29日，在圆满进行了一系列实验之后，地面控制中心向航天员下达返回指令，3名航天员将科学标本、胶片、磁带和其他装备装入“联盟11号”。航天员控制“联盟11号”同“礼炮1号”分离之际，可飞船上“舱门开”指示灯一直亮着，地面中心研判之后认为是传感器故障，让航天员用纸将传感器隔开，才使得飞船与“礼炮1号”分离。调整变轨飞行了1个小时后，航天员操纵飞船降低轨道再次进入大气层，在重入之前飞船工作舱和服务舱都按惯例被抛出，当工作舱分离后，地面中心同飞船的无线电通信毫无征兆地突然中断，大约25分钟后，“联盟11号”自动降落在苏联哈萨克共和国境内。当地面人员找到返回舱时，发现出了大事，据在场的克·克里莫夫（Kerim Kerimov）回忆：“（返回舱）从外表看没有任何损坏。人们敲了敲侧面，但里面没有任何反应。打开舱门后，他们发现3名航天员都在座位上一动不动，脸上有深蓝色的斑点，鼻子和耳朵上有血迹。当他们将航天员从舱移出时，发现多布罗沃尔斯基身体还保有体温。现场医生对他们进行人工呼吸，但3名航天员早已因窒息而死亡。”


1971年2月，“联盟-11”飞船乘员组正在“联盟”号下降模块模拟器中接受训练，从左到右依次为维·帕察耶夫、格·多布罗沃尔斯基（本次任务指令长）和弗·伏尔科夫。当年晚些时候，“联盟-11”飞船在再入时发生空气泄漏事故，3位航天员均不幸遇难
事后调查发现，造成3位航天员遇难的原因是飞船返回舱的一个压力调节阀在与轨道舱分离时被打开。两个舱分离时，固定的螺栓本来应该按顺序爆炸脱离，但实际为同时起爆，因而在舱内造成巨大压力，从而导致压力调节阀在距地面168千米处开启。舱内失压40秒后，航天员心脏骤停。帕察耶夫临死前就位于阀门附近，可能是他在失去意识前正试图关闭或阻止阀门。
从某种意义上说，“联盟11号”的悲剧根源或许就在于折中混搭上。“联盟号”体积略小，搭载3名航天员已经比较勉强，因此在发射和返回再入之时，航天员只能身着常服，面对意外几乎毫无抵抗能力。而按切洛梅原有的设计，专门配合“礼炮1号”的TKS运输飞船容积较大，能让航天员时刻穿着宇航服以防万一。血的教训又给苏联人上了一课，他们此后对“联盟号”进行了大改，同时规定每次发射只能搭载2名航天员，并且让他们在发射和返回时穿上宇航服。
或许，正是本次航天的指令长多布罗沃尔斯基一语成谶。此次任务前夕，航天员的妻子问他：“格奥尔基，你兴奋吗？”多布罗沃尔斯基则严肃地回答道：“自然，我一直都很期待这次发射，但老实说，我的兴奋就像面临着一个可怕的敌人那样。要知道，太空是不会原谅错误的。”


1971年7月2日，莫斯科群众在红场悼念为苏联太空事业献身的3名“联盟11号”航天员

第二代“礼炮”

1971年8月，“礼炮1号”推进剂耗尽，在太空漂流2个月之后，于10月11日坠入南太平洋。有了“礼炮1号”的先例，苏联人对空间站所带来巨大好处更有心得，从1973年到1977年的4年间乐此不疲地发射了4个“礼炮”空间站。1973年4月，“礼炮2号”——即第一个军用空间站“钻石”——升空，但运行没多久发动机就起火爆炸，空间站旋转解体坠毁，在轨仅54天。“礼炮3号”于1974年6月发射，次年1月再入大气层，在轨213天，2名航天员在其中居住了15天。1974年12月发射“礼炮4号”共在轨770天，接待过4名航天员，居住了92天，直到1977年2月才坠落。“礼炮5号”于1976年6月发射，次年8月坠落，在轨412天，先后接待过2批共4名航天员。他们在空间站中居住合计为67天。
不过，苏联的“礼炮”2至5号绝非一帆风顺，几乎每次上下“礼炮”空间站都出现了大大小小的问题，最惊险的就是“礼炮4号”在轨时发生的一次事故。1975年，2名苏联航天员搭乘“联盟号”飞船计划前往空间站。在发射升空后，火箭四个助推器和整流罩被抛下，航天员正等待一二级火箭分离，此时火箭突然受到冲击并开始滚转，仅仅几秒钟就超过了危险阈值。不得已，飞船启动了自动逃生装置，返回舱直接弹出，使得成员最大过载达到了可怕的21.3个G，好在航天员最后还是安全返回。事后调查发现，问题出在航电系统上，由于发动机震动使得继电器发生故障，导致火箭一二级分离失败。除此之外，“联盟21号”与“礼炮5号”对接时还发生过自动对接装置故障，虽然在航天员手动操作下两者成功对接，然而一个月后“礼炮5号”电力供应系统又发生故障，航天员虽然花了两天时间勉强恢复，但又发生了硝酸泄漏，导致航天员不得不提前返回地面，随后退役。
由于“礼炮”前期的空间站始终存在瑕疵，因而苏联对空间站进行了大幅度改进，将其升级为第二代空间站，也就是1977年和1982年升空的“礼炮”6号和7号。同早期的“礼炮”系列比起来，“礼炮”6和7号最明显的改动就是增加了一个对接口，从此空间站可同时与2艘飞船对接，实现“人货分离”。除此之外，新“礼炮”空间站还增加了一个居住舱以及为了方便进行出舱活动的气闸舱。在整体外形改动的同时，新版本“礼炮”还安装了先进的综合自动控制系统，更换了新型发动机，对空间站内生命保障系统也进行改进，甚至让航天员在太空也可进行淋浴。在进行诸多改动后，苏联第2代空间站的寿命和航天员在太空可停留时间均得到大幅提升，“礼炮6号”在轨1764天，“礼炮7号”3215天，航天员在其中生活实践可达数百日之久，同一代空间站简直有着天壤之别。
苏联在“礼炮”系列空间站中积攒了丰富的航天经验，最具代表性的就是奇迹般修复“礼炮7号”一事，堪称空间站教科书式“太空救援”。1985年2月11日，无人值守的“礼炮7号”出现异常，地面中心同空间站失去联系，空间站开始漂移，在轨道上做无序运动，所有系统关闭。由于空间站自动对接系统也出现故障，使得让“联盟T”系列飞船搭载航天员与其对接然后修复的可能性也被打消。此时恰逢美国“挑战者号”航天飞机计划发射，担心美国人掳走空间站的苏联人决定放手一搏，于1985年6月6日派遣经验丰富的航天员弗·扎尼别科夫（Vladimir Dzhanibekov）和维·萨维尼赫（Viktor Savinykh）搭乘“联盟T—13”飞船飞入太空尝试对其进行修复。当飞船同空间站交会时，航天员发现“礼炮7号”正以0.3度每秒的速度缓缓旋转，太阳能电池阵列已经偏离了75度，空间站已经失去电力供应，变得如宇宙般冰冷。


1986年5月，在加拿大展出的“礼炮7号”等比例模型，此时真正的“礼炮7号”正带着两名苏联航天员从太空中掠过
由于“礼炮7号”毫无反应，航天员们无法通过电子设备得知飞船和空间站的距离，只能根据手持激光测距仪估计距离。扎尼别科夫小心翼翼将飞船对准“礼炮7号”的前端伴飞，并且让“联盟T—13”匹配上其旋转速度，使得两者相对静止，之后航天员手动实现飞船和空间站之间的硬对接。在确认空间站的电力系统已经失效后，扎尼别科夫和萨维尼赫先打开舱门对空间站的大气进行了采样，然后才进入空间站维修。最终，他们发现故障来自一个电子传感器，而恰巧该传感器作用就是判断电池何时需要充电。在更换传感器后，空间站开始恢复电力供应，并在几天之内重新变暖，生命保障系统重新工作。一周后，“礼炮7号”恢复正常，苏联人又一次在航天史中书写了奇迹。
1986年，“礼炮7号”迎来最后一批“住客”，不久停止载人飞行，1990年2月7日坠入大气层烧毁，完成了它的使命。“礼炮”系列和第二代空间站也就此画上圆满的句号。空间站接下来的使命和探索任务，将会被1986年升空的第三代空间站“和平号”继承。


END作者 | 李思达编辑 | 詹茜卉校对 | 彦文
本文摘编自《国家人文历史》2022年8月下，原标题为《空间站的先行者 “礼炮”的光荣与血泪》，有删节，本文系“国家人文历史”独家稿件，欢迎读者转发朋友圈。




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