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第6章 开发太空(6)

(4)壮观的对接时刻

此时它们之间的距离是如此之近,最后的关键时刻到了,两个飞行器在雷达和瞄准器的作用下慢慢地靠近,再靠近,最终相遇。当两个飞行器的对接机构接触后,对接机构的锁紧装置把它们拉住并逐渐地收拢锁紧,两个飞行器的对接面达到密封的程度,使两个飞行器紧紧地连接在一起了。

事实证明,这个对接的过程是相当复杂和必须十分精确小心的。这是因为不光是两个飞行器到达一起就行了,在两个飞行器的对接面上有多个电缆的插头、插座,每一个插头上又有几十个插针、插孔,还有气体、液体的连接管路,都要一个不错地连接好。全部连接好之后的飞船和空间站已经联成一体,共同在轨道上飞行。然后,宇航员打开舱门,飞船上的宇航员进入空间站,而空间站的宇航员进入飞船,并把空间站上已经经过试验的装置装在飞船上,把飞船上从地面带上去的物品及新的试验装置送上空间站,进行交接和换班。

所以说,交会对接是一项极其复杂的技术,为了掌握交会对接技术,俄罗斯自家的空间站之间,飞船与空间站之间进行过多次的试验,美国人同样如此,俄罗斯和美国也做过联合飞行,完成交会对接任务。

美国、前苏联两国飞船对接记

据史料记载,美国与前苏联在1972年签署了空间探索合作的双边协议。而1975年7月,两国航天员则分别乘“阿波罗”号和“联盟”号飞船进行首次太空对接试验。美方参加的有“阿波罗”飞船指令长汤姆逊·史坦福,航天员多纳尔特·史拉通和万斯·勃朗特;苏方参加的是“联盟”号飞船指令长阿列克赛·列沃诺夫和航天员万来列·库巴索夫。

这次太空对接是两个航天大国从自己的利益和彼此需要出发认真进行的一次合作。主要目的是要看一看,两国的载人航天飞船是否能在空间进行对接和怎样才能进行对接,这对轨道救援工作有重大意义;其次还希望共同在空间物理学、材料科学、医学与生物学等方面做一些科学技术试验,双方都想从试验中获益。

由于美国和前苏联是完全独立地发展自己的载人航天飞船的,双方还希望通过对接的机会,实地考察一下对方的飞船技术状况,这无疑是有极大好处的。要合作,就必须让对方在一定程度上了解自己,这对竞争来说则是不利的,所以在对接成功之后,其中有一方考虑到技术保密,中止了继续进行空间合作的协议。

事实上,如果想使得“阿波罗”号与“联盟”号飞船在空间轨道上实现对接,不是一件易事,需要解决许多棘手的技术问题。

首先,要进行对接,就意味着两飞船在太空应能互相找得着;

第二,要确定空间两飞船交会坐标。然而,“阿波罗”号和“联盟”号两飞船的雷达搜索和集合系统实际上是不相容的。两飞船的对接舱,总的说来也是不同的。两艘飞船舱内航天员维持生命所必需的大气更是互不兼容:“阿波罗”飞船用的是一个260毫米水银柱压力的纯氧大气;而“联盟”号拥有压力为760毫米水银柱正常的地球大气。单是这个问题就排除了两国航天员简单地从一艘飞船进入另一艘飞船作互访的可能性。

飞船对接示意图

而在弹道专家面前也有着一些困难。例如,前苏联的专家在他们的计算中使用的坐标系统和美国专家用的坐标系统是不一样的;莫斯科的飞船地面测控中心工作时用莫斯科时间,而设在美国休斯敦的中心则是使用飞行时间,也就是飞船发射时刻起始的时间;前苏联的科学家度量用米制单位,而美国使用传统的英制单位。所有这些问题是怎样解决的?显然没办法一一介绍。这里仅介绍一下两国航天员互访时,大气过渡是怎样解决的。

参加对接试验的“阿波罗”和“联盟”号飞船基本结构变动都不大,为解决两艘飞船座舱内大气环境的不同,科学家们还专门设计了一个对接过渡舱作为两船的过渡段。它是一个长315米、直径约142米的由厚铝板构成的圆柱体,两端分别可以与两艘飞船对接,两船对接好后它便构成航天员互访时的通道。过渡舱外带有两个气瓶,舱内设有无线电通信和电视设备、温度控制系统以及显示大气成分和压力的设备等。

两飞船完成对接后,航天员互访的程序是这样进行的:

首先,两名美国航天员(另一名留在“阿波罗”座舱内)进入对接过渡舱,经25分钟,舱内转变为一个大气压的普通空气之后,两人便进入“联盟”号访问。访问约数小时之后,他们再回到对接过渡舱。为了防止低压症,两个人要在一个大气压的条件下,在这里呼吸纯氧两个小时,用以排除血液中的氮气,再经25分钟,舱内气压转变为035大气压纯氧,然后才回到“阿波罗”号飞船的座舱。第二天,一名前苏联航天员(另一名留在“联盟”号内)仿此程序进行回访。至此,互访就算完成了。

对接中的所有其他技术问题,在美、苏两国所有参与对接人员的友好和通力合作下,都获得了很好的解决。“阿波罗”号和“联盟”号飞船的空间对接取得圆满成功。

“联盟T13”号飞船如何与失控的“礼炮7”号空间站进行对接的

第三批航天乘员结束“礼炮7”号—“联盟T12”号空间站复合体的工作之后,自1984年10月2日起,“礼炮7”号空间站工作在自动方式状态。在5个月的时间里,地面测控中心定期和它进行无线电联系,工作均很正常。

可是,最后的一次会期,发现空间站处理地面命令的发射接收设备有故障,导致和“礼炮7”号的所有无线电联系中断。地面得不到空间站系统状态和遥测信息,不再有可能通过无线电频道有效控制空间站位置、启动其高度控制设备和发动机,以保证自动汇合以及运输飞船和它的对接。

很明显,只有太空航天乘员才有可能恢复空间站的正常功能。为此,①必须算出运输飞船已经接近寂静的空间站天线方向图。一般说来,空间站无线电信号作为航天员的信标。②航天飞船和航天员乘务组准备进行一次飞行来完成这一困难工作。为此,飞船需要配置附加设备。然后非常重要的是拟定一个新的弹道汇合方向图,并和测控中心进行会期训练。

用于测定空间站轨道位置的地面雷达地面雷达设备用于测定空间站的现在轨道位置,其足够的测量精度用于计算和预测空间站的运动参数,这些信息使得可能引导运输飞船到达空间站所在区域:地面观测表明,空间站稳定飞行,没有自转和翻转现象,是非常重要的。因为快速转动的空间站,运输飞船是不可能与其进行对接操作的。

由地面拟定的运输飞船接近“礼炮7”号空间站的方案是按下列顺序进行的:在距离空间站大约10千米处,航天员用光学仪器使运输飞船的一个轴对准空间站。在地球视线这边,空间站像一颗异常明亮的星照耀着黑色的天空背景。一旦飞船轴对准了空间站,其信息便输入船上计算机。几个这种信号送入船上计算机内存,计算机便“知道”船的确切位置,使飞船在接近空间站轨迹上接收数据,计算机能控制轨迹修正量使飞船接近空间站。

当飞船离空间站只有2~3千米时,如果交会正常,航天员将对飞船进行控制。在接近站后,飞船应围绕它飞行到达对接舱并靠近。为此拟定了所需要的计算方法,很多数据进入计算机内存,使飞船能完成这些调度。航天员带上专用光学导航仪器,一个激光测距器和一个夜视仪。夜视仪在飞船进入地球阴影之前尚未接近空间站时使用。飞船必须“悬浮”在空间站上面,对空间站保持一定距离,既要在视线内,又不要撞上它。

运输飞船和航天乘员组的准备工作是在1985年3月开始的。航天乘员包括弗拉基米尔·捷尼贝可夫和维克多·塞维尼克。弗拉基米尔曾4次航天,是很有经验的航天员,他曾进入开放空间,特别重要的是他有过人工对接的经验。1982年前苏联和法国联合飞行期间,他显示了高超的技能。维克多曾致力于空间站的设计,他知道空间站的每一个部位,同样,他也不是第一次航天飞行。1981年他曾在“礼炮6”号工作、停留过75天。

6月6日“联盟T13”飞船载着弗拉基米尔·捷尼贝可夫和维克多·塞维尼克进入轨道。6月8日早上它来到离空间站大约10千米处。弗拉基米尔将飞船侧轴对准空间站并且通过返回舱的舷舱对它进行观察;同时维克多·塞维尼克用他的命令将信息送入计算机。最后的轨道校正调度是自动进行的。在“礼炮7”号空间站离飞船25千米处,航天员对飞船手控。在船站间距离为200米时,“联盟T13”停止接近并悬浮。航天员记录下飞船接近空间站的照明条件,发现并不理想。于是他们和地面测控中心商量,测控中心同意接近,使飞船更靠近空间站。弗拉基米尔·捷尼贝可夫驾飞船围绕空间站飞行,把飞船引到对接舱,实现对接并获得成功。地面测控中心全体当班人员看到此情此景,发出热烈掌声和喝彩。

参加这次非常困难的交会和对接的专家们认识到,这是具有根本性重要意义的技术成就,它远远超出完成这次交会对接任务本身的意义,对今后载人航天飞行的发展有重大影响。这次对接成功的事实证明,人类不仅可能接近要检查和修理的失效卫星,而且可能援救因技术原因不能返回地球的载人航天飞船的乘员。

宇宙飞船

宇宙飞船是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的一次性使用的航天器。它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几天到半个月,一般乘2到3名航天员。

世界上第一艘载人飞船是前苏联的“东方1”号宇宙飞船,于1961年4月12日发射。它由两个舱组成,上面的是密封载人舱,又称航天员座舱。这是一个直径为23米的球体。舱内设有能保障航天员生活的供水、供气的生命保障系统,以及控制飞船姿态的姿态控制系统、测量飞船飞行轨道的信标系统、着陆用的降落伞回收系统和应急救生用的弹射座椅系统。另一个舱是设备舱,它长31米,直径为258米。设备舱内有使载人舱脱离飞行轨道而返回地面的制动火箭系统,供应电能的电池、储气的气瓶、喷嘴等系统。“东方1”号宇宙飞船总质量约为4700千克。它和运载火箭都是一次性的,只能执行一次任务。

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