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世界航天史

[拼音]:shijie hangtianshi

[外文]:history of world space activities

世界航天史主要分为从幻想到科学、古代火箭的发展、近代自然科学提供的条件、科学幻想作品的启迪、克服地球引力的努力、航天先驱者、V-2火箭的历史作用、冲出大气层、航天新纪元、第一颗人造卫星的发射、卫星的发展和应用、深空探测、月球探测、行星探测、人进入太空、第一个航天员、登月、飞船空间对接、在空间建立基地、“天空实验室”、“礼炮”号航天站、“空间实验室”、航天飞机出现等二十一个部分。

遨游太空是人类自古就有的愿望。古代火箭的发展、16世纪以来科学技术的进步、现代工业的兴起使人类得以从幻想转向科学探索。19世纪末20世纪初,在一些工业比较发达的国家出现了一批航天先驱者。他们开始研究和解决航天的科学理论和工程技术问题,还着手设计和试验火箭。经过大约半个世纪的努力,人类终于把人造地球卫星送入太空,从而开创了航天纪元。自从1957年第一颗人造卫星上天以来到1984年底,苏联、美国、法国、日本、中国、英国、印度等国家以及欧洲空间局先后研制出近80种运载火箭,修建了10多个大型航天器发射场,设计、制造和发射了3022颗人造地球卫星、100多个载人航天器及109个空间探测器,建立了完善的跟踪和测量控制系统、地面模拟试验设施、数据处理系统。约有40个不同用途的应用卫星系统投入运行。一些不能独立研制或没有条件发射航天器的国家通过购买、租用或委托发射也有了自己的卫星或获得卫星服务。航天国际合作广泛开展,形式多样。苏联的航天站已能在太空持续运行58个月,航天员在太空的持续飞行时间长达236天22小时50分。美国航天飞机进行了14次飞行,完成了运送和回收卫星的双向运载任务。先后有14个国家的150余名航天员进入太空,12个人踏上月球。空间探测器已经成功地考察了太阳系的许多行星,实现了在金星和火星上软着陆,探测了水星、木星、土星,有的将飞出太阳系进行科学探索。几十年的航天活动促进了国民经济的发展和科学技术的进步,对人类社会生活也产生了深远的影响。

从幻想到科学

航天思想萌芽于古代人们对太空的向往。但是科学地论证克服地球引力场的条件,只有在经典力学,特别是天体力学的基础上才能做到。

古代火箭的发展

航天离不开火箭。火箭是在火药发明以后为适应军事和娱乐需要而出现的。火箭约在12世纪出现于中国(见中国古代火箭)。在13世纪,中国、印度和阿拉伯国家都使用过火箭,以后火箭又传入欧洲。这个时期的火箭比较原始,通常用层纸卷成药筒,内装火药,把药筒绑在细长的箭杆上,靠点燃药筒的引线发射。从13世纪到18世纪中叶,火箭技术的进展比较缓慢。18世纪后期,印度军用火箭取得较大进步。药筒改由铁皮制造,能够承受较大的燃烧压力。火药的性能也有了改善。火箭的射程已可超过 1公里。印度军队在抗击英国和法国军队的多次战争中曾大量使用火箭并取得了良好战果。

印度军队成功使用火箭的战例推动了欧洲火箭技术的发展。曾在印度作战的英国军官W.康格里夫对印度火箭作了改进。他确定了黑火药的多种配方,改善了制造方法并使火箭系列化。火箭的性能进一步提高,最大射程可达3公里。19世纪初,英军在多次大的战役中使用了康格里夫火箭,取得了显著的效果,促使欧洲许多国家研制火箭并建立火箭部队,黑火药火箭获得更广泛的应用。19世纪70年代以后,火炮技术有了新的突破,特别是线膛炮的成功应用使火箭在使用性能方面远不如火炮,火箭的发展也就变得缓慢。但古代火箭的演进为现代火箭的发展奠定了基础。

近代自然科学提供的条件

16世纪中叶,波兰天文学家N.哥白尼创立了科学的日心地动说,改变了当时人们对宇宙的认识。之后,天文学家第谷・布拉赫通过大量天文观测获得了有关行星运动的丰富资料。J.开普勒对第谷的观测资料用数学方法进行了分析计算和研究,发现了行星运动三定律,为经典天文学奠定了基石。1609年,伽利略用自制的望远镜巡视星空,使人类对太空的认识产生一个飞跃。伽利略还发现了自由落体定律和惯性原理,为经典力学的发展做出了贡献。1673年,荷兰物理学家C.惠更斯从单摆和圆周运动的实验得出向心力定律。I.牛顿根据运动的现象研究自然界的力,在1687年发表了他的不朽著作《自然哲学的数学原理》。他在这本书中提出了万有引力定律和三大运动定律,创立了天体力学,使人们得以从动力学的角度来研究天体的力学运动。经典力学,特别是天体力学是航天先驱者寻求克服地球引力而进入太空的途径的理论基础。

科学幻想作品的启迪

科学幻想常常寓有科学的预言,能够启发人们作出重大的发明和创造。将天文知识与循理虚构的故事结合起来的太空飞行幻想小说起源于17世纪。开普勒是最早撰写太空科学幻想小说的作家。他的作品《梦游》描述了人飞渡月球的情景。在17世纪的太空幻想小说作家中,法国的S.C.德贝尔热拉克最富有想象力。他在《月球旅行》一书中设想了多种推进方法,包括火箭和利用太阳能的喷射推进器。1783年第一个载人气球升空后,人们发现垂直向上的飞行能力是极其有限的。高度越高,空气越稀薄和寒冷,为人所不能忍受。人们从而懂得了航天与大气层内飞行有质的不同。此后半个世纪,有关太空旅行的科学幻想作品出现了低潮。19世纪60年代这类作品再度兴起。法国A.艾罗、美国E.E.黑尔、德国K.拉塞维茨和英国H.G.威尔斯等作家所写的太空旅行著作吸引了许多读者,而法国著名作家J.凡尔纳的《从地球到月球》(图1)和《环游月球》产生的影响更为广泛。17世纪以来的科学幻想小说与古代神话传说有根本区别。前者在科学的基础上加上合理演绎和设想,虚幻之中寓有合理的思路。它唤起了人们对航天的兴趣,使航天爱好者从中得到启发和鼓舞。

克服地球引力的努力

航天先驱者

19世纪后期到20世纪初,涌现出许多富于探索精神的航天先驱者。他们对航天事业的早期发展做出了重大贡献,其中影响最大的是К.Э.齐奥尔科夫斯基、R.H.戈达德和H.奥伯特。

俄国的齐奥尔科夫斯基最早从理论上证明用多级火箭可以克服地球引力而进入太空。他建立了火箭运动的基本数学方程,奠定了航天学的基础。齐奥尔科夫斯基的另一重要贡献是肯定了液体火箭发动机是航天器最适宜的动力装置,为运载器的发展指出了正确的方向(图2)。

美国的戈达德博士把航天理论与火箭技术相结合。他在1919年出版的《到达极大高度的方法》论文中提出了火箭飞行的数学原理,指出火箭必须具有7.9公里每秒的速度才能克服地球的引力。他认为只有液体火箭才能提供航天所需的能量,因而从1921年开始研制液体火箭。1926年3月16日他制造的液体火箭(图3)首次飞行成功,达到12米高,56米远。这是世界上第一次液体火箭的飞行试验,而戈达德也就成了液体火箭的实际创始人。

1923年,德国的奥伯特出版了《飞往星际空间的火箭》一书,论述火箭飞行的数学理论,并提出许多关于火箭结构和飞行的新观念。奥伯特的理论受到了广泛的注意,激起当时许多青年进行实践的迫切愿望。在许多国家开始出现火箭和航天爱好者的研究组织。1927年,太空旅行协会创立于德国,奥伯特任会长;1928年,反作用运动研究组成立于苏联;美国星际协会组建于1930年;英国星际学会出现在1933年。这些组织中的不少成员后来都成为本国研制第一代火箭的领导人。

V-2火箭的历史作用

30年代各国航天爱好者自发组织起来的火箭团体在开展活动的初期都遇到了困难,缺乏资金,受到社会人士的冷落。只有两个国家──德国和苏联的青年火箭专家得到了国家的支持。德国人对于尚处在萌芽状态的火箭的军事潜力寄予希望。德国当时负责火箭研制工作的W.R.多恩伯格把研制火箭的课题委托给太空旅行协会的青年专家 W.von布劳恩。布劳恩领导的火箭设计研究小组设计的第一代液体火箭 A-1因结构不合理而遭到失败。但 A-1的改进型 A-2却于1932年12月试射成功,飞行高度达到3公里。1935 年开始研制第二代火箭A-3,重750公斤,推力达14.7千牛(1500公斤力),采用再生冷却式燃烧室和燃气舵等新技术。1936年4月,德国陆军增加拨款发展火箭技术,并在波罗的海海滨的佩内明德兴建火箭研究中心,同时研制V-1飞航式导弹和V-2弹道导弹。V-2(见V-2工程)是在A-3试验火箭基础上改进而成的,因而还有A-4的代号。

V-2导弹于1942年10月3日首次发射成功,飞行180公里(图4)。它是历史上的第一枚弹道导弹。V-2在工程上实现了20世纪初航天先驱者的技术设想,对现代大型火箭的发展起了继往开来的作用。V-2火箭的设计虽然不尽完善,但它却是人类拥有的第一件向地球引力挑战的工具,成为航天发展史上的一个重要的里程碑。

冲出大气层

冲出大气层是人类向空间进军的序曲。大气层保护了人类免遭空间粒子辐射的伤害,为人类繁衍生息创造了条件,但大气折射、漫射和对某些波段辐射的选择吸收使人类对宇宙奥秘之探索受到限制。要实现航天的愿望,首先必须突破大气层的屏障。从19世纪末到20世纪初,人们开始用气球、飞机和探空火箭向大气高层冲击。到第二次世界大战结束时,飞机的升限达到了15.23公里,气球达到了32公里的高度。1946年,美国发射缴获的V-2,测到了112公里高度的大气数据。1949年,苏联用P-2A探空火箭携带860公斤的仪器设备上升到212公里的高空。1949年2月,美国以V-2为第一级,“女兵下士”火箭为第二级组成的“丰收”号探空火箭,创造了393公里的高度纪录,获得了高层大气参数、化学成分和辐射强度等资料。50年代初,为了参与1957~1958国际地球物理年的活动,法国、日本、加拿大、澳大利亚等国也都发展了探空火箭。

航天新纪元

第一颗人造卫星的发射

第二次世界大战结束后,苏联和美国都通过仿制德国 V-2火箭建立了火箭和导弹工业,并且积累了研制现代火箭系统的经验。一些科学家已经看到,在V-2技术成果的基础上有可能发射人造地球卫星,而借助载有仪器设备的卫星可以更有效地开展空间科学研究工作。1946年1月,美国成立了V-2高级研究委员会,决定将V-2作为发展新型导弹的试验工具和研究高层大气的探空火箭。1954年召开的地球物理学国际会议建议有关国家在1957~1958国际地球物理年期间发射人造地球卫星。在这一年,美国和苏联都开始着手人造卫星及其运载火箭的方案探索工作。在美国,陆军提出了用“丘辟特” C运载火箭发射“探险者”号卫星的“轨道器”计划,海军建议在“海盗”号探空火箭的基础上加上两级固体火箭组成“先锋”号运载火箭发射“先锋”号卫星,空军则主张用MX-774火箭发射卫星。为了不影响战略导弹的研制工作,美国政府在1955年决定采用海军的“先锋”号运载火箭方案,并计划在1957年10月发射卫星,但“先锋”号火箭在1957年9月的首次试射中没有获得成功。

苏联在1954年基本上解决了多燃烧室发动机的设计和工艺问题,并有可能在较短时间内研制出推力达980千牛(100吨力)的液体火箭发动机,因而决定采用捆绑技术来研制P-7洲际弹道导弹,计划在P-7导弹研制成功后将几枚P-7导弹改装成“卫星”号运载火箭,用以发射人造地球卫星。1956年末,苏联获悉美国运载火箭已进行飞行试验,而苏联正在研制的人造卫星因技术较复杂,短期内难以完成。为了赶在美国之前发射卫星,苏联决定将原计划确定研制的卫星暂时推迟,改为先发射两颗简易卫星。1957年8月21日,P-7洲际导弹首次全程试射成功,同年10月4日,苏联用“卫星”号运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星(图5)送入太空(见““人造地球卫星”1号工程)。这颗卫星正常工作了3个月左右,成为第一个被人类送入太空的航天器,实现了人类千百年来的梦想。这颗卫星的发射成功开创了人类的航天纪元。(见彩图)

卫星的发展和应用

苏联第一颗人造地球卫星的发射成功在国际上产生了巨大的影响,对许多国家的运载火箭和航天器研制工作起到了积极的推动作用。为了摆脱落后局面,美国在继续抓紧“先锋”号计划的同时又恢复了“轨道器”计划。1957年12月,“先锋”号火箭发射卫星失败。1958年1月31日,美国用“轨道器”计划的“丘辟特”C火箭(当时已改名为“丘诺”1号运载火箭)发射成功自己的第一颗卫星“探险者”1号(见“探险者”号卫星)。这颗卫星比苏联第一颗卫星晚发射了3个多月,重量只有4.8公斤,但它却取得了重要的科学发现。物理学教授J.A.范爱伦根据卫星携带的盖革计数器因磁饱和没有输出的现象,发现了地球辐射带(后称范爱伦带)。此后,卫星的发射越来越频繁,世界上越来越多的国家参加到航天活动行列中来。继苏联和美国之后,法国在1965年11月26日、日本在1970年2月11日、中国在1970年4月24日、英国在1971年10月28日、欧洲空间局在1979年12月24日、印度在1980年7月18日相继用自行研制的运载火箭成功地发射了自己的第一颗人造地球卫星。

从60年代中期开始,人造卫星的发展已从探索试验阶段进入实用阶段。各种应用卫星相继投入使用,取得明显的军事、经济和社会效益。科学卫星和技术试验卫星获得相应发展,取得一些重要发现和技术成果。卫星的发射数量急剧上升,应用范围日益扩大。70年代以来,各种卫星逐渐向多用途、长寿命、低成本和高可靠性的方向发展,在发射数量上有所减少,但质量却有显著提高。

航天器的研制带动了其他工业部门的发展,促进了科学技术的进步。航天技术成果的应用对于社会生产力的发展产生了巨大的影响。航天技术领域的许多新设计、新结构、新材料、新工艺、高可靠性的元、器件和精密仪器逐渐推广到其他领域中应用,大大提高了产品的质量和劳动生产率。但是更主要的还是直接利用卫星完成军事和国民经济使命,起到其他手段无法起到的作用。60年代以来,应用卫星发射总数已超过2500颗,其中以苏联的数量为最多,约占总数的三分之二。应用卫星的种类繁多,有直接为军事目的服务、支援地(海)面武装力量的照相和电子侦察卫星、预警卫星、海洋监视卫星和核爆炸探测卫星,有攻击敌方航天器的反卫星系统,有军用和民用通信卫星、导航卫星、气象卫星和测地卫星,还有民用的地球资源卫星、天文卫星、生物卫星、广播卫星(图6)和其他科学探测卫星。

应用卫星的功能不一,使用要求也不同,但技术发展的进程大体都经过以下3个阶段:

(1)技术试验阶段:主要是探索实现途径、发展专用设备,进行地面和飞行试验,验证工作原理和设备功能,如40年代后期开始的以月球作为对象进行的被动通信试验,直至50年代的无源中继卫星和1960年10月的有源通信卫星的技术试验。

(2)半实用阶段:发射能在有限时间和空间内服务的卫星,如气象卫星、导航卫星和侦察卫星的早期型号,它们所取得的信息和提供的服务都是局部的。

(3)实用阶段:70年代航天活动的特点之一是发展各种使命的卫星应用系统,也就是陆续发射多颗卫星,使之按一定规律运行,组成空间卫星网和地面设备配套的系统,实现时间、空间连续服务。现在正在使用的卫星通信、气象、导航和军用系统大约有40多个。在一个应用系统中往往有多颗卫星,有的多达24颗卫星,而且卫星的寿命有限,还需要不断补充新的卫星。如美国的照相侦察卫星系统已发展到第5代,前4代已发射了222颗卫星。

深空探测

人类进入太空的前奏是对空间进行广泛的探测,采用的手段就是空间探测器。空间探测很自然地是由近及远进行的,从地球自己的卫星──月球开始,进一步便是本家族──太阳系的各个行星及其卫星,最后再飞出太阳系,深入到遥远的恒星际空间进行探测。

月球探测

伽利略是第一位用望远镜看到崎岖不平月面的科学家。到19世纪末,人类对月球向着地球的一面所拍摄的照片已达到1公里的分辨率:50年代后期,苏联和美国都制定了用无人探测器考察月球的计划。1959年苏联以拍摄月球背面图像为目标,先后发射了3个月球探测器。第一个探测器从月球一侧约5000公里处飞过,未发回信息,进入了太阳轨道;第二个命中月球视中心以北800公里处,在即将撞击月球表面的瞬间向地球发回关于月球附近不存在强磁场和辐射带的信息。这是第一个到达地球以外其他天体的航天器。第三个探测器从月球之南7900公里进入绕月飞行轨道,经过月球背面时拍摄到月球背面70%从未被人类见过的区域和30%可从地面看见的月面。探测器飞回地球时,轨道正处于地球北半球的上空,有利于苏联地球站跟踪和数据接收。探测器在回程中又将所拍摄的资料重复播送。地球站收到并整理出约30张关于月球背面的图像,月球背面的面貌第一次被揭开了。

1963~1976年是苏联实施月球考察计划的第二个阶段。在此期间苏联共发射21个“月球”号探测器(图7)。最重要的成果是:“月球”16、20和24号分别于1970年9月、1972年2月和1976年8月在月面软着陆并钻孔取样,将月球的土壤和岩石样品带回地球;“月球”17号和21号在1970年11月和1973年1月分别携带一辆重约1.8吨的月球车在月面软着陆,由地面遥控月球车在月面自动行驶考察。两辆月球车分别行驶了10.5和37公里。

美国早期的月球探测器是“先驱者”号探测器,从1958年开始发射。前3个都因未达到预定速度而失败,第4个虽然发射成功,但时间上已晚于苏联,且在离月球很远处飞过,未发回重要信息。此后,美国把对月球探测的第二个阶段计划与“阿波罗”载人登月计划(见“阿波罗”工程)结合起来,执行了“徘徊者”号探测器、“勘测者”号探测器和“月球轨道环行器”计划。

行星探测

太阳系的九个行星分为内行星和外行星。4个内行星是水星、金星、 地球和火星,5个外行星是木星、土星、天王星、海王星和冥王星。行星探测可分为内行星探测和外行星探测两类。

内行星探测从60年代初开始。1961年2月12日苏联发射第一个金星探测器。这个探测器在需时约 3个月的旅程中只飞行了15天便与地面中断了通信联系。在60年代,苏联多次发射金星探测器,但均无重要收获。美国在1962年8月26日发射“水手”2号金星探测器(见“水手”号探测器),探测器在距金星35000公里的地方掠过,取得了关于金星的某些资料。当探测器经过金星时,科学家测量它因金星引力而产生的轨道偏差,首次准确地计算出金星的质量。从70年代开始苏联和美国的金星探测进入第二个阶段。1971年,苏联“金星” 7号探测器(见“金星”号探测器)的着陆舱在金星表面软着陆成功,此后相继发射“金星” 8号至“金星”16号探测器,发回了一批金星全景遥测照片和测量数据。测得的金星表面温度高达 470±8°C,压力为9±0.15兆帕(约90±1.5大气压)。美国在 1978年金星大冲期间发射了“先驱者-金星”1号和 2号探测器(见“先驱者”号探测器),在金星表面软着陆成功,对金星进行了综合考察。

人类对火星上可能存在生命的问题一直怀有希望。苏联在1962~1973年间发射了7个“火星”号探测器,其中1个飞越火星,2个出了故障,2个软着陆失败,2个软着陆后不久通信中断。美国在1964~1975年间共发射 6个“水手”号探测器和2个“海盗”号探测器(图8)。前者拍摄了火星的照片,后者抛出着陆舱在火星表面软着陆(见彩图)。苏、美两国对火星探测的结果表明,在着陆点附近未发现地球类型的生命形式(见地外生命探索)。

人类第一次用逼近方式取得关于水星表面状态的信息是 1973年美国发射的“水手” 10号探测器在距水星690 公里处发回的。水星是太阳系内距太阳最近的行星。从地球上观察只能在它接近地平线处才有可能。但它这时的形象又因大气和涡流的遮拦而十分模糊。“水手”10号发回的水星照片十分清晰,可分辨约150米大小的物体。测得的数据表明水星表面很像月球,布满大大小小的环形山,有很稀薄的大气,大气压力小于2×10-11帕,昼夜温差极大,白天温度达700K,夜间冷到100K。

外行星探测是从70年代初开始的。它比内行星探测的距离远,探测器飞行时间长达数年,必须有大功率无线电发射机和大的发射天线才能使发回的信号在达到地球表面时仍有一定的强度。其次,在离太阳遥远的空间已不可能利用太阳电池,只能用核电源。1972年3月美国发射了第一个探测外行星的“先驱者”10号探测器。1973年12月,这个探测器飞近木星,向地球发回300张中等分辨率的木星照片,然后利用木星的引力场加速飞向土星,再利用土星的引力场加速飞行,折向海王星,1983年飞过海王星的轨道,预计到1986年将越过冥王星的平均轨道,成为脱离太阳系的第一个航天器。1973年4月发射的“先驱者”11号探测器在1974年12月经过木星,1979年9月在离土星34000公里处掠过,拍摄了土星的照片,发回有关土星光环成分的资料。1977年8月和9月,美国发射“旅行者”2号和1号探测器(见“旅行者”号探测器)。1979年以后,它们陆续发回木星和土星的照片,清楚地显示出木星的光环、极光和 3颗新卫星以及木星的大红斑结构和磁尾形状,土星的光环构造、新的土星卫星、奇异的电磁环境等信息(见彩图)。70~80年代的空间探测成果无论从航天技术水平,或是从空间天文观测成果来看,都是重大的历史性成就。

人进入太空

载人航天是航天技术发展的一个新阶段。实现载人航天需要解决的主要问题是:研制出高度可靠而推力又足够大的运载工具;获得关于空间飞行环境的足够信息,对人所能承受的极限环境条件作出正确的判断;研制出能确保航天员生活、工作和安全飞行的生命保障系统和救生系统;能对飞行中的航天员的器官功能和健康进行监测;研制出航天器的人工驾驶和自动控制系统;使地面与航天员之间保持可靠的不间断的通信联系;掌握航天器再入大气层和安全返回的技术。

第一个航天员

早在40年代末,人们就把一些生物装入探空火箭进行试验。50年代后期,出现了携带动物的人造卫星,对生命保障系统、回收技术、遥测、遥控、通信技术等进行了全面试验。科学家们对获得的空间环境数据加以处理后发现过去对微流星的危害估计偏高,存在辐射带的空间也是有限的,从而肯定了人进入太空的可行性。苏联在发射了5艘不载人的卫星式飞船后,于1961年4月12日用“东方”号运载火箭(见彩图)成功地发射了世界上第一艘载人飞船“东方”1号(见“东方”号飞船),使Ю.А.加加林成为世界上第一个进入太空的人,从而开辟了人类航天的道路。

登月

人踏上月球是载人航天活动的新高峰。美国为了加强航天活动,于1958年采取了一项重要措施,将航空咨询委员会改组为美国国家航空航天局,并作出两项具有战略意义的决定:一个是立即为载人的“水星”计划选调航天员;第二是优先发展巨大推力的F-1发动机。1961年5月25日,美国总统J.F.肯尼迪向国会提出在60年代末将人送上月球的“阿波罗”工程。在国家航空航天局严格而科学的管理下,经过几十万人8年多的工作,1969年7月20日由航天员N.A.阿姆斯特朗和E.E.奥尔德林驾驶的“阿波罗”11号飞船的登月舱降落在月球赤道附近的静海区。这是一次震动全球的壮举,也是世界航天史上具有重大历史意义的成就。此后,“阿波罗”12、14、15、16、17号相继登月成功,对月球进行了广泛的考察。“阿波罗”工程集中体现了现代科学技术的水平,推动了航天技术的迅速发展。

飞船空间对接

1975年苏、美两国的载人飞船在地球轨道上交会和对接并进行联合飞行,这是载人航天活动的一个重要事件。整个60年代,苏联和美国虽然在气象卫星信息交换、被动通信卫星试验以及生物医学等方面有过合作,但深度和广度十分有限。1969年,苏、美两国商定在载人航天方面进行一次有效的合作。由苏联的“联盟”号飞船和美国的“阿波罗”号飞船进行一次联合飞行。经过几年的努力,为实现飞船对接和联合飞行所需要解决的测距方法与交会系统、对接机构、通信与飞行控制、生命保障和舱内环境条件等问题都获得解决。1975年7月15日,苏联发射“联盟”19号飞船。飞船在第4和第17圈作了两次机动变轨,最后进入225公里高的圆形轨道。在“联盟”号飞船起飞后7小时30分,美国发射“阿波罗”18号飞船进入与“联盟”号飞船相同的轨道。两艘飞船的发射和入轨都很成功。在“阿波罗”号飞船飞行到29圈,“联盟”号飞船飞行到36圈时,两船开始对接并联合飞行2天(图9)。两国航天员经由过渡段进行了互访,共同表演科学试验,联合举行答记者问,完成了合作计划。

在空间建立基地

在空间建立适合人们长期生活和工作的基地既是航天先驱者的理想,也是进一步开发和利用太空的需要。第一步是建立可长期工作的航天站。到1984年年中,进入近地轨道的航天站有3种:美国的“天空实验室”、苏联的“礼炮”号航天站和欧洲空间局的“空间实验室”。

“天空实验室”

美国国家航空航天局利用“阿波罗”工程节余的“土星” 5号运载火箭的末级,将它改造成为试验型航天站,即“天空实验室”。“天空实验室”于1973年5月14日发射进入435公里高的轨道。先后有3批共9名航天员登上“天空实验室”进行生物学、航天医学、太阳物理、天文观测、对地观测和工程技术试验,拍摄了约1000万平方公里地球表面的 4万多张照片(见彩图)。“天空实验室”取得的另一重大成果是观察到一次中等程度的太阳耀斑爆发的全过程,并进行了录像,这是研究太阳耀斑的极可贵的资料。根据原来的设计,“天空实验室”应在轨道上运行到80年代初,待航天飞机研制成功后由航天飞机将其回收,但由于1978~1979年间太阳黑子活动加剧,大气层略有扩张,致使“天空实验室”在轨道上的阻力增加,于1979年7月11日提前坠入大气层烧毁。

“礼炮”号航天站

苏联从60年代以来发射了 6艘“东方”号飞船和2艘“上升”号飞船,完成了第一阶段的载人航天任务。苏联根据这些航天实践得出结论,在轨道上建立可长时间工作的航天站,比每次携带一套电源、生命保障系统和通用设备的单个飞船更为经济有效。因此决定发展能为军用和民用较大规模科学试验服务的“礼炮”号航天站,并用“联盟”号飞船作为接送航天员的工具。 同时研制专为“礼炮”号航天站运送物资的不回收的“进步”号飞船。苏联从1971年4月19日到1984年11月共发射7个“礼炮”号航天站,以实际应用为目标,进一步完善航天设备,并从事许多与科学研究、国民经济、军事有关的探测、侦察、试验活动。自1979年9月29日“礼炮”6号航天站上天以来,苏联共进行33次与此有关的发射活动,先后有19批航天员到航天站上工作。“礼炮”6号航天站有两个对接舱口,借以进行不定期的加油、补给、轮换航天员。1982年4月19日苏联发射“礼炮”7号航天站,以“礼炮”7号航天站为中心的载人航天活动正在进行中。3名航天员在“礼炮”7号航天站上创造了持续飞行236天22小时50分的新纪录,完成了多项需要长期工作的科学研究课题,包括植物在太空环境下从播种、发芽、生长、开花到结果的全过程的研究。

“空间实验室”

70年代初,美国曾计划在航天飞机上装备一个能进行精密加工、制造高强度材料、提炼高纯度单晶体和某些生物制品的航天器。后因经费不足,遂与欧洲空间局达成协议,由西欧国家按照美国航天飞机货舱的尺寸和承载能力研制“空间实验室”。“空间实验室”由一个圆柱形增压舱和一个敞开的仪器舱组成。前者是航天员的生活和工作场所,装有生命保障系统、数据处理设备和小型专用仪器设备。1983年11月28日“空间实验室”1号由“哥伦比亚”号航天飞机运送入轨(图10)。联邦德国专家也参加了实验室的工作。“空间实验室”的研制成功为美国国家航空航天局提供了一个重要的航天器,也使西欧开始直接参加载人航天活动。

航天飞机出现

运载火箭将人造卫星、空间探测器、载人飞船、航天站等航天器送入轨道后,就被遗弃在太空直至坠入大气层焚毁,这是航天活动耗费巨大的一个重要原因。60年代各种航天器发射频繁,降低单位有效载荷的发射费用就显得日益重要,为了降低费用,提高效益,一些科学家提出了研制能多次使用的航天飞机的设想。美国、苏联、法国、日本、英国等国都曾对航天飞机的方案作过探索性研究工作。在这些国家中,美国最早开始研制航天飞机并将其投入商业性飞行(见美国航天飞机工程)。美国航天飞机的论证工作始于1969年。1972年1月美国政府批准航天飞机为正式工程项目。最后确定的方案是整个飞行器由可回收重复使用的固体助推器、不回收的外贮箱和可多次使用的轨道器三个部分组成。方案要求能乘载7名航天员,但对乘员体质要求并不十分严格。航天飞机起飞时加速度不超过3g,正常降落时不大于1.5g。对于这样的过载环境,身体健康的人稍加训练就可以承受。1981~1982年10月,航天飞机进行研制性飞行试验。1982年11月11日,美国航天飞机首次进行商业性飞行,从近地轨道将两颗通信卫星送入地球静止轨道。截至1984年,又有“挑战者”号和“发现”号两架航天飞机投入使用。美国航天飞机先后飞行了14次,共将14颗卫星运送入轨,还从轨道上捕捉了三颗不能工作的卫星,其中一颗经修复后重新放入轨道,另外两颗被带回。地面(见彩图)“苏联研制的航天飞机也进入了试验阶段,到1984年年底,苏联航天飞机已作过多次研制性飞行试验。航天飞机兼有运载火箭、载人航天器和高性能飞机的多重特性。它提高了航天活动的经济效益,使航天技术的发展进入了一个更高的阶段。

人类最早产生太空飞行理想的年代已难以查证,但有效的航天活动只是近30年的事。在不到一代人的时间里,航天事业取得了巨大的成就,它极大地丰富了人类的知识宝库,典型地反映了当代科学技术发展的节奏,甚至正在改变现代文明社会的面貌。正是在这一领域,人们所要征服的对象──宇宙是无穷尽的,人类社会也必将从人类征服太空的活动中吸取不断前进的力量。

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文章名称:《世界航天史》
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