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世界科技全景百卷书: “嫦娥奔月”不是梦
——宇宙飞船 我国古代很早就有嫦娥奔月、吴刚伐桂的神话传说；也有“不知天上宫阙，今夕是何年”的诗句，表达了人们对这个可望而不可及的星球的各种愿望与复杂心情。而现在，月球在人们心中已并非是什么神秘的世界了，它荒芜、寂静、不平坦、又热又冷。科学家们甚至对月球的土壤组成都了解得清清楚楚。而这一切，大都归功于亲临月球的宇宙飞船。当然宇宙飞船所要询访的目的地并非只有月球一个，火星、金星、水星等，都已被列在计划单上了呢。像“嫦蛾奔月”一样地来到月球，无非是拉开载人宇宙飞行的序幕罢了。 从阿波罗11号登月说起 什么是宇宙飞船呢？宇宙飞船的本质无非是一颗可以返回的卫星罢了。不同的是，这颗人造卫星常常搭载了乘客兼驾驶员——宇航员。由于人的存在，宇宙飞船的系统复杂得多，至少从人着眼增加了应急救生、生命保障、返回等系统。下面，我们以“阿波罗11号”飞船为例，来看飞船是如何登访月球的。 1969年7月16日，美国东部时间9点32分，卡纳维拉尔角月球港，随着震耳欲聋的轰鸣声，土星V运载火箭喷出巨大的火焰，携着“阿波罗11号”飞船徐徐上升。26秒后，第一级火箭完成使命，自动脱离。2分42秒后，第二级火箭点火。此时飞船的速度是每秒2.7公里。3分17秒后，救生火箭被甩掉。9分11秒时，第二级火箭分离，飞船的速度上升到每秒6.8公里。 在常人看来，飞船上升兴许是像电梯上升一样舒服过瘾。然而，飞船中的三名宇航员，却正在经历着严峻的“超重”考验。超重是什么？超重是超过了原来的重量。飞船高速飞行时，由于以前的静止惯性，他们会感到有股强大的压力压在自己身上。这种感觉就像我们在公共汽车上，汽车突然加速，而人感到有股压力把人向后推一样。不同的是，字航员感到的压力太大，简直要把人压碎了。他们呼吸急促，脉搏猛增，全身的血液像快要凝固似的，一个个在椅子上动弹不得。 9分5秒后，第三级火箭暂时点火了两分半钟，使宇宙飞船的速度增加到7.67公里/秒，从而进入环绕地球的轨道。几圈之后，飞船脱离地球轨道，向月球背面飞去。发动机熄火、此时宇航员进入“失重”状态。失重就是感觉不到重量，不仅人，宇宙飞船上的牙刷、小刀等，稍稍动一下，就可以飞起来。飞船上不管是坐，是站，还是倒悬着都是一样的。看来，人脱离了地球引力，真是有说不出来的解脱感受。宇航员考林斯还在飞船上的电视摄象机前表演了倒立和飘浮，真叫人惬意。 “失重”看似好玩，可以随心所欲地自由飘动，但宇航员们却感到头晕、恶心，十分难受。令宇宙员最头疼的，是在“失重”状态下吃东西。宇航员的食物是精制的。据说在此以前的宇航员吃的是“牙膏食物”，即他们吃东西时，要像挤牙膏那样慢慢来。“阿波罗11号”的主食是冻干食品，大约每天可供每名宇航员2100卡的热量。此外还有四套不同的菜肴，一百多份各种不同的快餐和点心。上月球后吃的食物也准备好了，像奶油鸡汤、冰冻炒鸡蛋、辣椒牛肉、甜饼干、咖啡等。这些美味佳肴要么放在口头咀嚼，要么用注入备用的吸管吸食也可。最有意思的是，字航员还带有纸手巾、牙刷、剃须刀等。据说后来的美国女宇航员还带有唇膏、胭脂呢。 说到这儿，大家兴许会问，宇航员的便溺怎么解决？问得很有水平。其实，“阿波罗11号”飞船还没有厕所，只有一个舱内罐，这个罐有管道与舱外相通。在真空中，这些便溺立即凝聚成粉状冰屑向四周散开。据说，粪便污水散开的一点反作用力还影响过宇宙飞船的飞行方向，经过调整才没有酿成恶果。 7月19日清晨，“阿波罗11号”飞船进入绕月轨道。宇宙飞船的服务舱发动机开动，飞船开始绕月飞行。上午8点30分，三位宇航员用了近五个小时检查每一个仪器和系统，而休斯敦宇航中心则把世界各地搜集来的数据发给飞船。 第二天早上9点22分，飞船指令长阿姆斯特朗和奥尔德林进入登月舱，登月舱驾驶员考林斯将指挥舱和登月舱的通道封闭，他不参加登月活动。“阿波罗11号”有指令舱、服务舱和登月舱。登月舱被称为“鹰”。 13点47分，“鹰”离开指挥舱，向月球接近。“鹰”以每秒8米的速度下降，当到达离地只有150米的高度时，阿姆斯特朗通过观察窗发现着陆点不对劲：下面是一个直径达180米的火山口。关键时刻，指令长加足登月舱马力，使“鹰”跃过危险地带。终于，下午16点11分40秒，“阿波罗11号”飞船登月舱到达月面。 接着，身着宇宙服的阿姆斯特朗从登月舱舷梯上走下来。细心的读者可能会问：怎么又冒出了个“宇宙眼”，“宇宙服”是个什么东西？原来，月球上温差大，热可达120℃，冷可到—140℃；另外还有强烈的宇宙射线，以及天外来的小陨石和宇宙尘。它们以每小时两万多公里的速度落在地上，给宇航员以极大的挑战。而且月球又无空气，谈话也听不见，真让人担心。可是“阿波罗11号”飞船宇航员穿的衣服却可保证人员万无一失，宇宙服可分两种，它们柔软、绝热、不导电、质量轻且耐磨。像阿姆斯特朗、奥尔德林穿的叫舱外服，考林斯穿的叫舱内服。舱内服分三层，外层是保护层，中间是富有弹性的硅系列橡胶布，并密封注了氧气，里层能控制温度。舱外服比舱内服外面多了一个重8.6公斤的外保护层，可以防止宇宙微陨石的意外“伤害”；其贴肉部分还有一层水冷却衣，衣服上面的尼龙布布满了注水的小细管，能带走体内的热量。这样一来，阿姆斯特朗都快成一个笨重的企鹅了。 不过，大家也许也能猜到：全套宇宙服还包括头盔、手套、月面靴等。 阿姆斯特朗到达月面上宣布：“对一个人来说，我只不过迈出了一小步；可对人类来说，这却是一个大飞跃。”这一句话使全世界一片振奋。奥尔德林也到达了月面上。两人行走自如，如羚羊似地自由跳跃。随后两人在月面上站稳，用长柄取样器搜集了一些土壤样品，装在塑料袋内，准备带回地球。接下来两人把月球仪和激光反射器留在月球上，这两个仪器是分别测试月球震动和月地距离的。 在月球上呆了21个小时之后，两位宇航员返回了登月舱。登月舱上半部的发动机点火起动，进入绕月轨道，再与考林斯驾驶的指令舱会合。不久，燃料耗尽的登月舱被抛掉，指令舱带着三名字航员向地球飞去。穿过大气层，经过减速，凭着降落伞的帮助，指令舱溅落到海上，一艘待命已久的航空母舰立即将其打捞上岸。 这次造访月球带来了不少收获。通过对月面土壤样品的分析，科学家们得出了月球的年龄，平息了过去不必要的一些学术争论。 宇宙飞船的发展 宇宙飞船迄今已经发展了好几代了，但目前投入使用的宇宙飞船却屈指可数。但被列入未来发展计划的飞船还是有的，虽然这之中已有部分计划已经失败，对有些国家来说，在自己国家航天飞机尚未问世时，宇宙飞船仍然是其发展的重要目标，现在我们从头至尾来看看字宙飞船的发展。 前苏联 东方号是前苏联第一代载人飞船，轨道载人飞行。东方号是在60年代以前载有动物的飞船基础上发展起来的。 1961年9月12日，俄罗斯宇航员加加林乘坐的东方1号飞船发射成功，从而使它成为第一个进入太空的宇航员；四个月后，乌克兰族宇航员季托夫乘坐东方2号飞船飞行了48个小时；1962年8月11日～12日，东方3号、4号载人飞船进行了编队飞行。1963年6月14日、16日，东方5号、一号载人飞船进行了编队飞行；其中6号飞船宇航员为女性。前苏联第一代飞船只有定向、导航、着陆、遥测等系统，没有姿态控制系统。 上升号是前苏联第二个型号的载人飞船。由于美国决定在1965年初发射载有两名宇航员的双子星座飞船，该飞船具有交合、对接、机动飞行、舱外活动等能力。这使一心想争做第一的苏联人大为恼火，于是不惜血本将东方号进行了改进，让本来只能乘坐二人的飞船硬塞进了三人，这就使上升号飞船带有极大的冒险色彩。 上升1号飞船没有交合、对接、机动飞行的能力，甚至连宇宙服都取消了。上升2号飞船有舱外活动能力，但安全性能仍然打上了折扣。上升2号飞船返回地面时出了故障，两名宇航员只得改用手工操纵，飞船落在远离回收区800公里以外的森林，宇航员几乎毙命。 联盟号是前苏联的第三个载人飞船型号，它分原型和改进型。联盟 11号以前的为原型，改进型约有二十多艘。它们均是为建立空间站作准备的。 联盟号飞船由轨道舱、返回舱、服务舱三部分组成，总质量为六吨左右，全长七米多，呈圆筒型，直径约2.3米。轨道舱内部容积有五立方米，它是宇航员工作和休息的地方。服务舱分仪器舱和发动机舱，这两个舱在返回途中都会被抛掉。返回舱也叫座舱，两壁有舱窗，带有缓冲火箭和降落伞。 联盟号飞船的发展史充满了艰辛与灾难，数名宇航员死于非命。1967年4月，联盟1号载人飞船由于姿控发动机漏了燃料，飞船无法平衡；宇航员想尽了办法进行返降，但由于降落伞没有打开而使优秀宇航员格马洛夫摔死。1971年6月29日，联盟11号在返回时，由于返回舱与轨道舱连接处的密封出了问题，舱内空气泄漏，三名未穿宇宙服的字航员因爆炸性减压而死亡。 联盟号飞船做过国际合作的飞行，曾有七个国家七名宇航员通过飞船进入过空间站。联盟T号飞船从1978年开始进行不载人飞行试验，它使用了新宇宙服、新的燃料推进剂。从1979年12月到1985年9月，联盟T号飞船共发射了16艘。联盟 TM号飞船是 T号的改进型，首发是在 1986年 5月，它具有交合、对接、降落伞等系统。 美国 水星是美国第一代飞船型号。从1958年开始，美国历经了四年八个月，进行了14次飞行试验，这之中有六次不载人飞行，两次动物飞行，六次载人飞行。水星飞船一般只有一吨半左右，高约三米，外形呈圆锥形。飞船具有定向、保障生命安全、控制飞行姿态的系统，部分的还有临险逃脱的能力。它的最后一次发射是在1963年5月15日，飞船在太平洋中途岛附近的海上溅落。 双子星座是美国第二代载人飞船。可以容纳两名宇航员，重约三吨，双子星座载人飞船外形像一个圆锥，它由服务段和再入段两部分构成。服务段设在飞船后部，由制动火箭系统和仪器设备舱组成；再入段有三个舱室，这之中有座舱。座舱也呈锥形，底部直径为2.3米，顶部直径为一米，可以乘坐两人，舱内有食品、水、仪表、制导和通信设备。座舱侧面还有三层玻璃的观察窗口。 双子星座飞船采用弹射座椅救生系统，这和一般战斗机上的弹射座椅救生系统大同小异。据说，双子星座飞船曾经拍摄过我国的长江口、湖南等地的一些照片。 “阿波罗”是希腊神话的一个太阳神的名字。美国用它来为飞船和火箭命名，意义深远。美国的登月计划也称阿波罗计划，首次登月的“阿波罗11号”也只是登月飞船中的一艘。 从1961年5月25日开始，到1972年12月底，美国为实施阿波罗计划总共进行了17次飞行试验。阿波罗计划也并非一帆风顺。1967年1月27日， “阿波罗4号”宇宙飞船的三名宇航员，在当地时间13点进入飞船座舱时，由于电短路产生火花，使座舱起火，三名身着不能防火宇宙服的宇航员被烧死。 阿波罗1～10号飞船进行登月试验活动。11号到17号均采取实践登月行动，有六艘飞船到达了月球，它们是： 阿波罗11号，1967年7月16日～24日，在月球静海降落； 阿波罗12号，1969年11月14日～24日，在月球风暴海降落； 阿波罗14号，1971年1月31日～2月9日，在月球薄拉莫勒地区降落； 阿波罗15号，1971年7月26日～8月7日，在月球亚平宁山哈得利峡谷降落； 阿波罗16号，1974年4月16日～27日，在月球迪卡尔高地降落； 阿波罗17号，1972年12月6日～19日，在月球曹拉斯利特罗山脉降落。 阿波罗飞船登月并非是直奔而去，而是采用月球轨道交合法，即：宇宙飞船从地球轨道进入月球轨道，再推向月球背面；然后再从月球背面进入月球轨道，并转入地球轨道，回到地球。“阿波罗11”号宇宙飞船也不例外。 阿波罗计划总共花了11年半时间，耗费了250亿美元，收集了384.2公斤的月球土壤岩石样品，并在月球上设置了一些仪器设备，但它是美苏冷战时期的表演仪式，实用价值不大。 欧洲 欧洲宇宙飞船。欧洲空间局从80年代开始载人航天计划。这其中就包括太空拖船、载人飞船和“海尔梅斯”航天飞机。太空拖船是一种空间自动转移飞行器——货运飞船，其两端为圆柱形设备舱和动力舱，中部为燃料箱和平台。载人飞船是搭载有宇航员的飞行器，此飞船采用密封舱，具有重返地球的能力。本来，欧洲空间局预计1997年开始正式研制，21世纪初实现载人飞行，但由于种种原因一再拖延计划。但无人货运飞船的研制一直在紧锣密鼓地进行，它将用“阿丽亚娜5号”运载火箭发射上天。 其他国家，如中国、日本等也在加紧研制载人飞船。 太空方舟的表演 宇宙飞船发展到现在已经有几代了，这之中，俄罗斯和美国熟练地掌握了一些宇宙飞船的技术，这包括交合、对接、编队飞行、舱外飞行、分离等。 交合对接，真可谓是太空之“吻”。它指一个航天器与另一个航天器在同一时间，以相同的速度达到空间某一位置的过程。宇宙飞船的对接包括飞船与空间站、飞船与飞船的对接等。 字宙飞船与空间站的对接由来已久。空间站我们知道，可以在空间载人进行各种工作；但是飞船与空间站的对接并不像我们的想象的那样容易。早期的飞船与空间站对接，如1971年联盟10号与礼炮1号的对接就遭到了失败。此后，联盟11号与礼炮1号对接成功，三名宇航员在礼炮1号空间站工作了22天。从1977年底到1979年初，前苏联相继发射的联盟 26、 27、 28、29、 30、 31、 32飞船都与空间站礼炮 6号进行了成功的对接。1995年3月14日，携有美国宇航员的俄罗斯“联盟TM21”飞船，与俄罗斯“和平号”轨道站进行了对接。 飞船与飞船的对接令人不可思议。因为在低空中两架飞机如果靠拢接近，极有可能发生机毁人亡的事故。然而太空中飞船之间的对接完成得似乎很随意。两艘飞船先用自载的交会雷达和自动驾驶仪导向目标，当两飞船距离不到50公里时，双方转而使用飞船上的高强度灯光信标开始靠拢。飞船对接的相对速度必须很小，横、纵向分别不超过每秒0.1米和5米。70年代，苏联的联盟号飞船与美国的阿波罗飞船进行过对接，并共同飞行了两天。 编队飞行，就是说宇宙飞船像飞机一样地编队飞行。飞船的编队飞行不像战斗机编队飞行那样神气，但其在太空的情景也相当壮观。1962年8月11日、12日，苏联发射了东方3号、东方4号载人飞船，进行了首次编队飞行，两船最近距离为6.5公里。1963年6月14日、26日，东方5号、东方6号又一次进行了编队飞行，两船最短距离为4.8公里。 舱外飞行今天在航天飞机上已经习以为常，有时候宇航员还可以完全脱离航天飞机，成为地地道道的“卫星人”，但这在早些时期的宇宙飞船上实现得并不顺利。如60年代，苏联上升2号飞船的一名宇航员到舱外活动时，由于字宙服在空间像气球一样膨胀起来，他无论如何也钻不进座舱。好在这位宇航员沉着应战，冷静对付，终于用了八分钟进入了座舱，真叫人捏了一把汗。 分离技术在飞船上引人注目。如果说生孩子不是件容易事的话，那么飞船分离系统之复杂、分离次数之多，真令人难以想象。如“阿波罗11号”宇宙飞船登月，先是一级、二级火箭相继分离脱落，再是末级火箭发动、关机、再发动到最后脱落；进入月球轨道后，登月舱与指令舱会分离、对接、再分离、最后只剩下服务舱和指令舱，在距地640公里时，连服务舱也被分离抛掉了。一级级火箭分离，一个个舱被扔掉，分离系统起了多么重要的作用啊！ 当然，别的系统，如姿态控制、生命保障系统也很重要。如前面所述的联盟1号宇航员格马洛夫之所以摔死，就与姿控系统的动力出了问题有关。 |
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