宇宙空间站

参见 《知识经济卷》 中 “宇宙空间站”。

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宇宙空间站

人类已经进入开发和利用空间资源的新时代，不少国家把发展载入航天技术、建立大型空间站作为本国航天高技术领域中长期发展目标。现代大型的载人航天工程体系包括近地轨道上有人照料的平台、轨道实验室和空间站及其应用系统、天地往返运输系统、运载火箭系统、发射系统、回收系统、测控系统、航天员及支持系统等。
空间站是一种可供多名航天员巡访、长期居住和工作的大型载人航天器，其结构复杂，规模比一般航天器大得多，通常有密封的居住舱、对接过渡舱和非密封的资源舱等。利用空间站可以在近地轨道上进行各种实验 (科学、材料加工和生命科学的实验与研究): 生产新材料，如高纯晶体、半导体和特殊合金等； 为卫星和其它航天器进行维护、修理和补给； 长期对地观测和天文观察； 将有效载荷发射到地球同步轨道、月球和其它行星上等； 组装空间大型结构，例如大型天线阵等； 贮藏航天器部件消耗物资、实验材料和卫星等等。
由于空间站的任务和特点，使得空间站有许多工作需要人来完成或是人与自动化结合起来完成。现阶段空间站上人的任务更重，作用更大。航天员可以充分发挥其触觉、主观观察、判断以及对意外情况的处理等能动性，在空间维修出故障的航天器，组装大型空间结构和操纵有效载荷等。但是随着人工智能、专家系统和机器人等自动化技术的发展，空间站的自动化程度会越来越高，最终将成为高度自动化的系统。空间站设计要适应科学和机器人技术发展的要求，在未来先进的空间站上，航天员将成为信息管理人、决策者和检修工程师。
空间站的发展对运载火箭、天地往返运输系统提出了更新更高的要求，必须协调发展。由于要求运载能力大幅度提高，近地轨道运载能力在20—180吨的大型运载火箭将得到发展。考虑到载人的因素，将不采用有毒推进剂，出现液氢——液氧和液氧——烃类混合应用的新时期。新一代天地往返运输系统空天飞机将成为21世纪的主要运输工具。空天飞机是一种水平起飞、水平着陆、完全重复使用的单级入轨运载器。采用组合循环发动机，由涡喷、亚燃冲压、超燃冲压、火箭四种发动机组合而成。它以液氢为燃料，大气中飞行时吸入空气作为氧化剂，真空中飞行以机载液氧为氧化剂。空天飞机的主要作用，是向空间站补充人员、物资、燃料，并把空间站内制成的产品运回地球。
空间站是航天技术中的佼佼者，是一项综合性的大型航天工程。发展空间站，可以充分利用空间资源，如高远位置、微重力、高真空、超低温、高净洁和强幅射等，加速空间物质产品的开发，促进空间工业化、商业化和军事化的进程，并带动许多现代科学技术的飞速发展，还可促使材料科学、生命科学、物理学、化学和天文学等产生新的突破，还促进了电子、材料、机械、化工、推进、能源、冶金、遥感、计算机、自动化、交通技术的发展。空间站的建立，将使人类的活动领域由陆地、海洋、空中扩大到宇宙空间，从而将引起人类社会的科学、技术、经济和生活等多方面的重大而深刻的变化。
宇宙空间具有地球上难以达到的一些条件，如超高真空、强辐射、超低温、安静、失重等特殊条件，这正是现代的工业生产和科研试验所需要的条件和环境。空间低重力下电泳分离效率比地球上高716倍，产品纯度比地球上高4—5倍。利用电泳工艺在空间生产的药品可达20多种，都是治疗糖尿病、心血管、肺气肿以及病毒传染等病症的贵重药品，因此美国开始使用空间制取的药品进行临床试验。随着载人空间站、航天飞机商业用途的扩大，空间工业生产更引起了各国政府的注意，几乎都在拟订未来空间工业生产的发展计划，或者以自己的航天手段实施，或者参加到联合空间站去，一个载人空间站的热潮已经开始。
美国先建立航天飞机体系，再着手建立空间站，而前苏联是先推出空间站，再建立航天飞行体系。两种不同的发展道路，到90年代初则汇集到一个目标上来，即由航天飞机/宇宙空间站组成二位一体的空间体系。经过多年研究和试验，建造下一步大型空间站的项目已没什么技术困难了。1971年4月以来，原苏联已发射了7艘 “礼炮号” 空间站，重量均在18—19吨之间，结构为不规则多级圆柱体，长约12米，直径4.15—2米不等，安装有3块太阳能电池帆板。前4艘寿命短，均不到1年，第5艘开始在轨道停留时间超过3年。早期只有1个对接口，只能与一艘飞船对接，补给问题无法解决。“礼炮6号” 以后，同时能与 “联盟号”和 “进步号” 飞船同时对接，解决了补给问题。它在空间飞行了58个月，累计载人飞行676天，接纳16批共33名宇航员，完成了120项科研生产项目。“礼炮7号” 从1982年4月发射后，至1986年8月接待最后一批宇航员进入更高轨道，存在时间不少于8年。它先后接待29人次进入站内工作，与11艘载人飞船对接。突出的贡献就是前苏联宇航员驾驶联盟号飞船，实行了 “礼炮号” 航天站与新发射的 “和平号” 空间站往返2次的飞行、对接、运送仪器并检修安装。1986年2月，前苏联第三代航天空间站—— “和平号”宇宙空间站比 “礼炮号” 更先进，有6个对接口，不仅可以对接载人和运货飞船，以及各种专业组合舱，而且还可以与另一个航天空间站对接。它的对接能力将是无限的，可以说是未来太空居民村镇和城市的胚胎。
美国在1973年5月发射第一个 “天空实验室”。它总长36米，总重90.7吨，最大直径6.7米，最大宽度27米。载人飞行了171天，拍摄了34万多张地球照片和18万多张太阳照片。进行了18项生物医学试验，28项实验，调查了39种地球资源。在以后的航天飞机的飞行过程中，从1981年4月开始，不断进行了各种空间生产、实验研究等试验。为了开辟空间工业化道路、全面赢得空间技术的领先地位，美国已开始了雄心勃勃的永久空间站的建造计划。
可以预料，不久的将来，人们可利用空间的矿物资料，使用空间发电站的能源，在失重和高真空的环境下，制造出巨型的，而重量却很轻的桥梁，运回地球上架设跨河、跨海的大桥。随着空间站的建造，人类开发空间、探索宇宙、开发空间资源，已是指日可待了。