在空间站可以进行哪些方面的工作?
空间站在离地面几百千米到几百万米的高空飞行,脱离了地球大气层的束缚?从这里观测太阳?月亮和星星,没有大气的折射?散射和吸收的干扰,也不受刮风和下雨的影响,因此,在空间站上建立起一个天文台,天文学家可以长期在这里工作?这将使天文学的研究进入一个崭新的阶段?
美国和前苏联从空间时代一开始,就利用空间观测地球?近30年来,它们利用载人空间飞行获得了大量有用的科学资料,拍摄了几千万幅地球照片?如果今后在永久空间站上放上光学?雷达以及先进遥感器,宇航员在站上及时进行分析研究?处理获得的数据,加以筛选,去伪存真,比不载人卫星具有更大优点?特8U是在空间站上安放大型雷达天线,不受天气阴雨?云及昼夜的影响,由人操作,使人机结合,对地球观测能获取最大效果?宇航员或科学家利用天文望远镜观测宇宙,从而摆脱了地球大气的扰动,使科学家更能了解宇宙的奥秘?一位欧空局官员在谈及如何利用空间站时说:“必须有飞行机会,一位科学家才能成为空间站的用户,否则他只是一位科学家?”空间站的时代能让更多科学家登上空间站进行研究工作?
空间站在绕地球的轨道上飞行,大约一个半小时绕地球一周?因此,从空间站上可以监视气象变化,探测大气和水的污染,发现森林火灾和勘探地球资源,并且可以操纵空间站上的大型照相机准确地拍摄地面的军事目标?
“空间实验室”
人在“空间实验室”里确实能进行许许多多科学实验,开拓新技术?根据美国“空间实验室”?前苏联“礼炮”站与“和平”站?美与前苏联“阿波罗一联盟”对接飞行以及三次欧洲“空间实验室”飞行经验,证明了“空间实验室”的优越性?例如,1987年前苏联宇航员在“和平”站上做了600次天体物理和130次地球物理观测?100项技术和80次日力观测实验,主要致力于砷化镓?电泳以及合金实验研究?在地球上由于受到重力影响,无法获得高纯度?高质量理想产品?在空间实验室里,空间环境无沉淀和对流,在无重力下,液体自由浮动为获取高纯度?高质量的理想产品提供了条件?只有在永久空间站出现后,才能从实验发展成为空间产品?美国“自由”号空间站上有美国实验舱?日本实验舱以及欧空局的实验舱,将进行大量的科学实验?生产实验?然而,前苏联“和平”站从1986年2月进入太空后,由于准备条件不充分,未能充分发挥它的作用?1989年犀月,前苏联星城宇航员培训中心主任沙塔洛夫中将(前宇航员)说:“宇航员在‘和平’站上的大部分时间是修理出故障的仪器,无时间从事空间实验研究?”前苏联虽拥有长期飞行的“礼炮”号站与“和平”号站,但利用率不高,未获得像欧洲“空间实验室”短暂飞行的成就?
制造新材料
空间站是生产地面生产不出来的新材料?新合金以及材料加工的理想环境?1974年,美国社会学家格?亨利?斯坦认为,空间飞行的发展和空间环境的利用将可能导致第三次工业革命?尽管他言之过早,但失重空间环境却是一个“黄金王国”?微重力和理想真空的空间环境能生产出令人感兴趣的产品,空间有效加工能降低成本?如空间生产最简单的产品是硅片,而在地面生产则成本高?效率低?质量差?据1990年7月前苏联估计,索洛沃夫和瓦连京两宇航员在“和平”站上6个月生产新药品蛋白100千克,价值1.05亿卢布,只花了8000万卢布成本费,获利润2500万卢布?此外,2名宇航员研究了在失重环境中生产玻璃?金属合金以及半导体材料的商用价值?另据美国汤普森?拉莫?伍尔德里奇公司估计,每年在空间生产的20吨新材料的产值达到4.04亿美元?若在空间生产光纤,每千克就可比地面节省6万美元?
空间站的特殊环境为人类在空间加工材料开辟了新的途径?例如:制造新型泡沫金属?泡沫塑料出现以后,人们很自然会想,能否制造一种像泡沫塑料一样的泡沫金属呢?要想制造泡沫金属,首先需要把金属熔化,然后再往熔化了的金属内部充气体,再使这种充气的金属冷却?但是,由于地面重力的影响,金属在冷凝过程中往往就把气体挤出?所以在地面上无法制造出泡沫金属?在空间站上,一切东西包括金属和气体都失去了重量,这样,人们充到熔化了的金属内部的气体就不会被挤出来?因此,在空间站上很容易制造出轻如泡沫坚如钢的新型泡沫金属?此外,在空间站上还可以制造理想滚珠,进行均匀焊接,生产完美晶体等等?
太空材料的热稳定性
温度之升高对布料的强度?伸长率和弹性有影响?随着温度的上升,大多数材料的强度都会降低?表明材料在温度上升时其性状变化的重要指标就是热稳定性?加热到热稳定温度以下的材料冷却后可恢复至初始状态?
因此,热稳定性描述的乃是一种极限温度,它在很长的时间内不致对材料性能产生重大影响?
在低温下,不同的纤维稳定性也各异?天然纤维与人造纤维经受瞬时温度的性能都不错?合成纤维则低温稳定性较差?例如,用人造纤维制造的粘胶纱线,在-50℃低温下其断裂载荷增加30%?
空间医学试验
空间站上的一切都处于失重状态?空间站上的人和动物都失去了重量?长期失重对人的生理有什么影响?人能否在长期失重的条件下生活和工作?这些问题不仅关系到空间站的发展前途,而且也影响到今后的星际飞行?因此过去发射的几个空间站都无一例外地进行了空间医学试验?例如美国的“天空实验室”里用自行车功量计试验宇航员在失重状态下的工作能力,用下身负压试验研究失重对人体的影响?所谓自行车功量计,就是宇航员爬到固定在“天空实验室”地板上的自行车上,然后按规定速度踩蹬自行车,同时记录宇航员的心率?血压和呼吸等生理指标,以此考察宇航员的工作能力?下身负压试验,就是用一个外形像汽油桶似的装置套住宇航员的下半身,然后开动真空泵,降低桶里压力,这样宇航员下身周围的压力就低于上身周围的压力,上身血液就流向下肢,以此来模拟宇航员返回地面后由于重力的作用血液往下流动的情况?
宇航员在空间站里,用不着像在飞船里那样老是坐在椅子上?空间站比飞船大得多,它为宇航员提供了自由活动的天地?宇航员在这种失重的天地里生活,十分新奇而有趣?但是,宇航员的一切行动都得小心翼翼?
宇航员在空间站里行走,只要往地板上轻轻广蹬,就会像羽毛一样缓缓地向天花板飞去,然后轻轻地撞到天花板上?这个很轻的撞击,又会把宇航员推回地板,宇航员澍地板的撞击,又使他飞向天花板?就这样,宇航员在天花板粕地板之间没完没了地飞来飞去,直到他抓住固定在舱壁上的一个什么东西为止?为了使宇航员在空间站里行走不飞起来,必须采取特殊的措施?例如,美国“天空实验室”的地板?天花板和隔板都做有三角形的网眼?在宇航员的鞋底上装有V形法兰盘?宇航员在地板?天花板和隔板上行走,把V形法兰盘插入三角形网眼里;然后稍稍转动一下,鞋底就固定住了?当他要迈步前进的时候,先把一只脚转动一下,把鞋子从三角形网眼里拔出,然后插入前面的三角形网眼里,再稍稍转动一下?接着以同样的步骤拔出另一只脚再往前挪一步,这样一步一步稳稳地前进?
宇航员在空间站里吃东西和飞船里一样,也得格外小心?在失重状态下,水瓶子里的水无法倒进杯子里,杯子里的水也很难喝到嘴里?只要稍稍碰一下杯子,水就会变成水珠子飞走?因此,宇航员喝水得用特殊的水龙头把水喷进嘴里去?
宇航员在空间站里洗澡也和地面不一样?宇航员走进浴室,首先得拉起一个圆柱形的口袋把淋浴喷头和身体围起来,然后再扭开淋浴喷头进行冲洗?这样飞浅的水珠就被口袋挡住,而不致于在舱里到处乱飞?
在没有重力的环境里,宇航员不管是睡在硬板床上还是弹簧床上,或者用绳子吊在梁上都一样?在空间站的卧室里,壁上挂着一个个睡袋,宇航员要睡觉的时候,就钻进口袋,把头和两只手露在睡袋外面,可以感到像睡到弹簧床上一样的舒服?
宇航员在空间站里大小便也得十分小心?一不小心,大小便也会飞散开来?所以大小便也必须进入特殊的厕所间?
观测和监视地球环境
人在空间站上借助高分辨率望远镜观测地球,或用望远镜式镜头对地球拍照,取代自动化遥感卫星?由人观察地球,若发生森林火灾,不仅可指出发生地,还可将蔓延方向指示给飞机?直升飞机以及陆基灭火队,只是要受到空间站轨道运行周期的限制?
回收?修理?发射卫星
空间站一个最大用途是由宇航员回收卫星,并予以修理和重新发射?美国航天飞机已进行了4次这样的工作?空间站寿命长,不仅把地面发射卫星工作移到空间,而且能把造价昂贵的过期卫星或故障卫星回收,这样将大大延长卫星寿命?美航宇局正在研制可以飞出站很远的机动飞行器,以便回收降轨的静止卫星,并给卫星加燃,相当于中途加油站,进而从空间站向月球和火星发射载人宇宙飞船?美国国际“自由”号空间站设计时已考虑到它的飞行器空间起飞站?
空间维修是随着载人航天技术的成熟而出现的一种特殊勤务活动?其应用范围十分广泛,如对各种航天器和航天设施进行回收?修复?更换部件?补充燃料等?空间维修要求有很高的技术保证,首先要有长时间在空间停留的载人航天器,就目前而言,还只有航天飞机和航天站;其次被维修的航天器要适合空间维修,目前,这样的航天器采用先进的舱体化设计,即把航天器按功能分为若干个标准舱,便于拆卸,此外,要有地面控制的密切配合?由此可见,空间维修的实施既是一项复杂的系统工程,也是空间高科技水平的集中体现?
