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1 世界航天史 -世界航天史

 

2 世界航天史 -正文

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  從幻想到科學
   古代火箭的發展
   近代自然科學提供的條件
   科學幻想作品的啟迪
  克服地球引力的努力
   航天先驅者
   V-2火箭的歷史作用
   衝出大氣層
  航天新紀元
   第一顆人造衛星的發射
   衛星的發展和應用
  深空探測
   月球探測
   行星探測
  人進入太空
   第一個航天員
   登月
   飛船空間對接
  在空間建立基地
   「天空實驗室」
   「禮炮」號航天站
   「空間實驗室」
  太空梭出現
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  遨遊太空是人類自古就有的願望。古代火箭的發展、16世紀以來科學技術的進步、現代工業的興起使人類得以從幻想轉向科學探索。19世紀末20世紀初,在一些工業比較發達的國家出現了一批航天先驅者。他們開始研究和解決航天的科學理論和工程技術問題,還著手設計和試驗火箭。經過大約半個世紀的努力,人類終於把人造地球衛星送入太空,從而開創了航天紀元。自從1957年第一顆人造衛星上天以來到1984年底,蘇聯、美國、法國、日本、中國、英國、印度等國家以及歐洲空間局先後研製出近80種運載火箭,修建了10多個大型航天器發射場,設計、製造和發射了3022顆人造地球衛星、100多個載人航天器及109個空間探測器,建立了完善的跟蹤和測量控制系統、地面模擬試驗設施、數據處理系統。約有40個不同用途的應用衛星系統投入運行。一些不能獨立研製或沒有條件發射航天器的國家通過購買、租用或委託發射也有了自己的衛星或獲得衛星服務。航天國際合作廣泛開展,形式多樣。蘇聯的航天站已能在太空持續運行58個月,航天員在太空的持續飛行時間長達236天22小時50分。美國太空梭進行了14次飛行,完成了運送和回收衛星的雙向運載任務。先後有14個國家的150餘名航天員進入太空,12個人踏上月球。空間探測器已經成功地考察了太陽系的許多行星,實現了在金星和火星上軟著陸,探測了水星、木星、土星,有的將飛出太陽系進行科學探索。幾十年的航天活動促進了國民經濟的發展和科學技術的進步,對人類社會生活也產生了深遠的影響。
  

從幻想到科學


  航天思想萌芽於古代人們對太空的嚮往。但是科學地論證克服地球引力場的條件,只有在經典力學,特別是天體力學的基礎上才能做到。
  古代火箭的發展  航天離不開火箭。火箭是在火藥發明以後為適應軍事和娛樂需要而出現的。火箭約在12世紀出現於中國(見中國古代火箭)。在13世紀,中國、印度和阿拉伯國家都使用過火箭,以後火箭又傳入歐洲。這個時期的火箭比較原始,通常用層紙捲成葯筒,內裝火藥,把葯筒綁在細長的箭桿上,靠點燃葯筒的引線發射。從13世紀到18世紀中葉,火箭技術的進展比較緩慢。18世紀後期,印度軍用火箭取得較大進步。葯筒改由鐵皮製造,能夠承受較大的燃燒壓力。火藥的性能也有了改善。火箭的射程已可超過 1公里。印度軍隊在抗擊英國和法國軍隊的多次戰爭中曾大量使用火箭並取得了良好戰果。
  印度軍隊成功使用火箭的戰例推動了歐洲火箭技術的發展。曾在印度作戰的英國軍官W.康格里夫對印度火箭作了改進。他確定了黑火藥的多種配方,改善了製造方法並使火箭系列化。火箭的性能進一步提高,最大射程可達3公里。19世紀初,英軍在多次大的戰役中使用了康格里夫火箭,取得了顯著的效果,促使歐洲許多國家研製火箭並建立火箭部隊,黑火藥火箭獲得更廣泛的應用。19世紀70年代以後,火炮技術有了新的突破,特別是線膛炮的成功應用使火箭在使用性能方面遠不如火炮,火箭的發展也就變得緩慢。但古代火箭的演進為現代火箭的發展奠定了基礎。
  近代自然科學提供的條件  16世紀中葉,波蘭天文學家N.哥白尼創立了科學的日心地動說,改變了當時人們對宇宙的認識。之後,天文學家第谷·布拉赫通過大量天文觀測獲得了有關行星運動的豐富資料。J.開普勒對第谷的觀測資料用數學方法進行了分析計算和研究,發現了行星運動三定律,為經典天文學奠定了基石。1609年,伽利略用自製的望遠鏡巡視星空,使人類對太空的認識產生一個飛躍。伽利略還發現了自由落體定律和慣性原理,為經典力學的發展做出了貢獻。1673年,荷蘭物理學家C.惠更斯從單擺和圓周運動的實驗得出向心力定律。I.牛頓根據運動的現象研究自然界的力,在1687年發表了他的不朽著作《自然哲學的數學原理》。他在這本書中提出了萬有引力定律和三大運動定律,創立了天體力學,使人們得以從動力學的角度來研究天體的力學運動。經典力學,特別是天體力學是航天先驅者尋求克服地球引力而進入太空的途徑的理論基礎。
  科學幻想作品的啟迪  科學幻想常常寓有科學的預言,能夠啟發人們作出重大的發明和創造。將天文知識與循理虛構的故事結合起來的太空飛行幻想小說起源於17世紀。開普勒是最早撰寫太空科學幻想小說的作家。他的作品《夢遊》描述了人飛渡月球的情景。在17世紀的太空幻想小說作家中,法國的S.C.德貝爾熱拉克最富有想象力。他在《月球旅行》一書中設想了多種推進方法,包括火箭和利用太陽能的噴射推進器。1783年第一個載人氣球升空后,人們發現垂直向上的飛行能力是極其有限的。高度越高,空氣越稀薄和寒冷,為人所不能忍受。人們從而懂得了航天與大氣層內飛行有質的不同。此後半個世紀,有關太空旅行的科學幻想作品出現了低潮。19世紀60年代這類作品再度興起。法國A.艾羅、美國E.E.黑爾、德國K.拉塞維茨和英國H.G.威爾斯等作家所寫的太空旅行著作吸引了許多讀者,而法國著名作家J.凡爾納的《從地球到月球》(圖1)和《環遊月球》產生的影響更為廣泛。17世紀以來的科學幻想小說與古代神話傳說有根本區別。前者在科學的基礎上加上合理演繹和設想,虛幻之中寓有合理的思路。它喚起了人們對航天的興趣,使航天愛好者從中得到啟發和鼓舞。

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克服地球引力的努力


  航天先驅者  19世紀後期到20世紀初,湧現出許多富於探索精神的航天先驅者。他們對航天事業的早期發展做出了重大貢獻,其中影響最大的是К.Э.齊奧爾科夫斯基、R.H.戈達德和H.奧伯特。
  俄國的齊奧爾科夫斯基最早從理論上證明用多級火箭可以克服地球引力而進入太空。他建立了火箭運動的基本數學方程,奠定了航天學的基礎。齊奧爾科夫斯基的另一重要貢獻是肯定了液體火箭發動機是航天器最適宜的動力裝置,為運載器的發展指出了正確的方向(圖2)。
  美國的戈達德博士把航天理論與火箭技術相結合。他在1919年出版的《到達極大高度的方法》論文中提出了火箭飛行的數學原理,指出火箭必須具有7.9公里每秒的速度才能克服地球的引力。他認為只有液體火箭才能提供航天所需的能量,因而從1921年開始研製液體火箭。1926年 3月16日他製造的液體火箭(圖3)首次飛行成功,達到12米高,56米遠。這是世界上第一次液體火箭的飛行試驗,而戈達德也就成了液體火箭的實際創始人。

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  1923年,德國的奧伯特出版了《飛往星際空間的火箭》一書,論述火箭飛行的數學理論,並提出許多關於火箭結構和飛行的新觀念。奧伯特的理論受到了廣泛的注意,激起當時許多青年進行實踐的迫切願望。在許多國家開始出現火箭和航天愛好者的研究組織。1927年,太空旅行協會創立於德國,奧伯特任會長;1928年,反作用運動研究組成立於蘇聯;美國星際協會組建於1930年;英國星際學會出現在1933年。這些組織中的不少成員後來都成為本國研製第一代火箭的領導人。
  V-2火箭的歷史作用   30年代各國航天愛好者自發組織起來的火箭團體在開展活動的初期都遇到了困難,缺乏資金,受到社會人士的冷落。只有兩個國家──德國和蘇聯的青年火箭專家得到了國家的支持。德國人對於尚處在萌芽狀態的火箭的軍事潛力寄予希望。德國當時負責火箭研製工作的W.R.多恩伯格把研製火箭的課題委託給太空旅行協會的青年專家 W.von布勞恩。布勞恩領導的火箭設計研究小組設計的第一代液體火箭 A-1因結構不合理而遭到失敗。但 A-1的改進型 A-2卻於1932年12月試射成功,飛行高度達到3公里。1935 年開始研製第二代火箭A-3,重750公斤,推力達14.7千牛(1500公斤力),採用再生冷卻式燃燒室和燃氣舵等新技術。1936年4月,德國陸軍增加撥款發展火箭技術,並在波羅的海海濱的佩內明德興建火箭研究中心,同時研製V-1飛航式導彈和V-2彈道導彈。V-2(見V-2工程)是在A-3試驗火箭基礎上改進而成的,因而還有A-4的代號。
  V-2導彈於1942年10月3日首次發射成功,飛行180公里(圖4)。它是歷史上的第一枚彈道導彈。V-2在工程上實現了20世紀初航天先驅者的技術設想,對現代大型火箭的發展起了繼往開來的作用。V-2火箭的設計雖然不盡完善,但它卻是人類擁有的第一件向地球引力挑戰的工具,成為航天發展史上的一個重要的里程碑。

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  衝出大氣層  衝出大氣層是人類向空間進軍的序曲。大氣層保護了人類免遭空間粒子輻射的傷害,為人類繁衍生息創造了條件,但大氣折射、漫射和對某些波段輻射的選擇吸收使人類對宇宙奧秘之探索受到限制。要實現航天的願望,首先必須突破大氣層的屏障。從19世紀末到20世紀初,人們開始用氣球、飛機和探空火箭向大氣高層衝擊。到第二次世界大戰結束時,飛機的升限達到了15.23公里,氣球達到了32公里的高度。1946年,美國發射繳獲的V-2,測到了112公里高度的大氣數據。1949年,蘇聯用P-2A探空火箭攜帶860公斤的儀器設備上升到212公里的高空。1949年2月,美國以V-2為第一級,「女兵下士」火箭為第二級組成的「豐收」號探空火箭,創造了393公里的高度紀錄,獲得了高層大氣參數、化學成分和輻射強度等資料。50年代初,為了參與1957~1958國際地球物理年的活動,法國、日本、加拿大、澳大利亞等國也都發展了探空火箭。
  

航天新紀元


  第一顆人造衛星的發射  第二次世界大戰結束后,蘇聯和美國都通過仿製德國 V-2火箭建立了火箭和導彈工業,並且積累了研製現代火箭系統的經驗。一些科學家已經看到,在V-2技術成果的基礎上有可能發射人造地球衛星,而藉助載有儀器設備的衛星可以更有效地開展空間科學研究工作。1946年1月,美國成立了V-2高級研究委員會,決定將V-2作為發展新型導彈的試驗工具和研究高層大氣的探空火箭。1954年召開的地球物理學國際會議建議有關國家在1957~1958國際地球物理年期間發射人造地球衛星。在這一年,美國和蘇聯都開始著手人造衛星及其運載火箭的方案探索工作。在美國,陸軍提出了用「丘辟特」 C運載火箭發射「探險者」號衛星的「軌道器」計劃,海軍建議在「海盜」號探空火箭的基礎上加上兩級固體火箭組成「先鋒」號運載火箭發射「先鋒」號衛星,空軍則主張用MX-774火箭發射衛星。為了不影響戰略導彈的研製工作,美國政府在1955年決定採用海軍的「先鋒」號運載火箭方案,並計劃在1957年10月發射衛星,但「先鋒」號火箭在1957年9月的首次試射中沒有獲得成功。
  蘇聯在1954年基本上解決了多燃燒室發動機的設計和工藝問題,並有可能在較短時間內研製出推力達980千牛(100噸力)的液體火箭發動機,因而決定採用捆綁技術來研製P-7洲際彈道導彈,計劃在P-7導彈研製成功后將幾枚P-7導彈改裝成「衛星」號運載火箭,用以發射人造地球衛星。1956年末,蘇聯獲悉美國運載火箭已進行飛行試驗,而蘇聯正在研製的人造衛星因技術較複雜,短期內難以完成。為了趕在美國之前發射衛星,蘇聯決定將原計劃確定研製的衛星暫時推遲,改為先發射兩顆簡易衛星。1957年8月21日,P-7洲際導彈首次全程試射成功,同年10月4日,蘇聯用「衛星」號運載火箭把世界上第一顆人造地球衛星(圖5)送入太空(見「「人造地球衛星」1號工程)。這顆衛星正常工作了3個月左右,成為第一個被人類送入太空的航天器,實現了人類千百年來的夢想。這顆衛星的發射成功開創了人類的航天紀元。(見彩圖)

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  衛星的發展和應用  蘇聯第一顆人造地球衛星的發射成功在國際上產生了巨大的影響,對許多國家的運載火箭和航天器研製工作起到了積極的推動作用。為了擺脫落後局面,美國在繼續抓緊「先鋒」號計劃的同時又恢復了「軌道器」計劃。1957年12月,「先鋒」號火箭發射衛星失敗。1958年1月31日,美國用「軌道器」計劃的「丘辟特」C火箭(當時已改名為「丘諾」1號運載火箭)發射成功自己的第一顆衛星「探險者」1號(見「探險者」號衛星)。這顆衛星比蘇聯第一顆衛星晚發射了3個多月,重量只有4.8公斤,但它卻取得了重要的科學發現。物理學教授J.A.范愛倫根據衛星攜帶的蓋革計數器因磁飽和沒有輸出的現象,發現了地球輻射帶(后稱范愛倫帶)。此後,衛星的發射越來越頻繁,世界上越來越多的國家參加到航天活動行列中來。繼蘇聯和美國之後,法國在1965年11月26日、日本在1970年2月11日、中國在1970年 4月24日、英國在1971年10月28日、歐洲空間局在1979年12月24日、印度在1980年 7月18日相繼用自行研製的運載火箭成功地發射了自己的第一顆人造地球衛星。
  從60年代中期開始,人造衛星的發展已從探索試驗階段進入實用階段。各種應用衛星相繼投入使用,取得明顯的軍事、經濟和社會效益。科學衛星和技術試驗衛星獲得相應發展,取得一些重要發現和技術成果。衛星的發射數量急劇上升,應用範圍日益擴大。70年代以來,各種衛星逐漸向多用途、長壽命、低成本和高可靠性的方向發展,在發射數量上有所減少,但質量卻有顯著提高。
  航天器的研製帶動了其他工業部門的發展,促進了科學技術的進步。航天技術成果的應用對於社會生產力的發展產生了巨大的影響。航天技術領域的許多新設計、新結構、新材料、新工藝、高可靠性的元、器件和精密儀器逐漸推廣到其他領域中應用,大大提高了產品的質量和勞動生產率。但是更主要的還是直接利用衛星完成軍事和國民經濟使命,起到其他手段無法起到的作用。60年代以來,應用衛星發射總數已超過2500顆,其中以蘇聯的數量為最多,約佔總數的三分之二。應用衛星的種類繁多,有直接為軍事目的服務、支援地(海)面武裝力量的照相和電子偵察衛星、預警衛星、海洋監視衛星和核爆炸探測衛星,有攻擊敵方航天器的反衛星系統,有軍用和民用通信衛星、導航衛星、氣象衛星和測地衛星,還有民用的地球資源衛星、天文衛星、生物衛星、廣播衛星(圖6)和其他科學探測衛星。

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  應用衛星的功能不一,使用要求也不同,但技術發展的進程大體都經過以下3個階段:①技術試驗階段:主要是探索實現途徑、發展專用設備,進行地面和飛行試驗,驗證工作原理和設備功能,如40年代後期開始的以月球作為對象進行的被動通信試驗,直至50年代的無源中繼衛星和1960年10月的有源通信衛星的技術試驗。②半實用階段:發射能在有限時間和空間內服務的衛星,如氣象衛星、導航衛星和偵察衛星的早期型號,它們所取得的信息和提供的服務都是局部的。③實用階段:70年代航天活動的特點之一是發展各種使命的衛星應用系統,也就是陸續發射多顆衛星,使之按一定規律運行,組成空間衛星網和地面設備配套的系統,實現時間、空間連續服務。現在正在使用的衛星通信、氣象、導航和軍用系統大約有40多個。在一個應用系統中往往有多顆衛星,有的多達24顆衛星,而且衛星的壽命有限,還需要不斷補充新的衛星。如美國的照相偵察衛星系統已發展到第5代,前4代已發射了222顆衛星。
  

深空探測


  人類進入太空的前奏是對空間進行廣泛的探測,採用的手段就是空間探測器。空間探測很自然地是由近及遠進行的,從地球自己的衛星──月球開始,進一步便是本家族──太陽系的各個行星及其衛星,最後再飛出太陽系,深入到遙遠的恆星際空間進行探測。
  月球探測  伽利略是第一位用望遠鏡看到崎嶇不平月面的科學家。到19世紀末,人類對月球向著地球的一面所拍攝的照片已達到1公里的解析度:50年代後期,蘇聯和美國都制定了用無人探測器考察月球的計劃。1959年蘇聯以拍攝月球背面圖像為目標,先後發射了3個月球探測器。第一個探測器從月球一側約5000公里處飛過,未發回信息,進入了太陽軌道;第二個命中月球視中心以北800公里處,在即將撞擊月球表面的瞬間向地球發回關於月球附近不存在強磁場和輻射帶的信息。這是第一個到達地球以外其他天體的航天器。第三個探測器從月球之南7900公里進入繞月飛行軌道,經過月球背面時拍攝到月球背面70%從未被人類見過的區域和30%可從地面看見的月面。探測器飛回地球時,軌道正處於地球北半球的上空,有利於蘇聯地球站跟蹤和數據接收。探測器在回程中又將所拍攝的資料重複播送。地球站收到並整理出約30張關於月球背面的圖像,月球背面的面貌第一次被揭開了。
  1963~1976年是蘇聯實施月球考察計劃的第二個階段。在此期間蘇聯共發射21個「月球」號探測器(圖7)。最重要的成果是:「月球」16、20和24號分別於1970年9月、1972年2月和1976年8月在月面軟著陸並鑽孔取樣,將月球的土壤和岩石樣品帶回地球;「月球」17號和21號在1970年11月和1973年1月分別攜帶一輛重約1.8噸的月球車在月面軟著陸,由地面遙控月球車在月面自動行駛考察。兩輛月球車分別行駛了10.5和37公里。

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  美國早期的月球探測器是「先驅者」號探測器,從1958年開始發射。前3個都因未達到預定速度而失敗,第4個雖然發射成功,但時間上已晚於蘇聯,且在離月球很遠處飛過,未發回重要信息。此後,美國把對月球探測的第二個階段計劃與「阿波羅」載人登月計劃(見「阿波羅」工程)結合起來,執行了「徘徊者」號探測器、「勘測者」號探測器和「月球軌道環行器」計劃。
  行星探測  太陽系的九個行星分為內行星和外行星。4個內行星是水星、金星、 地球和火星,5個外行星是木星、土星、天王星、海王星和冥王星。行星探測可分為內行星探測和外行星探測兩類。
  內行星探測從60年代初開始。1961年 2月12日蘇聯發射第一個金星探測器。這個探測器在需時約 3個月的旅程中只飛行了15天便與地面中斷了通信聯繫。在60年代,蘇聯多次發射金星探測器,但均無重要收穫。美國在1962年8月26日發射「水手」2號金星探測器(見「水手」號探測器),探測器在距金星35000公里的地方掠過,取得了關於金星的某些資料。當探測器經過金星時,科學家測量它因金星引力而產生的軌道偏差,首次準確地計算出金星的質量。從70年代開始蘇聯和美國的金星探測進入第二個階段。1971年,蘇聯「金星」 7號探測器(見「金星」號探測器)的著陸艙在金星表面軟著陸成功,此後相繼發射「金星」 8號至「金星」16號探測器,發回了一批金星全景遙測照片和測量數據。測得的金星表面溫度高達 470±8°C,壓力為9±0.15兆帕(約90±1.5大氣壓)。美國在 1978年金星大沖期間發射了「先驅者-金星」1號和 2號探測器(見「先驅者」號探測器),在金星表面軟著陸成功,對金星進行了綜合考察。
  人類對火星上可能存在生命的問題一直懷有希望。蘇聯在1962~1973年間發射了7個「火星」號探測器,其中1個飛越火星,2個出了故障,2個軟著陸失敗,2個軟著陸后不久通信中斷。美國在1964~1975年間共發射 6個「水手」號探測器和2個「海盜」號探測器(圖8)。前者拍攝了火星的照片,後者拋出著陸艙在火星表面軟著陸(見彩圖)。蘇、美兩國對火星探測的結果表明,在著陸點附近未發現地球類型的生命形式(見地外生命探索)。

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  人類第一次用逼近方式取得關於水星表面狀態的信息是 1973年美國發射的「水手」 10號探測器在距水星690 公里處發回的。水星是太陽系內距太陽最近的行星。從地球上觀察只能在它接近地平線處才有可能。但它這時的形象又因大氣和渦流的遮攔而十分模糊。「水手」10號發回的水星照片十分清晰,可分辨約150米大小的物體。測得的數據表明水星表面很像月球,布滿大大小小的環形山,有很稀薄的大氣,大氣壓力小於2×10-11帕,晝夜溫差極大,白天溫度達700K,夜間冷到100K。
  外行星探測是從70年代初開始的。它比內行星探測的距離遠,探測器飛行時間長達數年,必須有大功率無線電發射機和大的發射天線才能使發回的信號在達到地球表面時仍有一定的強度。其次,在離太陽遙遠的空間已不可能利用太陽電池,只能用核電源。1972年3月美國發射了第一個探測外行星的「先驅者」10號探測器。1973年12月,這個探測器飛近木星,向地球發回300張中等解析度的木星照片,然後利用木星的引力場加速飛向土星,再利用土星的引力場加速飛行,折向海王星,1983年飛過海王星的軌道,預計到1986年將越過冥王星的平均軌道,成為脫離太陽系的第一個航天器。1973年4月發射的「先驅者」11號探測器在1974年12月經過木星,1979年9月在離土星34000公里處掠過,拍攝了土星的照片,發回有關土星光環成分的資料。1977年8月和9月,美國發射「旅行者」2號和1號探測器(見「旅行者」號探測器)。1979年以後,它們陸續發回木星和土星的照片,清楚地顯示出木星的光環、極光和 3顆新衛星以及木星的大紅斑結構和磁尾形狀,土星的光環構造、新的土星衛星、奇異的電磁環境等信息(見彩圖)。70~80年代的空間探測成果無論從航天技術水平,或是從空間天文觀測成果來看,都是重大的歷史性成就。

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人進入太空


  載人航天是航天技術發展的一個新階段。實現載人航天需要解決的主要問題是:研製出高度可靠而推力又足夠大的運載工具;獲得關於空間飛行環境的足夠信息,對人所能承受的極限環境條件作出正確的判斷;研製出能確保航天員生活、工作和安全飛行的生命保障系統和救生系統;能對飛行中的航天員的器官功能和健康進行監測;研製出航天器的人工駕駛和自動控制系統;使地面與航天員之間保持可靠的不間斷的通信聯繫;掌握航天器再入大氣層和安全返回的技術。
  第一個航天員  早在40年代末,人們就把一些生物裝入探空火箭進行試驗。50年代後期,出現了攜帶動物的人造衛星,對生命保障系統、回收技術、遙測、遙控、通信技術等進行了全面試驗。科學家們對獲得的空間環境數據加以處理后發現過去對微流星的危害估計偏高,存在輻射帶的空間也是有限的,從而肯定了人進入太空的可行性。蘇聯在發射了5艘不載人的衛星式飛船后,於1961年4月12日用「東方」號運載火箭(見彩圖)成功地發射了世界上第一艘載人飛船「東方」1號(見「東方」號飛船),使Ю.А.加加林成為世界上第一個進入太空的人,從而開闢了人類航天的道路。

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  登月  人踏上月球是載人航天活動的新高峰。美國為了加強航天活動,於1958年採取了一項重要措施,將航空諮詢委員會改組為美國國家航空航天局,並作出兩項具有戰略意義的決定:一個是立即為載人的「水星」計劃選調航天員;第二是優先發展巨大推力的F-1發動機。1961年 5月25日,美國總統J.F.肯尼迪向國會提出在60年代末將人送上月球的「阿波羅」工程。在國家航空航天局嚴格而科學的管理下,經過幾十萬人8年多的工作,1969年 7月20日由航天員N.A.阿姆斯特朗和E.E.奧爾德林駕駛的「阿波羅」11號飛船的登月艙降落在月球赤道附近的靜海區。這是一次震動全球的壯舉,也是世界航天史上具有重大歷史意義的成就。此後,「阿波羅」12、14、15、16、17號相繼登月成功,對月球進行了廣泛的考察。「阿波羅」工程集中體現了現代科學技術的水平,推動了航天技術的迅速發展。
  飛船空間對接  1975年蘇、美兩國的載人飛船在地球軌道上交會和對接並進行聯合飛行,這是載人航天活動的一個重要事件。整個60年代,蘇聯和美國雖然在氣象衛星信息交換、被動通信衛星試驗以及生物醫學等方面有過合作,但深度和廣度十分有限。1969年,蘇、美兩國商定在載人航天方面進行一次有效的合作。由蘇聯的「聯盟」號飛船和美國的「阿波羅」號飛船進行一次聯合飛行。經過幾年的努力,為實現飛船對接和聯合飛行所需要解決的測距方法與交會系統、對接機構、通信與飛行控制、生命保障和艙內環境條件等問題都獲得解決。1975年7月15日,蘇聯發射「聯盟」19號飛船。飛船在第4和第17圈作了兩次機動變軌,最後進入225公里高的圓形軌道。在「聯盟」號飛船起飛后7小時30分,美國發射「阿波羅」18號飛船進入與「聯盟」號飛船相同的軌道。兩艘飛船的發射和入軌都很成功。在「阿波羅」號飛船飛行到29圈,「聯盟」號飛船飛行到36圈時,兩船開始對接並聯合飛行2天(圖9)。兩國航天員經由過渡段進行了互訪,共同表演科學試驗,聯合舉行答記者問,完成了合作計劃。

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在空間建立基地


  在空間建立適合人們長期生活和工作的基地既是航天先驅者的理想,也是進一步開發和利用太空的需要。第一步是建立可長期工作的航天站。到1984年年中,進入近地軌道的航天站有3種:美國的「天空實驗室」、蘇聯的「禮炮」號航天站和歐洲空間局的「空間實驗室」。
  「天空實驗室」  美國國家航空航天局利用「阿波羅」工程節餘的「土星」 5號運載火箭的末級,將它改造成為試驗型航天站,即「天空實驗室」。「天空實驗室」於1973年5月14日發射進入435公里高的軌道。先後有3批共9名航天員登上「天空實驗室」進行生物學、航天醫學、太陽物理、天文觀測、對地觀測和工程技術試驗,拍攝了約1000萬平方公里地球表面的 4萬多張照片(見彩圖)。「天空實驗室」取得的另一重大成果是觀察到一次中等程度的太陽耀斑爆發的全過程,並進行了錄像,這是研究太陽耀斑的極可貴的資料。根據原來的設計,「天空實驗室」應在軌道上運行到80年代初,待太空梭研製成功後由太空梭將其回收,但由於1978~1979年間太陽黑子活動加劇,大氣層略有擴張,致使「天空實驗室」在軌道上的阻力增加,於1979年7月11日提前墜入大氣層燒毀。

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  「禮炮」號航天站  蘇聯從60年代以來發射了 6艘「東方」號飛船和2艘「上升」號飛船,完成了第一階段的載人航天任務。蘇聯根據這些航天實踐得出結論,在軌道上建立可長時間工作的航天站,比每次攜帶一套電源、生命保障系統和通用設備的單個飛船更為經濟有效。因此決定發展能為軍用和民用較大規模科學試驗服務的「禮炮」號航天站,並用「聯盟」號飛船作為接送航天員的工具。 同時研製專為「禮炮」號航天站運送物資的不回收的「進步」號飛船。蘇聯從1971年4月19日到1984年11月共發射7個「禮炮」號航天站,以實際應用為目標,進一步完善航天設備,並從事許多與科學研究、國民經濟、軍事有關的探測、偵察、試驗活動。自1979年 9月29日「禮炮」6號航天站上天以來,蘇聯共進行33次與此有關的發射活動,先後有19批航天員到航天站上工作。「禮炮」6號航天站有兩個對接艙口,藉以進行不定期的加油、補給、輪換航天員。1982年4月19日蘇聯發射「禮炮」7號航天站,以「禮炮」7號航天站為中心的載人航天活動正在進行中。3名航天員在「禮炮」7號航天站上創造了持續飛行236天22小時50分的新紀錄,完成了多項需要長期工作的科學研究課題,包括植物在太空環境下從播種、發芽、生長、開花到結果的全過程的研究。
  「空間實驗室」  70年代初,美國曾計劃在太空梭上裝備一個能進行精密加工、製造高強度材料、提煉高純度單晶體和某些生物製品的航天器。后因經費不足,遂與歐洲空間局達成協議,由西歐國家按照美國太空梭貨艙的尺寸和承載能力研製「空間實驗室」。「空間實驗室」由一個圓柱形增壓艙和一個敞開的儀器艙組成。前者是航天員的生活和工作場所,裝有生命保障系統、數據處理設備和小型專用儀器設備。1983年11月28日「空間實驗室」1號由「哥倫比亞」號太空梭運送入軌(圖10)。聯邦德國專家也參加了實驗室的工作。「空間實驗室」的研製成功為美國國家航空航天局提供了一個重要的航天器,也使西歐開始直接參載入人航天活動。

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太空梭出現


  運載火箭將人造衛星、空間探測器、載人飛船、航天站等航天器送入軌道后,就被遺棄在太空直至墜入大氣層焚毀,這是航天活動耗費巨大的一個重要原因。60年代各種航天器發射頻繁,降低單位有效載荷的發射費用就顯得日益重要,為了降低費用,提高效益,一些科學家提出了研製能多次使用的太空梭的設想。美國、蘇聯、法國、日本、英國等國都曾對太空梭的方案作過探索性研究工作。在這些國家中,美國最早開始研製太空梭並將其投入商業性飛行(見美國太空梭工程)。美國太空梭的論證工作始於1969年。1972年 1月美國政府批准太空梭為正式工程項目。最後確定的方案是整個飛行器由可回收重複使用的固體助推器、不回收的外貯箱和可多次使用的軌道器三個部分組成。方案要求能乘載7名航天員,但對乘員體質要求並不十分嚴格。太空梭起飛時加速度不超過3g,正常降落時不大於1.5g。對於這樣的過載環境,身體健康的人稍加訓練就可以承受。1981~1982年10月,太空梭進行研製性飛行試驗。1982年11月11日,美國太空梭首次進行商業性飛行,從近地軌道將兩顆通信衛星送入地球靜止軌道。截至1984年,又有「挑戰者」號和「發現」號兩架太空梭投入使用。美國太空梭先後飛行了14次,共將14顆衛星運送入軌,還從軌道上捕捉了三顆不能工作的衛星,其中一顆經修復后重新放入軌道,另外兩顆被帶回。地面(見彩圖)「蘇聯研製的太空梭也進入了試驗階段,到1984年年底,蘇聯太空梭已作過多次研製性飛行試驗。太空梭兼有運載火箭、載人航天器和高性能飛機的多重特性。它提高了航天活動的經濟效益,使航天技術的發展進入了一個更高的階段。

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  人類最早產生太空飛行理想的年代已難以查證,但有效的航天活動只是近30年的事。在不到一代人的時間裡,航天事業取得了巨大的成就,它極大地豐富了人類的知識寶庫,典型地反映了當代科學技術發展的節奏,甚至正在改變現代文明社會的面貌。正是在這一領域,人們所要征服的對象──宇宙是無窮盡的,人類社會也必將從人類征服太空的活動中吸取不斷前進的力量。

 

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