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小火箭出品

本文作者：邢強(qiáng)博士

1971年4月19日，蘇聯(lián)“禮炮”1號(hào)空間站升空。如今，到了2016年，距離“禮炮”1號(hào)這個(gè)人類的第一個(gè)空間站升空已經(jīng)過(guò)去了45年。現(xiàn)在，國(guó)際空間站已經(jīng)運(yùn)行多年，而中國(guó)也正準(zhǔn)備將新的空間站送上太空。人類是如何決定開(kāi)始發(fā)展空間站的？一個(gè)成功的空間站上面需要有哪些獨(dú)特的設(shè)計(jì)？早期的空間站又給后人留下了哪些寶貴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)呢？一起來(lái)和小火箭回顧這段歷史吧！

浪漫又理性的計(jì)劃

1961年4月12日，莫斯科時(shí)間上午9時(shí)零7分，加加林乘坐“東方”1號(hào)宇宙飛船從拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)起飛，在遠(yuǎn)地點(diǎn)為301千米的軌道上繞地球一周，歷時(shí)1小時(shí)48分鐘，于上午10時(shí)55分安全返回，降落在薩拉托夫州斯梅洛夫卡村地區(qū)，完成了世界上首次載人宇宙飛行，實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的愿望。

1969年發(fā)射的阿波羅11號(hào)（Apollo11）則是美國(guó)國(guó)家航空航天局的“阿波羅”計(jì)劃（ProjectApollo）中的第五次載人任務(wù)，是人類的第一次登月任務(wù)。“阿波羅”11號(hào)任務(wù)歷時(shí)8天13小時(shí)18分35秒，繞行月球30周，在月球表面停留了21小時(shí)36分20秒。三位執(zhí)行此任務(wù)的宇航員分別為指令長(zhǎng)尼爾·阿姆斯特朗、指令艙駕駛員邁克爾·科林斯與登月艙駕駛員巴茲·奧爾德林。1969年7月20日，阿姆斯特朗與奧爾德林成為了第一批踏上月球的人類。

蘇聯(lián)第一個(gè)將人類送上了太空，美國(guó)第一個(gè)將人類送上了月球。在日益白熱化的太空技術(shù)的競(jìng)賽中，兩個(gè)國(guó)家都為了能夠獲得更多的第一而殫精竭慮。但是，一個(gè)充滿了浪漫主義的設(shè)想開(kāi)始逐漸成形，那就是讓人類盡可能長(zhǎng)久地在太空中生活下去。

就像魚(yú)類離開(kāi)了海洋就要開(kāi)啟一個(gè)由新一代的物種主宰地球陸地表面的時(shí)代一樣，加加林在太空中飛行的108分鐘早已點(diǎn)燃了人類向太空進(jìn)發(fā)的激情。但是，對(duì)于星際旅行而言，以分鐘或小時(shí)計(jì)的太空停留時(shí)間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。人類應(yīng)該盡早掌握在太空中長(zhǎng)期生存和依賴太空環(huán)境進(jìn)行生產(chǎn)和生活的技術(shù)。這樣，人類才能夠飛往在仰望星空時(shí)凝視的那些遙遠(yuǎn)星球。在這樣的背景下，禮炮空間站計(jì)劃開(kāi)始付諸實(shí)施了。

禮炮計(jì)劃是由蘇聯(lián)發(fā)起的人類第一個(gè)空間站計(jì)劃。當(dāng)時(shí)準(zhǔn)備從1971年到1986年這15年間發(fā)射一系列共9個(gè)單模塊（single-module）空間站。這些空間站包括6個(gè)科研實(shí)驗(yàn)空間站和3個(gè)軍事偵察空間站，后來(lái)又推出了高度機(jī)密的“阿爾馬茲”（Almaz）計(jì)劃。“禮炮”計(jì)劃打破了多個(gè)航天紀(jì)錄，其中包括幾個(gè)在太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)的時(shí)間紀(jì)錄和航天員第一次從一個(gè)飛船轉(zhuǎn)移到另一個(gè)飛船的紀(jì)錄。

與美國(guó)追求跨越式發(fā)展的方式不同，蘇聯(lián)的“禮炮”系列空間站從計(jì)劃伊始就準(zhǔn)備走循序漸進(jìn)的路數(shù)。畢竟有關(guān)在太空中長(zhǎng)時(shí)間停留對(duì)人體的影響和相關(guān)的生命保障系統(tǒng)能否長(zhǎng)時(shí)間可靠工作的研究還沒(méi)有先例可循。“禮炮”1號(hào)至5號(hào)空間站是該計(jì)劃中的第一代空間站。之后的“禮炮”6號(hào)和7號(hào)再根據(jù)第一代空間站的經(jīng)驗(yàn)實(shí)施改進(jìn)。然后就可以用搭積木的方式建設(shè)大規(guī)模的軌道空間站了。

大膽而細(xì)致的設(shè)計(jì)

1971年4月19日，滿載眾人期望的“禮炮”1號(hào)由“質(zhì)子”火箭發(fā)射升空，開(kāi)啟了人類探索太空的空間站時(shí)代。

“禮炮”1號(hào)由軌道艙、服務(wù)艙和對(duì)接艙三個(gè)主要艙段組成，總長(zhǎng)約12.5米，最大直徑4米，總質(zhì)量18.5噸。為了實(shí)現(xiàn)太空對(duì)接和載人運(yùn)輸，“禮炮”1號(hào)空間站設(shè)有一個(gè)飛船對(duì)接口。（后期的禮炮號(hào)空間站設(shè)有一前一后兩個(gè)對(duì)接口，分別用來(lái)對(duì)接聯(lián)盟號(hào)載人飛船和進(jìn)步號(hào)無(wú)人貨運(yùn)飛船。）

該空間站的設(shè)計(jì)圍繞著對(duì)地觀測(cè)和太空實(shí)驗(yàn)兩大核心任務(wù)進(jìn)行。在預(yù)期的載人飛行任務(wù)中，有60%的任務(wù)時(shí)長(zhǎng)用在了對(duì)地觀測(cè)上。任務(wù)載荷設(shè)計(jì)師給“禮炮”1號(hào)配備了光學(xué)探測(cè)設(shè)備和遙感裝置。在“禮炮”1號(hào)繞地球飛行的過(guò)程中，這些設(shè)備能夠拍攝大量的照片。人們期望這些照片能夠提供有關(guān)大氣、海洋和陸地植被的詳細(xì)信息。

在第一批航天員進(jìn)駐空間站之前，就已經(jīng)有火災(zāi)預(yù)警、森林監(jiān)測(cè)、糧食估產(chǎn)等目標(biāo)任務(wù)送到了“禮炮”1號(hào)的項(xiàng)目組那里。因此，可以說(shuō)人們一開(kāi)始對(duì)空間站的期望是很高的，根本沒(méi)有過(guò)多考慮任務(wù)本身的風(fēng)險(xiǎn)性，而是早早地就把空間站在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用準(zhǔn)備工作做好了。而太空實(shí)驗(yàn)的任務(wù)則給空間站引入了有關(guān)微重力試驗(yàn)、植物培養(yǎng)、太空醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的儀器設(shè)備。

所有這些用于觀測(cè)和試驗(yàn)的設(shè)備將要與3名航天員共享85立方米的艙內(nèi)空間，而且要在太空中停留盡量長(zhǎng)的時(shí)間。這在當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平下，無(wú)疑是一個(gè)大膽的設(shè)計(jì)理念。

而為了萬(wàn)無(wú)一失地完成任務(wù)，“禮炮”1號(hào)的設(shè)計(jì)師們做了很多創(chuàng)新。小火箭認(rèn)為，當(dāng)時(shí)的禮炮號(hào)空間的設(shè)計(jì)理念的精髓在于：設(shè)計(jì)師們認(rèn)識(shí)到從空間站站內(nèi)布局本身的設(shè)計(jì)上來(lái)避免失誤要比培訓(xùn)航天員進(jìn)行失誤率較少的操作更為重要。于是，太空中最早的區(qū)塊化控制設(shè)備的設(shè)計(jì)理念得到了大量應(yīng)用。在“禮炮”1號(hào)空間站內(nèi)，主要的活動(dòng)區(qū)域分為3段：對(duì)接艙、小直徑軌道艙和大直徑軌道艙。對(duì)接艙內(nèi)主要設(shè)置一些對(duì)突然失壓和溫度波動(dòng)不敏感的設(shè)備。對(duì)接艙的一側(cè)安裝有著名的“獵戶座”望遠(yuǎn)鏡的控制設(shè)備。對(duì)接艙與軌道艙的連接處則放置著用于太空醫(yī)學(xué)研究的設(shè)備。經(jīng)過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)，這些設(shè)備不會(huì)阻礙將來(lái)由聯(lián)盟飛船運(yùn)送來(lái)的航天員的進(jìn)出。

向里經(jīng)過(guò)一道密封艙門(mén)之后，便來(lái)到了“禮炮”1號(hào)的小直徑軌道艙。在這個(gè)直徑2.9米的艙段里布置有2塊用于空間站導(dǎo)航定位的控制面板，兩套系統(tǒng)互為備份，其中1個(gè)控制面板上還有用于操縱空間植物試驗(yàn)的裝置。

再向里，便是禮炮1號(hào)的控制核心，中央控制儀表板了。在這里，所有的控制設(shè)備的信息會(huì)匯總顯示。用于控制空間站軌道和姿態(tài)的手柄分別放置在2個(gè)駕駛座椅前面。緊湊的設(shè)計(jì)使得空間站的指令長(zhǎng)不用移動(dòng)位置就可以獲得空間站飛行狀態(tài)的所有信息。

而中央控制儀表區(qū)前面的導(dǎo)航區(qū)段既能夠給指令長(zhǎng)進(jìn)一步補(bǔ)充詳盡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，又可以當(dāng)作對(duì)接艙試驗(yàn)區(qū)與中央控制區(qū)之間的緩沖地帶，盡量降低核心控制區(qū)域在對(duì)接艙出現(xiàn)嚴(yán)重故障的時(shí)候受到影響的風(fēng)險(xiǎn)。“禮炮”1號(hào)這個(gè)直徑2.9米，長(zhǎng)3.8米的圓柱形艙段采用典型的工作區(qū)域設(shè)計(jì)。視線所及之處，儀表顯眼，按鈕密集。而備份和冗余的設(shè)計(jì)能夠應(yīng)對(duì)個(gè)別部件出現(xiàn)故障的情況。

向更遠(yuǎn)處飄去，穿過(guò)一個(gè)1米多長(zhǎng)的小通道之后，航天員將會(huì)豁然開(kāi)朗，進(jìn)入直徑4米，長(zhǎng)度接近4.2米的大直徑軌道艙。這段軌道艙除安置一些用于監(jiān)測(cè)和計(jì)算的科學(xué)儀器之外，主要用于航天員的日常生活。

航天員可以在這里進(jìn)餐、睡覺(jué)、洗澡。在靠近工作區(qū)的部分，還有一些健身設(shè)備。可不能小看這個(gè)簡(jiǎn)陋的太空健身房。如果航天員沒(méi)有被強(qiáng)制進(jìn)行大運(yùn)動(dòng)量的健身活動(dòng)的話，在太空環(huán)境中，他們的骨骼鈣質(zhì)會(huì)迅速流失，肌肉也會(huì)逐漸萎縮。因此只想享受微重力環(huán)境帶來(lái)的漂浮的美妙而忘記對(duì)身體進(jìn)行錘煉的人是難以在太空中長(zhǎng)期健康生活的。

被用作生活區(qū)的大直徑軌道艙為了讓航天員盡快適應(yīng)，還在內(nèi)飾的用色和布局上做足了功夫。生活區(qū)的艙室內(nèi)壁的不同區(qū)域按照天空和大地的不同色調(diào)進(jìn)行劃分。這樣航天員就能夠找到區(qū)分上下的參考基準(zhǔn)。這個(gè)設(shè)計(jì)的靈感既得益于聯(lián)盟飛船航天員的大量經(jīng)驗(yàn)，也與蘇聯(lián)飛行員們給空間站設(shè)計(jì)師們講述的人體在超重和失重條件下容易對(duì)空間方向產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)的親身體驗(yàn)有關(guān)。

寶貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

1971年4月23日，蘇聯(lián)發(fā)射了載有3名航天員的“聯(lián)盟”10號(hào)飛船。在太空中孤零零地運(yùn)行了4天的“禮炮”1號(hào)空間站終于迎來(lái)了第一批航天員“房客”。

“聯(lián)盟”10號(hào)飛船在太空中精確入軌，奔向了在近地點(diǎn)200千米，遠(yuǎn)地點(diǎn)222千米，傾角為51.6°的軌道上等待他們的“禮炮”1號(hào)。在經(jīng)過(guò)24小時(shí)的變軌調(diào)姿操作之后，“聯(lián)盟”10號(hào)飛船與“禮炮”1號(hào)空間站成功對(duì)接！歡呼后的航天員檢查了對(duì)接口的情況，確認(rèn)已緊密聯(lián)接后，準(zhǔn)備進(jìn)入“禮炮”1號(hào)。但是，他們卻怎么也打不開(kāi)艙門(mén)。在用了各種方法之后，“聯(lián)盟”10號(hào)的3名航天員沒(méi)轍了。只好就這樣保持著對(duì)接狀態(tài)眼巴巴地看著近在咫尺的“禮炮”1號(hào)，體驗(yàn)著“小扣柴扉久不開(kāi)”的意境。5個(gè)半小時(shí)后，他們悻悻然地奉命搭乘返回艙回到了地面。

1971年6月6日，“聯(lián)盟”11號(hào)飛船載3名航天員在拜科努爾航天基地發(fā)射升空，第二天與“禮炮”1號(hào)空間站成功對(duì)接。3名航天員依次進(jìn)入了“禮炮”1號(hào)。經(jīng)驗(yàn)豐富又風(fēng)趣幽默的指令長(zhǎng)格奧爾基·多勃羅沃利斯基驚嘆道：“這么大的空間！簡(jiǎn)直是一眼望不到邊啊！”他駕駛著“禮炮”1號(hào)空間站漂亮地完成了一系列變軌動(dòng)作，將空間站的軌道高度提升為近地點(diǎn)259千米，遠(yuǎn)地點(diǎn)282千米。帕查耶夫和沃爾科夫合作進(jìn)行了大量空間實(shí)驗(yàn)。帕查耶夫操縱“獵戶座”望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了太空觀測(cè)，使他成為了第一個(gè)在太空中使用望遠(yuǎn)鏡的人。

在23天的太空生活中，3名航天員對(duì)空間站的設(shè)計(jì)贊不絕口，但是也提出了很多寶貴意見(jiàn)，包括吸塵器的具體設(shè)計(jì)和熨斗面板的高度設(shè)置等細(xì)節(jié)。太空觀測(cè)的結(jié)果鼓舞了“禮炮”計(jì)劃的整個(gè)團(tuán)隊(duì)。實(shí)際上，整個(gè)禮炮計(jì)劃僅僅在礦產(chǎn)勘探領(lǐng)域的成功就足以說(shuō)服大家在空間站領(lǐng)域進(jìn)行投資了。有10處稀有金屬礦脈被禮炮空間站的遙感系統(tǒng)所發(fā)現(xiàn)，另有117處大型石油產(chǎn)區(qū)借助“禮炮”空間站的探測(cè)設(shè)備而確定了位置。而在太空中進(jìn)行的材料學(xué)的研究更是催生了空間微重力材料學(xué)這個(gè)學(xué)科。在微重力環(huán)境中，原本密度差別很大的兩種金屬也能夠融合在一起形成合金。

另外，他們對(duì)通訊時(shí)間方面的事情也有很多建議。“禮炮”1號(hào)與地面之間進(jìn)行天地通話的時(shí)候，在每個(gè)90分鐘的軌道周期內(nèi)只能維持20分鐘。這讓他們感到有些苦惱。不過(guò)，當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)用于維持天體通話的設(shè)備只有7個(gè)地面站和12艘遠(yuǎn)洋船，很難保證當(dāng)空間站飛到任何地點(diǎn)上空的時(shí)候都能維持和地面的聯(lián)系。實(shí)際上，只有當(dāng)后來(lái)的中繼衛(wèi)星通信技術(shù)和高增益天線技術(shù)普及之后，天地通話的時(shí)長(zhǎng)問(wèn)題才得到了根本性的解決。

6月29日，“聯(lián)盟”11號(hào)飛船與“禮炮”1號(hào)空間站分離。但是，在返回地球的路上，飛船出現(xiàn)了突然失壓的事故，3名航天員全部遇難。失壓發(fā)生后4秒的時(shí)候，指令長(zhǎng)的呼吸次數(shù)便已高達(dá)每分鐘48次。后來(lái)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，在“聯(lián)盟”飛船與禮炮1號(hào)分離的過(guò)程中，同時(shí)爆炸的12個(gè)螺栓對(duì)飛船造成了嚴(yán)重沖擊，使得飛船提前打開(kāi)了排氣閥門(mén)。在此之后，“聯(lián)盟”飛船在很長(zhǎng)一段時(shí)間里都改為2人組乘員，并且規(guī)定航天員在飛船上升和返回全程一直穿著航天服。另外，“聯(lián)盟”飛船和“禮炮”空間站增設(shè)了緊急加壓設(shè)備，以應(yīng)對(duì)突發(fā)的失壓事故。

1971年10月11日，“禮炮”1號(hào)空間站因軌道高度衰減最終墜入大氣層燒毀。在軌運(yùn)行了175天的“禮炮”1號(hào)在環(huán)繞地球飛行了2929圈后完成了她的歷史使命。

聯(lián)盟28號(hào)（俄語(yǔ)：Союз-28) 是蘇聯(lián)發(fā)射的載人宇宙飛船，于1978年3月2日點(diǎn)火升空，是前往禮炮6號(hào)空間站的第3次任務(wù)。捷克斯洛伐克宇航員弗拉迪米爾·雷梅克 成為首位來(lái)自美國(guó)和蘇聯(lián)之外的宇航員進(jìn)入太空。

東德發(fā)行的紀(jì)念禮炮空間站的郵票

紀(jì)念禮炮空間站的首日封

禮炮6號(hào)空間站的彈載計(jì)算機(jī)，這種設(shè)計(jì)一直沿用到了禮炮7號(hào)和和平號(hào)空間站上。

禮炮4號(hào)空間站

禮炮4號(hào)空間站的地面模擬站

安納托利與薩維茨卡婭在禮炮7號(hào)空間站中

斯維特蘭娜·伊芙吉尼娜·薩維茨卡婭（Светла?на Евге?ньевна Сави?цкая）1948年8月8日生于俄羅斯莫斯科，蘇聯(lián)飛行員與宇航員，曾參與1982年 Soyuz T-7任務(wù)，成為繼瓦蓮京娜·捷列什科娃之后，世界上第二位女性宇航員。她曾參與兩次禮炮7號(hào)太空站任務(wù)，在1984年，成為世界上第一位完成太空行走的女性宇航員。

用于禮炮號(hào)空間站的艙內(nèi)宇航服

禮炮6號(hào)空間站

禮炮空間站的地面模擬器，用于宇航員在地面的日常訓(xùn)練。

被做成紀(jì)念碑的禮炮7號(hào)空間站1:1模型。注意，中間的大白為禮炮7號(hào)空間站的核心艙段，左側(cè)對(duì)接了一艘聯(lián)盟載人飛船，右側(cè)對(duì)接了一艘進(jìn)步貨運(yùn)飛船。

禮炮7號(hào)宇航員正在進(jìn)行太空行走

從聯(lián)盟飛船上拍攝的禮炮7號(hào)空間站

從聯(lián)盟飛船俯瞰地球上的皚皚白雪

禮炮空間站的大量設(shè)計(jì)被和平號(hào)空間站以及后來(lái)的國(guó)際空間站的俄羅斯艙段所繼承。聯(lián)盟號(hào)載人飛船和進(jìn)步號(hào)無(wú)人貨運(yùn)飛船則繼續(xù)承擔(dān)大量的天地往返運(yùn)輸任務(wù)。