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米国紧随原输联之后在1973年发射了“天空实验室”空间站,它携带了一系列的望远镜,科学家在上面做了许多关于医药、地质和天文等方面的科学实验。前输联在1986年发射了“和平号”空间站,并在接下来的十年间不断对其进行扩充完善,服役至2001年。
期间有包括米国在内的许多国家的航天员拜访过这个世界著名的空间站。1998年11月国际空间站的第一个部件曙光号功能货舱发射升空,随后陆续发射的模块对其逐渐进行扩充。它由多个国家分工建造、联合运用,成为国际合作进行太空开发的标志。自2000年11月之后,国际空间站上就保持至少三名乘员至今。
目前已有的空间站内部狭窄的密闭空间、高辐射和失重等问题让它们在可居住性上受到很大限制。在其中生活的航天员面临着身体不适、心理障碍和长期健康问题的挑战。拿辐射举例:地球的生物在范艾伦带以下生息,受到地球磁场的保护免受太阳风的伤害,但空间站的乘员则得不到地球磁场的庇护。而长期在失重环境下生活会让航天员面临肌肉流失和骨钙质流失的问题。
目前为止的空间站皆属于公共组织所有,多用于科研用途,而现在有不少组织开始筹划商用的空间站项目,提供太空旅馆、可出租的实验室等服务。为了解决上述章节里提及的可居住性问题,研究人员提出了许多设想。辐射问题可以通过更厚的舱壁来提供更好的保护。
空间不足问题可以通过建造空间更大的舱体改善。而针对失重问题,国际空间站原本预定会带有一个可以旋转的舱体,用离心力来制造人工重力,但这个计划最终被取消了。目前的空间站皆为刚体结构,笨重因而发射费用过于高昂,上述设想短期内都将无法实现。因此自2000年起NASA和毕格罗宇航等组织开始研究柔性舱壁的膨胀型舱体。俄罗斯正在推进的OPSEK项目将包含一个轨道组装厂,用来在轨道上建造那些若在地面建造发射会过大过重的部件。
天空实验室(Skylab)是米国国家航空航天局于1973年至1979年进行的首次空间站计划。1973年到1974年间,曾有三批航天员到空间站内进行实验。
天空实验室2号(Skylab 2,也缩写为SL-2和SLM-1),是米国《天空实验室计划》的首次载人航天任务,也是米国发射的第一颗为了绕轨空间站而建造的卫星。这次任务的卫星在1973年5月25日由土星1B号运载火箭负责运载发射,共乘坐3名宇航员。“天空实验室2号”任务得名于所载的卫星名称,也是人类探索太空的里程碑式任务。
该任务是人类第一次成功地将宇航员送上位于地球轨道的空间站,并且顺利返回。之前前输联的空间站礼炮1号及联盟11号在完成对接、分离任务后返回地球时,返回舱的压力阀门损坏,造成3名宇航员血液沸腾死亡,因此该任务并未完成。因此,天空实验室2号仍然是第一次成功的载人空间站任务。
之后,米国国家航空航天局又进行了天空实验室3号和天空实验室4号两次将宇航员送上空间站的任务。由于第一次天空实验室1号没有载人,第二、三、四次任务徽章上的任务数字均被向前移了一位。
机组人员:
皮特·康拉德,指挥官,第四次也是最后一次飞行;保罗·维兹,飞行员,第一次飞行;约瑟夫·科文,科学飞行员,第一次也是唯一一次飞行。
舱外活动:第一次舱外活动从1973年5月26日00:40UTC至01:20UTC,共40分钟,由保罗·维兹执行。
第二次舱外活动从1973年6月7日15:15UTC至18:40UTC,共3小时25分钟,皮特·康拉德和约瑟夫·科文执行。
第三次舱外活动从1973年6月19日10:55UTC至12:31UTC,共1小时36分钟,皮特·康拉德和保罗·维兹执行。
天空实验室2号于1973年5月25日发射,,几名宇航员最重要的任务就是要修复之前发射的空间站。空间站的陨石和太阳护罩和一块太阳能电池板在发射时脱落,剩下的主电池板也发生了故障。宇航员必须抓紧时间修复,因为工作舱内逐渐升高的温度会导致舱内存在有害气体,也会使得储存的食物腐坏。
当阿波罗指令服务舱靠近空间站时,宇航员约瑟夫·科文抓住保罗·维兹的脚,后者试图用一根长约10英尺的钩杆试图将已经不工作的太阳能电池板剥离,但是没有成功。在这个过程中,也消耗了大量的一氧化二氮燃料。由于多次尝试均不成功,为了顺利对接,几名宇航员不得不穿上压力服并拆下指令服务舱对接探头。进入到空间站后,几名宇航员“撑起”了一把巨大的金属折叠伞,挡住了照向空间站的阳光,成功地为空间站降温。
两个星期后的一次出舱任务中,康拉德和克尔温将先前故障的太阳能帆板打开,为保证了空间站运作所需要的电力供给。为了这次出舱行走,两人在位于马歇尔太空飞行中心的浮力模拟器中已经演练过多次。如果这次太阳能帆板的展开不成功的话,天空实验室2号和3号计划上的太空实验将不能完整地实施,空间站的蓄电池也会严重损坏。帆板展开后,空间站的电池组瞬间获得了大量的能量来源,两名宇航员一下子从天空实验室船体被甩出,考验了宇航员的应变能力和安全绳索的牢靠程度。完成任务后,两人回到太空舱,出舱任务宣告成功。
近一个月时间中,天空实验室2号上的宇航员修复之前损坏的部分仪表,完成了一系列的太空医学实验,收集太阳和地球科学数据,共进行了总计长达392小时的实验。在任务中,几人成功的用阿波罗望远镜观测到一次长达两分钟的太阳耀斑活动。三名宇航员在太空中一共执行了28天任务,
是米国之前太空任务记录的两倍。1973年6月22日,任务结束。飞船的返回舱坠入太平洋,几人被等候在9.7公里外参加NASA搜救任务的提康德罗加号航空母舰救起。天空实验室2号创下了当时人类太空最长飞行时间,最长飞行距离,最大荷载质量等多个记录。康拉德更是当时执行太空任务系数最多的宇航员。
天空实验室2号的任务徽章由科幻小说作家本杰明·波瓦推荐米国著名的奇幻插画画家弗兰克·费尔斯负责执笔。徽章用了地球和阳光作为背景。在一次科幻杂志的采访中,弗兰克·费尔斯回忆,在制定徽章方案时,有一名宇航员提出用天空实验室2号上看太阳被地球挡住的“日食”图案作为徽章。当时这个构想很快就被采纳,
因为它解决了好几个问题:暗示了该任务和太阳能研究有关,也确定了太空舱和地球的关联。同时高对比度的图像也非常容易作画。弗兰克·费尔斯还花了不少时间研究地球上云层的形状,采用了非常传统漩涡图案。方案通过一次次的简化,最终套用圆形黑圈外加白色留底作为这次太空任务的徽章。
飞船返回舱的指令模块目前保存在位于佛罗里达州彭萨科拉的国家海军航空博物馆。
舱外活动(EVA),也称太空出舱活动,是宇航员在离开地球大气层后于太空飞行器外所做的工作。舱外活动主要在绕行地球的太空飞行器外执行(即太空漫步或称太空行走),但也于月球表面实行(即月球漫步)。在最后几次登月任务的回程中,指挥舱驾驶员曾执行过舱外活动以取回装有影片的金属容器。
舱外活动有分系绳(宇航员通过系管与太空飞行器连结,氧气可透过系管传输过来,回到太空飞行器时不需要推进器)和不系绳。当执行系绳活动时支援生命所需机能,如提供氧气,被称作“脐状式”(umbilical)。太空飞行时进行无系绳舱外旅游,确保能返回太空飞行器是必要条件(参见载人机动装置,MMU)。
舱外活动因各种理由而十分危险。第一个理由是与太空废弃物的碰撞。距离地表三百公里处的轨道速率(航天飞机任务进行的典型轨域)为每秒7.7公里。这是一颗子弹的十倍飞行速度,所以质量只有子弹百分之一大小的微粒(比如漆料的碎片或一粒细砂)拥有的动能即等于一颗子弹。每次任务会制造更多轨道废弃物,因此这问题将会持续恶化。
危险的另一个理由是任务执行前难以模拟实际的太空环境,而太空漫步因其危险性而被避免作为例行性任务。因此,当发现问题或偶尔执行操作任务时,舱外活动通常晚于计划规划的时间。虽然自压力下选出具备高度稳定性的宇航员,然而他们仍旧是人,舱外活动时产生的高度危险终究造成宇航员情绪上的压力。
其他可能的问题包含太空漫游者与太空飞行器分离或遇到宇航服破损而可能使其减压,此时如果宇航员没有立即进入增压太空舱将缺氧而迅速死亡。
有名宇航员曾遇到宇航服破损的情形。STS-37任务期间,一根短棍刺穿了其中一名宇航员的手套(他的姓名并未公开,但应是杰瑞·罗斯Jerry L. Ross或杰伊·艾普特Jay Apt。)然而,这穿刺物卡住不动,因此没有明显的减压情形发生。事实上,直到宇航员安全返回亚特兰提斯号航天飞机后穿刺物才被注意到。
至2008年为止,舱外活动未曾发生过灾难性事件,也没有宇航员为此丧命。然而,仍有科学家开发外部件建设用的遥控机器人以尽可能减少人类进行舱外活动的需要。
太空漫游的历史上有很多里程碑事件:
输联宇航员阿列克谢·列昂诺夫于1965年3月18日在执行上升2号任务时完成史上第一次舱外活动。
输联宇航员斯维特兰娜·萨维茨卡娅是第一位执行舱外活动的女性,她于1984年7月25日登上礼炮7号(Salyut 7)太空站时完成舱外活动。
爱德华·怀特于1965年6月3日在双子星4号任务期间完成第一次由米国宇航员执行的舱外任务。凯瑟琳·苏利文(Kathryn D. Sullivan)是第一位执行舱外活动的米国女性,她于1984年10月11日挑战者号航天飞机STS-41-G任务期间进行太空漫步。
1988年12月9日法国的朗-卢·克雷迪安(Jean-Loup Chrétien)在和平号太空站三周停留期间完成第一次由非输联亦非米国籍宇航员执行的舱外活动。
米国宇航员尼尔·阿姆斯特朗于1969年7月20日阿波罗11号登月舱“鹰号”登月时完成第一次月球漫步。他与同伴巴兹·奥尔德林持续步行达两小时又三十二分。
米国宇航员布鲁斯·麦克坎德雷斯(Bruce McCandless)于1984年2月7日在挑战者号的STS-41-B任务期间完成第一次无系绳太空漫步。之后罗伯特·斯图尔特(Robert L. Stewart)加入,与他进行五小时又五十五分钟的太空漫游。
1997年11月25日、土井隆雄在米国哥伦比亚号航天飞机上完成了日本人的首次舱外活动。
米国宇航员史蒂芬·罗宾逊(Stephen Robinson)于2005年8月3日“返航”任务STS-114期间完成第一次为执行航天飞机航行修理(in-flight repair)而进行的舱外活动。当工程师决定重返大气层后,罗宾逊被派去移除发现号航天飞机隔热板上两块凸起的裂缝填充物。当发现号停靠在国际太空站时,罗宾逊成功移除了松脱的物质。
2008年9月27日,中国航天员翟志刚在神舟七号任务中完成中国人的第一次舱外活动,这标志着中国成为第三个有能力把宇航员送上太空并进行太空漫步的国家。(协助翟的刘伯明身体的上半身出舱。)现阶段,神七的舱外活动是脐状式,再加两条红色安全带以保证百分安全。
2019年10月18日,米国国家航空航天局(NASA)两名宇航员克莉丝蒂娜.科克和洁西卡.梅尔揭开太空采测新页,成为第一对进行太空漫步的全女性搭档。
天空实验室3号(Skylab 3,也缩写为SL-3和SLM-2)是天空实验室计划 的第二次载人航天飞行。它于1973年7月28日由一枚土星1B号运载火箭发射,载三名宇航员,共飞行59天11小时9分钟。宇航员们在天空实验室3号上进行医学实验、太阳观察、地球资源探索和其它科学试验,共计1084.7小时宇航员应用小时。
宇航员的阿波罗座舱接近实验室时座舱的反应控制系统发生故障,导致外泄。宇航员能够及时与天空实验室对接,但是寻找故障原因却需要了许多时间。一艘阿波罗飞船被送到39号发射复合体来准备营救行动。天空实验室为此特别拥有两个接口,可以让两个座舱同时对接。最后宇航员能够修复他们的座舱,因此营救行动没有进行。
在他们的第一次舱外活动时宇航员装置了一个太阳遮,来保持实验室内冷。
天空实验室3号继续了天空实验室2号的医学实验来研究人类生理对太空飞行的适应。另外天空实验室3号的宇航员在太空里待的时间比过去延长了约一至两个月。
在所有三个天空实验室载人任务中都包括一组核心医学研究。在天空实验室3号的核心研究中宇航员除了进行了在天空实验室2号的实验,而且还结合了2号的结果进行了下一步研究。
天空实验室3号的照片显示了明显的体液向头部流的现象。天空实验室3号因此增添了躯干和腰的测量。其它新的测试包括测试动脉血流、在起飞前和起飞间拍摄面部照片、静脉情况、血红蛋白、尿量的测量。这些测量收集了体液分布和平衡的数据,使得医学家能够更好地理解体液分布的现象。
天空实验室3号的生物学实验包括微重力对鼠、果蝇、单个细胞和细胞培养基的影响。实验中使用的人体细胞是肺细胞。动物实验包括对鼠的生物钟的研究和黑腹果蝇昼夜节律的研究。但是由于起飞30分钟后的一次停电事故使得所有动物死亡,因此实验不成功。
米国的许多高校学生参加勒比海天空实验室的研究,他们是天文学、物理学和基础生物学实验的主要研究员。在天空实验室3号上进行的学生实验包括振动云、木星X射线、试管免疫学、蛛网形成、细胞液流、质量测量和中子分析。
天空实验室收集机组的牙齿健康以及实验室的环境、微生物、辐射和毒剂数据来估测机组的健康状态。其它被估测的数据包括设备、居住性、机组活动等来获得对太空生活和工作的更好理解。
在圆形的徽章的正中是列奥纳多·达·芬奇的《维特鲁威人》,不过生殖器被取消掉了。背景是半个太阳(包括黑子)和半个地球来代表飞行中做的实验。其它部分是白色的,上面写有宇航员的名字,以及“Skylab III”的字体。园的边是红色、白色和蓝色的。机组的妻子有一个使用“万能女人”组成的稍微不同的图案。她们的名字取代了机组的名字。指挥舱的更衣室里放有带这个图案的徽章来惊喜他们。
Jumbo Huang Notes(Image Credits: Parts of the photos were from NASA Screenshots; Behind the Scenes: Parts of contents digested from public domain, no commercial purpose…)
Skylab was the first United States space station, launched by NASA, occupied for about 24 weeks between May 1973 and February 1974. It was operated by three separate three-astronaut crews: Skylab 2, Skylab 3 and Skylab 4. Major operations included an orbital workshop, a solar observatory, Earth observation, and hundreds of experiments.
Unable to be re-boosted by the Space Shuttle, which was not ready until 1981, Skylab's orbit decayed and it disintegrated in the atmosphere on July 11, 1979, scattering debris across the Indian Ocean and Western Australia.
Extravehicular activity (EVA) is any activity done by an astronaut or cosmonaut outside a spacecraft beyond the Earth's appreciable atmosphere. The term most commonly applies to a spacewalk made outside a craft orbiting Earth (such as the International Space Station). On March 18, 1965, Alexei Leonov became the first human to perform a spacewalk, exiting the capsule during the Voskhod 2 mission for 12 minutes and 9 seconds.
The term also applied to lunar surface exploration (commonly known as moonwalks) performed by six pairs of American astronauts in the Apollo program from 1969 to 1972. On July 21, 1969, Neil Armstrong became the first human to perform a moonwalk, outside his lunar lander on Apollo 11 for 2 hours and 31 minutes. On the last three Moon missions astronauts also performed deep-space EVAs on the return to Earth, to retrieve film canisters from the outside of the spacecraft. Astronauts Pete Conrad, Joseph Kerwin, and Paul Weitz also used EVA in 1973 to repair launch damage to Skylab, the United States' first space station.
A "Stand-up" EVA (SEVA) is when an astronaut does not fully leave a spacecraft, but is completely reliant on the spacesuit for environmental support. Its name derives from the astronaut "standing up" in the open hatch, usually to record or assist a spacewalking astronaut.
The International Space Station (ISS) is a modular space station (habitable artificial satellite) in low Earth orbit. It is a multinational collaborative project between five participating space agencies: NASA (United States), Roscosmos (Russia), JAXA (Japan), ESA (Europe), and CSA (Canada). The ownership and use of the space station is established by intergovernmental treaties and agreements. The station serves as a microgravity and space environment research laboratory in which scientific research is conducted in astrobiology, astronomy, meteorology, physics, and other fields. The ISS is suited for testing the spacecraft systems and equipment required for possible future long-duration missions to the Moon and Mars.
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