(二)空間技術
空間技術是人類飛向空間進行活動的綜合技術。這裏,“空間”一詞是指地球大氣層以外的空間,一般地,空間泛指地球空間、行星際空間、恒星際空間、星係際空間,乃至宇宙空間,常簡稱“空間”。目前,人類已能在太陽係行星際空間飛行,而宇宙探測器“旅行者2號”在飛過木星、土星、天王星、冥王星後,已進入更遙遠的恒星際空間,飛往太空,這是多麼誘人的偉大事業啊但是,在這條道路上既有失敗的悲壯,也有勝利的喜悅,而取得的成就是巨大的、史無前例的。
人類進入空間,在那裏進行科學研究,開發無限的空間資源,以致旅遊、定居建立起空間文明。這一切活動,都將依賴於空間技術的進步。
空間技術主要由空間飛行器技術、運載器技術和地麵測控技術三部分組成。
空間飛行器技術是研究、製造能在空間完成各種任務的空間飛行器的技術。空間飛行器含人造地球衛星、載人飛船、行星際探測器、空間站和空間運輸係統等。一般地,空間飛行器都由通用係統和完成特定任務的專用係統所構成。通用係統含結構係統、溫度控製係統、姿態控製係統、能源係統、跟綜係統、遙測係統、遙控係統、通信係統、軌道控製係統、天線係統,載人飛船和空間站還包括有生命保障係統和返回係統等。專用係統則因特定任務不同而異,如科學衛星和行星際探測器備有各類探測儀器;地球資源衛星則備有遙感儀器和數據存儲及傳輸係統;通信和廣播衛星則備有轉發器和通信天線。通用和專用係統都有各自的要求,相應地也都有十分複雜而綜合的技術分係統。
運載器技術是研究、製造將空間飛行器送入空間並使其在預定軌道上運行的技術。空間飛行器要進入空間必須依靠運載器來實現。運載器基本上是由大型多級火箭組成,通常由二級或三級火箭組成。這種火箭重達數百噸,高達數十米,火箭發動機的推力達數百、數千噸,每秒消耗成噸的推進劑。每級火箭自身都有結構、發動機和製導係統等部分。運載器是空間技術的基礎,並在很大程度上決定著空間技術的水平,集中地代表了一個國家的科學、技術和工業水平。
地麵測控技術是研究和實現對在空間運行的飛行器進行監視、測量、控製和管理的技術。地麵測控技術要保證在軌道上運行的空間飛行器和地麵之間的聯係。空間飛行器在運行中,地麵需要及時地了解和掌握飛行器各個分係統的工作狀況,如飛行器內的環境條件、宇航員的生理狀況等;測量和預報飛行器的軌道,對其進行遙控,使飛行器按規定完成各項任務,如姿態變化、星上儀器操作等。為此,要在陸地和海上設立測控台站,其中包括多種測控設備,如精密跟蹤雷達、多普勒測速儀、遙測解調器、遙控發射機、數字傳輸和通信設備等。
在20世紀末,空間技術發展到了一個新的階段,這就是建立永久性載人大型空間站係統。這一龐大的係統包括極地軌道平台、共麵軌道平台、機動飛行器、為空間站服務的大型運載火箭、部分可重複使用的空間與地麵之間往返運輸係統(如航天飛機)。這種係統把軌道性質相近的載荷歸並到若幹公用的飛行器上,以功能統籌、資源共享的方式來大幅度減少發射空間飛行器的數量,並實現在軌維修、補充燃料,以延長公用空間飛行器的壽命,使之成為永久性的空間大型設施。空間站係統具有多種功能:開展科學研究,開創空間科學新領域;對地球進行長期的、綜合的觀測,如監視全球性環境變化、大範圍農作物生長狀況,調查礦藏資源;利用微重力環境進行新材料加工,製造新藥物;還有廣泛的軍事用途等。
前蘇聯在建立空間站係統方麵走在世界各國的前列。1986年2月,前蘇聯將“和平”號空間站發射入軌,其後“進步”號貨船不定期地向空間站運送必需品,“聯盟”號飛船則運送宇航員,其中有兩名宇航員在空間站連續生活了366天,創造了人類在空間停留的新紀錄。“和平”號空間站是地球空間軌道上最大的空間飛行器,縱向對接長達34米。
美國聯合歐洲9個國家和加章大、日本,決定建立“自由”號空間站,其單橫梁結構長達122米,中間核心部分有6個艙,已於1998年11月開始興建。
航天飛機是部分可重複使用的天地間往返運輸係統,現已成為與空間站係統相配合的必需部分。它主要由三部分組成:左右對稱配置的固體火箭助推器,中間是燃料貯箱和馱在燃料貯箱上的帶有主發動機的軌道器。人們又習慣把軌道器稱為航天飛機。美國的航天飛機“哥倫比亞號”於1981年4月12日試航成功。它如同一架大型運輸機,全長36.6米,翼展23.79米,由前、中、尾部組成,可載人7—8名,主推進係統由3台發機組成。美國先後研製了“哥倫比亞號”、“挑戰者號”、“發現者號”、“亞特蘭蒂斯號”4架航天飛機。航天飛機在發射時,其主發動機和固體火箭助推器一起工作,形成巨大的推力,大約2分鍾後,上升高度即達到48千米,這時固體火箭助推器燃料耗盡後與航天飛機分離,墮入大西洋中,可再回收使用。大約8分鍾後,航天飛機上升高度達到117千米,此時主發機停火,外掛燃料箱與航天飛機脫離,再入大氣層中,破碎後散落在海洋裏。航天飛機在達到每秒鍾7.8千米速度(第一宇宙速度)時便能進入軌道飛行,以後般穩定運行在270千米高的低軌道上。當任務完成後,再重返大氣層,最後以水平姿態在預定機場著陸,這時的速度降到每小時296.32千米(普通飛機為259.28千米:)。美國航天飛機兼有運載火箭、軌道飛行器和普通飛機的性能,具有很多優點,但在設計思想上也有一些缺點。前蘇聯研製的航天飛機“暴風雪號”於1988年11月15日首次實現了不載人飛行,其外形與美國的航天飛機七分相似。航天飛機的出現表明在20世紀末空間技術達到了新的高峰,它是現代科學和技術綜合集成的結果。此外,用於空間科學研究的許多空閭飛行器也達到了很高的水平。不久,航天飛機就將退役了。