在空間站的建設上，前蘇聯有非常輝煌的成就和過往，連美國也“自歎不如”，圖片來自vpk.name

導讀

4月19日是世界第一座空間站禮炮一號升空50周年紀念日。其意義(yi) 十分深遠，因為(wei) 至今人類現已研製出宇宙飛船、航天飛機和空間站三種載人航天器，其中宇宙飛船和航天飛機因運行時間短、容積小，因此主要用於(yu) 天地往返運輸，為(wei) 空間站接送航天員和貨物；而空間站則具有壽命長、容積大、功能強、載人多等優(you) 點，是開發太空資源的理想基地。

所以，在1969年美國載人登月成功後，蘇聯放棄了載人登月計劃，把建造載人空間站作為(wei) 未來航天計劃發展的核心和一項國策。

經過艱苦的努力，蘇聯終於(yu) 在1971年４月19日用質子號運載火箭成功將世界第1個(ge) 空間站——禮炮一號送入地球軌道上，使太空響起“禮炮”，它標誌著人類進入太空的一個(ge) 新階段的開始。此後，蘇聯在空間站領域一發不可收拾，長期保持領先地位，其發展模式、經驗教訓值得深思和借鑒。

值得一提的是，中國空間站天宮號的核心艙發射在即，有報道稱4月底將發射核心艙。此前中國也成功發射了天宮一號、天宮二號，正在籌建的天宮號空間站將讓中國成為(wei) 全球為(wei) 數不多的、能在太空中建造空間站的國家。

撰文 | 龐之浩（中國空間探測技術首席科學傳(chuan) 播專(zhuan) 家）

責編 | 葉水送

01
禮炮一號的“一聲炮響”

1971年4月19日，前蘇聯將全球首個(ge) 試驗性空間站——禮炮一號發射升空，開啟了人類太空研究新的紀元。

禮炮一號試驗性空間站質量約18噸，總長16米（包括交會(hui) 對接天線在內(nei) ，但不包括與(yu) 其對接的聯盟號飛船），最大直徑4.1米，可居住空間85米立方米，太陽能電池陣的翼展11米。它由對接過渡艙、軌道艙（又叫工作/生活艙）和服務艙（又叫儀(yi) 器/推進艙）3個(ge) 部分組成，其中對接過渡艙和軌道艙是密封艙，服務艙為(wei) 非密封艙。

世界第1座空間站禮炮一號結構圖

位於(yu) 頭部的對接過渡艙頂端有一個(ge) 直徑為(wei) 2.2米，長3.7米的錐形對接艙口，用於(yu) 聯盟號飛船對接，航天員和物資由此對接艙口進出空間站。其內(nei) 部裝有獵戶星座望遠鏡的部件、相機和生物學實驗設備；外部安裝獵戶星座望遠鏡的外露部件、2個(ge) 太陽能電池翼、交會(hui) 對接天線、閃光燈、電視攝像機、熱控製板和研究微流星撞擊的探測板等。

位於(yu) 中部的軌道艙是禮炮一號的“心髒”，由直徑各為(wei) 2.9米和4.1米的兩(liang) 個(ge) 圓筒組成，總長9.1米，內(nei) 部容積約為(wei) 85立方米，供航天員工作、進餐、休息和睡眠，艙內(nei) 的小氣候保持與(yu) 地麵相同。航天員通過對接過渡艙之後，先進入直徑為(wei) 2.9米、長3.8米的圓柱型工作區，這裏裝有控製站體(ti) 的最大的控製麵板。接著，航天員經過1.2米的連接段以後，到達直徑4.1米、長4.15米的最大工作區。

為(wei) 了使航天員有一個(ge) 良好的定向參考係，最大工作區的地板、天花板和周圍的牆壁漆成不同顏色。它的前部用來進餐、娛樂(le) 和睡覺，其餘(yu) 地方裝有導航和機動控製用的陀螺係統、控製儀(yi) 表板、食物和水的貯箱、衛生設備，以及航天員的鍛煉設備和大型觀測裝置（X射線望遠鏡）等。

這2個(ge) 不同直徑的圓柱形艙段的連接段存放藥品和簡單的鍛煉器械。在直徑2.9米的較小工作艙外側(ce) 下方，裝有較多儀(yi) 器和傳(chuan) 感器，包括生物傳(chuan) 感器、水平傳(chuan) 感器、星敏感器、光學瞄準儀(yi) 和離子傳(chuan) 感器等。在直徑為(wei) 4.1米的較大工作艙外側(ce) 不安裝儀(yi) 器，而是覆蓋了一層熱防護板。

禮炮一號在軌飛行示意圖

位於(yu) 尾部的服務艙長2.17米，直徑2.2米。艙內(nei) 裝有必要的儀(yi) 器（如離子傳(chuan) 感器）、1台機動變軌發動機、姿態控製發動機和推進劑。機動變軌發動機的推力約420千克，可多次啟動工作，總工作時間達1000秒以上。艙體(ti) 外部安裝了兩(liang) 個(ge) 總麵積約23平米的太陽能電池翼、交會(hui) 雷達天線和電視攝像機等。攝像機用於(yu) 航天員和地麵控製人員監視禮炮一號的工作情況。例如，可以用來監視禮炮一號與(yu) 運載火箭末級分離的情況。

禮炮一號的主要基本分係統包括：主控製係統，它既可自動工作，亦可由航天員手控或地麵遙控工作；方位和運動控製係統，用於(yu) 對接操縱；發動機姿態與(yu) 機動控製係統，用於(yu) 軌道機動和交會(hui) 操縱；無線電指令與(yu) 電視控製係統；遠距離通信係統；無線電遙測係統，用於(yu) 探測目標飛船；電源係統為(wei) 兩(liang) 對太陽能電池翼，其外觀和聯盟號飛船上用的太陽能電池翼相似。但是，禮炮一號與(yu) “聯盟”飛船複合體(ti) 的太陽能電池陣總麵積為(wei) 42平米，相當於(yu) “聯盟”飛船的太陽能電池陣麵積的3倍；生命保障係統以及生物醫學裝置。

禮炮一號試驗性空間站和“聯盟”飛船對接後，兩(liang) 者的電源可以互相連接，飛船的電源可供複合體(ti) 用。其姿態控製係統和曾用於(yu) “聯盟”飛船的光學敏感器使太陽能電池翼對日定向。此外，飛船的推進係統和姿控係統也可為(wei) 複合體(ti) 服務。

質子號火箭發射禮炮一號

禮炮一號內(nei) 有7塊控製儀(yi) 表麵板，用以監測站內(nei) 各分係統的工作情況和控製各種儀(yi) 器設備的工作狀態。

1號麵板是該空間站的中心控製儀(yi) 表板，用來控製站內(nei) 的主要分係統，是其他6塊控製儀(yi) 表麵板的信息匯合中心。它位於(yu) 直徑較小的軌道艙內(nei) ，麵板前有2把椅子，可供2名航天員同時操作。禮炮一號的定向與(yu) 導航控製手柄，以及定向係統的光學敏感器也安裝在這裏。

2號麵板也裝在軌道艙的小直徑區域，主要用來完成人工天文定向和導航以及禮炮一號操縱及觀測等。

3號麵板安裝在軌道艙的大直徑區域，用來控製禮炮一號內(nei) 的科學儀(yi) 器。

4號麵板在對接艙的錐形段，用作醫學研究，同時也可控製部分儀(yi) 器設備。

5號麵板安裝在對接艙的頂部，用來控製獵戶星座望遠鏡。

6號麵板位於(yu) 軌道艙的小直徑區。它的用途與(yu) 2號麵板一樣，還操作一個(ge) 小型“溫室”，以進行植物生長實驗。

7號麵板用來控製研究地球物理學的科學儀(yi) 器，位於(yu) 軌道艙前段，操作對地觀測儀(yi) 器進行對地觀測。

從(cong) 這些麵板完成的任務看，禮炮一號試驗性空間站遠遠超過了“聯盟”飛船。

禮炮一號與(yu) 聯盟十一號載人飛船交會(hui) 示意圖

禮炮一號上裝載的主要儀(yi) 器設備有：獵戶星座望遠鏡，它是進行天文物理學實驗的關(guan) 鍵設備；AnnaⅢγ射線望遠鏡，質量45千克，耗電14W能探測到100MeV以上的γ射線源，用來研究宇宙線的組成；FEK—7相機 用來研究宇宙線的組成；微流星傳(chuan) 感器，裝在艙外，安裝在服務艙和軌道艙大直徑段的外表麵上，用來研究微流星對禮炮一號的撞擊。

禮炮一號試驗性空間站內(nei) 的照相設備采用可見光相機和多光譜相機，用來進行地質、氣象、海洋和天文學研究；醫學設備用來研究人在空間長期失重環境中的生理變化；生物設備用來進行各種生物學實驗。

02
全球首個(ge) 空間站的運行過程

1971年4月19日，蘇聯質子號運載火箭將禮炮一號試驗性空間站送入200～222千米，傾(qing) 角為(wei) 51.6°的軌道上，運行周期88.5分鍾。經過9圈的地麵測控，禮炮一號空間站運行和工作正常。

1971年4月23日，聯盟十號飛船載航天員沙達洛夫、耶裏謝也夫、魯卡維士尼科夫上天，實現了與(yu) 禮炮一號試驗性空間站的對接，但因飛船閘門失靈，飛船上的這3名航天員未能進入禮炮一號。

聯盟十一號的3名航天員在座艙內(nei)

1971年6月6日，聯盟十一號飛船載航天員杜勃洛夫斯基、伏爾科夫和帕察耶夫進入軌道，經過6小時的軌道機動，使聯盟十一號飛船的軌道與(yu) 禮炮一號試驗性空間站相同。第2天，兩(liang) 個(ge) 航天器逐漸接近，在150米的距離上開始交會(hui) 對接操作，這個(ge) 過程也進行得比較順利。

在聯盟十一號飛船與(yu) 禮炮一號試驗性空間站交會(hui) 對接過程中，禮炮一號是被追蹤的目標航天器，聯盟十一號為(wei) 追蹤航天器。但在交會(hui) 對接的初始階段，禮炮一號和聯盟十一號雙方都進行變軌機動，使相對距離接近到15～30千米之內(nei) 。在這個(ge) 距離內(nei) 禮炮一號不再進行軌道機動，以保持與(yu) 聯盟十一號對接的特定方向。

在對接的同時，聯盟十一號飛船的電氣係統和液壓係統也同禮炮一號試驗性空間站連接。經過壓力調節並打開艙門後，航天員進入了禮炮一號試驗性空間站。

此後，3名航天員先調節了軌道艙的環境，開始了適應性工作。6月8、9日，他們(men) 操縱聯合體(ti) 進行了多次較大的軌道機動，一度使軌道變為(wei) 259～282千米。從(cong) 10日開始，他們(men) 按計劃進行各種實驗工作：測試禮炮一號試驗性空間站內(nei) 輻射水平、分析航天員血樣、用γ射線望遠鏡觀測天文、進行魚類在“水”中運動實驗、種植植物實驗、用相機拍攝地球。6月19日，他們(men) 利用獵戶座望遠鏡進行了恒星觀測。他們(men) 還研究了無線電信號的衰減，並對地球和地球天氣現象進行了觀測。到6月23日，他們(men) 打破聯盟九號飛船飛行18天的紀錄。

聯盟十一號飛船返回艙著陸後，營救人員對航天員進行搶救

6月28日，地麵控製中心要求航天員在次日返回。6月29日19：28，聯盟十一號與(yu) 禮炮一號分離。在編隊飛行1小時後，航天員操縱飛船降低軌道準備再入。此後由於(yu) 飛船返回艙的一個(ge) 壓力調節閥在與(yu) 軌道艙分離時被打開了，艙內(nei) 的空氣很快泄出，加上航天員沒有穿航天服，所以雖然降落傘(san) 安全將飛船回收，但3名航天員早已因缺氧窒息而死。這場重大航天事故導致對“聯盟”飛船進行重大的修改，以提高安全性和可靠性，此後航天員在發射和返回時必須穿艙內(nei) 航天服，以防萬(wan) 一。

在禮炮一號試驗性空間站飛行期間，地麵控製人員曾啟動禮炮一號上的發動機，阻止禮炮一號空間站軌道高度的衰減。1971年10月11日禮炮一號最終進入大氣層，在太平洋上空燒毀，它在軌道上運行了共175天。

03
禮炮一號的“拋磚引玉”

雖然禮炮一號隻接待過1批航天員，但它開辟了載人航天的全新天地。難怪蘇聯宇航科學家福克斯托夫自豪地說：“我們(men) 擁有一個(ge) 巨大的空間實驗室，裏麵裝著好幾噸重的探測設備，有望遠鏡、攝譜儀(yi) 、光電光度計、電視設備等。在該空間實驗室的工作壽命期間，有許多實驗可能不必把人送到空間實驗室去就能完成，盡管研究方法隻能由人來確定。”

禮炮一號與(yu) 聯盟十一號複合體(ti) 在軌飛行示意圖

禮炮一號的飛行基本上是成功的，在當時產(chan) 生了很大影響。此後，蘇聯又先後發射了6座“禮炮”係列空間站。“禮炮”係列空間站可分為(wei) 以下兩(liang) 代。

禮炮一號至五號為(wei) 第一代空間站，質量為(wei) 18～18.9噸，可居住空間85立方米左右，一般在離地麵200～250千米高的軌道上運行，軌道傾(qing) 角均為(wei) 51.6°。由於(yu) 它們(men) 具有試驗性質，所以也叫試驗性空間站。其主要特征是站上均隻有1個(ge) 對接口，因而隻能接納1艘客貨兩(liang) 用飛船（運送往返人員和少量物品），其科研儀(yi) 器和主要物品均是發射前就裝入了空間站內(nei) ，無法及時補給許多重要物資，這就限製了載人航天的時間和空間站在軌運行壽命。

不過，第一代空間站解決(jue) 了許多有關(guan) 的重大科技問題，如證實了在太空也和地麵一樣，有必要把住宿、工作場所與(yu) 交通工具等按各自的特點分別建造，這樣才能解除相互間的束縛，獲得高效率；人在太空的人造環境中駐留較長時間，可用輪換航天員的辦法使空間站的利用率提高；試驗性空間站即使是短暫性的，也比其他航天器有較大進步。

組裝中的禮炮三號軍(jun) 用空間站

雖然5座試驗性空間站在設計上大同小異，都能居住2名或3名航天員。但是，自從(cong) 聯盟十一號上的3名航天員在離開禮炮一號返回地球過程中喪(sang) 生以後，“聯盟”飛船隻載2名航天員上天，所以禮炮三號～五號每次都隻居住2名航天員。

值得注意的是，禮炮一號上天之後，按著使用目的的不同，蘇聯對“禮炮”係列試驗性空間站進行了改型，形成了兩(liang) 種類型的空間站：一種是軍(jun) 用型，一種是民用型。軍(jun) 用型空間站的外形和結構改變較大，由原來的兩(liang) 對共4個(ge) 太陽能電池翼改為(wei) 3個(ge) 較大的太陽能電池翼，安裝在空間站中段；內(nei) 部係統的主要變化是增加了軍(jun) 用係統的比重；民用型空間站與(yu) 禮炮一號相差不大，從(cong) 外形看，主要改進也是在中部安裝了3個(ge) 大型太陽能電池翼。這兩(liang) 種改型在1972年中基本完成。

在5座空間站中，禮炮一號為(wei) 軍(jun) 民兩(liang) 用型，禮炮四號為(wei) 民用型，禮炮二號、三號、五號則均為(wei) 軍(jun) 用型。軍(jun) 用型空間站上大多裝有高分辨率相機，室內(nei) 所有航天員和飛行工程師都是軍(jun) 人。民用型空間站航天員主要進行了一些有關(guan) 空間站技術的試驗，並完成了天體(ti) 物理學、航天醫學和生物學等方麵的科研計劃，考察了地球自然資源。

製版編輯 | Morgan

來源：賽先生


關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】，了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情