世界航天器中的经典——“联盟”号,荣耀40年

发布时间:2017-04-20浏览次数:300作者:丛天舒来源:南京航空航天大学新闻网供图:审核:

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大家都知道我国的“神舟”系列飞船,从“神舟5号”实现中华民族“飞天梦”开始,每一次“神舟”飞船的发射都会牵动全中国的神经。然而当我们把目光投向遥远的北方,投向曾经的那个超级大国,我们还会看到另一款神奇的宇宙飞船。


她诞生于冷战最激烈的时期,寄托了她的创造者们太多的梦想;她曾经因恶性事故濒临下马的边缘,又靠另一个计划的支撑顽强的挺了下来。在她诞生的40多年来,她参与并见证了许多人类航天史上的大事,也是中国“神舟”飞船设计时的主要参考对象;由于她的可靠,她至今仍工作在国际空间站运营的第一线


她就是苏联/俄罗斯的“联盟”号飞船,世界航天器中绝对的经典。


怎么样,是否对这艘宇宙飞船感到好奇呢?

跟着晓航一起来了解它的故事吧~


1

太空竞赛

1957年10月4日,人类历史上第一颗人造地球卫星被苏联发射进入太空,打破了那里持续了不知多少年的宁静。人类文明的航天时代开始了,它一开始就演变成了一场“太空竞赛”:美国和苏联争相夺取航天史上的“第一”,第一次载人飞行、第一个女航天员、第一次发射无人探测器探测月球……在竞赛中,苏联似乎总是占据上风,美国每次都落后一步。自豪的美国人感到了耻辱,他们下定决心要证明自己才是地球上科学技术最先进的国家。1962年美国总统肯尼迪在演讲中说:“我们选择去月球,不是因为这简单,而是因为这困难。”(“We choose to go to the Moon, not because it’s easy, but because it’s hard.”)美国的“阿波罗”载人登月计划就在这一年开始了。


“第一次把人送上月球”,这个“第一”是无论如何也必须争的。在铁幕另一边的苏联,载人登月计划也开始有条不紊地进行,苏联的登月计划就叫做“联盟”,“联盟”号宇宙飞船的设计目标,就是搭载苏联宇航员飞向月球。


2

月球飞船


为登月而生的“联盟”号,和与她针锋相对的美国登月飞船“阿波罗”号一样,属于美苏第三代飞船,相较前辈们有大幅的改进。


1961年升空的苏联第一代宇宙飞船,也就是世界第一种宇宙飞船“东方”号,本质上就是一个增压的“胶囊”,里边塞进了一个人。“东方”号飞船只拥有一具再入大气层用的固体燃料降轨火箭,其在太空中只能按固定的轨道前进,不能使用飞船自己的动力进行变轨;携带的空气、水等物资也十分有限,无法进行长时间的太空航行1965年首次发射的苏联第二代宇宙飞船“上升”号,仅仅是在“东方”号的基础上将乘员增加到两人、加上了宇航员出舱进行太空行走的能力而已。去往月球的往返飞行要持续6天以上,中间需要飞船做多次变轨操作,还要具有与月面登陆舱太空对接的能力;上述两种飞船显然不能满足这样的要求。




“联盟”号飞船的结构示意图,原图中的俄文笔者已将自己认识的部分用中文标注在旁边。可以清楚地看到“联盟”号标志性的三舱制结构

苏联登月飞船“联盟”号首次具有了自己的液体燃料发动机,航天员可以在飞船内操纵飞船改变轨道,在太空中飞到自己想去的地方。“联盟”号的“船头”设置了对接舱门,具有太空对接的能力;舱内的空间相比之前的飞船几乎扩大了两倍,最多搭载的乘员增加到了三个,在太空中的自持力也相应上升。


为了实现这些特点,“联盟”号首创“三舱制”构型,整个飞船由轨道舱、返回舱推进舱三个舱段组成:轨道舱和返回舱加压密封,装载航天员和各种仪器设备;轨道舱同时还可以减压作为宇航员出舱做太空行走的过渡舱;推进舱则装载燃料、导航设备和发动机。当“联盟”号飞船准备返回地面时就先抛掉轨道舱和推进舱,三名宇航员呆在有防热大底的返回舱里再入大气层。


这种三舱制构型后来直接被我国的“神舟”飞船效仿,不过这是后话了。当时在1960年代,“联盟”号的性能和美国的登月飞船“阿波罗”号差不多;美苏各自的第三代飞船瞄准了月球一齐发力,就看谁能先冲到那儿了。



“两舱制”的美国“阿波罗”号登月飞船,同样是最多搭载三名成员、能变轨和太空对接

1967年4月23日,第一艘“联盟”飞船——“联盟1号”用R-7运载火箭发射升空。然而这第一次飞行却并不顺利:入轨之后,飞船一侧的太阳能电池板出了故障没有展开。电力短缺使得飞船上的电子设备濒于瘫痪,用来计算返回地球的轨道的计算机无法工作,飞船上搭载的唯一一名宇航员弗拉基米尔·科马洛夫不得不手动计算回家的轨道;尽管他用自己惊人的耐心和准确性最后得到了正确的答案,然而在飞船成功再入地球大气层后,降落伞又出现故障没有打开,飞船以超音速的速度撞到了地上,科马洛夫壮烈牺牲。“联盟1号”的毁灭性事故给苏联的登月计划造成了巨大的破坏,“联盟”号飞船险些下马。


更可怕的是,要想成功登月,使用苏联当时拥有的,300吨重的R-7运载火箭是远远不够的,苏联需要一款比之前的所有火箭都要强大得多的火箭。美国人用专门研制的“土星5号”运载火箭将“阿波罗”号飞船送上了月球,重达3000吨的“土星5号”直到1980年代仍然是人类制造过的最大最强的运载火箭。苏联这边也在研制一种巨大的火箭用于把“联盟”号发射到月球——N-1火箭,重达2700吨。然而大火箭需要有大型火箭发动机,苏联一直无法攻克这个技术,于是N-1火箭使用了多达30台小型火箭发动机,这么多发动机导致燃料管线复杂、火箭的可靠性急剧降低。从1969年开始这种大火箭进行了四次试射,竟无一次成功;而美国人已经于1969年7月21日把阿姆斯特朗成功地送上了月球。1976年,苏联的登月计划由于技术和政治上的双重原因宣告取消





左侧为美国的“土星5号”运载火箭,近地轨道运载能力高达135吨,相比之下今天大部分重型运载火箭都只有20吨左右;右侧就是苏联的N-1火箭,四次发射四次失败的她挫败了苏联人的登月梦想;或许就是受她的刺激,苏联后来在1987年成功试射了“能源”号运载火箭,这是人类历史上唯一一种比“土星5号”还要强大的火箭——然而“能源”号还没来得及大显身手苏联就解体了



3

空间站班车



人类第一座空间站“礼炮1号”

1972年12月“阿波罗17号”飞船离开了月球,这是美国迄今为止最后一次载人登月任务。“阿波罗”计划结束后,美国人陷入了一种没有目标的状态:太空计划对于美国来说一直是一场与苏联的竞赛,现在美国已经赢得了这场竞赛,接下来该做什么呢?加上“阿波罗”计划耗费了美国大量的钱财,甚至间接导致了70年代美国经济的大萧条,美国的太空探索进入了一个低谷期。


而苏联呢?在不争气的N-1火箭频频爆炸的同时,苏联开始推进另一个伟大的太空计划:空间站。苏联将通过深入研究空间站技术,让人类长期生活在太空中,乃至最后移民太空。1971年4月19日人类历史上第一座空间站“礼炮1号”由苏联发射升空。此时“联盟”号飞船已经由R-7运载火箭运载进行了9次成功的飞行,虽然由于N-1火箭的拖累无法飞往月球了,但由于空间站计划的需要,“联盟”号接下来义不容辞地担起了运送航天员往返于地面和空间站之间的重任。


1971年4月23日,“联盟10号”飞船成功与“礼炮1号”对接。可是由于设计问题,宇航员们怎么也打不开进入空间站的舱门,无法离开飞船进入空间站,只能悻悻地返回了地球。到了6月7日,经过了改进的“联盟11号”飞船终于成功地把三名宇航员送入了空间站,完成了人类航天史上的一件壮举。


完成任务后,三名宇航员返回“联盟11号”,离开空间站落向地球。然而灾难再次发生了:返回地球的过程中飞船返回舱上的一个气阀意外破裂,导致舱内失压,三名宇航员全部窒息而亡。



(苏联发行的纪念“联盟11号”任务中三名牺牲宇航员的邮票)

“联盟11号”的事故是惨重的,但“联盟”号飞船日益成熟,一次事故不会停下苏联人使用“联盟”号探索空间站技术的脚步。“礼炮1号”于1971年10月使用寿命耗尽按计划坠毁。


1973年4月3日,“礼炮2号”又成功上天。自此之后直到1982年4月19日“礼炮7号”发射,这段时间里苏联一直在不停地发射、实验“礼炮”系列空间站,而“联盟”号飞船则负责在空间站与地面之间来回运送人员和物资,成了空间站计划中的“工作马”;甚至后来为了支撑起空间站运作的庞大货运需求,苏联又在“联盟”号的基础上改装出了“进步”号货运飞船,不载宇航员,专门拉货。“联盟”号飞船成为了苏联太空计划的脊梁,而她曾经的对手美国“阿波罗”号飞船则早已被丢进了历史的故纸堆。



(“礼炮7号”空间站,左下角可以看到一艘与之对接的“联盟”号飞船)

后来的故事大家多少都听说过了:

苏联航天事业最瑰丽的成就,划时代的超级空间站“和平”号。


1986年2月20日升空,之后逐渐添加舱段,到1992年才建成130吨重的庞然大物,成为有史以来最巨大的人造太空物体。


当然在“和平”号的建设和运行中,那个不可或缺的中坚力量还是“联盟”号宇宙飞船,她又一次亲眼见证、亲手哺育了这座伟大的空间站。



“和平”号空间站,最前方就是一艘与之对接的“联盟”号飞船



4

老兵不老



正当苏联空间站计划全速推进,引领人类太空技术最前沿的时候,1991年12月25日,苏联解体了。


穷困潦倒的俄罗斯几乎没有资金来继续运行于1992年建成的“和平”号,而财大气粗的美国人又很眼红苏联发达的空间站技术。于是美俄选择了合作:美国出钱帮助俄罗斯运行空间站,而俄罗斯答应让美国的宇航员和科学家搭乘“联盟”号飞船前往“和平”号空间站上考察。“联盟”号成了“太空出租车”,在90年代最危急的时期为俄罗斯的太空计划注入了资金;搭乘“联盟”号的美国宇航员也不得不承认,她是一款坚固可靠的飞船。


“和平”号在2001年走到了生命的尽头,一艘由“联盟”号改装的“进步”号货运飞船将垂垂老矣的“和平”号推入大气层烧毁了。然而“联盟”号飞船并没有闲着:今天由美俄以及世界许多其它国家共同建造的国际空间站仍然依仗“联盟”号飞船作为空地运输的中坚力量,她仍然工作在人类航天活动的最前沿。


40多年来,“联盟”号飞船总共发射了150余次,其中只有上文中提及的那两次事故,遇难了总共4名宇航员;从1971“联盟11号”的事故至今,“联盟”号已经成功地执行了140余次太空飞行任务拥有当今世界各个型号的航天器中最完美的安全记录今天的“联盟”系列飞船谱系繁茂、改型众多,在国际航天发射市场中占有重要的地位,并且一向享有“成熟可靠、值得信赖”的美誉



  40年前的登月飞船,还将继续谱写新的传奇。


以上就是晓航今天想跟大家讲的“联盟号”的故事啦!在此次航天科普的最后,晓航还想再向大家介绍一下即将到来的4.24中国航天日。

什么?你还不知道,赶紧来看看!


节日预告:4.24 中国航天日


1970.4.24 我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”进入太空



2009年的政协第十一届全国委员会上,全国政协委员,一院党委原书记梁小虹首次提出了《关于设立“中华航天节”的提案》。


2013年12月25日,由国防科工局牵头,来自外交部、工业和信息化部、航天系统和北京航空航天大学等单位的院士、专家20余人,对“中国航天日”的具体日期进行了讨论,并决定,正式启动“中国航天日”的设立程序并上报国务院。


2016年3月8日,国务院批复同意:自2016年起,将每年4月24日设立为“中国航天日”。“中国航天日”最终确定为每年的4月24日,是因为1970年的这一天,长征一号火箭将我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”送入太空,拉开了中华民族进军太空的序幕。


前苏联、德国等国家都有自己的“航天日”,我国作为航天大国之一,设立“航天日”对展示我国航天事业取得的成就,推动我国从航天大国向航天强国迈进,具有重要的意义和作用。




作者简介:


丛天舒


我校2015级航天学院中乌班学生,从小爱好航空航天,也是一个军事迷。大一的时候,他手绘航天器被媒体广泛报道为”学霸“




内容来源: 航天学院科普团队

责任编辑:董瑞琳