人从未比在太空行走时显得更为渺小,或更为伟大
语宙
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沉重而悲壮航天往事。
年3月26日,中国载人航天工程官方网站发布消息:经北京航天飞控中心和专业机构分析,中国首个空间站“天宫一号”将于年3月31日至4月4日之间进入大气层烧毁。
▲在过去的一年里“天宫一号”的轨道高度变化图,可见进入年之后天宫一号就开始加速坠落
▲截至年3月30日UTC时间2:21:34时,“天宫一号”的星下点轨迹
“天宫一号”即将坠落,这标志着中国首个空间站最终将走入历史,尽管早在两年以前,超期服役的“天宫一号”就已经圆满完成所有任务,被终止了数据连接。但她的最终坠落还是极具标志性意义。而“天宫一号”本身,就是整个中国航天工程的一座里程碑,长达7年之久的航程,成功完成6次太空交会对接(其中4次载人交会对接,即神舟9号与10号),这表明中国已经完整掌握了空间交会对接技术。
当国人站在“天宫一号”这座新的里程碑旁,回望人类整个空间站建设里程而感怀的时候,会很容易看到四十多年前的另一座破旧的里程碑,那上面镌刻着“礼炮一号”,她是人类历史上首个太空站。而相比于我们“天宫一号”的顺利与成功,“礼炮一号”的故事却更显得沉重与悲壮。
一.肇始,梦开始的地方
人类对于空间站的构想,其实远在太空时代来临之前,早在19世纪中后期,在多个充满想象力的科幻作品里就已经初现端倪。而第一次完整描绘未来空间站设想的,还是苏联的航天先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(КонстантинЦиолковский),早在沙俄时期的年,他就在自己的手稿中提出这种在后世被称为“旋转太空站”的航天器,在这一设想中,人类如同后世一样可以长时间驻留其中。虽然这种“旋转太空站”与我们今日所熟知的空间站存在不小的差别,但在诸如描绘人类如何进入太空站,如何驻留太空站等细节方面,却与今日有着惊人的相似度。
▲作为苏联早期的火箭专家与航天事业的开山祖师,齐奥尔科夫斯基的思想影响了苏联整整一代航天人,包括科罗廖夫,吉洪拉沃夫等航天元勋
▲齐奥尔科夫斯基于年完成的关于空间站构想的手稿
在这之后的年,斯洛文尼亚裔奥地利火箭专家赫尔曼·波托奇尼克(HermanPoto?nik)在其著作《太空旅行的问题》(ProblemderBefahrungdesWeltraums)中对这一早期空间站的构想又做了进一步的完善。而到了冷战初期,科罗廖夫的老对手,美籍德国火箭专家冯·布劳恩更是杂志上发表了他自己关于空间站的构想,只是未被重视。
▲赫尔曼在书中描绘的“旋转空间站”
空间站这一构想似乎被雪藏了起来,而在这之后的多年间,虽然冷战时期美苏两国的太空竞赛拉开大幕,但受限于当时的技术条件与形势,建设空间站的想法一直都被雪藏起来。
二.启航,欲说还休的党同伐异
首次将太空站建设提上日程的还是苏联。早在年10月,由苏联火箭设计师弗拉基米尔·切洛梅(Влади?мирЧеломе?й)领导的第52试验设计局(ОКБ-52,即今日的切洛梅设计局)就开始了空间站建设的相关论证和科研工作,当时切洛梅脑海中的轨道空间站,主要是以军事用途为主(也就是后来设计局开发的“金刚石”空间站计划,Алмазпрограмма)。虽然作为苏联火箭设计的巨头之一,而且怀揣着当时新研制成功的УР-型火箭(即后来的质子型火箭的基础型,于年发射成功),但对于第52设计局而言,技术攻关的难度还是很大的,且整个空间站计划还未得到苏联高层的全力支持,加上切洛梅本人一如既往的“工匠精神”,该项工作进展一直非常缓慢。
直到60年代末,在载人登月领域与美国展开竞争的苏联逐渐落败,苏联版登月计划因受限于当时的技术条件,资金支持和复杂的人事斗争而搁浅,并最终夭折。太空竞赛10多年来苏联首次咽下失败的苦果,为了在竞赛中扳回一局,挽回自己超级大国的尊严,苏联亟需另辟蹊径。
恰好在这个时间点,年,科罗廖夫创立的第1试验设计局(ОКБ-1)的一位航天工程师康斯坦丁·费奥克基斯托夫(Константи?нФеокти?стов)以设计局的名义向当时的苏共中央委员会提出了关于发射轨道空间站的建议,该空间站可以与当时苏联最新的联盟系列飞船实现对接,航天员可以进入空间站进行长时间驻留。这一建议立即得到时任苏联中央政治局和中央委员会后部委员,负责当时苏联国防工业工作的德米特里乌斯季诺夫(Дми?трийУсти?нов,后来担任苏联国防部长)的响应。很快,苏联政治局就批准了该项空间站计划,并将其命名为“礼炮”计划(Салютпрограмма),责成第1设计局来主导实施。此时,第1设计局的创始人科罗廖夫已经去世,设计局的新掌门是瓦西里·米辛(ВасилийМишин),他成为空间站的总设计师,但主要设计工作则由最初建议的提出者费奥克基斯托夫来负责。
▲苏联部分功勋航天员合影,右起第二位穿西服者为费奥克基斯托夫
这里要稍微提一下费奥克基斯托夫,此人早年就读于莫斯科国立鲍曼技术大学(与科罗廖夫是校友),获得物理学博士学位,随即进入第1试验设计局中由吉洪拉沃夫(Михаи?лТихонра?вов)领导的设计部门工作。在50年代末60年代初,先后参与了“斯普尼克”卫星,“东方”系列飞船,以及“上升”系列飞船的设计工作。与我们了解的设计师不同,费奥克基斯托夫不仅仅满足于在制图板,手摇计算机和计算尺之间施展才华,他还喜欢亲身实践,自己亲自参与航天员的特训与遴选。事实证明,他真的是一位全能型的工程师,年,费奥克基斯托夫通过航天员特训,被选为“上升-1”号(Восход-1)的三位航天员之一,日后苏联航天的悲剧英雄弗拉基米尔·科马洛夫(ВладимирКомаров)与他同行。与绝大多数苏联航天员深厚的军方背景不同,费奥克基斯托夫不是现役军人,甚至都没有苏共党籍,是真正的纯技术出身。后世有人甚至称其为人类历史上第一位载入太空的平民航天员。
此次乌斯季诺夫之所以采纳费奥克基斯托夫的建议,除了眼前日趋紧迫的竞争局面,还有相当部分是出于对第52设计局的切洛梅个人的不满。前面提到,切洛梅一向具有精雕细琢的“工匠精神”,但这个特点在乌斯季诺夫的眼里就是典型的“慢性子”,此前第52设计局进行的军用轨道空间站计划(即金刚石计划)一直进展缓慢,让苏联高层对切洛梅能否完成这一系列科研攻关产生了怀疑。而此时苏联的登月计划步入尾声,年初乌斯季诺夫干脆下令,由第1试验设计局来完成轨道空间站的民用部分(就是后来的礼炮系列的1/4/6/7空间站),而军用部分,基于第52设计局先前的经验,还是由他们来担纲设计工作,不过,整个计划在名义上被并入了礼炮计划之中,以至于在整个70年代,由该设计局设计的军用空间站都被命名为“礼炮”号。同时,载具还是选用切洛梅的质子-K型火箭。
这里需要指出的是,整个“礼炮”计划一开始就被分为民用科研用途的“轨道空间站”(即Долговременнаяорбитальнаястанция,简称ДОС)和军事侦察用途的“轨道试验站”(即ОрбитальнаяПилотируемаяСтанция,简称ОПС)两大部分,每个礼炮号空间站可以依据其编号来判断其用途。比如礼炮1/4/6/7号的编号分别是ДОС-1/4/5-1/5-2,可知是由第1设计局设计的民用空间站,而礼炮-2/3/5号的编号则分别是ОПС-1/2/3,可知是由第52设计局设计的军用空间站。
得知自己主导的金刚石计划被第1设计局的礼炮计划合并(尽管只是名义上的),自己的质子型火箭还要给别人当嫁衣裳,出于多年对科罗廖夫,米辛乃至整个第1设计局的积怨,切洛梅感到十分愤怒,多年之后回忆起这段往事时他还愤愤不平地说道:“这就像自己的宝岛被海盗袭击了一样”(пиратскийнабегнаегоостров),在登月计划中各个设计局之间出现的矛盾和冲突,似乎依然在蔓延。
好在此时的苏共中央非常清醒,以乌斯季诺夫为代表的高层吸取了登月计划中的经验与教训,没有再次产生一个由专家学者主持的专家委员会,以技术论证为名到各个设计局间去和稀泥。而是通过政治手腕强力整合各设计局的资源,如臂使指的投入到既定计划中。通俗来讲,就是我高层说要你做什么你就做什么。在这种形势下,各设计局之间就算有再大的矛盾,也没有影响到整个礼炮计划。
有了苏共中央强有力的领导,整个礼炮计划进行的还是非常顺利的,而在年苏联的联盟4号与5号飞船成功实现载人交会对接,又为以交会对接技术作为技术前提之一的空间站计划,做了充足的技术准备。从年末项目提出,到年4月19日“礼炮-1”号发射升空,中间不过1年多光景,登月计划搁浅之后,苏联航天人终于又找回了久违的高效率。
三.升空,命途多舛的礼炮
作为第一代轨道空间站,“礼炮-1”是单舱结构(这与我国的“天宫一号”一样,单舱结构的空间站本身就是一个单体航天器,通过一次发射即可升空入轨),外形上看很想一艘放大了的联盟号飞船,空重只有18吨。而与我国的“天宫一号”拥有一前一后两个对接口不同,“礼炮-1号”只有一个对接口。
下图为礼炮1号与联盟号飞船线条图,可见整个礼炮1号分为三个舱室,即传送舱(переходныйотсек,简称ПО),主舱(рабочийотсек,简称PO)和辅助舱(агрегатныйотсек,简称AO),之后的礼炮系列空间站的舱室大体是按照这个模式设计的。
作为一型以科研为主要用途的民用轨道空间站,“礼炮-1”上自然不能少了科学仪器设备。第1设计局的工作人员将一台小型天文台装载在空间站的辅助舱里的一个独立的圆形舱室里,这个天文台名叫“猎户座-1”号(Орион-1,与今日NASA开发的猎户座飞船没有任何关系),由苏联布拉堪天文台(Бюраканскаяастрофизическаяобсерватория,位于今天的亚美尼亚)台长格里高利·古扎德延(Григо?рГурзадя?н)设计。通过它航天员可以得到星体的紫外光谱图,从而有效地进行天文观测。
▲猎户座-1号小型天文台
年4月19日拜科努尔当地时间凌晨3:40,质子-K型火箭载着“礼炮-1”空间站发射升空,不久,“礼炮-1号”成功进入低轨道,搭载的“猎户座-1”号也开始运转。不久,苏联方面就对外公布了“礼炮-1号”发射成功的消息,这再次震惊了当时刚刚经历了阿波罗登月的西方世界,这预示着苏联将再次在太空竞赛中扳回一局。
由于苏联方面没有及时公布图片,西方各大新闻媒体纷纷开始揣测苏联空间站的外形。上图是英国《新科学人与科学》杂志(Newscientistandsciencejournal)在年4月29日刊登的一副礼炮空间站想象图。想象中的“礼炮-1”号居然拥有四个对接口。
而此时苏联人还丝毫不敢放松,此时的“礼炮-1”号充其量就是一艘大型无人飞船,而只有真正与载人飞船实现对接,并有航天员进驻空间站,礼炮-1号才能算是名副其实的空间站。
就在“礼炮-1”号成功发射后的第4天,年4月23日拜科努尔当地时间凌晨2:54,用于和空间站实现载人交会对接的“联盟-10”号飞船(Союз–10)升空,舱内搭载着弗拉基米尔·沙塔洛夫(Влади?мирШата?лов),阿列克谢·叶利谢耶夫(Алексе?йЕлисе?ев)和尼古拉·鲁卡维什尼科夫(Никола?йРукави?шников)三名航天员,这其中鲁卡维什尼科夫是礼炮号空间站的专家。
“联盟-10”号在于火箭最后一级脱离后,成功进行了3次轨道机动,并最终接近“礼炮-1”号。UTC时间4月24日上午4:47,飞船上的自动对接系统将飞船带到了距离空间站不过米的距离上,此时飞船指令长沙塔洛夫开始手动操控飞船,并在数分钟内成功完成了对接。
此时拜科努尔地面指挥中心内已经是掌声四起,指挥人员相互握手致意,他们都以为航天员将成功进入空间站,苏联将实现人类首个空间站的载人交会对接。但气氛随即又变得凝重起来,联盟号上的航天员发现飞船对接系统的探头与舱口无法打开,而由于飞船与空间站之间实现的是硬对接,航天员又无法手动移动探头部件以打开舱门,就这么在太空中僵持了5个多小时。经过地面指挥中心的多方排查,最终认定是联盟号飞船的对接口出现了故障,而礼炮号上的对接系统一切正常。这也算不幸中的万幸。
此时的沙塔洛夫等人有些进退两难,原本他们可以在“礼炮-1”号驻留20天以上,但此时却被困在成功的门槛之前动弹不得。最终,地面指挥中心出于安全考虑,决定结束任务,三名航天员在太空中飞行了两天时间后安全返航。
▲在加加林航天员培训中心接受训练的“联盟-10”号飞船成员组
▲虽然“联盟-10”任务总体而言是失败的,但安全返航的成员组在苏联依然受到了英雄般的待遇
之后一个多月的时间里,第1设计局的工作人员终于排除了联盟号飞船对接系统的故障。年6月6日拜科努尔当地时间早上7:55,崭新的“联盟-11”号飞船发射升空,成员组有格奥尔基·多勃罗沃利斯基(Г.Т.Добровольский),维克多·帕查耶夫(В.И.Пацаев)和弗拉季斯拉夫·沃尔科夫(В.Н.Волков),这一次联盟飞船上的对接系统非常给力,UTC时间6月7日上午10:45,三名航天员顺利进入空间站,这标志着礼炮-1号终于成为名副其实的轨道空间站!
▲在加加林航天员培训中心接受训练的“联盟-11”号飞船成员组,此时他们只是替补成员
在成功进入空间站的最初几天,三名航天员首先启动空间站内的各项设备,并逐步开展各项既定的科学研究活动,比如天文观测,拍摄地球照片,进行实时电视转播,核对剂量仪,例行身体检查,甚至还进行了植物种植和饲养动物等有趣的科学试验。这些任务看似繁琐,但在人类航天史上却都具有开创意义。而空间站上每天忙碌的生活虽然疲惫,却也让三名航天员兴致盎然。
▲对接前从联盟-11号上观察到的礼炮-1号
▲通过电视转播传回地面的航天员在礼炮-1号舱内的活动影像
▲从“联盟-11”号上拍摄的“礼炮-1”号空间站
四.牺牲,毫厘之间的惨痛代价
此时此刻,在地面众多