改编自刘慈欣同名小说的国产科幻电影《流浪地球》已经在大年初一和大家见面啦,相信很多人都对电影中的空间站印象深刻,当地球面临覆灭的威胁的时候,它承载着人类的希望,电影最后它又成为了拯救地球的关键。
为啥这些科幻大片中的空间站都像个大轮子?而更奇怪的是,真正的空间站形状和这完全不同啊。环形空间站:巧妙解决失重问题。将空间站设计成环形的确有其科学道理,因为环形空间站自转产生的离心力可以模拟重力,解决太空生存中的失重问题。
模拟重力是太空探索中需要解决的大问题,实际上,早在1883年,人类航天事业的先驱、26岁的来自前苏联的康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基就率先提出了人造重力这一概念;他在1935年去世,其手稿《自由空间》在1956年得以出版,描绘了一种带有推进器、陀螺仪和二级火箭的航天器雏形,并且论证了通过旋转产生人造重力的可能性。
上世纪50年代,在德国和美国早期航天事业发展中都扮演重要角色的冯·布劳恩发展了齐奥尔科夫斯基的设想。在有关火星探索的计划中,他设计了一个直径76米、转速为3转每分、有着3层甲板的航天器,能提供的人造重力约为地球上重力的1/3。按照预期,这个航天器能容纳约80名工作人员,但这一设想至今没有变成现实。
这种关于空间站的设想很快进入了艺术领域。1968年,环形空间站的描述出现在了亚瑟·克拉克的经典小说《2001:太空漫游》中。直到今天,环状空间站仍然不断地出现科幻小说和电影中,引起人们无限的遐想。
现实中的空间站:我不是一天建成的。理想很丰满现实很骨感,看多了科幻艺术中形状规整、外表酷炫的空间站,再看看现实中正漂在太空中的空间站,我们不禁纳闷:它怎么是这个“丑”样子?现有的国际空间站是目前人类建造的最大的航天器,它其实是一个近地轨道卫星,轨道高度为330km-435km。
空间站看上去有点“丑”的原因其实很简单:首先,空间站并不是一次性设计和建造完的,它的各个部件是由不同国家在不同时间造好之后发射到太空里进行组装。其次,科幻大片中那种能够进行匀速圆周运动的环形空间站在实际建造中存在难度,也会带来一些其他问题。
让我们来看看空间站的基本结构和装配历史。第一个部件是由俄罗斯的质子火箭于1998年发射升空的Zarya,它是一个重达19,300 kg的功能性运输模块,带有供电、推进、高度控制等装置,为空间站的后续装配奠定基础。两周后,美国的第一个部件、空间站的第二个部件Unity成功和Zarya在太空中会面。
Unity是一个拥有铝制外壳的圆柱状连接件,它无疑是美国发展空间站的先遣兵,起到结构连接和传递物料的作用。2000年和2001年,俄罗斯、美国先后发射了服务性部件Zvezda和空间实验室Destiny,它们都能够支持宇航员的长期生存,并配有大量科研设备。很快,欧洲和日本的实验室Columbus、Kibō也加入了空间站大家庭。
功能性部件、太阳能帆板、实验室和三大连接件组成了空间站的基本结构,也就是我们今天看到的样子。每一个部件的添加,不仅要考虑到自身的功能,还必须配合空间站的整体运行。综合安全、成本、制造及装配难度等方面的考虑,它的外形的确无法做到像科幻电影中那样简洁优美,但这仍然是值得我们人类骄傲的成就呀!