宇宙空间站是如何用旋转制造引力的?

宇宙空间站是如何用旋转制造引力的?
宇宙空间站是如何用旋转制造引力的?

宇宙空间站是如何用旋转制造引力的?
◇1901年--1910年◇ 人类很早以前就想到太空畅游一番了.1903年人类在地球上开设了第一家月亮公园.花50美分就能登上一个雪茄状.带翼的车.然后车身剧烈摇晃.最后登上一个月亮模型. 同一年.莱特兄弟在空中哒哒作响地飞行了59秒.同时一位名为康斯坦丁·焦乌科夫斯基.自学成才的俄罗斯人发表了题为<利用反作用仪器进行太空探索>的文章.他在文内演算.一枚导弹要克服地球引力就必须以1.8万英里的时速飞行.他还建议建造一枚液体驱动的多级火箭. ◇1911年--1919年◇ 1919年.美国马萨诸塞州性情孤僻的罗伯特·戈达德用复杂的计算说明.登月火箭是可以制造出来的. [戈达德"这个名字在美洲大陆很快传为笑柄.戈达德在姨妈的农场里深居简出.并于1926年3月16日成功地点燃了历史上第一支液体驱动火箭. ◇1921年--1930年◇ 1923年.研究凡尔纳的专家兼物理学家海尔曼·奥伯特发表了一本长达92页.公式连篇的小册子.他想使这本名为<奔向太空的火箭>的小册子成为宇航的初级课本. 奥伯特指出.火箭也可以在真空中飞行.而且速度比逸出的驱动气体要快.[在一定条件下会出现一种效率特别高的飞行器.它能轻而易举地飞抵另一个陌生的天体".他画出一张包括太空导弹的宇航站的草图.似乎很自然.这个宇航幻想家也已考虑建造一个太空镜.奥伯特的文章激起了宇航的巨大兴趣.当时人类似乎只有一个愿望--离开地球. ◇1931年--1940年◇ 1932年.年轻的苏联成立了第一个宇航组织.该组织不久后便成为红军的一个分支机构.因为在火星上建立共产主义之前.工程师要研制军用导弹.以维护地球上的秩序. 1929-1930年度在德国取得很大成功的一部影片叫<月亮夫人>.奥伯特曾作为科学顾问参加了该片的拍摄.观众中坐着一位名为布劳恩的高年级学生和内贝尔.维利·莱和克劳斯·里德尔先生.他们联合组成了[宇航协会".过着僧侣般严格自律的生活.不久后.他们在柏林的赖尼肯多夫[火箭发射地"试验喷气式火箭.并计算出飞往火星的抛物线.陆军武器局的两位工程师瓦尔特·多恩贝格尔和卡尔·贝克尔装扮成老百姓参加了该协会.从1934年起.火箭研究工作在德国成为机密. 1937年.韦恩赫尔·冯·布劳恩成了新建的佩讷明德陆军研究所的技术主任.该研究所是坐落在波罗的海乌瑟多姆岛上的一座综合性大楼.它由装配车间.实验台和发射装置组成.其唯一目的就是尽快研制出可用于实战的导弹.恰好在1939年秋天.这些工程师成功地把配有控制仪器的[Aggregat5"(A5)号送上了8公里的高空.据说它装有一种控制装置.能射中地面目标. ◇1941年--1950年◇ 1942年10月3日.[A4"号导弹成功地进行了第一次发射.此后的V2导弹弹身上画上了传说中的[月亮夫人".它飞到了90公里的高度.[Aggregat 4"号导弹是个[原始细胞".由此生长出了两个超级大国的导弹和宇宙空间计划.这些计划给本世纪剩余的日子打上了烙印.为人类的自我毁灭提供了可能. 佩讷明德基地表明.这样高度综合的导弹技术需要一定的管理和财政支持.这只能由国家来提供--也就是由军方来承担.布劳恩后来解释说.他参加纳粹党.并于1940年成为党卫军冲锋队小队长是为了能够继续发展导弹计划. 对能工巧匠来说.佩讷明德是个天堂.最优秀的工程师云集此地.能够立即把他们的图纸转化为成品.这里有风洞和实验室.并研制出第一枚巡航导弹.第一个电子模拟计算器.完善了陀螺仪控制技术.无线通讯和精密水泵. 1944年9月8日.当第一枚[报复性武器"V2导弹击中伦敦时.佩讷明德人捧着香槟碰杯.在战争末期.总共6000枚V2导弹中大约有一半被发射到安特卫普.伦敦.马斯特里赫特和其它城市.估计V2导弹使12685人丧命.其中三分之二为平民.在希特勒死后两天.这些工程师决定向美国人投诚. ◇1951年--1960年◇ 50年代.有一个公认的基本思想是.哪个国家第一个成功地建立永久性宇宙空间站.它迟早就能控制整个地球.冯·布劳恩向美国人描述了洲际导弹.潜艇导弹.太空镜和可能的登月旅行.他曾设想建立一个经常载人的.并能发射核导弹的宇宙空间站.他说:[如果考虑到空间站在地球上所有有人居住的地区上空飞行.那么人们就能认识到.这种核战争技术会使卫星制造者在战争中处于绝对优势地位. 加利福尼亚的兰德军事研究所专家认为.第一个发射人造卫星的国家将[在军事和科学方面都成为领袖国家".这就是美国对塔斯社于1957年10月4日报道苏联成功发射人造卫星一号--第一颗进入环绕地球轨道运行的卫星--感到震惊的原因.美国当时还在忙于改建[红石地地短程战术导弹".以便能从土耳其向苏联发射核弹头.美国的卫星计划也还在制定之中.现在.第一颗人造地球卫星是在为世界共产主义服务.氢弹之父爱德华·特勒说.美国输掉了这场[比珍珠港更重要的战役".直到里根总统任命他为[星球大战计划"的顾问.他的心情才恢复了平静. 围绕争夺太空优势的竞争进入了重要关头.坐落于哈萨克斯坦草原上的拜科努尔航天中心的技术人员竭尽所能使美国同行心灰意冷.1957年.他们把一条名为[莱伊卡"的母狗送上了绕地球运行的轨道,而在美国卡纳维拉尔角[先锋"号从一米半的高度坠落到发射台爆炸. ◇1961年--1970年◇ 1961年.加加林成为进入太空的第一人.俄国人用他说明.在天上飞来飞去的并不是天使.也不是上帝. 美国约翰·肯尼迪竞选的口号是[新边疆".他解释说:[我们又一次生活在一个充满发现的时代.宇宙空间是我们无法估量的新边疆."对肯尼迪来说.苏联人首先进入宇宙空间是[多年来美国经历的最惨痛的失败".唯一的出路是以攻为守.1958年美国成立了国家航空航天局.并于同年发射了第一颗卫星[探险者"号.1962年约翰·格伦成为进入地球轨道的第一位美国人. 1961年4月20日.入侵古巴失败的次日.肯尼迪总统下令起草一份报告.报告听上去显得相当绝望:[是否还存在着另外一种有希望出现的戏剧性转折--使我们取胜的太空计划?" 1961年5月25日.肯尼迪说.[在60年代结束之前要把人送上月球.并让他安全返回地球".把星条旗插到这块无生命的石头星球上的计划将花费250亿美元.国会批准了这项计划.同时批准部署1000枚[民兵地地洲际战略导弹"和656枚[北极星中远程战略潜艇核导弹".登月竞争就此展开.在[阿波罗"计划达到高潮时.共有50万人参与了这个行动.为了节省时间.美国航天局把起飞试验的次数限制到了最低点.[双子星座"号载人飞船试验了对接技术和控制技术,[徘徊者"号和[月球轨道器"号在月球表面寻找适合着陆的地点.[阿波罗8"号成功地围绕月球飞行.宇航员在1968年圣诞节向人类奉送了<创世纪>中的诗句. 1969年7月20日.[阿波罗11"号幸运地在月球上降落.这成为本世纪第一次通过电视对全球转播的事件. 宇宙空间历史学家威廉·伯罗斯在撰写[阿波罗"计划时说:[这次迄今为止人类最伟大的发现的动机是完全错误的.但这仍然是人类最伟大的冒险.是这个千年的奥德赛传奇."冯·布劳恩兴高采烈地说:[我们知道.取得太空的领导权就意味着在地球上取得领导权." 6次成功的[阿波罗"登陆带回了400公斤月球岩石.但科学界仍然不知道月亮是如何形成的.人类乘坐登月飞船在月球上闲逛.并认识到月球上实在没有可供发现的东西和很少有梦寐以求的东西.为什么要把钱花在登月旅行上呢?越南战争和差点酿成一场灾难的[阿波罗13"号使美国国家航空航天局担心再次遭到失败.因此最后3次[阿波罗"任务被削减掉了.美国国家航空航天局的预算也逐渐削减到原来的三分之一. 许多科学家本来就对危险的载人太空飞行表示怀疑.他们更愿意用飞行器来探测太阳系. 苏共中央1963年12月3日的绝密文件制定了飞向月球的载人飞行计划.但是.飞船的研制进展异常缓慢.苏联迅速失去同美国在太空竞争中的领先地位.勃列日涅夫接替赫鲁晓夫担任国家领导人后.美国人实现了飞向月球的计划.而[联盟号"的起飞则一拖再拖. 1967年4月23日.弗拉基米尔·科马罗夫驾驶着未完全建造好的[联盟号"升上太空.24小时后.因为返回地球着陆时主降落伞没有弹出来.宇航员遇难身亡.1968年10月.发射了无人驾驶的[联盟-2号".格奥尔基·别列戈沃伊应当乘次日发射的[联盟-3号"上天.与其对接.但别列戈沃伊没有能够通过手动完成对接-- 而美国人当时实现了突破:三名宇航员乘[阿波罗号"飞船绕月球飞行.在这种背景下.计划在1969年1月实现的两艘载人飞船的首次对接具有特殊的意义. 沙塔罗夫乘坐的第一艘飞船[联盟-4号"的起飞时间定在一个不吉利的日子--1969年1月13日.快到起飞时.发送装置突然显示一个系统出现故障.飞行被迫取消. 1月14日.[联盟-4号"顺利起飞.15日.叶利谢耶夫.赫鲁诺夫和沃雷诺夫三人乘坐的[联盟-5号"又出现故障.这第二艘飞船的起飞同[联盟-4号"在拜科努尔上空飞行的时间密切相关.推迟发射就等于宣布整个计划失败.发射场几名军事专家提出更换损坏部件.并保证要在发射前完成.拜科努尔发射场正值严冬.在这种环境下.他们用创纪录的时间完成了更换工作--飞船相互靠近是通过自动装置实现的.而在100米处.宇航员需要手动靠拢和对接.一切都很顺利.宇航员赫鲁诺夫第一个小心地钻出狭窄的舱口.看了看周围.抓住飞船外面的把手.慢慢地移向对接起来的[联盟-4号".他水平姿势飘浮起来.双脚碰不到飞船外面的物体.一根长绳把他系在[联盟-5号"上. 叶利谢耶夫随后也进入了[联盟-4号".太空中的工作持续了37分钟.飞船在对接状态运行了四个半小时.1月17日.[联盟-4号"返回地面. 沃雷诺夫应当驾驶[联盟-5号"在第二天返回.然而.意想不到的事情发生了.在打开制动发动机前出现了第一个问题.他应当看到浮动的地球.应当弄清楚飞船是否转动.是否处于正确的位置.否则.发动机如果没有处于逆行方向.打开它不仅不会制动.而且还会加速.那样的话宇航员就要永远呆在太空中了.当时发现.由于弹道的错误.飞船比预定时间提前进入夜间.沃雷诺夫看不到地球.不能用肉眼确定飞船的位置和方向是否正确.他只好放弃了降落. 飞行指挥中心建议.在下一圈飞行时人工调整飞船方向.沃雷诺夫轻松地做到了这一点.发动机适时启动.[联盟-5号"终于飞向地球.六分钟后.降落设备就要脱离日常生活舱和仪器设备舱了.可宇航员突然听到头上一声巨响.舱口上面的横梁弯曲.舱口出现缝隙.这足以使舱内气压下降100毫米汞柱.但最可怕的事情还在后面:沃雷诺夫从观察孔里看到了耸立的天线.这意味着.没有脱离庞大的仪器设备舱.在这种情况下进入大气层必死无疑. 当进入大气层后.沃雷诺夫从观察孔里看见一道火光.舱内冒出黑烟.充满了焦味.飞船旋转着.他一会儿看到太阳.一会儿看到地球--突然又响起爆炸声.飞船旋转得更快.陷入火焰的包围之中. 爆炸终于使降落装置离开仪器设备舱.这时离地球还有90来公里. 降落是在严重超负荷和疯狂旋转中进行的.医生后来都感到惊奇:人的机体怎能承受这一切.为什么没有出现脑溢血.接着传出啪啪的响声.就是说.该打开降落伞了.但沃雷诺夫知道.在旋转时.伞绳会缠在一起.伞顶不会张开.飞船将像石头那样落在地上.这一次他太走运了:伞绳虽然打了拧.但飞船顿了一下.开始朝另一个方向转.降落伞终于打开了.沃雷诺夫回到了地面. ◇1971年--1980年◇ 苏联工程师在登月竞赛失利之后.把精力集中于装配载人空间站.苏联的第一代空间站为[礼炮"号.是世界上最早建立的轨道空间站. 1971年第一个空间站[礼炮1"号被送入轨道.在返航途中压力阀提前打开.导致3名宇航员丧生.之后.苏联[礼炮-2"号.[礼炮-3"号.[礼炮-4"号和[礼炮-5"号5个空间站.它们每个的重量约19吨.长16米.只有一个对接口.可与[联盟"号载人飞船对接.在此类空间站上.宇航员连续停留最长的时间为63天. ◇1981年--1990年◇ 第二代空间站为[礼炮-6"号及[礼炮-7"号.它们的对接口增加到两个.可同时把载人和载货用的飞船分开.载人用[联盟"号.载货用[进步"号货运飞船. [礼炮-7"号轨道科学站于1982年4月19日发射.发射时不载人.宇航员和给养分别由载人飞机和货运飞船与其对接供给.人在[礼炮-7"号上连续逗留时间最长的为211天.[礼炮-7"号全长约15米.重约20吨.前后各有一个与飞船对接的舱口.可同时与两艘飞船对接.备有变轨发动机.能提高轨道高度.保证长期运行.拥有3个密封舱和2个非密封舱.密封舱的最大直径为4米多.舱内明亮.舒适.供水充足.保证宇航员长时间在空间站停留.[礼炮-7号"在总共4年多的飞行中.先后有10批国内外宇航员在站上工作.累计800余天.获得大量科学资料和图片.并生产出第一批太空制造的优质单晶.其中最长的一次是1984年由基齐姆.索洛维约夫和阿季科夫组成的三人乘员组连续飞行237天.创宇航史上载人飞行的最高纪录.1986年8月.[礼炮-7号"轨道站停止载人飞行.它与相接的[宇宙-1686号"卫星联合体转入更高的轨道上运行. 20世纪的80年代.苏联的第三代空间站[和平"号轨道站使其航天活动达到高峰.都让美国人感到眼热.[和平"号被誉为[人造天宫".1986年2月20日发射上天.是迄今人类在近地空间能够长期运行的唯一载人空间轨道站.它与其相对接的[量子1号".[量子2号".[晶体"舱.[光谱"舱.[自然"舱等舱室形成一个重达140吨.工作容积400立方米的庞大空间轨道联合体.在这一[太空小工厂"相继考察的俄罗斯和外国宇航员有106名.进行的科考项目多达2.2万个.重点项目600个. 在[和平"号进行的最吸引人的实验是延长人在太空的逗留时间.延长人在空间的逗留时间是人类飞出自己的摇篮地球.迈向火星等天体最为关键的一步.要解决这一难题需克服失重.宇宙辐射及人在太空所产生的心理障碍等.俄宇航员在这方面取得重大进展.其中宇航员波利亚科夫在[和平"号上创造了单次连续飞行438天的纪录.这不能不被视为20世纪航天史上的一项重要成果.在轨道站上进行了诸如培养鹌鹑.蝾螈和种植小麦等大量的生命科学实验. 然而苏联解体后.从解体中独立的俄罗斯多年来政治上一直动荡.生产机制不畅.经济异常困难.以至于支撑不起尚处于[可靠状态"的[和平"号轨道站的运行.[和平"号轨道站是俄罗斯人的骄傲.为支持其运行.俄国内成立了保留[和平"号人民募捐基金会.并在上个月进行了以募捐为目的的从莫斯科到圣彼得堡的汽车拉力赛.然而所得款项寥寥无几.[和平"号最终的命运是被迫下岗. 1981年4月第一架航天飞机[哥伦比亚"号起飞.全美国都为之骄傲.美国航天局向国会兜售这项计划时称.它是可以重复使用的[太空航天飞机".能节省费用.但该计划的实际花费达到了天文数字--100亿美元.此后.美国的航天飞机频繁起飞.完成了不少太空任务.比如卫星发射.太空实验等等.而苏联在1988年11月15日才在拜科努尔航天中心成功地发射了第一架航天飞机[暴风雪(buran)"号.而且这架航天飞机还是在无人驾驶状态下升空的. 不过.美国的航天飞机在1986年遭受了重大挫折.当年1月28日上午.美国航天飞机[挑战者"号从佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心的发射架上升空.73秒种后突然爆炸.价值12亿美元的航天飞机被炸成碎片坠入大西洋.机长斯科比.美籍日本人鬼冢等7名机组人员全部遇难.37岁的中学女教师麦考利夫也在其中.她是从11416位申请者中选拔出来的美国第一位参加航天飞行的普通公民.这是[挑战者"号的第10次飞行.也是美国航天飞机的第25次飞行.1月31日.1.5万名航天工作者冒着寒风在休斯敦约翰逊航天中心为失事的7名机组人员举行了追悼仪式.里根总统出席追悼仪式并慰问了遇难者的家属.2月3日.里根总统下令成立一个由13人组成的总统调查委员会.调查航天飞机失事的原因.由前国务卿罗杰斯为首的调查委员会在4个月的调查中.访问了160人.举行了35次调查会议.搜集了6万3千份文件和数百幅照片.6月9日调查委员会正式向里根总统提出长达256页的调查报告.据调查.[挑战者"号爆炸原因是右侧助推火箭存在问题.发射时气温过低.寒冷的气温对火箭垫圈产生了影响.导致爆炸. ◇1991年--2000年◇ 如果将和平号空间站看作人类的第三代空间站.国际空间站则属于第四代空间站了.国际空间站工程耗资600多亿美元.是人类迄今为止规模最大的载人航天工程.它从最初的构想和最后开始实施既是当年美苏竞争的产物.又是当前美俄合作的结果.从侧面折射出历史的一段进程. 1993年克林顿政府提出.将[自由"号空间站计划由美国独自建造改为国际合作建设.把美国在航天领域内的对手俄罗斯拉进来.再联合日本.欧洲航天局及加拿大作为伙伴共同筹建.美国吸引俄罗斯参加国际空间站的建设可谓老谋深算.既可以利用俄罗斯现成的硬件及载人航天技术和经验.降低空间站的成本.又可以防止俄罗斯航天技术的扩散.可谓[一箭双雕". 而继承了苏联航天科技成果的俄罗斯则由于国内政局动荡.经济困难.已无力独自开展大规模的航天活动.所以也乐意与美国联手建造空间站.这样.两个冷战时期的宿敌决定携手起来共建国际空间站.经过5年准备.空间站于1998年底正式[开工"兴建. 国际空间站计划的实施分3个阶段进行.第一阶段是从1994年开始的准备阶段.现已完成.这期间.美俄主要进行了一系列联合载人航天活动.美国航天飞机与俄罗斯[和平"号轨道站8次对接与共同飞行.训练了美国宇航员在空间站上生活和工作的能力,第二阶段从1998年11月开始:俄罗斯使用[质子-K"火箭把空间站主舱--功能货物舱送入了轨道.它还担负着一些军事实验任务.因此该舱只允许美国宇航员使用.实验舱的发射和对接的完成.将标志着第二阶段的结束.那时空间站已初具规模.可供3名宇航员长期居住,第三阶段则是要把美国的居住舱.欧洲航天局和日本制造的实验舱和加拿大的移动服务系统等送上太空.当这些舱室与空间站对接后.则标志着国际空间站装配最终完成.这时站上的宇航员可增至7人. 国际空间站预计将在2004年建成.完工后由6个实验舱(美国一个.欧洲航天局一个.俄罗斯三个).一个居住舱.两个连接舱.服务系统及运输系统等组成.是一个长88米.重约430吨的庞然大物.站上居住舱容积为1200平方米. 美.俄等15国联手建造国际空间站.预示着一个各国共同探索和和平开发宇宙空间的时代即将到来.不过.几十年来载人航天活动的成果还远未满足他们对太空的渴求.[路漫漫其休远兮.吾将上下而求索".人类一直都心怀征服太空的欲望和和平利用太空资源的决心.1998年11月.人类第一个进入地球轨道的美国宇航员.77岁的老格伦带着他未泯的雄心再次踏上了太空征程.这似乎在告诉人类:照此下去.征服太空不是梦

以每秒7.9公里的速度围绕地球旋转，旋转产生的离心力抵消了地球的引力，才能够使其留在天上。

旋转产生离心力，在里面的人会感到有模拟的重力。

用非惯性力来模拟引力，旋转需要向心力，人对于飞船有离心趋势