空间站划代这事儿,说实话,挺扯淡的……和载人飞船的划代一样扯淡……
如果非要划代的话,要分成两个部分。
美系是两代,四个型号;
苏俄系是两代半,三个型号。
载人空间站这东西,最先出现绘图板上的是鲜为人知的联盟 R,算是天宫一号的远房表亲。
但是这项目因为各种原因,一直没有走下绘图板,更加谈不上进入研制程序,仅仅在后来联盟 7K9K11K 载人登月方案中还过一次魂。这也就是我说的苏俄系两代半三个型号中的第一代唯一一种型号。
去掉那些理想派,载人空间站概念大行其道最初是作为载人侦察卫星。首先在这种不纯洁的概念下对载人空间堆大笔投资的是美国空军,美国空军 1965 年提出的 MOL 项目引燃了载人空间站竞赛的导火索。
这东西另一个名字是 KH-10,KH-9 大鸟的后继型号,KH-11 锁眼的大哥。这玩意儿特别的不纯洁,设计也堪称奇葩,作为一个整体发射,入轨后宇航员打开双子座飞船热盾上的舱门进入加压舱内操作相机。
当然美国这边的小动作理想当然的引起了苏联的注意,在 1965 年 8 月 24 日苏共中央和苏联部长会议做出决议,继续加强在军事载人航天领域的投入。
由于 MOL 项目进展过于迅速,受限于飞船及对接技术的不成熟,科罗廖夫先生基于联盟 R 的星辰军事空间站方案黯然退场。
接下来,我们将迎来伟大的礼炮 / 钻石时代。这也是我所说的两代半中第二代的两种型号的肇始。
谁说单对接口就不能搭积木?
根据后来解密的《火箭与航天技术》期刊,钻石军事空间站与 MOL 可以说是极近的表兄。
钻石空间站的本体 OPS,主要载荷是那个大相机。这是 DOS 的始祖,虽然没发射过几次
钻石空间站的功能货舱采用了屁股向前平沙落雁式的对接方式
至于 FGB 和 OPS 组合体长什么样子,自己想象吧。这也算是最早的积木结构空间站。
得益于质子火箭的运载能力,钻石可以携带复杂的侦察设备,包括能够跟踪美军航母的大功率雷达
1967 年 8 月 14 日,苏共中央和苏联部长会议发布了联合命令,批准了“钻石”站复合体的“战术技术性能”并规定了最终的进度表。
钻石空间站的功能货舱 FGB 最终演化为了苏俄空间站重要组成部分
代表作包括和平号空间站的量子 2 舱
晶体舱
自然舱
国际空间站的曙光舱。
其特征就是主对接口后部呈纺锤形,周围布置轨道机动发动机。后部返回舱系统仅有两次未经证实的发射,分别是“宇宙”1686 和“宇宙”1443,礼炮 7 号任务与 DOS-6 对接过。
在 1969 年阿波罗 11 号任务后,苏联为了挽回航天项目的公众形象,决定在 1971 年之前发射人类第一艘载人空间站,切洛梅的钻石远远无法达到这样的进度。但是机械制造中央试验设计局的工程师们提出了一种似乎没有多大成功把握的方案:他们建议将切洛梅“钻石”站的几个壳体移交给机械制造中央试验设计局,然后他们可以将“联盟”载人飞船的电子系统与制导系统安装到钻石上,这就是“长久轨道站”(DOS)项目。
DOS 项目的直接结果是礼炮 1 空间站,在后续发展中,DOS 先后打通了舱段前后通道(礼炮 4 号到 7 号)
礼炮 4 号
礼炮 6 号
礼炮 7 号(FGB:老子终于上天啦)
加装了节点舱,和平号(核心舱代号 DOS-7)与国际空间站(核心舱代号 DOS-8)的核心舱。
和平号核心舱
国际空间站核心舱星辰舱
什么?你问怎么没有礼炮 1 和 l 礼炮 3?这俩货是钻石,上面的 OPS 里找。
其实无论 DOS 还是 FGB,其技术脉络都是一脉相承的。其打通加压舱很难说是全新的一代产品,因此只能作为一代半,甚至一代半也很难说得通,FGB 的三种构型甚至是同时期发展的。
至于美系……由于阿波罗计划巨大的牵引作用,传输型侦察卫星的优势越发突出,1969 年 MOL 被取消了,后续的天空实验室和自由空间站故事实在太多了,一时半会儿实在写不完……
我觉得最好在这之前先完善一下前面的内容
关于天空实验室,这里没什么要补充的。但是需要记住一点,在天空实验室三次任务完成之时,苏联甚至还没有一艘空间站完全完成了飞行任务……
关于空间站的演进,实际上有一个很好的案例。与礼炮及其衍生品 DOS 不同,美国的空间站计划一波三折,屡次从头开始,因此可以作为一个近乎完美的回答。
在天空实验室任务还没结束之时的 1972 年,NASA 就在规划新一代使用航天飞机辅助运营的空间站,也就是 Modular Station 项目,期间纸面方案异常的脑洞大开。
自由空间站的主要特征,如桁架
希望舱的半开放布局,都可以在这一系列预研中找到原型
到了 1975 年,项目已经演化成了AMSS
随后的 1979 年,为了突出航天飞机在永久性空间站维护方面的优势,Space Operations Center 成型
太空操作中心的设计在现在看来也非常完美了,借助桁架系统与多层舱段,任一舱段都可在轨替换,初具永久性空间站概念的主要定义
然后这是 1981 年的概念研究,此时的节点舱还是两个长度较大的小直径舱段,
1982 年节点舱设计被优化,初具口字形,在满足在轨更换舱段的前提下降低了结构复杂性
82 年概念的核心舱与桁架
1982 年后期的方案,注意对接口仍然是 APAS,但是节点舱设计已经不断成熟了
到了 80 年代,与上面一系列预研的同时期,NASA 开启了 Science and Applications Manned Space Platform 项目,计划作为一个永久性的航天飞机实验舱
该项目是自由号空间站的先导,虽然最初只是想搞一个 5 亿美元成本的小成本太空实验室
完整的 SAMSP 包括一个 LEO 轨道站,一个 SSO 轨道站,以及附属的同轨光学 / 雷达遥感卫星……这个概念马上要由中国完成了……
在这期间不断膨胀的 NASA 走了些弯路,他们试图基于空间站建设太空电站
这个概念赋予了美系空间站另一个使命,作为太空船坞
于是 1985 年后的空间站设计中,桁架开始不仅仅负责舱段的承力,也开始作为太空船坞的一部分。同时 NASA 的空间站设计开始急剧膨胀,加压舱结构从口字形开始发展为日字型
巨大的日字型桁架可以搭载各种物质
同时急剧膨胀的体积也带来急剧膨胀的成本,由此带来了自由世界空间站计划
桁架式空间站从未走下绘图板,桁架式空间站从未走下绘图板,桁架式空间站从未走下绘图板
重要的事情说三遍。
我们来看一下桁架式空间站的主要特征:
1,桁架承力,悬挂舱段
2,舱段承环形闭合连接
这一切,都是为了空间站的永久性建设,或者说为了永久性空间站。
冷战后,自由空间站被冻结,在 NASA 忍痛割爱后留下了 Fred,弗雷德。这才是 ISS 欧美方面的贡献
弗雷德虽然在体积和功能上极大的缩水,但是最重要的特征仍然存在,桁架承力、闭合舱段。
至于 ISS,他配姓桁架?
他的桁架是干什么的呢?支撑太阳能帆板?
天宫在笑
ISS 的主要结构就不是积木了?
那么它与和平又有什么本质性区别?舱段丰字形和十字形?
ISS 也配姓桁架?
更多讨论,查看 知乎圆桌 · 空间技术揭秘
有关天宫二号的种种,都在 天宫二号 - 内容精选 - 知乎