进入现代以来,各种先进科技的诞生和工业的发展,人类一直在不断地进步,寻求突破。以前的人们生产水平有限,交通不便,很多时候都是用马或者马车来进行交通贸易。近代以后内燃机的兴起让人们出行有了更多的选择,生产活动也从简单的手工作业逐渐变为了机械生产,学术理论的研究得以突破,思想深度也从地球变为宇宙。
科学家为了能让人类在更多地方进行探索,开始研究起了航空航天技术。从最初的实验理论渐渐发展到实验,苏联升起了东方的第一颗星星,随后美国也不甘示弱,也发射了自己的卫星并开始了自己的航天计划。在充满竞争和变数的国际环境斗争中,中国走出了属于自己的一条道路,并且后来居上,从一无所有到理论实验的完备,在上个世纪发射了属于自己的卫星——东方红一号。
中国的太空梦想
对于天空,中国人有着独属于自己的浪漫。从嫦娥奔月到牛郎织女,还有敢于为实践精神献身的明朝士大夫万户,无论是神话故事还是为了实践牺牲生命,这无不展现了古人对于天空的执着和幻想。
现代以后,中国大力发展工业,国家也在积极调整政策。为了让中国有着更好的发展,在以后的国际上能够有竞争力,属于国人自己的航空航天计划也在上世纪拉开序幕。
从钱学森向国家领导人提出的航空意见开始,国务院也在后期的计划中加入了航空工业的建设和发展。经过数十年的科研进步,一代人艰辛的努力,我国的第一颗人造卫星东方红一号也成功升空。中国也在继苏、美、法、日之后,成为了第五个拥有发射卫星能力的国家,这给我国的航天事业注射了一剂有力的强心剂。此后发展至今,火箭升空一次又一次,人造卫星一颗又一颗,嫦娥工程在不断向世界展示中国的能力。
东方红
时间回到上世纪50年代,苏美在太空领域的成功极大地吸引了国家的注意力,我国的科研院士在向国家提交航空航天发展建设的意见书后,开始了正式的准备工作。
进入60年代,国内环境不断好转,科研任务在日渐稳定的环境下快速进行,中程导弹的成功发射使我国开始具备人造卫星的发射能力。为了让未来的卫星成功升天并且让世界都知道中国的能力,东方红一号从设计到建设凝聚着科学院士的汗水结晶。
为了让全世界都能看见中国发射出去的卫星,国家在东方红一号的设计方案上提出了上得去、抓得住、听得见、看得见四个具体的思路。首先肯定是卫星的发射,在这期间运载火箭的研发从设计方案到具体建设只用了三年时间,拥有稳定动力的三级火箭长征一号成为了发射卫星的首选。
而抓得住并不是真的要让人切实地感受到,而是要在东方红一号的发射后,能够对其进行跟踪、测量、观察。经过不断地探讨,结合国情的现实情况,最终采用的跟踪测轨方案对卫星进行跟踪测量。
看到过东方红一号卫星模型的人应该都知道,与今天其他卫星外观相比,东方红一号看起来形状有些奇特,以今天的航天眼光去看有着非常复古的味道。这是因为卫星的多面球体的形状能够在轨道上尽可能的反射出闪光,卫星自旋方式的运行能够让卫星的各个角度都能有闪闪发亮的效果。同时添加的观测裙边方便更多国家进行观察。
作为中国人来讲,应该都听过《东方红》这首曲子,歌曲的意义在中国历史中不言而喻。为了让全中国人以及全球都听到来自中国的声音,东方红一号还有自己的收音系统,卫星上的《东方红》在运行后能够让所有人都可以通过特定的收音频道听到这首歌曲。
现状可以说东方红一号不仅仅是中国人自己的航天梦,在当时还有着更重要的政治意义。成功进入运行轨道的东方红一号在唱完二十余天的《东方红》后,由于电池的电力下降,变得沉默起来。
这颗卫星发射至今已快有51年,能源的不足也早早地与地面失去了联系,不同于现代卫星停运后会有坠落的风险,东方红一号在方案设计上有着许多考虑。为了让卫星发射大幅提升成功率,在卫星的动力来源选择上并没有使用太阳能电池板这种大体积的装置,而是采用了体积较小的银锌电池用作能源供应。
相比于同期卫星,东方红还是显得较大较为笨重,在推送升空时给予了东方红一号更大的动力,东方红一号的最远距地点比其他卫星都要高的多。
有着比其他卫星高度都要高出许多的东方红一号,几乎没有受到来自地球大气层的影响,自旋稳定的运转方式让它在地球轨道上一直运行了几十年。
太空滞留对于一颗没有使用价值并且能源耗尽的航天器,做法通常是进行回收。如果航天器无法进行回收,便会在大气层人为控制对其进行烧毁。现代大部分卫星都会有自己的任务,对于东方红一号来说,它的任务早就完成了,并滞留在了地球轨道上。那如果要对失联的卫星进行回收的话,那应该怎么办?
事实上也不是并没有办法,只不过难度会非常的大。在如今越来越多的国家发射航天器之后,地球周围就有越来越多的东西,上千颗人造卫星包围着地球,还有许多执行任务和飞行后留下来的残骸碎片。这些碎片和废骸逐渐堆积成为了太空垃圾,已经在全球范围内引起重视。这些碎片在以后放任不管将会对火箭发射造成严重干扰,对空间站和正常运作的卫星也有非常高的威胁。
回收为了在卫星使用的安全上考虑,在轨卫星捕获技术逐渐发展起来,这项技术主要是通过机械臂捕捉在轨航天器。由于使用机械臂进行直接对接或者捕捉,不会产生大量残片,得到了许多国家的关注和研发。
在后续研发阶段,美国最先提出了一种基于机械臂使用的空间机器人。这种机器是集成了机械、电子设备、热控、视觉等许多学科的综合仪器,将作为未来航天应用的高端先进的装备,有着非常大的开发潜力。
不过最先进行筹备这个想法的国家是加拿大,1981年,第一款空间机械臂便是由加拿大的Spar公司设计制造。Spar公司同美国宇航局联合研制了4套在航天飞机上使用的空间机械臂,机械臂后来也被称作加拿大臂。
加拿大臂有六个控制关节,安装在航天飞机左舷的纵梁上,由宇航员在舱内进行遥控操作,进行展开和回收的工作。这款手臂最为经典的应用场景便是在哈勃望远镜的维修中,为宇航员解决了许多操作上的不便。
经过几十年的发展,国际空间站上的加拿大臂2是目前技术最先进的机械臂。拥有活动基座系统、空间站遥控机械臂部分以及专用灵巧机械臂三个部位组成。对比起空间站几十吨的重量,机械大臂虽然也有着一千多公斤的重量,却不会对空间站造成太多影响和负载,这在未来会成为空间站建设的关键技术之一。
国外发展机械臂的时间早于我们多年,但经过数次的航空航天累积的经验和科学院士的不断研发,我国现在也有了自己的机械臂。在天宫空间站的机械臂就在建设维护中起着重要作用,同时也是我国空间站系统的三大关键技术之一。目前来说,我国的机械臂还不能完全达到国际领先的水平,但部分指标已经先于国际,能够满足日常使用和空间站维护。
和加拿大臂相比,我国的空间站机械臂重量只有700多公斤,但负重能够达到25吨,长度10米左右,可以头尾互换像尺蠖一样爬行。在未来,我国的货运飞船和空间站建设很大程度上会使用机械臂进行捕获、转移等对接任务。那么。我们为何不用机械臂,带仍在轨道运行的东方红一号回家呢?
差一关键技术
除了基本的运作外,加拿大臂还有个能力便是组合,加拿大臂2能够和其他机械臂部分组成一个像手一般能够进行抓取的装置。国际空间站上的各个舱段设立的电力数据抓取夹具便是给加拿大臂放置的不同手部,同时还能够里面连接提供的电力和数据进展工作。在运作效率上,整个手臂能够基于底座系统的桁架上进行滑行,在抓取释放、组装建设上做出了非常大的贡献。
我国的机械臂目前还没有这种关键的组合技术,但就目前的科研进展来说,在不久的将来,我国的空间机械臂会有更强的提升,便有着更多的能力。如果说要将东方红一号带回家,一定不在话下,只是现在还需要更多的时间来准备。
而在未来的地外太空的建设发展中,太空垃圾越来越多的情况下,还需要许多国家共同努力进步。据不完全的统计,在地球附近已经有1亿多块的太空垃圾在环绕着地球运行,数千块垃圾大小超过10厘米,上万公里的飞行速度给地外空间带来了极大的不稳定和危险性。如何清理掉这些危险的垃圾,保留住天空的一片净土在日后会是国际性的问题。
结语
就东方红一号来说,它属于那个振奋人心的时代,人人都积极努力为国家发展做建设。在地球的轨道上运转了五十年,依然在高空中俯瞰着地球。对于中国人而言,这是我们第一次在航空航天事业上取得重大发展的具体体现。
虽然东方红一号不具备功能性而且也早已经失联,但这是我们的一个历史印记。它代表了我们中国在早期也有那样的能力进行火箭发射,增强了民族的自信心,如同闪耀的星星一般。
作为最早发射的一批航天器材,美国、苏联、日本的早期卫星也都已坠毁,只有东方红一号和法国的阿斯特克斯号还在不断飞行。几十年来这颗卫星的位置都没有发生太多改变,在未来它还将继续绕着地球飞行。在航天科技五院的博物馆中,还存在着备用的东方红一号,也许你能在那里看见曾经的东方红。