别了,奋进号

时间:2022-11-08 19:40:34 浏览量:


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2011年5月16日,美国“奋进”号(Endeavour)从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射基地肯尼迪航天中心升空,进行最后一次飞行,然后退役。这是“奋进”号航天飞机第25次飞行,也是航天飞机第134飞行,还是航天飞机第36次飞往国际空间站以及美国现役航天飞机倒数第2次执行任务。

一波三折

美国很关注“奋进”号的“谢幕之旅”。在此前的4月12日举行的纪念航天飞机发射30周年纪念会上,许多人对航天飞机恋恋不舍,留下了伤心的热泪。曾几何时,人们对这种全新的“太空雄鹰”寄予了巨大的希望,认为它是继“阿波罗”登月后一座新的里程碑。航天飞机的确也不负众望,在载人航天领域发挥了巨大的作用:没有航天飞机,许多重要的航天器无法上天;没有航天飞机,“哈勃”空间望远镜无法维修;没有航天飞机,国际空间站无法建造……然而大量实践表明,可能是由于技术过于超前,它存在成本高、风险大两大目前无法克服的致命软肋,所以,美国不得不忍痛割爱,让它退出太空舞台。

“奋进”号原计划4月29日升空,但在倒计时过程中,工程师发现其电力装置加热器的一套电路失灵,该加热器可以防止航天飞机在轨道运行时电力装置内的联氨冻结。那天大约70万游客前来观看当天的发射。推迟发射的消息公布后,在观测区的游客脸上写满了失望。

尽管“奋进”号推迟发射,美国总统奥巴马一家4月29日那天仍按计划到卡纳维拉尔角进行了访问。

此前,美国历史上仅有两次时任总统现场观看载人航天器升空:一次是1969年11月14日,尼克松观看“阿波罗”-12载人登月飞船发射;另一次是1998年10月29日,克林顿和夫人目送时年77岁的参议员格伦乘“发现”号航天飞机上天,格伦也因此成为迄今世界上年龄最大的航天员。

“奋进”号航天飞机此次飞行的指令长为马克•凯利(Mark Kelly)。其他机组人员包括驾驶员格雷戈里•约翰逊(Gregory Johnson),任务专家格雷格•查米托夫(Greg Chamitoff)、安德鲁•费尤斯特(Andrew Fuestel)和迈克尔•芬克(Michael Fincke)、罗伯托•维托里奥(Roberto Vittori),其中,维托里奥是意大利人,其余都为美国人。他们预计在轨道上度过14天,在此次任务期间的第5、7、9与11天共进行4次行走,每次出舱2名航天员,每次行走持续约6个小时。

值得一提的是,“奋进”号指令长马克·凯利是国会众议员加布丽埃勒•吉福兹的丈夫。今年1月8日,吉福兹在图森市与选民见面时遭枪击受重伤。不过,正在康复的她也现身肯尼迪航天中心。吉福兹一心要观看丈夫最后一次执行任务,送“奋进”号一程。吉福兹的发言人说:“她能够参加这次非常具有历史意义的发射仪式,真的是意义非凡,她不想错过。”

其实,“奋进”号的最后一飞并不顺利,之前还遇到一些其他麻烦。

2011年3月14日,在“奋进”号航天飞机准备现场发生了意外事故,一名名叫詹姆斯·瓦诺夫的人在39A发射台工作时从一层摔至另一层,尽管医务人员迅速赶到,但瓦诺夫最终不治身亡。事后经确认,死者系美国航天飞机发射主要承包商——美国联合发射联盟的工程师,事故发生时,死者正在“奋进”号发射台上作业,但不知何故他突然从上面摔了下来。美国联合发射联盟及美国航空航天局均未披露其他细节,肯尼迪航天中心发言人坎德雷亚·托马斯表示:“此事仍在调查之中。调查期间发射台的全部工作已经暂停。”

2011年3月31日,美国航空航天局卡纳维拉尔角发射基地遭遇罕见暴风袭击。尽管现场没有造成任何人员受伤,也没有大的财产损失,但给训练工作造成了延误。当时“奋进”号的6名航天员正在肯尼迪航天中心正准备前往39A发射台练习应对紧急突发状况,其中的芬克和维托里奥没有航天飞机飞行的经验,所以按计划他们应该先进行一些练习,结果遇上暴风咆哮,使这一计划受阻延期,而对于“奋进”号的全面检查工作也因此被迫推迟到暴风雨结束之后进行。

完美收官

“奋进”号此次的飞行代号为STS-134,其主要任务是为国际空间站送去“阿尔法磁谱仪”-2(AMS-2)高能粒子探测器,以及“快速后勤搬运器”-3(ELC-3)平台。另外,还为国际空间站送去S频段通信天线、高压气罐和加拿大“德克斯特”(Dextre)双臂机器人的附加配件等。在安装完“阿尔法磁谱仪”-2和“快速后勤搬运器”-3后,这个世界上投入资金最大、参与国家最多、建造周期最长、技术难度最复杂的航天器也宣告全部竣工。

“阿尔法磁谱仪”-2用于寻找宇宙中的反物质、暗物质,探测宇宙射线的来源。寻找和研究这两种物质有助于揭开宇宙诞生和演变之谜。“阿尔法磁谱仪”项目由美籍华裔诺贝尔奖获得者丁肇中于1994年提出并负责研制,有来自16个国家的600多名科研人员参与,其中包括中科院电工研究所、高能物理所和中国航天科技集团公司等。它被认为是继人类基因组计划、国际空间站计划和强子对撞机计划之后的又一个大型国际科技合作项目。

根据目前公认的大爆炸学说,宇宙是由一次大爆炸形成的,宇宙间的所有物质都是在大爆炸后产生的。当代粒子理论物理学认为,大爆炸产生了多少物质,就应同时产生多少反物质,而且它们的外观是一样的。目前已知的物质都是正物质,它由原子组成,原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。与此相反,由带负电的质子和带正电的电子组成的物质就是反物质。

暗物质指的是那些不发射任何光及电磁辐射的物质,即宇宙中看不见的物质。人类目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。2006年,美国天文学家利用“钱德拉”X射线空间望远镜对星系团进行观测,无意间观测到星系团碰撞的过程,星系团碰撞威力之猛,使得黑暗物质与正常物质分开,因此发现了暗物质存在的直接证据。

要寻找反物质和暗物质,最直接的办法就是寻找“流窜”在太空的反物质和暗物质粒子。对于宇宙射线之类的带电粒子,由于它们带有电荷,因此它们肯定有质量。由于有质量,大气层会吸收反物质和暗物质粒子,所以在地面上不可能探测到它们,必须到太空中观测它们。

但是,至今在自然界中还没有找到反物质,很多科学家认为其主要原因是:目前仅采用光学方法来观测宇宙,但由于物质和反物质的光谱是一样的,所以靠光学方法分辨不出物质与反物质有什么不一样。其实,科学家们早已找到了解决这一问题的“高招”,那就是用磁谱仪来区分形形色色的粒子。磁场可以折射宇宙射线,从而探测器能够分析出宇宙射线的各种属性,如电荷、速率等。

此外,可通过磁谱仪测量宇宙中粒子的速度、在磁场中的运行轨迹及能量损失等信息来计算粒子的电荷与质量,从而验明其属于何种粒子或原子核,分辨出物质与反物质。实验室里的反物质就是这样找到的,但是所用的磁谱仪的电磁铁重达数百吨,且耗电惊人,所以不可能将这种电磁铁运到太空去寻找自然界里的反物质,因为仅它所需的大功率电源就办不到。有人不禁要问,用天然永磁铁可不需要电。其实这一想法科学家早就有了,只可惜一般的天然永磁铁很难达到上千高斯的磁场强度,用它制造的磁谱仪很难区分在太空中飞行的粒子电荷符号。

几十年来,科学家们提出过许多制造空间磁谱仪的方案,但都因无法制造出一个可以在太空运行的强有力磁铁而落空。正当人们感到“山穷水尽疑无路”之时,丁肇中教授得知中国科学家研制出一种采用钕铁硼稀土材料做成的永磁铁,它具有磁场强、漏磁孝磁二极矩几乎为零等优点,完全可以满足空间磁谱仪的要求。经测试确认后,丁教授欣然选择了中国科学家的独特方案。

“阿尔法磁谱仪”是丁肇中于1994年提出的设计构想。1998年6月2日,“阿尔法磁谱仪”-1随美国“发现”号航天飞机升空,进行试验性飞行,全面检验其各项功能,看它能否经受得住太空条件的考验接收相关数据,为后来的“阿尔法磁谱仪”-2安装到国际空间站,正式开展寻找反物质和暗物质做准备。其主要结构以及关键部分——永磁铁是由中国科学家研制的。“阿尔法磁谱仪”-1拿到了大量的数据,但因时间太短等原因,它没有发现暗物质和反物质。

约6.8吨、价值20亿美元的“阿尔法磁谱仪”-2被称为“世界最大的太空实验设备”,原计划于2004年由美国航天飞机送入太空,但其行程因2003年“哥伦比亚”号失事被一拖再拖,并一度被取消。后来,在科学家们的大力游说下,“阿尔法磁谱仪”-2项目才被恢复。在此期间,以丁肇中为首的科学家对“阿尔法磁谱仪”-2不断改进,并曾尝试用超导磁铁代替永磁铁,但经过模拟太空环境测试后最终还是决定使用永磁铁。丁肇中解释说,通过热真空测试,发现超导磁铁只能维持3年的工作时间,否则就必须重新充液态氦。而航天飞机根本没法完成这一任务。因此,取消了超导磁铁方案,仍使用永久性磁铁。

2010年,科学家们又替换了“阿尔法磁谱仪”-2上的磁铁,装上了更大体积的磁铁,使用寿命更长,可以一直服役至2020年,这也是国际空间站的预期寿命。重约1.9吨的磁铁可产生一个强大的均匀磁场,该磁场比地球磁场要强3000多倍,它可以折射宇宙射线,从而使探测器能够分析出宇宙射线的各种属性,如电荷、速率等。不过永久性磁铁比超导磁铁要弱,因此敏感度也要降低30%。

“阿尔法磁谱仪”项目首席科学家丁肇中说,这一项目开展了17年。我们已反复检测过多次以确保它能够正常工作。它装到国际空间站上后1小时内,就能开始数据收集,能更出色地测量高能宇宙射线,有望彻底更改人类对于宇宙的看法。通过“阿尔法磁谱仪”-2来分析宇宙射线,能够解决大量现有最困惑的科学难题,如反物质星系是否存在,暗物质究竟是由什么组成的等。

美国航空航天局为国际空间站总共研制了5个新型“快速后勤搬运器”,它们是可以承载大型设备的外部平台,装有空间站备件、飞行支持设备、散热器、机械系统支持组件等,可为国际空间站提供一个在空间真空环境下试验的平台和设施,还能用于国际空间站备用硬件的存放,以便在航天飞机退役后仍能满足国际空间站建设的硬件需求。每个“快速后勤搬运器”最多可运载12个完全集成的有效载荷和轨道替换单元,然后由航天飞机一起运往国际空间站。其中两个“快速后勤搬运器”安装在空间站右舷桁架的位置上,另外两个“快速后勤搬运器”安置在空间站左舷桁架的位置上。“快速后勤搬运器”-5则作为备用装置。

辉煌成就

在美国航天飞机工程的最初研制计划中包括研制5架航天飞机轨道器,并对它们分别进行了编号:“企业”号为101号轨道器、“哥伦比亚”号为102号轨道器,“挑战者”号为099号轨道器,“发现”号为103号轨道器,“阿特兰蒂斯”号为104号轨道器。其中“企业”号轨道器用于进行包括滑翔返回等各种试验,没有上过太空。航天的任务由另外4架航天飞机完成。

1986年1月28日,美国“挑战者”号航天飞机升空时发生爆炸,为了填补“挑战者”号爆炸造成的空缺,保持航天飞机群的整体规模,美国于1987年开始耗资近30亿美元制造了1架新的航天飞机轨道器——“奋进”号,编号为105号轨道器。“奋进”号于1991年5月由洛克韦尔公司建造完毕,1992年5月7日进行首次发射。

作为美国最“年轻”的航天飞机,“奋进”号是首架以公开征名竞赛的方式由美国的中小学生决定命名的航天飞机,并由老布什总统在1989年时正式宣布其命名。如同美国历架航天飞机的命名原则,“奋进”号的名字也是源自一艘早年的研究调查船:著名英国探险家库克船长在1768年第一次远征时所搭乘的一艘368吨等级的三桅帆船“奋进”号,当时是该船造成后首次下水出航。由于它是一艘英国籍的船只,所以“奋进”号的名字是用英式英文的“Endeavour”,而非美式英文“Endeavor”拼法。

作为超级替补的“奋进”号高36.6米,重71吨,是以“发现”号和“阿特兰蒂斯”号的备用结构零件为基础组装的。不过,航天飞机轨道器主承包商洛克韦尔公司汲取了研制其它航天飞机轨道器的经验和教训,在“奋进”号上率先采用了不少新开发的硬件装备,所以它是当时最先进的轨道器。与其它轨道器相比,“奋进”号的主要改进有:在轨道器后部增加了1个低温贮箱,故能携带更多的燃料,使航天飞机在太空持续飞行28天左右;配备了一项直径13米的着陆减速伞,从而减少了着陆起落架与制动器上的拉力,可有效地减少航天飞机滑行距离300~600米,缩短了机场跑道长度;在舱内新增了先进的抽水马桶和空调设备;增大了机身前段中层的空间,用于存放更多的食品、衣物和个人用品;用1个新型的废物管理系统和1个可去除二氧化碳的再生装置替代了原设计的氢氧化锂系统;装备了先进的卫星导航系统。之后,“奋进”号又进行了多次改进和升级,比如,增加了一个全新飞行导航多功能电子显示系统、一个高级GPS接收器和改装的动力变换系统等,其中改装的动力变换系统可使“奋进”号与国际空间站对接的时间增加3~4天。

到2010年2月为止,“奋进”号航天飞机总共发射了24次,在太空飞行了280天9小时,绕行地球4429圈。它先后完成了许多重要任务:在太空营救未进入轨道的“国际通信卫星”6号;送首位黑人女航天员杰米森上天;多次携带欧洲“空间实验室”上天进行科研;在轨回收欧洲“尤里卡”科学实验卫星;发射美国跟踪与数据中继卫星-F;首次在轨维修“哈勃”空间望远镜;多次携带美国太空雷达实验室,执行行星地球使命计划,对地球环境进行精确观测和测绘;在轨安装“紫外天文”-2观测台进行天文观测;施放并回收“奥斯特”卫星,回收日本的“空间飞行器单元”;施放并回收“斯巴坦”-207卫星,进行可充气天线试验;与“和平”号空间站对接飞行,给站上运送补给设备和生活用品,包括搭载中国的1项微重力材料科学实验项目;执行航天飞机地貌雷达任务,在太空测绘地球表面三维立体地图等。

“奋进”号还多次完成国际空间站相关任务,曾为国际空间站送去美国“团结”号节点舱-1、巨型太阳能电池板、加拿大机械臂-2、“莱昂纳多”多功能后勤舱、移动基座系统、“希望”号日本实验舱、欧洲“宁静”号节点舱-3和“望塔”号观测舱等,可谓战功卓著。

难舍难分

2011年6月,“阿特兰蒂斯”号进行最后一次飞行,主要目的是利用航天飞机超级的运载能力为国际空间站运送大量备用零部件。此后,美国航天飞机将全部退役。

2011年4月12日,美国航空航天局局长博尔登在纪念美国航天飞机发射30周年纪念会上宣布,4架航天飞机将在美国东西海岸的4个博物馆永久安家。美国制造的第一架用于试验的航天飞机“企业”号从首都华盛顿市郊的史密森国家航空航天博物馆迁移至纽约“无畏”号航母航空航天博物馆永久保存;其腾出的位置用于安放“发现”号;“奋进”号在位于洛杉矶的加州科学中心展出,这离“奋进”号航天飞机的诞生地不远;“阿特兰蒂斯”号将在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心的游客中心展出。此前共有20多个城市提出航天飞机安家申请,令人意外的是,美国著名的太空城休斯顿意外落选。休斯顿约翰逊太空中心是美国航天员的训练基地,也是太空飞行任务控制中心,所以德州共和党籍政治人物对美国航空航天局的决定表示极大不满,认为这是奥巴马政府有意讨好民主党选民占优的地方,加州和纽约历来是民主党的大票仓,而德州长期由共和党主导。

博尔登在纪念会上的讲话多次被掌声打断,当他动情地回忆起14位同事为了人类航天事业献出宝贵生命的时候,不禁潸然泪下。纪念会主席台上分别安置了两幅纪念失事航天飞机的标语:“我们创造了历史”。

随着航天飞机退役日期逼近,工作岗位骤减,一些航天员正急谋出路。2010年,已有20名美国航天员离开美国航空航天局。如今,这一机构的航天员总计61人,而在2000年高峰期为150人左右。43岁的加雷特·赖斯曼于1998年成为航天员,2011年3月离开美国航空航天局,到私营的太空探索技术公司就职。他说,航天员是最酷的职业,人们很难自愿离开。航天飞机退役后,不仅上天的人数会大大减少,而且因工作任务和乘坐的天地往返运输工具有较大变化,所以对航天员的要求也不同,如会说俄语、懂机器人技术、受过太空行走训练等的航天员优先录用。鉴于不少航天员退休或辞职,美国航空航天局预计明后两年招录6至12名航天员。如果最终决定把每名航天员驻空间站时限从6个月削减至4个月,可能需要招录更多航天员。

总之,航天飞机虽然退役了,但其很多先进技术还将在未来很长一段时间内发挥重要作用。

责任编辑:兆然

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