1苏联军事航天史话 之 钻石军事空间站传奇.docx

1苏联军事航天史话 之 钻石军事空间站传奇.docx

《1苏联军事航天史话 之 钻石军事空间站传奇.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1苏联军事航天史话 之 钻石军事空间站传奇.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

1苏联军事航天史话之钻石军事空间站传奇

2．“钻石”航天站

 上图：

早期钻石空间站的设计图；下图：

剖面模型

      按1966—1967年的设想，“钻石站复台体由两大部分组成：

一个是航天站本体，称为“载人轨道站（OPS）或“11F71产品”：

另一个是渡运飞船，称为“运输补给飞船”（TKS）或“11IF72产品”，用来在地球与航天站之间接送乘员组。

由于研制一种像运输补给飞船这样的大型运输飞船需要花费一定的时间，切洛梅决定采取一种短期内即可见效的替代办法：

使用当时已被放弃的科兹洛夫“联盟-R”复合体中的运输飞船，这是一种名为7K—TK的改进型“联盟飞船。

      在“钻石”航天站的最初设计草集中，该复合体由两大部分组成：

-11F71载人轨道站（OPS）；

-11F72运输补给飞船（TKS）。

      航天员将乘坐运输补给飞船造访航天站，然后再乘坐它带着科学试验成果返回地面。

这两种航天器的大小基本相同，均比当时正在使用的标准“联盟”飞船大得多。

它们都将用UR-500三级火箭发射，这种火箭更为人熟知的名称是“质子K”或8K82K。

切洛梅的宠儿-“UR-500K”质子号运载火箭，在苏联/俄罗斯航天事业中占据了重要地位，至今仍然在俄罗斯空间事业中发挥着重要地位,必须承认,其能力不在科罗廖夫之下

     “钻石”航天站，即载人轨道站（OPS），重约18.9-19.9吨，主要由如下三部分组成：

-11F74返回舱（VA）；

-11F75航天站本体：

-11F76信息回收舱（KS1）。

完整载人轨道站OPS的剖面图 

      11F75航天站本体状如一个长圆柱体，分为粗细不同的两个舱段：

粗舱段直径4.15米，细舱段直径2.9米。

它重约l5吨，长11.61米，内部总容积约47立方米。

细舱段位于站的前部，发射时被一锥形头部整流罩围起来。

粗舱段位于站的后部，其尾部有一个球形气密过渡舱，在该舱外面沿航天站主轴方向装有一个名为“锥体”（Konus）的被动式对接口供来访飞船对接之用。

在粗舱段与气密过渡舱之问有一个舱门，使航天员在进行太空行走时可先进入气密过渡舱减压。

航天员将通过球形气密过渡舱上部的一个大舱门出舱进行舱外活动。

球型气密过渡舱

图中可见燃料罐和球面密封舱系统

      在气密过渡舱的下部还有一个较小的舱门与一小舱室连通，该舱室容纳一小型鼓状胶卷舱即11F76信息回收舱。

l1F76回收舱可从站内被弹射出去，带着由“玛瑙1”（Agat一1）主观测系统拍摄的总重达120公斤，总长达2000米的已曝光胶卷返回地面。

信息回收舱本身重约360公斤，直径0．85米。

航天员将用一个特制的机械臂将胶卷从“玛瑙1”主观测系统直接搬到回收舱处。

图中左为气密舱门，右上为回收机械臂，下为胶卷舱

      肢卷被装入回收舱之后，航天员将使回收舱自旋稳定，然后将其从站内弹射出去。

1米长的回收舱自身带有供再入大气层用的固体推进剂推进系统（一台主发动机和四台姿控发动机）、一个降落伞系统、一个可抛弃的防热罩以及胶卷实体回收吊舱，后者装有无线电信标，供地面回收部队定向之用。

在再入大气层之前，回收舱将抛弃发动机系统。

在再入和着陆期问，胶卷对由于过荷而产生的负荷有严格的限制。

因此，树脂工业科学研究所研制了一种专用的增压系统，用以缓冲回收舱在硬着陆时所受到的冲击力。

左：

KS1回收舱的胶卷实体回收舱；右：

KS1回收舱分解，可见其防热罩、降落伞

       另一个问题是阳光，因为它可能会使回收舱在着陆后被晒得过热。

其实，从防止胶卷过热的角度来看，回收舱溅落到水面上被认为更可取。

就降落到陆地上而言，回收人员必须在几小时时间内回收到回收舱，否则胶卷的图像质量就会降低。

设计师们研制了一种带有恒温器的专用全地形信标。

军方还要求在胶卷暗盒的“心脏”部位安装一个自动自毁系统，以备万一降落到苏联境外时可将回收舱炸毁自毁系统的炸药威力极强，会将胶卷炸得粉碎，使他人根本无法将其重新拼凑起来。

最初的打算是“钻石”站在发射时自带2～3个回收舱，以后再用运输补给飞船陆续送去额外的（多达8个）回收舱。

 1-“Игла”对接天线系统;2-太阳方位传感器;3-姿态稳定发动机;4-“风“型真空系统;5-航天员运动器械;6-Колос-5Д水循环处理系统;7-Аврора“极光”通信系统天线;8--СА-ЗЗР相机;9-科学设备;11-11F76信息回收舱;12-对接系统;13-对接站;14-RD-0225轨道矫正发动机;15-照相胶卷系统;16-“绿松石”数据传输天线系统;17-燃料舱;19-“伯朝拉”监控系统;20-“Agat-1”大型长焦相机系统;21-CA-34R地形相机;22-ОД-4光学取景器;23-激光角反射器;24-ПОУ-М全景观测仪;25-遥感相机;26-垂直红外相机;27-球形飞轮低功率机电稳定系统。

     在航天站粗舱段尾端的气密过渡舱的周围，装有几副天线及两台轨道纠正用主发动机。

RD-0225（或11D24）主发动机由科诺帕托夫总设计师领导的化学自动化设计局（前第154试验设计局）研制，每台推力为400公斤。

这些主发动机将用于制动、机动和轨道纠正。

此外，还在航天站“头锥部”的过渡舱上装有一些稳定发动机，包括16台推力各为20公斤的微型发动机、12台推力各为1．2公斤的微型发动机和4台推力各为40公斤的微型发动机。

左：

RD-0225发动机；右：

钻石空间站上的轨道矫正发动机

       航天站的电力由两块大型太阳能帆板提供，它们像翅膀一样展开，总跨度为22．8米，其根部与航天站的球形舱相连。

这两块帆板展开后总面积为52平方米，可提供3120瓦电力。

航天站的整个前端，被一个由真空绝热材料制成的锥形防护罩围住。

 从后部可见折叠状态的太阳能电池板和发动机喷嘴

      航天员将在站的后对接口对接，然后打开舱门进入球形气密过渡舱，再经过一条短通道爬进航天站的粗舱段。

该通道的外围是一个短粗的设备舱，其内装有供航天站主发动机用的球形推进剂罐、主发动机本身、压缩气瓶以及小型姿控推力器。

       在航天站的粗舱段内设有一个驾驶员控制台和一个控制板，前者可显示航天站的当前坐标，后者可使驾驶员控制航天站的方向。

仪器仪表均被设计和安装成可拆卸的组件，以便于修理。

该舱段内还设有运动器械（包括一台跑步机和一台体重秤）和卫生间，旨在监控站内各系统运行情况的“伯朝拉1（Pechora-1）电视监控和信息搜索系统”，也装在该主舱段内。

主控制室内面板和分系统

伯朝拉电视监控系统屏幕

     粗舱段内最引人注目的是“玛瑙1”照相侦察系统（11V38产品），这一大型设备占据了该舱段后部的很大空间。

该系统的转包商是克拉斯诺戈尔斯克机械厂中央设计局（前第10设计局）。

整个系统包括一台大型可变焦距（最长达6．375米）光学望远镜，用来对地球表面赤道地区及地球大气层内的目标进行详细观测。

俄罗斯消息来源称，该望远镜的分辨率优于3米。

但根据主镜的尺寸来判断，该望远镜很可能能够识别小于1米的目标。

美国情报界人士在1974年初曾预言，其分辨率会高达0.30～0.45米。

“玛瑙1”望远镜将与安装在望远镜顶部的ASA-34R宽胶卷相机（1lV310产品）一同使用。

ASA-34R相机还包括作为其组成部分的SA-34R地形相机和SA-33R恒星相机，以供测地观测之用。

航天员将利用“玛瑙1”照相系统拍照地面目标，在站上冲洗胶卷（画幅50~50厘米），进行分析，然后通过“奥罗拉”（Avrora）闭路电视链路将一些在战略上最重要的照片直接传回地面，整个

过程可在大约30分钟以内完成。

其余的照片在站上用Rakkord系统冲洗后，将通过11F76回收舱送回地面早在1960年代末，设计师们就计划要在未来的“钻石”航天站上安装另外一些光学系统，特别是用可见光谱以外的谱段进行观测的光学系统。

当时还有一种想法，就是在站上安装合成孔径雷达。

 “玛瑙1”照相侦察系统

遥控照相控制台

照相操作站

      在航天站所载总共14台光学仪器中，还包括一台OD-4光学取景器。

航天员利用该仪器可使航天站下方地球的运动“定格”，观察海上的特定目标，将他们的见闻记录在磁带上，然后在飞越地面通信站时将所记录的内容传输下去。

地面分析人员利用已知的准确观测时闻就可以确定目标的确切坐标，以便航天员利用其它系统对这些目标进行实际观测。

左图：

光学取景器；右图右下角为光学取景器，右上角为“隼1”潜望镜

       1971年，OD-4型光学取景器曾在第一个“礼炮号”航天站上用过。

“钻石”站上的POU-11（11V31产品）全景观测仪，用于对地球表面进行大面积覆盖。

其它光学仪器还包括分辨率为100～120米的“伏尔加”（11V33产品）红外相机，供探测地球灾害用的“琥珀P''（Yantar-P）红外相机，以及AFA-M31S和KFK-100遥感相机等。

“伏尔加”相机被认为是苏联在太空部署的第一种对地观测用红外相机。

“钻石”站还装备了“隼1”（Soko1-1）潜望镜，用以观察航天站周围的情况以及航天员在舱外进行太空行走时的情况。

      从粗舱段再往前走，航天员就会进入直径较小的细舱段，这里是乘员组生活舱，里面设有折叠床睡眠处、一套用餐桌椅、一个食物储藏与准备处、一个药品柜以及一些供照相用的观察孔。

“钻石”站上的生命保障系统在苏联载人航天史上首次包括了一种名为“激浪101”（Priboy-101）的装置，它能够吸收空气中的水分实现水的循环利用，生命保障系统的控制装置也位于该舱段内。

这就是航天员的床铺和生活设施，床头组合系统包括了医疗箱、收音机、录音机、书籍、文具和苏联人酷爱的国际象棋（太空版）

左图为航天员厨房设施；右图显示生命保障系统和应急通信系统

      苏联担心美国可能会对轨道上这样一种明显用于军事目的的航天站进行攻击，正是这种担心促成了“钻石”站上最有意思的装备之一的研制。

      按照合同，由总设计师诺德尔曼-里希特领导的精密机械制造设计局（前第16试验设计局）为航天站设计了一种23毫米口径速射加农炮，它很可能被称为“盾牌-1”（Shchit一1）。

诺德尔曼-里希特因此前曾为苏联武装部队设计过许多重要的反坦克炮和导弹而享有盛名，航天员可利用瞄准具转动航天站，使加农炮瞄准选定的目标。

由于“钻石”站的机动能力有限，苏联显然认为该武器与其说是一种进攻性系统不如说是一种防御性系统。

  给航天站装机关炮，也只有苏联人才想的出来，这是诺德尔曼将应用于图-22轰炸机的尾部НР-23型自卫机炮移植过来改进而成，最大有效射程3000米，射速950发/分，弹丸重200克，飞行速度690米/秒，不过射界有限，难于机动

      由于航天站的主要任务是过顶侦察，因此它将运行在低高度工作轨道（220-270公里），并长期指向地面对地面目标的搜索和观剥，也对制导系统提出了复杂的要求。

按照当初的要求，切洛梅手下的工程师们设计了一种自航天站与运载火箭分离时起直到多个月后从轨道上衰减为止始终能对航天站进行连续控制的制导系统。

他们所设计的是一种由多个分系统组成的“分散式”系统，这些分系统分别主管定向、稳定、航天站重心移动控制、导航及对站载仪器的程序化控制。

这种主飞行控制系统仍是一种模拟系统，因为苏联当时还没有可连续工作一年的数字器件。

后来，由总设计师A·G·约瑟菲扬领导的全苏机电科研所（前第627科研所）研制出了一种新型低功率机电稳定系统，该系统利用一个球形飞轮（直径60厘米）来实现航天站的三轴稳定和慢速旋转，一个环形飞轮使航天站能绕其纵轴快速转动。

与传统定向系统不同的是，这种机电系统几乎完全不消耗推进荆。

它使得航天员能以每秒1度的速度进行快速滚动控制，以扩大其视野。

控制精度（可高达10‘）靠一专用系统来保障，该系统利用来自站上雷达观测设备之一的多普勒信号对陀螺定向系统进行纠正，陀螺定向系统是由总设计师库兹涅佐夫领导的应用机械科研所（前第944科研所）研制的，库兹涅佐夫系科罗廖夫在1940年代组建的前总设计师协会的原始成员之一。

尽管这种陀螺定向系统噪音很大，给航天员造成了诸多不便，但整个飞轮稳定系统每圈轨道可节省10-15克姿控推进剂消耗。

笨重、噪音很大但设计很巧妙的机电稳定系统，精密与粗犷就这样完美体现在苏联人的设计中

       “钻石”站是首个采用磁悬浮飞轮进行定向的航天站。

该控制系统有多种工作模式，包括精确定向与稳定、从迷失方向状态恢复定向以及将航天站转入“储备”状态等。

航天员在观测目标时通过转动控制杆使目标处于光学瞄准具的十字线上，从而也可以对航天站进行人工定向。

在这种情况下，制导系统会使站上所有的光学仪器全都观测所选定的目标。

尽管全站的制导系统使用的仍是模拟计算机，但切洛梅手下的工程师们还是基于两台“氩16A”计算机为观测仪器设计了一种数字计算机系统，这也是第一种供苏联载人航天器用的数字计算机系统。

这种计算机由全苏数字计算机技术科研所研制。

航天站上用两台这样的计算机来控制其姿态和使“玛瑙1”照相系统正确指向目标，其中一台作为主机，另一台作为备份。

但在实际应用中，由于处理错误时有发生，乘员组通常总是两台并用。

 氩-12数字计算机系统，由苏联原245设计局（今日的”氩“计算机科学研究所）研制，这是苏联专门研制航空航天机载数字计算机的单位

     在“钻石”站的最初构想中，航天站自身配备有一个大型乘员组返回舱，即l1F74返回舱（VA）。

当时的想法是：

乘员组坐在返回舱内随航天站本身一起被发射到轨道上。

他们在太空度过一段漫长的时间以后，只需重新进入返回舱并使其与航天站分离，即可返回地面。

返回舱类似于LK-1和LK-700月球飞船。

除形状外，“钻石”站的返回舱还有两点与美国载人轨道实验室的“双子星B”飞船十分相似：

一点是苏联的飞船在防热层的中心部位设计有一个舱门，供乘员组进入航天站本体和回到返回舱之用；另一点是这种飞船被设计得可供以后的航天站重复使用。

      返回舱由三部分组成：

底部是一个锥形平顶乘员组舱，形状如“阿波罗”飞船的指挥舱；中间是一个长度较长、角度更锐的锥体，与乘员组舱的顶部相连；最前端是一个短而细的圆柱体，其内装有一台大马力脱轨发动机．返回舱全长3．64米，底座直径2．79米。

      在“钻石”站上，返回舱的截球面底座被固定在站上与对接装置所在的一端相对的前端。

乘员组舱重4．9吨，其内部设有三个座椅和供飞行结束期间用的操作控制台。

返回舱较长锥体内装有一组供再入前使用的姿控推力器，以及主降落伞和备用降落伞。

发射时，整个“钻石”一返回舱复合体在顶部还加有一个细长的逃逸塔，逃逸塔装备有两组固体推进剂火箭发动机，以备航天员在通过较低大气层的过程中万一发生紧急情况时使用。

一经入轨，乘员组就会离开座椅，挪开中间的座椅，打开返回舱底座上的舱门，然后爬进“钻石”站的细舱段。

有许多工程师都认为在防热层的中心部位印在返回舱上承受最大应力之处开一个舱门无异于自杀，但切洛梅一直坚信这是一种可行的设计。

当要返回地面时，航天员们会重新回到返回舱，关闭防热层上的舱门，系好安全带，然后脱离航天站。

在他们点燃脱轨发动机之后，锥形舱便会与圆柱形细舱段分离，减速进入大气层。

着陆系统由一组三副降落伞和用以减缓冲击的固体推进剂着陆发动机组成。

独立飞行时间限于30小时左右。

返回舱能够将至少360公斤重的设备、胶卷和其它材料带回地面，其设计使用寿命为往返飞行5次。

起初，乘员组的规模限于3人；以后打算扩大返回舱的直径，将乘是组的规模增至5人。

返回舱在轨道上的独立工作时间长达31个小时。

在独立飞行期间，返回舱的控制系统将使用单台“氩-12”数字计算机。

     在1960年代末的某个时候，切洛梅决定表3“钻石”航天站技术参数“钻石”航天站自身不再携带这种大型返回舱。

虽然让航天站本身自带一个自主武乘员组返回舱有许多好处，可是当初决定要这样敢的根本原因只是为了避免航天站与单独发射的乘员组返回舱进行复杂的对接机动。

60年代中期，苏联人尚未掌握诸如航天器在地球轨道上交会和对接等复杂的操作技术；但到了1969年，“联盟”飞船已多次完成了这类操作，从而使苏联人对与“钻石”站定期对接操作方案逐渐树立了信心。