天文史上的今天 | 天空實驗室

05-20

天文史上的今天 | 天空實驗室

來自專欄天文史上的今天

「天空實驗室」（Skylab）是美國建設的第一座空間站，於1973年5月14日發射升空。

在1973~1979年間，這座空間站在地球軌道上運行了6年時間，但它的開局卻並不順利...

「天空實驗室」項目徽標

來源：NASA

「天空實驗室」（Skylab）是美國建設的第一座空間站，1973~1979年間，這座空間站在地球軌道上運行了6年時間。

上世紀60年代，美國宇航局（NASA）的精力高度集中在載人登月的「阿波羅」計划上，沒有過多的財政和其他資源能夠被用到空間站建設方面。

天空實驗室全貌，注意它左側缺了一個太陽能帆板，頭頂上加了一塊「遮陽布」

來源：NASA

後阿波羅時代

隨著1970年代初，阿波羅計劃逐漸接近尾聲，NASA開始考慮如何對阿波羅計劃期間未使用的硬體備件加以利用，另外，美國政府也需要考慮在後阿波羅時代如何想辦法讓那麼多在阿波羅時代鍛鍊出來的成熟的航天產業繼續維持下去，而不至於出現因為開工不足而導致的人才流失等問題。

美國航天計劃的核心人物之一馮·布勞恩博士提議，利用未使用的火箭箭體搭建美國的空間站，如此可以將開發成本降到最低。這非常符合「後阿波羅時代」面臨預算削減壓力的NASA的胃口。

馮·布勞恩站在巨大的土星五號火箭面前，他是一位前納粹德國的火箭天才，美國航天計劃的絕對核心

來源：NASA

「天空實驗室」的整體結構包括一個「阿波羅望遠鏡台座」，這裡安裝了一台多光譜太陽望遠鏡，一個多功能對接艙段（包括兩個對介面），一個用於宇航員艙外活動的氣閘艙，以及一個太空實驗-生活艙，即所謂「軌道工作室」。空間站整體質量大約77噸。

這是什麼概念，做個比較，我國前不久剛剛墜落的天宮一號目標飛行器，總質量大約8.5噸，而未來我國將要建設的空間站，按照前不久中國載人航天工程總設計師周建平所透露的數據，總質量應該是在66噸左右，而之前蘇聯的「和平號」大型空間站，總質量則超過120噸。

「天空實驗室」內部結構圖

來源：NASA

「天空實驗室」的電源來自太陽能帆板，以及與其對接的阿波羅「指令/服務艙」內安裝的燃料電池。空間站內還安排了廢物間，推進劑罐等設施。

在1973年5月~1974年2月間，一共有3個宇航員乘組抵達，其中最後一個乘組的停留時間達到84天，創造了美國在太空梭時代開始之前的記錄。

開局不利

1973年5月14日，一枚改裝版土星5號火箭發射升空，將「天空實驗室」送入軌道

來源：NASA

1973年5月14日，「天空實驗室」發射升空，這也是用於阿波羅登月計劃的「土星五號」超級火箭的最後一次飛行。然而事情進展的並不順利。

火箭升空後大約63秒，「天空實驗室」一側的「微隕石防護/陽光隔熱層」在高速飛行中被撕裂，連帶導致其一側的太陽能帆板脫落，在此過程中產生的碎片撞擊並引發另一側的太陽能板展開機構也發生故障，在進入軌道後只達到了部分展開。

「天空實驗室」破損的外側微隕石/隔熱防護層

來源：NASA

這是一起極為嚴重的故障，空間站幾乎沒有電力供應，並且失去微隕石-隔熱防護的空間站內溫度開始不斷升高，空間站內儲存的食物和膠捲等物資都將被損壞，塑料製品在高溫下也產生了大量有毒氣體。

美國宇航局馬歇爾空間飛行中心的工程師們開始想方設法穩定空間站的情況，比如設法調整空間站姿態，以最大限度減緩升溫狀況，並緊急設法應對空間站不斷惡化的電力不足問題。

地面使用各種方法挽救天空實驗室，比如調整其面對太陽的角度，盡量降低艙內過高的溫度

來源：NASA

除此之外，後來有「Mr. Fix It」（『修好它先生』）之稱的NASA傑出工程師傑克·金斯勒（Jack Kinzler）設計了一個不需要讓宇航員們冒險進行太空行走的修復方案。

其核心包括設計一個類似「太陽傘」的結構，其能夠從原先太陽能帆板脫落的破損處伸出去，並在原先隔熱層的破損位置上方展開，等於給「天空實驗室」打一把太空遮陽傘。

挽救天空實驗室的功臣：有「Mr. Fix It」（『修好它先生』）之稱的NASA傑出工程師傑克·金斯勒（Jack Kinzler）

來源：NASA

這一計劃說服了NASA高層，營救計劃迅疾展開。1975年5月25日，NASA派遣以前阿波羅12號任務指令長皮特·康拉德（Pete Conrad）為首的三人宇航員小組升空。

次日，宇航員們小組成功進入空間站內，並按計劃為空間站上方展開了7.3米X8.5米的遮陽傘。這一方案被證明是有效的，艙內溫度被穩定在大約21℃，有毒氣體被逐漸排除，經過多次努力，被卡住的另一側太陽能帆板也順利展開，空間站開始正常運作。這也是人類首次在太空進行如此規模的修復行動。

天空中的實驗室

修補後的天空實驗室

來源：NASA

在「天空實驗室」服役期間，宇航員們在這座空間站上開展了大量實驗。它搭載的太陽望遠鏡大大推進了太陽科學的研究，宇航員們還拍攝了數以千計的地球照片。除此之外，此前蘇聯航天員創造的23天太空停留時長記錄也被美國宇航員們打破，美國宇航員們在「天空實驗室」內創造了連續太空生活84天的新紀錄。

1974年2月份，最後一批NASA宇航員離開天空實驗室，在離開之前，宇航員們利用乘坐的原阿波羅登月計劃中使用的「指令/服務艙」為天空實驗室進行了助推，抬升其飛行高度。助推完成後，天空實驗室運行在一個高度大約450公里的軌道上。NASA認為其至少可以運行到1980年代初期，這樣就能夠趕上1979年開始試飛的太空梭。

換個角度，看的更加清楚，看到那張大大的遮陽網了嗎？

來源：NASA

但人算不如天算，太空梭計劃的研製進度比原計劃延遲了將近兩年，第一架太空梭到1981年才第一次升空。

但太陽活動的加劇卻導致地球外層大氣膨脹，「天空實驗室」附近地球大氣阻力增加，軌道開始快速衰減。到1979年，NASA確信天空實驗室的墜落已經不可避免，地面唯一能做的就是盡量使其避開地面人口稠密區。

天空實驗室太陽望遠鏡拍攝的一次強烈太陽日珥活動

來源：NASA

最終，1979年7月11日，「天空實驗室」墜入地球大氣層解體，大部分碎片落到了印度洋的無人海域，但也有一小部分碎片殘骸灑落到了澳大利亞西部荒原中，幸好沒有人員傷亡。

隨著「天空實驗室」的墜落，美國宇航局的注意力轉向全力開發太空梭，並在後來通過與俄羅斯等國共同開發的方式進行人類長期太空駐留研究，如參與俄羅斯的「和平號」空間站計劃，並最終在20世紀末與多國合作，開啟了「國際空間站」的開發建設。

天空實驗室拍攝的1973年颶風「艾琳」

來源：NASA

編者按：

《天文史上的今天》欄目是老嚴的一次個人歷險，試圖通過堅持365天，完整記錄一年中每一個日子在人類漫長的天文歷史中留下的印記。

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