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《太空对接故事》的译者接受本报记者独家专访 人类“太空之吻”

发布日期:2021-11-16 18:40   来源:未知   阅读:

  《太空对接故事》的作者。俄罗斯杰出航天设计师,太空对接奠基人。1933年出生,1956年进入前苏联宇航局第一设计局并崭露头角,成为火箭及航天电子机械技术领域的知名专家。上世纪70年代美苏冷战正酣时,作为“联盟—阿波罗”项目最积极的推动者之一,他积极与美国航天专家接触,研究太空轨道中的对接问题。如今,他开发的对接设备,已被安装在国际空间站以及所有飞往国际空间站的飞船上。

  “天宫一号”9月29日已经成功发射,而神舟八号下月初也将发射,这意味着我国首次的太空对接大幕即将拉开。然而,你可曾知道在50多年前,前苏联和美国都曾经以各自的方式,试验过多次太空对接?而在36年前,前苏联的联盟号飞船和美国阿波罗飞船克服种种困难,成功完成“太空之吻”,两国宇航员在太空首次握手,更是标志着国际航天合作走入新纪元。

  今年8月,上海科技出版社出版了《太空对接故事》一书。在书中,俄罗斯太空对接奠基人谢拉苗尼科夫以自己的传奇经历,讲述上世纪六七十年代美苏航天争霸历程中,人类在太空对接历次试验中血与泪的历史。昨天,该书的译者、上海航天技术研究院专家方吉士研究员和冯蕊女士接受了本报记者独家专访。

  方吉士:首先,交会和对接是两个完全不一样的动作。所谓的交会,是指两个独立的目标飞行器从各自不同的轨道中,飞到同一个轨道面上,然后两者不断接近。在俄罗斯的系统中,二者相对速度必须在1米/秒以下,才算达到了对接的初始要求。而按此次“神八”和“天宫”的标准,两者的相对速度必须在0.35米/秒以下才行。只有这个条件完成了,接下来才能开始对接。否则,一切都是白搭。

  而谈起对接,大家总把它比作“太空之吻”。其实,大家想得太简单了。比如双方仅仅是碰一下,那根本不算对接成功。所谓的对接,分为初步接触、捕获、校直缓冲、拉紧锁定等几个步骤。按照目前的APAS(太空对接异体同构系统),当两个目标飞行器接触后,面对面地开始贴近,我们称之为捕获,其标志是将对方用捕获锁卡住。然后,再经过一系列校直、缓冲、对准后,两者才能拉紧。最后,用8把对接锁锁住,两个目标飞行器最终合为一体,这时,我们才可说对接完成。

  方吉士:早在上世纪60年代,前苏联科学家就意识到这个问题的紧迫性了。那时候联盟号飞船已经研制成功,但它只能在太空呆7天。为什么呢?第一,自身携带燃料不足,多了火箭则负担太重;其次,宇航员日常的氧气、食物等消耗很大,以及他们的排泄物处理也是大问题。此外,飞船内部空间有限,一些大型的实验也做不了。

  如果宇航员需要在太空做一些长期、功能复杂的试验,就需要一个长期有人照料、空间足够宽敞的航天器。而这仅仅靠一次发射是不可能完成的。众所周知,和平号空间站总重100吨,国际空间站总重更是超过了400吨。而天宫一号不过才8.5吨,为了确保它顺利升空,我国还特地对长二F火箭进行了改进。试问,一次性发射400吨重的航天器,那得多大的火箭?因此,空间站的建立,需要在太空完成多个舱体的组合。而太空对接,便成了趋势。

  方吉士:上世纪六七十年代,太空对接机构处于新兴期,重点是飞船之间实现对接并组队飞行。前苏联和美国两国在卫星、空间站、环月登月、航天飞机等领域展开激烈竞争,整体而言,美国占据上风。但从1975年联盟号与阿波罗号飞船太空对接成功后,实际上已确立苏联对接机构流派的领先地位。这个优势一直延续到今天。

  前苏联早期的太空对接技术,采用“锥—杆”式思路。简单地说,主动的航天器带有锥杆,而被动的航天器带有接收锥槽。对接时,推杆伸入锥槽内。美国人戏虐地称主动航天器是“公的”,被动航天器是“母的”。因为对接的过程,的确有点类似雄性动物追求配偶时的表现。而美国的早期的太空对接技术,采取液压缓冲原理。

  青年报:那时计算机还并不普及。测控定位技术也很一般。要实现太空对接,是不是很困难?

  方吉士:的确是相当困难。那时船载计算机根本还没有。因此,交会对接时的操作计算基本采用模拟技术,而非现在的数字技术。现在太空对接,上有中继卫星,下有大量地面测控站做后盾,而那时,条件非常简陋,在某些情况下可以说太空对接时有点凭感觉,拼运气。很多人总认为,“太空之吻”很浪漫,其实一点儿也不。刚开始,由于技术不成熟,许多次太空对接都失败了,甚至一些优秀的航天员也为此牺牲。

  青年报:为什么说,1975年的联盟号与阿波罗号飞船的成功对接极具历史意义?

  方吉士:为了保密更为了竞争,前苏联和美国先前一直都是各搞各的,对接机构从设计原理到成型的装置都完全不一样。渐渐地,两国国家领导人意识到,在太空中需要展开合作,前提就是自家的航天器能与对方的航天器对接机构“兼容”。于是,两国科学家开始接触、交流,最终确定了一种新的方案APAS-75。译成中文,就叫周边式异体同构对接系统。

  简单地说,原先对接时航天器分“公”(主动)、“母”(被动),结构也不尽相同。然而,装上APAS后,航天器既可主动也可被动。按照俄罗斯人的说法,变成了“雌雄同体”。

  联盟号与阿波罗号飞船对接成功后,新一代的对接系统一直延续到如今。包括此次我国的天宫一号与“神八”,其对接系统也是APAS结构。理论上来讲,它们也可以与国际空间站对接。

  青年报:相对于第一个上天的宇航员加加林,谢拉苗尼科夫在中国似乎并不知名,为什么要翻译他的书?

  冯蕊:其实除了宇航员,上世纪六七十年代,前苏联出现了一大批天才型的幕后航天英雄。比如,设计联盟号飞船的天才科罗廖夫。美国人设计的“双子星座”、“阿波罗”等飞船如今早已没落,但唯有联盟号至今还在用。我国在设计神舟飞船时,也是拿它做重要参考。而要讲到对接领域,谢拉苗尼科夫是当仁不让的专家。他当时在科罗廖夫领导的前苏联宇航局第一设计局做事。承接前苏联的第一个对接机构研发任务时,他刚满30岁。从第一次太空对接,到后来联盟号与阿波罗对接,他是那段历史的主要参与者和见证人。

  方吉士:我是2002年在莫斯科一次航天考察中,第一次见到这个传奇人物。当时,他已69岁了,十分有意思的是,在讨论会上,他对自己曾经创造的太空对接辉煌历史只字未提,而是对太空能源等问题提出很多新的想法。

  2003年,我们在莫斯科又见面了。那时他的著作《太空对接故事》面世。在书中,他用了很科普的语言,首次披露了很多前苏联航天领域当时不为外界所知的内幕。另外,针对我国正考虑研制对接机构,“老谢”给了我们很多善意的建议,并告诉我们当年的一些经验教训。

  2005年,他应邀来中国,来到了上海航天技术研究院,我也有幸作为翻译陪同。由于他的名字太长了,我们都亲切地喊他“老谢”。看到我们研制对接机构样机的工作人员都是年轻人,非常高兴,由衷地夸赞:“这是一批很有朝气的年轻人,你们中国航天的未来一定很了不起。”

  方吉士:2005年“老谢”来上海时,就谈起那本著作。他知道我精通俄文,又是航天技术专家,因此,提出希望由我帮他翻译《太空对接故事》。

  2006年3月,我利用在莫斯科出差机会,专门去见谢拉苗尼科夫,签署中文版翻译授权合同。当时,73岁的老谢身体很不好。当我到莫斯科医院看他时,发现他消瘦了很多。“老谢”当时还在病床上答应我,等我翻译完书稿后,他会专门给中国读者写序言。没想到,这是我与他最后一次见面。2006年秋天,他去世了。

  也许我此生最大遗憾,是没能让“老谢”在活着的时候,看到中文版的《太空对接故事》。此书出版后,他儿子很高兴,说这本书(中译本)将放在莫斯科的航天陈列馆里。听罢,我很欣慰,经过了那么多年,我总算兑现了对这位异国老友的承诺。

  经历1966年的试验失败和1967年第一次太空悲剧后,终于迎来了第一场真正的胜利,我们的节日降临了。9月30日以“宇宙-186号”和“宇宙-188号”命名的两艘不载人“联盟号”飞船,第一次在太空实现自动对接,这是名副其实的一件大事。谢拉苗尼科夫

  第一次的对接成功之前,总有这样那样的波折。1966年,作为前苏联联盟号的不载人系列的第一艘飞船“宇宙-133”出师不利,好几个系统出了故障,导致返回舱无法着陆。随后试验中,“7号”火箭发射到一半在空中爆炸,导致发射场两人死亡。在解决了这些问题之后,1967年4月,联盟1号上天,这是它第一次载人。然而,由于返回降落伞出了问题,宇航员卡马洛夫永远留在了太空轨道上,再也没回到地球。

  1967年9月30日,“宇宙-186号”和“宇宙-188号”这两艘无人飞船先后升天。当第二艘飞船发射到25公里高空区域时,距前一艘飞船的实际距离不超过10公里,相对速度15米/秒。第一圈,就开始交会、捕获。随后,无线电通讯系统显示,对接成功……一切都那么顺利,以至于地面专家都不敢相信自己的眼睛。

  然而,仅仅过了一段时间,遥测带传回的数据显示:对接机构的驱动没有拉紧到底,还留有几厘米。事后的分析报告认为,是对接机构的螺杆把遮挡灰尘的薄膜卷进了螺母内。前苏联的第一次无人太空对接,毁于一张薄膜。直到1968年4月,才第一次线号先后升空。这一次挑战的是载人手工对接技术。两艘飞船中,2号不载人,3号上载有一名宇航员。当时两个飞船相对速度1米/秒。在联盟3号靠近联盟2号160米时,宇航员自己掌握了控制。

  然而,两艘飞船始终无法正确靠拢,交会不成,对接自然就没办法进行。专家分析认为,载人飞船刚入轨就开始交会,宇航员还未适应太空失重。其次,交会在夜里进行,在一片漆黑里,宇航员面前看到的只有不明亮的闪光。最重要的是,宇航员当时已经47岁了,老花眼,如果不戴眼镜根本不能阅读勤务指南。而他又需要时刻关注舱外……在靠拢的最后时刻,就像人们常说的汽车方向盘不听使唤了,飞船滚动姿态搞错了,转向180°……

  到了1969年,联盟4号与5号相继升空。吸取上次教训,这次对接安排在联盟4号升空后的第三天、联盟5号升空后的第二天进行,并且是白天。4号飞船指挥长萨塔洛夫完成了主动对接的任务。有意思的是,对接后,由于当时对接机构中间根本不通,因此,联盟5号的三名宇航员,不得不从生活舱爬出去太空行走,也就是说,从5号飞船的外面爬到4号飞船上去,这才与萨塔洛夫会和。

  “联盟号”和“双子星座号”飞船在功能上都有相近之处。这两个航天项目的重要性在于,都是通向月球之路的过渡步骤。值得一提的是,美国人做项目的态度更加实用,对他们来说,“双子星座号”既是月球计划的起点,也是过渡阶段的终结。谢拉苗尼科夫

  与前苏联不太一样的是,美国最初的太空对接参与者通常是飞船与火箭头部,而不是飞船与飞船。这艘飞船最开始不是阿波罗号,而是双子星座号。

  一般来说,火箭先携“双子星座号”飞船升空,然后,飞船与火箭分离,然后飞船在空中转向180°,即飞船的头部对准了火箭头部,然后进行交会对接。“这种思路,也用在了随后成功登月的阿波罗号飞船与其他航天器对接应用上。但这种方法缺点也是有的。飞船与飞船之间的对接、分离,可以重复多次;飞船与火箭头部进行交会对接,通常只能用一次。”方吉士说。

  在经历了几番试验后,“双子星座4号”开始尝试与“大力神号”火箭的第二级火箭交会。可惜飞船入轨后,宇航员麦迪威特没能完成这个复杂的任务。毕竟,控制飞船与控制飞机是两回事。

  1965年10月,名为“阿金纳”的火箭刚刚入轨便突然发生爆炸。无奈之下,美国人决定进行组队飞行。先发射“双子星座7号”,使之进行创纪录的长时间飞行。随后发射的“双子星座6号”开始尝试与前者“约会”。但仅仅是靠近了,两者并未“亲吻”。“这是一场没有结果的爱情。”谢拉苗尼科夫在书中回忆。

  据悉,美国历史上第一次的成功载人对接,是由1965年12月发射的“双子星座8号”完成的,它成功与“阿金纳”火箭对接。驾驶这艘飞船的两名航天员中,就有未来名扬天下的登月英雄、阿波罗11号飞船传奇指令长阿姆斯特朗。

  只是,在成功对接后不久,飞船出现故障,经过紧急分离后,这个组合体仍在高速旋转,达到每秒钟一转。紧急关头,阿姆斯特朗在其太空“处女秀”中,表现出过人的冷静、坚忍和职业精神。他在极端困难的条件下,最终将失控的飞船稳住。值得称道的是,1962年美国为“双子星座号”招募的九名航天员,最后都成为阿波罗飞船的飞行骨干。

  APAS,全称为Androgynous Peripheral Assembly System。其中,第一个A代表Androgynous,这是希腊神话中一个名叫安卓基娜的神,他是两性人(雌雄同体)。翻译成中文,为异体同构周边式对接机构。“异体同构”是指追踪飞行器和目标飞行器上的对接机构采用同样结构,没有主动、被动之分;“周边式”是指机构不设置在中间,而是设置在周边。

  宇宙飞行是跨国界的,不可能将行星上空划分成块,更不可能在太空标明和建立边界。“联盟-阿波罗”试验计划经历了整整十年的挑战,为了准备和实施轨道对接的联合飞行,就花去了五年左右的时间。仅从工程观点看,我们采用了一个全新的对接装置,还起了一个新名词“雌雄同体”。

  在上世纪六十年代,据传曾出过一部科幻电影《太空俘虏》,大致内容为阿波罗号飞船在太空飞行,突然出了故障,飞船内的航天员危在旦夕。这时,联盟号飞船正好飞过,出于人道主义精神,准备搭救。可惜,两艘飞船对接机构不“兼容”,前苏联宇航员只能干瞪眼。最后,美国航天员成了“太空俘虏”,再也没回来……

  “这部片子是否真实存在已不可考,但反映了当时一些公众的想法:两国在航天领域展开合作,得到的益处将远远大于各自闭门竞争。”据方吉士介绍,1972年5月,美国总统尼克松和前苏联领导人柯西金正式签署宇宙飞行合作计划。

  两艘不同型号的飞船如何对接,两国科学家都有自己设计的方案。然而,他们一致认同三个共同原则:

  (1)两个独立的目标飞行器既可主动,也可被动对接。这就要求两者的对接机构要一样。

  (2)对接机构一定要留出中间通道,让宇航员不用出舱,就能从此飞船到彼飞船。而不是像以前一样从舱外爬过去。

  在几番磋商、试验后,全新的APAS(异体同构周边式对接机组)诞生了。既不是前苏联的“锥-杆式”,也不是美国的液压缓冲装置,是每个对接机构上,安装了三片导向板。另外,整个机构装置全在周边,中间留有直径为0.8米的通道。利用这个“走廊”,便利航天员在两个目标飞行器之间走动。

  1975年7月,两艘飞船完成了历史性的“太空之吻”。1995年,美国航天飞机与联盟号的对接,接口也是APAS。直到此次的“神八”与天宫一呈的对接系统,其尺寸也能与国际空间站兼容。而这项伟大对接机构的研制,谢拉苗尼科夫作出了重要的贡献。

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