空間試驗室

空間試驗室是按一定軌道繞地球運行，並裝有較大型的多種類的科學試驗儀器，進行各種研究活動的人造天體。實驗內容廣泛，一般涉及大氣物理，電漿物理、天文與太陽物理、生命科學和材料科學等領域。

基本介紹

• 中文名：空間試驗室
• 外文名：Space Laboratory
• 性質：一種多用途航天科學實驗空間站
• 領域：航空航天

簡介

空間實驗室是用於開展各類空間科學實驗的實驗室。空間實驗室的建設過程是先發射無人空間實驗室，而後再用運載火箭將載人飛船送入太空，與停留在軌道上的實驗室交會對接，航天員從飛船的附加段進入空間實驗室，開展工作。

航天員的生活必需品和工作所需的材料、設備均由飛船運送，載人飛船停靠在實驗室外邊，作為應急救生飛船。如果實驗室發生故障，可隨時載航天員返回地面，航天員工作完成後，乘飛船返回。

結構

空間試驗室是一種載人的，可重複使用的，費用低廉，多用途的試驗室。室內充一個大氣壓的氮氧混台體，帶有多種試驗儀器設備和一個U形試驗工作檯。它是太空梭最重要的有效載荷。空間試驗室可重複使用50次左右，工作壽命為十年。它被航天飛譏運載到近地軌道後，只能附著在太空梭上一起飛行並一起返回。空間試驗室的試驗人員也需要在太空梭的座艙內生活、休息、睡眠和進行其它活動，工作寸經過氣閘艙和專門通道到試驗室去工作。試驗室中的能源、數據傳輸、冷卻等系統都利用太空梭上的相應分系統，不再單獨配備。這樣，可以充分地利用和發揮空間試驗室的效用，使空間試驗室可以進行純試驗性工作，許多服務性的工作均由太空梭的各個分系統提供。因此，空間試驗室雖然比天空試驗室小得多，但它與太空梭相結合，卻可以成為一個高效率的空間科學試驗裝置。

空間試驗室的設計必須與太空梭相適應，例如試驗室的最大外部尺寸絕不能超過貨艙4.5X18米的尺寸。試驗室的基本設計思想之一，是採用積木式結構，以使試驗設備易於更換，適於進行多種科研任務。為了使空間試驗室適應多次重複使用的要求，必須把它設計得具有最大的適應性和靈活性。例如試驗室不僅能容納許多小型試驗儀器，而且能裝載大型試驗設備，既能把各種研究和試驗設備裝到試驗室中的一間空調艙內，也能把全部試驗設備暴露於宇宙空間。

空間試驗室主要由2個基本部件所組成。一是實驗艙，一是暴露在空間的U形工作檯。這2個部件既可單獨使用，也可聯合使用。

實驗艙由密封的前錐段、圓柱段和後錐段組成，密封艙可保證艙壓、溫濕度、氣體成分等航天員生存條件，可用於航天員駐留期間在軌工作和生活，密封的後錐段安裝再生生保等設備。實驗艙前端安裝一個對接機構，以及交會對接測量和通信設備，用於支持與飛船實現交會對接。資源艙為軌道機動提供動力，為飛行提供能源。一般包括發動機和電源裝置等，外部安置太陽翼，用於提供軌道與姿態控制、電力能源供應、熱控環控。

關鍵技術

空間交會對接

空間實驗室階段關鍵要突破飛船空間交會對接技術。空間交會對接技術難度很大，在對接過程中，如果計算不準，就可能發生飛船相撞事故。因此，需要進行大量試驗才能掌握這一技術。

兩個或兩個以上的太空飛行器通過軌道參數的協調，在同一時間到達太空同一位置的過程稱為交會。對接是在交會的基礎上，通過專門的對接機構將兩個太空飛行器連線成一個整體。實現兩個太空飛行器在太空交會對接的系統稱為交會對接系統。

交會對接系統通常包括跟蹤測量系統、姿態與軌道控制系統、對接機構系統等。兩個太空飛行器在太空進行對接，其初始條件是兩者保持對接機構的同軸接近方式和確定的縱向速度，以及在其他線坐標和角坐標上的速度為零。但兩個太空飛行器之間的實際相對運動參數總是有偏差的。

一般情況下，兩個太空飛行器之間的相對位置及其平動速度通常是靠主動太空飛行器軌道控制系統和兩個太空飛行器的姿態控制系統來維持的，前者適用於控制質心的平動運動，後者適用於控制繞質心的轉動運動。太空飛行器的空間交會對接控制方法有兩種，一種是人工控制、另一種是自動控制。用人工控制來完成太空交會對接可以提高交會對接的成功率。自動控制交會對接可靠性高，不需考慮人員的安全和救生問題。在太空飛行器的交會對接技術方面，未來的發展趨勢是人工控制和自動控制相結合，以提高交會對接的靈活性、可靠性和成功率。

航天員出艙技術

空間實驗室長期在太空運行，暴露在艙外的各種設備、部件等容易受到太空環境的損壞，發生老化和故障，因此需要航天員到艙外去維修或更換，進行這一工作，必須對航天員進行在失重環境下穿航天服、打開艙門、在太空環境下使用工具、在太空環境下走路等必要技術的訓練。

特點

空間試驗室是試驗性的空間站，以突破和驗證空間站關鍵技術為主要任務目標，以“短期有人照料、長期無人值守”為主要工作模式，具有相對較短壽命(1年左右)的低軌道中小型載人太空飛行器。空間試驗室一般具有如下主要特性：

（1）通過一次性攜帶的物資，可實現少批量、短時間航天員在軌駐留，不支持長期載人；

（2）一般沒有在軌補給和補加功能，壽命較短；

（3）規模小，不具有可擴展性；

（4）只能進行空間站關鍵技術的驗證試驗，可開展有限的空間套用。

從任務目標、功能、基本指標等方面看，空間試驗室與空間站均存在較大差異。

空間試驗室與空間站比較

項目名稱	空間試驗室	空間站
設計主導思想	短期有人照料、環境適宜生活、工作，並研究長期駐留的技術。	支持長期駐留。配置長期支持生活的設施，以航天員為主導設計主導開展駐留期間的工作。
主要任務	驗證空間站技術。	空間套用為主，可開展各類空間技術試驗。
工作模式	長期自主飛行，短期有人照料。	長期有人照料。
規模	單艙，只有1個對接口，原則上不可擴展。	多艙段，至少2個對接口，可擴展。
在軌壽命	1年左右。	5～l0年或更長。
在軌駐留時間	短期，航天員一次在軌駐留時間一般小於60天。	長期，100天以上。
運輸系統	一般沒有專用的貨物運輸系統，發射時帶足燃料。	具有配套的運輸能力，可定期完成燃料及消耗品的補充。
太空飛行器修理維護	原則上只作試驗項目。	例行工作。
空間套用	有限	可通過增加和更換，實現大規模、多項目的空間套用。