航天史:24.太空第一步

上文书讲到了我国在1964年爆炸了第一颗原子弹,在此之前,自己研发的东风2号也成功发射了。美国人说我们是“有弹无枪”,其实也不能这么说。虽然没有长射程的导弹,打不到美国本土。但是打打美国在日本和冲绳的地基是没有问题的。只是要把原子弹小型化,装到导弹上,还有不少具体工作要做。也就是枪也有,弹也有,就是还没上膛。
所以,原子弹的小型化是一件非常急迫的事儿。因为原子弹小型化以后才能装到导弹上,装到飞机上,才能变成一件实用的武器。中国的第一颗原子弹只是实验装置,完全没有实用性。当然,世界各国的第一颗核武器往往都没有实用性。而且,原子弹的小型化也涉及到了氢弹的研发,因为氢弹是要用一颗小型化的原子弹来引爆的。
不仅仅是原子弹要做升级改造,东风2号导弹也要做升级改造。因为导弹的头上装的是真家伙。万一打歪了,麻烦就大了。所以东风2号导弹进行了一次大的升级,改成了无线电和惯性复合制导。预计精确度会大大提升,达到1.5~3公里。这才满足在本土进行导弹等武器结合试验的要求。
那个时代我们国家的很多部门都是用的数字编号,为的就是保密,二机部是专门搞核武器的,七机部是专门搞航天和导弹的。这两个部门都是严格保密的单位,互相都不知道对方在搞些什么,为了完成两弹结合试验,还要组成跨部门的协调机构,有关这事儿,聂帅从1963年就开始张罗。但是,这也不是一件容易的事儿,所以一时半会儿也急不来。

国际上,美苏两国仍然是相互咬的很紧,苏联人压力也大。美国人的双子座飞船可以运载两名宇航员。这一次,美国人倒是没有再用逃逸塔,他们嫌逃逸塔的太重了,这有可能是个完全用不上的累赘。所以,美国人反而像苏联人一样安装了弹射座椅。但是,水星飞船内部用的是几分之一大气压的纯氧。如果弹射座椅启动点火,座舱里会烧成什么样,大家也能想象。别忘了,这可是有两个宇航员。弹射座椅不太可能一起弹射。前边一个弹出去了,飞船烧焦了,第二个人怎么办?所以,这事儿不是太靠谱儿。再说了,假如火箭发射以后,速度超过了音速。这个时候再发生故障,弹射跳伞几乎是不可能的。所以,这东西从来没人打算使用它。

双子座飞船结构

双子座飞船上装了一个电脑,重量达到50多斤,包含4k的内存。那时候的电脑也就是这点水平,做简单地计算,执行一些简单地动作也还够用。总比宇航员自己操控要好多了。飞船还搭载了第一块燃料电池,我们知道电池总是需要电极的,一般的干电池是用碳棒作为正极,金属锌作为负极。但是,负极材料腐蚀完了,用光了,电池也就没电了。因为金属材料是没办法更换的。
但是如果用气体作为电极呢?这不就是可以OK了嘛。所以,早在19世纪前半期,就有人在实验室里搞出了原始的燃料电池。利用溶解在水里的氧气和氢气产生化学反应来发电。氢气和氧气反应以后生成水,反正气体是可以持续不断的输进去的,用光了还有补充。到20世纪30年代,燃料电池技术开始得到大家重视。开始研发实用的燃料电池技术,到了1955年,通用电气的工程师用磺化聚苯乙烯离子交换膜作电解质,改造了燃料电池。
3年以后,通用电气的工程师在交换膜上蒸了一层非常薄的铂金作为催化剂,再一次提升了燃料电池的性能。现在,燃料电池已经可以实用化了,首先就装在了双子座飞船上。这是燃料电池的第一次商业应用。所以,燃料电池技术是不折不扣的航天技术,如今也是大热门啊。
美国人希望1965年的3月份发射第一艘载人的双子座飞船。苏联人当然不希望被赶超,本来赫鲁晓夫希望自己这边在1964年十月革命节的时候能搞定,科罗廖夫就不得加班加点,但是上升1号飞行途中,赫鲁晓夫下台了,新上台的领导没有下这样的死命令,科罗廖夫松了一口气。他决定把时间往后推迟,延迟到1965年再发射上升2号。但是,尽管松了一口气,但是无论如何是不能落后于美国人的。

上升2号需要附加一个伸缩式气闸舱

新一批宇航员已经摩拳擦掌准备多时了。别利亚耶夫和列昂诺夫最终被确定为上升2号的宇航员。上升2号只搭载两名宇航员,这次要进行太空行走,必须留一个人在舱里接应,另外一个人出舱,因此必须是两个人。这一次不能不穿航天服了,三个人无论如何塞不进去。所以,空了一个座位没坐人。

列昂诺夫和别利亚耶夫

双子座计划也有太空行走的安排,所以,他们的太空舱实现做了相关的准备。只要两个宇航员穿好航天服,保证不漏气,然后把飞船的里的空气排出去,打开舱门,宇航员系着绳子出去飘一圈,然后回来,把门关上,重新充气,然后把航天服脱下来就完事了。这样的好处是省事,反正只有两个宇航员,座舱又不大。
但是上升2号就不是这个流程,科罗廖夫的团队认为,这样做对上升号飞船改动太大了,来不及。再说了双子座飞船的这套办法不是个通用的解决方案,你先想看,现在飞船的确很小,人也很少,假如将来飞船大了,人多了。因为一个人要出舱,大家都不得不停下手头的工作,穿上笨重的航天服。然后把一大屋子空气全都抽光,等到变成真空了,再打开舱门,这得费多大劲啊,不合算嘛。
所以,苏联工程师们想出来一个外挂的方式。在上升号外边挂上一个1.2米粗细的蛇皮管,长度大概是2.5米。平时压扁了折叠在太空舱外边。等到宇航员要进行太空行走的时候,再把这个折叠的管子伸开。作为飞船和太空的过渡地段。这个折叠的管子叫做“伏尔加气闸舱”。用完以后,就可以抛弃了,不用带回地球。
苏联人也担心这个结构不灵,发射了一个不载人的飞船,叫代号叫“宇宙57号”。结果因为地面发送指令错误,这个飞船在太空爆炸了,没有完成验证。但是苏联人也没时间等了,生怕被美国人超过,就只能让宇航员上太空去测试了。
说的简单,其实这个管子内部的结构还挺复杂。首先需要一个严密的门,漏气可不行。其次是这种折叠伸缩的结构,需要足够可靠,不能出问题。宇航员在太空里是失重的,因此要在管子上安装栏杆扶手之类的辅助装置,还要有灯负责照明。还要有航天服的保存装置,出舱的航天服和在舱内穿的不是一码事。

列昂诺夫穿的金鹰航天服

舱外航天服必须包含整套的生命支持系统,而且要能够防住宇宙射线和超强的紫外线。还要防范微流星体和太空垃圾的伤害。微流星体很小,最大的也不到1克的重量。体积也就是小拇指尖那么大。但是,别忘了飞船在太空里是什么速度。万一碰上一颗逆向飞过来的,简直比子弹还要快上许多倍,不可不防。后来出舱经验多了。大家发现,遇上密集的微流星体的话,宇航服表面会有喷砂的效果。
宇航员出舱行走的话,需要氧气,必须提前吸入纯氧,就跟潜水差不多。为的就是尽量把血液里溶解的氮气排出来。因为宇航服里的气压不可能和飞船里保持一致,要是那样,宇航服将会非常厚非常重。所以,只能靠低压纯氧。如果不事先把体内的氮气排出来,在低压环境下,氮气从血液里咕嘟咕嘟的变成小气泡冒出来,人可受不了的,会得减压病“减压病”。
当然,太空服里还有温度控制系统,防止温度过高或者过低,这两种情况都有可能发生。因为太空里没有空气,人体的热量无法通过空气对流散出去,因此要想法子把热量带走。
总之,舱外航天服是非常复杂的,里里外外好多层,穿脱都异常麻烦。但是这是保障生命所必须的。
1965年的3月18日,列昂诺夫和别利亚耶夫坐进了上升2号的座舱里。地面控制人员向勃列日涅夫和柯西金做了汇报,飞船按时发射,因为这一次发射意义重大,宇航员要进行太空行走,所以电视台都开始准备转播,宇航员的家人也都在电视机前等着呢。时间一到,上升号火箭点火升空,列昂诺夫和别利亚耶夫就被强大的火箭送进了太空。苏联对于发射载人飞船已经是轻车熟路了。但是,这次飞行一开始就磕磕绊绊。本来预定进入距离地球300公里的轨道。哪知道火箭卯足了劲,把飞船送到了500公里高的轨道上。
当飞船进入太空以后,宇航员按下按钮,把伏尔加气闸舱伸出去了。这个大管子是充气的,伸开了足有2.5米长,1.2米直径。充其量也就是一张写字台的宽度,一点也不宽敞。先要往气闸舱里面灌进空气,等到气闸舱的气压和飞船一致以后。宇航员打开了飞船的舱门,门外就是气闸舱的大管子。
列昂诺夫把自己宇航服上的各种管子解下来,飘进了气闸舱。开始和气闸舱的管道做连接。后边别利亚耶夫把飞船的门给关上了。等到列昂诺夫一切收拾停当,该接的接好了,该拿的也拿了,气闸舱开始减压过程。等到减压到0,成了真空状态。地面的科罗廖夫告诉宇航员,可以开门出舱了。
气闸舱的门一开,一道阳光就透进来了。列昂诺夫开始往舱外爬。伸头一看,下方的地球云遮雾绕,也不太好辨认这是什么地方。按照轨道计算,应该是在黑海上空,在距离地面400多公里的高度上,列昂诺夫把身子探了出去。
地面上的人都紧盯着电视屏幕,其实那年头苏联的电视图像不好。从太空传回来的图像就更是不太清楚。但是,大家都紧张的不得了,眼珠都不敢挪开半秒,特别是与宇航员的家属。
只见列昂诺夫理了理身上的管线,手按管子边一用力,身体整个飘进了太空里。他翻过身,抓住气闸舱外的扶手。从气闸舱里把管线拉出来了,然后手一推,全身飘进了太空,现在他和飞船之间只有一根管线连接。列昂诺夫成了第一个在太空里漫步的人类。
他慢慢飘到了离飞船7米远的地方。这就是他离开飞船最远距离,毕竟管子也就这么长。因为朝向阳光的一面和背光面温差巨大,因此他不得不一会儿就转一下,保证受热均匀。这毕竟是人类第一次单独飘在太空里,周围什么也没有,浑身上下使不上力气,转了一阵子,他越来越控制不了自己的姿态,开始在太空里开始翻滚,人也离开了摄像机的视野。地面的电视转播马上就停止了,切换到了芭蕾舞。地面上还以为是飞船飞出了苏联上空,所以收不到信号了。
在太空里的这一顿折腾,列昂诺夫出了一身的汗,汗水甚至流进了头盔,流到他眼睛上,他还没办法去擦。他在太空里无依无靠,身体使多大力气都没用。在太空里,宇航服逐渐膨胀起来了,根本进不了气闸舱。列昂诺夫请示地面,是不是把宇航服里的氧气放掉一点。这样不就瘪下去了嘛。列昂诺夫知道宇航服里都是纯氧,即便是气压低一些,也不会有减压病。
地面上的科罗廖夫马上查看了所有的数据。列昂诺夫的体温很高,呼吸和心跳也都很高,宇航服里也很热。氧气还足够供应接近30分钟,但是照明只有5分钟时间了,所以必须当机立断。地面马上同意了列昂诺夫的建议,让他放掉一部分气。
好不容易进了气闸舱,但是列昂诺夫的姿势不对,他应该是脚先进去,头最后再进去,这样一反手就把气闸舱的门关上了,但是列昂诺夫偏偏是头先进去的。这时候,他没办法去关气闸舱的门,1.2米的直径,他转不过身来。不得已,冒着得减压病的风险,列昂诺夫又放掉了不少的氧气。让宇航服再瘪一点,这样才转过身,把气闸舱的门给关上。
这一顿折腾,列昂诺夫的心跳达到190次/分钟。从航天服膨胀起来,到最后关上舱门,前后一共210秒,也就3分半钟,列昂诺夫体重减轻了5.4公斤。每只靴子里面积了快3升水。你可见他承受的压力达到什么样的程度。
等着气闸舱慢慢充气,和飞船的气压平衡以后。飞船的舱门打开,列昂诺夫钻了进去,总算回来了。这时候,飞船也仅仅绕了地球2圈。他们必须在天上再绕15圈,足足飞行24小时,才能降落在预定的着陆点。科罗廖夫让他们抛弃气闸舱,继续以后的飞行。
本来以为应该没什么事儿了吧。哪知道飞船里氧气的浓度开始升高,而且高到了不正常的状态,如果再高下去的话,宇航员会出现氧中毒。地面人员一时间都搞不清楚,这到底是为什么。
要知道飞船里氧气浓度过高,并不仅仅是宇航员会中毒的问题。万一哪里冒出一个小火花,整个飞船就有可能爆炸,所以地面马上让宇航员关掉了飞船里面的灯。梁诺夫和别利亚耶夫两个人就开始调整温度和湿度,看看是不是能够解决问题,但是这些动作都没什么效果。
地面人员发现两位宇航员的脉搏和呼吸都不太正常。他们自己也感到有点头昏脑胀的,说不清楚是因为氧气中毒还是因为发困。
工程师们倒是发现了可能的原因,那就是列昂诺夫在进行太空行走的时候,飞船一面朝着太阳,足足持续了十几分钟时间,飞船的两面有300摄氏度的温差。热胀冷缩造成了飞船出现了微小的空隙。这点微小的空隙,其实对飞船来讲没有大碍。但是漏气传感器太过灵敏,自动控制系统做出了一个决策,那就是往飞船里面补充氧气,因此造成了氧气的浓度过高。
如果真是这样的话,两位宇航员就必须划开前面的一块内饰,找到乱七八糟电线后面的传感器,两个人一顿找,眼前一阵一阵的冒金星,氧气浓度过高对视网膜是有损害的。最后,他俩晕了过去。也不知道过了多久,他俩迷迷糊糊的听到砰的一声……下回再说。
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