天空實驗室：坎坷「前輩」留下豐富遺產

前不久，許多愛好者用各種方式慶祝了天空實驗室誕辰45周年。作不美國第一個，也是最後一個獨立空間站，它的一生可謂千迴百轉，充滿戲劇性……

「變廢為寶」之計終於成功

說起天空實驗室的誕生，實屬阿波羅計劃遺產的一個「變廢為寶」過程。上世紀70年代，在美國航天員6次成功登陸月球之後，公眾似乎已經厭倦了插旗式的載人登月。加上時任總統尼克松對美國宇航局預算「痛下殺手」，載人月面探索不得不告一段落。為了合理利用阿波羅計劃的「遺產」，為後續太空梭和長期載人空間站積累經驗，美國研發了第一個載人空間站，並取名為「天空實驗室」。

天空實驗室的設計十分特別，是由土星五號運載火箭的第三級改造而來，長25.1米，艙段直徑6.6米，內部加壓空間351.6立方米。和同年發射的蘇聯禮炮-2空間站對比起來簡直是「豪」無人性，如果說18.5噸的禮炮-2空間站是「蝸居」的話，重達77噸的天空實驗室就是名副其實的「豪宅」。

但是，自天空實驗室誕生後，其坎坷就和它相伴一生，它升空僅僅63秒後便遭遇意外，其微流星防護板和一側的太陽電池板被意外出現的高速氣流衝掉，防護板遮陽功能的缺失致使艙內溫度飆升至50攝氏度左右。

同年5月，為了拯救天空實驗室，阿波羅飛船搭載3名航天員與其對接，航天員用一頂遮陽帆遮蔽陽光，並修復了另一側卡澀的電池板，最終使空間站「起死回生」。

接下來，美國又發射了兩艘阿波羅飛船，均成功與天空實驗室對接，每次任務3名航天員，3次任務累計在空間站工作了171天。1974年2月第三批航天員返回地球後，天空實驗室轉入無人在軌運行狀態，靜待美國宇航局當時正在研發的所謂「低成本」可復用的太空梭首飛，並與天空實驗室對接，再由太空梭進行進一步的軌道抬升。

但是俗話說「天有不測風雲」，由於太陽活動周期的變動，大家都低估了太陽黑子的活動程度。從1978年2月起，太陽黑子活動驟然增加，使地球大氣溫度升高。大氣層膨脹增加了天空實驗室所受的氣動阻力，導致它速度減小並不斷發生軌道衰減。而當時的美國宇航局由於正處於阿波羅計劃結束後、太空梭服役前的「青黃不接」時期，無力拯救天空實驗室，只能眼睜睜地看著它於1979年提前再入大氣層，化為一道華麗的火光划過天空，最終墜入茫茫大海。

成績斐然且後繼有人

天空實驗室是美國第一個也是最後一個獨立空間站，自1981年太空梭首飛後，美國並沒有繼續單獨興建空間站，而是與多方合作共建運行至今的國際空間站。

因此，作為美國空間站系統的「獨苗」，天空實驗室在服役期間進行了200多項科學實驗，包括多種生理、物理、輻射防護實驗等，甚至還包括失重環境下的蜘蛛結網實驗和材料製造實驗。

相對於蘇聯艙內空間狹小的禮炮系列空間站，天空實驗室不僅儀器設備豐富，內部空間和生活條件也相當「奢侈」。比如，配備了空間站上少見的「浴室」；還有航天員繞著6米多直徑的空間站艙壁「跑步」的畫面更是讓人印象深刻。

當然，天空實驗室的成就不僅限於此，其在軌運行期間的科學發現大幅推動了人類對於太陽活動的認識，為更準確地預報空間天氣的變化提供了理論依據。

天空實驗室上搭載的望遠鏡裝置裝配了X射線、極紫外、紫外、可見光等波段的成像和光譜觀測設備。通過分析白光日冕儀數據，科學家們發現了與行星際激波對應的日冕瞬變現象——日冕物質拋射。今天，作為影響地球空間天氣狀況最顯著的現象之一，日冕物質拋射的產生、傳播和它對地球的影響依然是相關研究的熱門領域。

正所謂「成也太陽，敗也太陽」，正是異常太陽活動造成了天空實驗室的提前隕落。但儘管如此，天空實驗室依舊為美國積累了大量空間站設計和運行的經驗，更是推動了後續的國際空間站計劃。

「絕佳乘客」和「優秀前輩」

天空實驗室之後，土星五號重型運載火箭隨之退役，直接導致後續的45年間美國再無如此龐大的空間站艙段進入太空。

歷史總是驚人地相似，曾經研發能源號和N1重型運載火箭的蘇聯此時也已經變成了只有質子運載火箭的俄羅斯。受太空梭和質子火箭的運力和整流罩（貨艙）空間限制，國際空間站只能採用多次發射並在空間組裝的方式完成，間接導致空間站結構更加複雜，艙外安裝調試活動也隨之增加，成本也間接上升。

雖然國際空間站總的居留空間是天空實驗室的2倍多，但是受艙段直徑的束縛，活動空間和舒適性反倒有所下降，而天空實驗室僅利用兩次發射便完成了搭建、修復並投入使用，可見重型運載火箭在大型空間結構部署過程中的獨特優勢。

如今，國際空間站已經進入最終去留的十字路口，目前經過改造後轉為商業運行已經成為出路之一。

在空間站商業化大潮下，運營思路不同以往，降本盈利已經成為各家共同面對的課題。這時，天空實驗室靈活運用火箭末級，使之變廢為寶的思路便重新煥發了活力。

例如，美國NanoRacks公司提出了野心勃勃的空間前哨計劃，將廢棄的宇宙神V火箭的半人馬上面級作為改造原型，逐步改造成可居留空間，改造進程可以直接在太空中通過空間機器人完成，相對於單獨設計建造空間站艙段，具有顯著的成本優勢。

無獨有偶，天空實驗室的巨大居留空間也成為了商業航天公司效仿的目標，畢格羅公司在已有的BEAM充氣式測試艙段的成功基礎上，正在研發BA330和BA2100充氣式空間站，通過進入軌道後充氣式膨脹的方式達到當年天空實驗室的大直徑效果，為未來造訪的航天員和遊客提供更加舒適寬敞的太空居住環境。雖然目前來看這些更多的只是商業構想，但是天空實驗室作為「前輩」，已經為他們提供了充足的信心。

文/王鑫

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