撰文 | 庞之浩（中国空间探测技术首席科学传播专家）

责编 | 叶水送

1971年4月19日，前苏联将全球首个试验性空间站——礼炮一号发射升空，开启了人类太空研究新的纪元。

礼炮一号试验性空间站质量约18吨，总长16米（包括交会对接天线在内，但不包括与其对接的联盟号飞船），最大直径4.1米，可居住空间85米立方米，太阳能电池阵的翼展11米。它由对接过渡舱、轨道舱（又叫工作/生活舱）和服务舱（又叫仪器/推进舱）3个部分组成，其中对接过渡舱和轨道舱是密封舱，服务舱为非密封舱。

 世界第1座空间站礼炮一号结构图

位于头部的对接过渡舱顶端有一个直径为2.2米，长3.7米的锥形对接舱口，用于联盟号飞船对接，航天员和物资由此对接舱口进出空间站。其内部装有猎户星座望远镜的部件、相机和生物学实验设备；外部安装猎户星座望远镜的外露部件、2个太阳能电池翼、交会对接天线、闪光灯、电视摄像机、热控制板和研究微流星撞击的探测板等。

位于中部的轨道舱是礼炮一号的“心脏”，由直径各为2.9米和4.1米的两个圆筒组成，总长9.1米，内部容积约为85立方米，供航天员工作、进餐、休息和睡眠，舱内的小气候保持与地面相同。航天员通过对接过渡舱之后，先进入直径为2.9米、长3.8米的圆柱型工作区，这里装有控制站体的最大的控制面板。接着，航天员经过1.2米的连接段以后，到达直径4.1米、长4.15米的最大工作区。

为了使航天员有一个良好的定向参考系，最大工作区的地板、天花板和周围的墙壁漆成不同颜色。它的前部用来进餐、娱乐和睡觉，其余地方装有导航和机动控制用的陀螺系统、控制仪表板、食物和水的贮箱、卫生设备，以及航天员的锻炼设备和大型观测装置（X射线望远镜）等。

这2个不同直径的圆柱形舱段的连接段存放药品和简单的锻炼器械。在直径2.9米的较小工作舱外侧下方，装有较多仪器和传感器，包括生物传感器、水平传感器、星敏感器、光学瞄准仪和离子传感器等。在直径为4.1米的较大工作舱外侧不安装仪器，而是覆盖了一层热防护板。

礼炮一号在轨飞行示意图

位于尾部的服务舱长2.17米，直径2.2米。舱内装有必要的仪器（如离子传感器）、1台机动变轨发动机、姿态控制发动机和推进剂。机动变轨发动机的推力约420千克，可多次启动工作，总工作时间达1000秒以上。舱体外部安装了两个总面积约23平米的太阳能电池翼、交会雷达天线和电视摄像机等。摄像机用于航天员和地面控制人员监视礼炮一号的工作情况。例如，可以用来监视礼炮一号与运载火箭末级分离的情况。

礼炮一号的主要基本分系统包括：主控制系统，它既可自动工作，亦可由航天员手控或地面遥控工作；方位和运动控制系统，用于对接操纵；发动机姿态与机动控制系统，用于轨道机动和交会操纵；无线电指令与电视控制系统；远距离通信系统；无线电遥测系统，用于探测目标飞船；电源系统为两对太阳能电池翼，其外观和联盟号飞船上用的太阳能电池翼相似。但是，礼炮一号与“联盟”飞船复合体的太阳能电池阵总面积为42平米，相当于“联盟”飞船的太阳能电池阵面积的3倍；生命保障系统以及生物医学装置。

礼炮一号试验性空间站和“联盟”飞船对接后，两者的电源可以互相连接，飞船的电源可供复合体用。其姿态控制系统和曾用于“联盟”飞船的光学敏感器使太阳能电池翼对日定向。此外，飞船的推进系统和姿控系统也可为复合体服务。

质子号火箭发射礼炮一号

礼炮一号内有7块控制仪表面板，用以监测站内各分系统的工作情况和控制各种仪器设备的工作状态。

1号面板是该空间站的中心控制仪表板，用来控制站内的主要分系统，是其他6块控制仪表面板的信息汇合中心。它位于直径较小的轨道舱内，面板前有2把椅子，可供2名航天员同时操作。礼炮一号的定向与导航控制手柄，以及定向系统的光学敏感器也安装在这里。

2号面板也装在轨道舱的小直径区域，主要用来完成人工天文定向和导航以及礼炮一号操纵及观测等。

3号面板安装在轨道舱的大直径区域，用来控制礼炮一号内的科学仪器。

4号面板在对接舱的锥形段，用作医学研究，同时也可控制部分仪器设备。

5号面板安装在对接舱的顶部，用来控制猎户星座望远镜。

6号面板位于轨道舱的小直径区。它的用途与2号面板一样，还操作一个小型“温室”，以进行植物生长实验。

7号面板用来控制研究地球物理学的科学仪器，位于轨道舱前段，操作对地观测仪器进行对地观测。

从这些面板完成的任务看，礼炮一号试验性空间站远远超过了“联盟”飞船。

礼炮一号与联盟十一号载人飞船交会示意图

礼炮一号上装载的主要仪器设备有：猎户星座望远镜，它是进行天文物理学实验的关键设备；AnnaⅢγ射线望远镜，质量45千克，耗电14W能探测到100MeV以上的γ射线源，用来研究宇宙线的组成；FEK—7相机 用来研究宇宙线的组成；微流星传感器，装在舱外，安装在服务舱和轨道舱大直径段的外表面上，用来研究微流星对礼炮一号的撞击。

礼炮一号试验性空间站内的照相设备采用可见光相机和多光谱相机，用来进行地质、气象、海洋和天文学研究；医学设备用来研究人在空间长期失重环境中的生理变化；生物设备用来进行各种生物学实验。

1971年4月19日，苏联质子号运载火箭将礼炮一号试验性空间站送入200～222千米，倾角为51.6°的轨道上，运行周期88.5分钟。经过9圈的地面测控，礼炮一号空间站运行和工作正常。

1971年4月23日，联盟十号飞船载航天员沙达洛夫、耶里谢也夫、鲁卡维士尼科夫上天，实现了与礼炮一号试验性空间站的对接，但因飞船闸门失灵，飞船上的这3名航天员未能进入礼炮一号。

联盟十一号的3名航天员在座舱内

1971年6月6日，联盟十一号飞船载航天员杜勃洛夫斯基、伏尔科夫和帕察耶夫进入轨道，经过6小时的轨道机动，使联盟十一号飞船的轨道与礼炮一号试验性空间站相同。第2天，两个航天器逐渐接近，在150米的距离上开始交会对接操作，这个过程也进行得比较顺利。

在联盟十一号飞船与礼炮一号试验性空间站交会对接过程中，礼炮一号是被追踪的目标航天器，联盟十一号为追踪航天器。但在交会对接的初始阶段，礼炮一号和联盟十一号双方都进行变轨机动，使相对距离接近到15～30千米之内。在这个距离内礼炮一号不再进行轨道机动，以保持与联盟十一号对接的特定方向。

在对接的同时，联盟十一号飞船的电气系统和液压系统也同礼炮一号试验性空间站连接。经过压力调节并打开舱门后，航天员进入了礼炮一号试验性空间站。

此后，3名航天员先调节了轨道舱的环境，开始了适应性工作。6月8、9日，他们操纵联合体进行了多次较大的轨道机动，一度使轨道变为259～282千米。从10日开始，他们按计划进行各种实验工作：测试礼炮一号试验性空间站内辐射水平、分析航天员血样、用γ射线望远镜观测天文、进行鱼类在“水”中运动实验、种植植物实验、用相机拍摄地球。6月19日，他们利用猎户座望远镜进行了恒星观测。他们还研究了无线电信号的衰减，并对地球和地球天气现象进行了观测。到6月23日，他们打破联盟九号飞船飞行18天的纪录。

联盟十一号飞船返回舱着陆后，营救人员对航天员进行抢救

6月28日，地面控制中心要求航天员在次日返回。6月29日19：28，联盟十一号与礼炮一号分离。在编队飞行1小时后，航天员操纵飞船降低轨道准备再入。此后由于飞船返回舱的一个压力调节阀在与轨道舱分离时被打开了，舱内的空气很快泄出，加上航天员没有穿航天服，所以虽然降落伞安全将飞船回收，但3名航天员早已因缺氧窒息而死。这场重大航天事故导致对“联盟”飞船进行重大的修改，以提高安全性和可靠性，此后航天员在发射和返回时必须穿舱内航天服，以防万一。

在礼炮一号试验性空间站飞行期间，地面控制人员曾启动礼炮一号上的发动机，阻止礼炮一号空间站轨道高度的衰减。1971年10月11日礼炮一号最终进入大气层，在太平洋上空烧毁，它在轨道上运行了共175天。

虽然礼炮一号只接待过1批航天员，但它开辟了载人航天的全新天地。难怪苏联宇航科学家福克斯托夫自豪地说：“我们拥有一个巨大的空间实验室，里面装着好几吨重的探测设备，有望远镜、摄谱仪、光电光度计、电视设备等。在该空间实验室的工作寿命期间，有许多实验可能不必把人送到空间实验室去就能完成，尽管研究方法只能由人来确定。”

礼炮一号与联盟十一号复合体在轨飞行示意图

礼炮一号的飞行基本上是成功的，在当时产生了很大影响。此后，苏联又先后发射了6座“礼炮”系列空间站。“礼炮”系列空间站可分为以下两代。

礼炮一号至五号为第一代空间站，质量为18～18.9吨，可居住空间85立方米左右，一般在离地面200～250千米高的轨道上运行，轨道倾角均为51.6°。由于它们具有试验性质，所以也叫试验性空间站。其主要特征是站上均只有1个对接口，因而只能接纳1艘客货两用飞船（运送往返人员和少量物品），其科研仪器和主要物品均是发射前就装入了空间站内，无法及时补给许多重要物资，这就限制了载人航天的时间和空间站在轨运行寿命。

不过，第一代空间站解决了许多有关的重大科技问题，如证实了在太空也和地面一样，有必要把住宿、工作场所与交通工具等按各自的特点分别建造，这样才能解除相互间的束缚，获得高效率；人在太空的人造环境中驻留较长时间，可用轮换航天员的办法使空间站的利用率提高；试验性空间站即使是短暂性的，也比其他航天器有较大进步。

组装中的礼炮三号军用空间站

虽然5座试验性空间站在设计上大同小异，都能居住2名或3名航天员。但是，自从联盟十一号上的3名航天员在离开礼炮一号返回地球过程中丧生以后，“联盟”飞船只载2名航天员上天，所以礼炮三号～五号每次都只居住2名航天员。

值得注意的是，礼炮一号上天之后，按着使用目的的不同，苏联对“礼炮”系列试验性空间站进行了改型，形成了两种类型的空间站：一种是军用型，一种是民用型。军用型空间站的外形和结构改变较大，由原来的两对共4个太阳能电池翼改为3个较大的太阳能电池翼，安装在空间站中段；内部系统的主要变化是增加了军用系统的比重；民用型空间站与礼炮一号相差不大，从外形看，主要改进也是在中部安装了3个大型太阳能电池翼。这两种改型在1972年中基本完成。

在5座空间站中，礼炮一号为军民两用型，礼炮四号为民用型，礼炮二号、三号、五号则均为军用型。军用型空间站上大多装有高分辨率相机，室内所有航天员和飞行工程师都是军人。民用型空间站航天员主要进行了一些有关空间站技术的试验，并完成了天体物理学、航天医学和生物学等方面的科研计划，考察了地球自然资源。

制版编辑 | Morgan