跌宕起伏的一生
——美國天空實驗室

文 / 杜駿豪

與四戰四敗的蘇聯N-1 火箭登月任務相比，美國的土星5 號火箭算得上是非常成功了。它連續成功發射12 次，其中包含多次載人發射，先后將12 名航天員送上月球。蘇聯的載人登月計劃失敗，只好將主攻方向從登月轉移到空間站建設之上。在蘇聯宣布建設“禮炮號”空間站的同時，美國也不甘示弱，準備發射一座空前巨大的空間站，這便是大名鼎鼎的天空實驗室（Skylab）。得益于土星5號巨大的運載能力，天空實驗室的尺寸比一般人想象的要大得多：長36 米， 主 體直徑6.7 米，重達90.6噸。它寬闊的內部空間為航天員提供了非常舒適的工作、生活環境，至今沒有其他任何一艘單體載人航天器能與之相比。

◎◎天空實驗室在軌期間的照片，沒有參照物你很難體會到它的龐大

◎◎正在建造中的天空實驗室地板

NASA（美國國家航空航天局）的工程師考慮問題十分周全：人造地球衛星在太空中有被微隕石撞擊的風險，而天空實驗室體積龐大，遭受太空中不速之客撞擊的概率更高。因此工程師為天空實驗室設計了一層微隕石防護罩。天空實驗室被發射入軌后，防護罩在軌展開，這層防護罩既是“金鐘罩”，能一定程度上減少隕石撞擊的危害，又是“隔熱服”，可以抵擋宇宙射線，為航天員營造安全舒適的環境。

令工程師始料不及的是，這些看似完美的設計卻在接下來的任務中帶來了不小的麻煩。1973年5 月14 日，龐大的土星5 號拖著百米長的火舌，僅用時10 分鐘便把龐大的天空實驗室送入了440 千米高的近地軌道。但在入軌后，天空實驗室的下行信號就顯示微隕石防護罩展開異常，而最大的兩片太陽能電池板也沒有正常展開。此外，工作艙的溫度竟然在瘋狂升高。天空實驗室外部的溫度傳感器示數直逼82℃，并且很快超出了量程，艙內溫度計示數也上升到了40℃。經過緊張、迅速的分析，工程師大致得出結論——微隕石防護罩可能不見了。

◎◎天空實驗室結構圖

◎◎土星5號13次發射任務對比照片，可見在最后一次的天空實驗室發射任務中，對火箭做了較大改動

天空實驗室已經成了“離弦之箭”，把它搬回廠房維修是不可能的。如果天空實驗室的溫度不能下降，其內部攜帶的食品大都會變質，為航天員準備的藥品也會悉數失效，更可怕的是如果溫度進一步升高，天空實驗室的聚氨酯外壁會分解出一氧化碳和氰化氫等致命氣體。馬歇爾航天中心內各路專家云集，八仙過海，各顯神通。在事故發生后幾天內，專家們提出了不少臨時隔熱方案。經過緊張而高效的討論，兩個可行性最高的方案納入最終實施流程。

第一種方案是通過工作艙的科學氣閘展開一張大遮陽傘。天空實驗室在工作艙外壁設計了兩個長寬各20 厘米的氣閘，航天員不出艙即可通過這一小閘門向外太空放置實驗樣品。第二種方案是設計一面遮陽簾——通過天空實驗室外部的三個支點架起橫桿，在空間站外鋪展一張更大的遮陽簾。兩個方案相比，部署遮陽傘是更加簡單快捷的方案，所以被選定為首選方案，制作遮陽簾則為備選方案，兩大方案同時推進。

◎◎正在加緊時間趕制遮陽傘的阿麗恩·貝克爾

◎◎Skylab 3乘組航天員離開時拍攝的照片，可以清楚地看到兩層金色的遮陽裝置

時間緊迫，NASA 找來了縫紉女工阿麗恩·貝克爾，在工程師的指導下連夜縫制遮陽傘。完成的遮陽傘幾乎是在發射前最后一刻被放入了阿波羅飛船（Apollo）內。1973 年5 月25 日，皮特·康拉德、保羅·韋茨和約瑟夫·科爾文組成的Skylab 2 乘組乘坐土星1B 運載火箭發射升空，大約6 個小時后順利到達了酷熱難耐的天空實驗室。他們用2 個小時便組裝好遮陽傘，并成功通過科學氣閘將遮陽傘展開。這項工作不一會兒就有了立竿見影的效果——艙內溫度逐漸下降，終于穩定在了比較舒適的25℃左右。同時他們發現：天空實驗室的一面主太陽能電池板完全脫落，不知所蹤；另一面主太陽能電池板則被損壞的微隕石防護罩碎片纏繞，無法正常展開。康拉德和科爾文通過3 小時25分鐘的太空行走，費了九牛二虎之力將纏繞的碎片切斷，太陽能電池板成功展開，空間站恢復了電力供應。

同年7 月28 日，Skylab 3 乘組航天員前往天空實驗室，成功安裝了帶有隔熱涂層的遮陽簾，徹底解決了天空實驗室的“高燒”病。在無數科學家、工程師與航天員的通力配合下，這個耗資25 億美元的航天計劃終于被挽救。而地面工程師也找到了這一系列麻煩的原因——在發射階段，超音速的氣流沖進了微隕石防護罩與天空實驗室外壁間的縫隙，完全破壞了微隕石防護罩，同時摧毀了兩個太陽能電池板中的一個。

天空實驗室先后迎來了3 批共9 名航天員駐留，運行期間開展了百余項實驗，在物理學、生命科學、材料科學、地球觀測甚至電影技術領域獲得了大量科研成果。其中里卡爾多·賈科尼依靠天空實驗室的實驗數據，在X 射線天文學及太陽輻射研究領域取得豐碩成果，因此獲得了2002 年的諾貝爾物理學獎。

在最后一批航天員離去時，他們抬升了天空實驗室的軌道高度，希望天空實驗室能堅持到航天飛機到來。遺憾的是，NASA 當時經費緊張，航天飛機的研制進度遲緩，天空實驗室的軌道高度衰減也快于預期。在經過近6 年的孤獨等待后，天空實驗室再也撐不住了。1979 年7 月11 日，天空實驗室飛入大氣層，化作一道絢麗的火光，少量碎片掉落在澳大利亞西南部的無人區。因為NASA 對天空實驗室的解體速度和墜落位置的估計都存在比較大的誤差，所以天空實驗室未能像他們希望的那樣墜落在南非開普敦以南的大海中。不完美的謝幕并沒有影響天空實驗室的歷史地位，作為美國人在太空中的第一個家，天空實驗室為美國積累了空間站設計和運行的經驗，為后續的國際空間站計劃奠定好了基礎。

◎◎航天員在天空實驗室內的合影

◎◎高中生朱迪·邁爾斯正在介紹由她設計的實驗——看蜘蛛在太空中如何織網

◎◎天空實驗室飛入大氣層時的景象