2020，太空看中國

2018年珠海航展最大的明星，要數(shù)力壓殲20完美超機動表演的殲10B。但如果說館內(nèi)最受歡迎的展品，一定非空間站核心艙1：1實物模型莫屬。這臺工藝驗證艙，代表了中國空間站工程首次對公眾開放。站在核心艙前，抬眼望去，一個出艙的航天員正揮舞著國旗，我的腦海中閃現(xiàn)了好多故事。

中國載人航天工程啟動于上世紀90年代初，那時候，16個國家參與的“國際空間站”正建設(shè)得如火如荼，但，他們拒絕中國的加入。現(xiàn)如今，“國際空間站”上一共有59個國家共同參與了實驗應用，但，沒有中國。中國人想在太空做實驗，只有一條路，那就是靠自己。

中國空間站副總設(shè)計師朱光辰說：“我是1995年加入這個團隊的。從中國人提出自己的空間站計劃的第一天起，我和團隊就做好了開天辟地的準備。”“開天辟地”這個詞用的，不為過。多個國家共同完成的國際空間站，即使是在有美國、俄羅斯具備空間站研制能力的航天大國的參與下，仍然困難重重。而中國的空間站，要靠我們一個國家，一個沒有做過空間站的國家獨立完成。遇到的困難可想而知，科研人員的壓力更是前所未有的。記者問：難嗎？他們是這么回答的：“有機會把自己的專長，把自己的事業(yè)跟國家的重大工程結(jié)合在一起，有機會向世界展示中國人民的決心意志和力量。為此而奮斗，太幸福了?！?h3>曾見“曙光”

實際上，上世紀90年代并不是我們第一次挑戰(zhàn)如此難度的國家工程。1967年，當時的七機部八院就開始擬訂中國第一艘宇宙飛船的設(shè)想和方案。1968年1月8日，“651”籌備處的501總體部召開了第一艘載人飛船總體方案設(shè)想論證會，并建議把第一艘飛船命名為“曙光”1號。升空時間設(shè)定為1973年?？紤]到蘇聯(lián)美國飛船已經(jīng)上天了，蘇聯(lián)飛船上天的是小狗，美國是猴子，中國的原則是不再考慮生物上天，應該起步高一點.所以第一步就上宇航員。誰都想著自己的租國能夠早日強大起來，如果第一顆東方紅衛(wèi)星重達蘇美法日第一顆衛(wèi)星的總和，那第一艘“曙光”1號宇宙飛船也能夠多載幾名航天員，超過外國人。于是我們計劃上5名航天員。這是一個美蘇都沒敢嘗試的人數(shù)。兩年多后的1971年，蘇聯(lián)在發(fā)射飛船時，為了超過美國飛船載人的數(shù)量，在本應乘坐兩名宇航員的艙內(nèi)擠進了3個人，因為空間狹小，只能把航天服都舍棄了，結(jié)果返回時出現(xiàn)事故，3名宇航員全部死亡。高漲的熱情總是會在現(xiàn)實面前冷靜下來。

“曙光”1號的暫停有一個很偶然的因素。1971年9月13日夜晚，林彪一家調(diào)用空軍的一架三叉戟倉皇出逃，摔死在蒙古的溫都爾汗。調(diào)查中空軍成了“重災區(qū)”，包括宇航員訓練在內(nèi)的許多工作全部中斷。緊接著，空軍宣布宇航訓練籌備組解散。

當然也有必然原因。幾十年后曾經(jīng)擔任神舟飛船副總指揮的劉濟生說，他那時也參加了“曙光”1號飛船的論證工作。搞載人航天，要花很多很多的錢。而那時，國家沒有那么多經(jīng)費支持和發(fā)展載人航天事業(yè)。當時有人說，與其搞飛船，還不如把錢花在建水電站、化肥廠上，更有實際效果。所以，搞還是不搞，爭論不小。情況反映到上頭，最后還是毛主席拍板叫停，說力量不足，經(jīng)費不夠，宇航員這事先暫停一下，先把地球上的事搞好，地球外的事往后放放。后來.周恩來專門就中國載人航天的發(fā)展講了幾條原則，總的意思是說，我們不與蘇美搞太空競賽，要搞國家建設(shè)急需的應用衛(wèi)星。就這樣，到1972年，“曙光”1號載人飛船工程的研制開始減緩下來，到了70年代末，就整個停下來了，主要保留了核心技術(shù)的跟蹤、研究和開發(fā)。

“曙光”1號培養(yǎng)了大量的科技人員，老專家、設(shè)計隊伍都是搞飛船的，那一段試圖通往天上的秘密歷程，為后來的載人飛船及空間站的研究與建設(shè)鋪了路。新時代的中國載人航天，三步走，步伐越來越快。為了送第一個航天員楊利偉進入太空，花了整整11年時間。2008年，航天員翟志剛邁出了中國人出艙活動的第一步。2016年，景海鵬、陳冬伴隨天宮二號，在太空整整遨游33天，再到2017中國第一艘貨運飛船“天舟”一號順利升空，中國載人航天工程突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，當載人、貨運、太空行走、在軌生存等難關(guān)都一一攻克后，中國航天做好了迎接空間站時代的準備。

空間站核心艙

珠海航展展館內(nèi)“天和”號空間站核心艙，不論什么時候去都被里三層外三層的人群圍得水泄不通。以至于中國航天科技所在7號館不得不不定時限流。雖然十分遺憾，記者沒能登上核心艙內(nèi)部看看，但在外面轉(zhuǎn)了多圈后，還是有些收獲可以限讀者們分享。核心艙軸向長度16.6米，核心艙包括節(jié)點艙、生活控制艙（分為大柱段和小柱段）和資源艙三部分（下圖由前至后），大柱段直徑4.2米，是航天員的工作區(qū)域，小柱段直徑2.8米，是航天員的休息區(qū)域。核心艙是整個空間站的核心同時也是基本組成，外部留有3個對接口和2個停泊口。對接口用于載人飛船、貨運飛船及其他飛行器訪問空間站，停泊口用于兩個實驗艙與核心艙組裝形成空間站組合體，另有一個出艙口供航天員出艙活動。未來空間站建成后，核心艙統(tǒng)一控制和管理空間站組合體。

由于空間站是長期有人參與的空間結(jié)構(gòu)。而在太空中，艙體更將面臨失重、輻射和各種意想不到的挑戰(zhàn)，連再平常不過的太陽光也成了工程的阻力。為了攻克技術(shù)難關(guān)，空間站要進行大量實驗。據(jù)了解，僅核心艙就布了300多個傳感器，測量900多路信號，目的就是為了測試這個22噸的一個大家伙，在發(fā)射過程當中到底能夠承受多大的載荷。

在太空搭積木

如果悅“天宮”1號和“天宮”2號相當于一室一廳的小戶型，未來的中國空間站相當于三室一廳的大戶型，還帶儲藏問。建成后的中國空間站將包括核心艙實驗艙Ⅰ相實驗艙Ⅱ，通過交會對接和艙體轉(zhuǎn)位組裝構(gòu)成空間站基本構(gòu)型。運行軌道為頻角42°～43°，高度340千米～450千米的近圓軌道。建造期間，航天員乘組采用間斷方式訪問空間站;建造完成后，采用乘組輪換方式，實現(xiàn)航天員長期連續(xù)在軌生活和工作，輪換時最大可達6人。配置艙外機械臂等設(shè)備，協(xié)同航天員完成艙外建造、維護維修，以及艙外載荷操作任務?？臻g站核心艙和兩個實驗艙均由“長征”5號B運載火箭在海南發(fā)射場發(fā)射。

分別發(fā)射升空后，如何組合呢？空間站三艙基本構(gòu)型采用對接和轉(zhuǎn)位的方式完成建造。首先，實驗艙對接于核心艙節(jié)點艙的軸向端口，然后通過艙段轉(zhuǎn)位操作，將其轉(zhuǎn)移到節(jié)點艙Ⅱ、Ⅵ象限，與節(jié)點艙剛性連接，構(gòu)成三艙基本構(gòu)型。實驗艙Ⅰ和Ⅱ配置交會測量設(shè)備、主動式對接機構(gòu)和轉(zhuǎn)位機構(gòu)。核心艙節(jié)點艙配置被動式對接機構(gòu)和供艙段轉(zhuǎn)位用的基座，轉(zhuǎn)位過程包括艙段分離、轉(zhuǎn)位、再對接3個過程。實驗艙轉(zhuǎn)位主要采用轉(zhuǎn)位機構(gòu)實現(xiàn)，也可由機械臂操作完成。機械臂實際上在2016年，隨航天員景海鵬、陳冬一起同“天宮”2號升空過，也是世界上首次在太空中由航天員直接控制機械臂。核心艙配置大型機械臂1個，實驗艙配置小型機械臂1個。兩個機械臂可獨立或協(xié)同工作，也可組合為一個機械臀、擴大作業(yè)范圍。機械臂可完成艙段捕獲、轉(zhuǎn)移、設(shè)備安裝、維修、更換、載荷操作、航天員輔助轉(zhuǎn)移及艙外狀態(tài)監(jiān)視等任務。

在沒有類似航天飛機的大型運輸工具情況下，利用艙段交會對接和平面轉(zhuǎn)位方式完成積木加局部桁架混合構(gòu)型大型空間站的組裝建造，在貨運飛船、航天員和機械臂支持下，完成類似國際空間站的復雜艙外建造和操作活動。我國空間站總體構(gòu)型和建造模式區(qū)別于“和平號”空間站和“國際空間站”。

“國際空間站”采取“邊建造，邊應用”的模式，其有效載荷（科技研究試驗設(shè)備與備件、消耗品等）不像早期單艙空間站那樣，在發(fā)射前就全部安裝到位，而是隨著建造的進展，逐步運來，逐步安裝的。這一過程長達十幾年，空間站建成后，工作壽命預計為15年。在將近30年漫長朗間，空間應用的項目與要求不可能原封不動，勢必會與時俱進.更新?lián)Q代.增加新的科研設(shè)備與科研器材。空間站的容積有限。一般的大型設(shè)備安裝好以后不可能再拆除。新增添的設(shè)備與已安裝的設(shè)備之間如何合理分布，協(xié)調(diào)配置是個問題。隨著時間的推移，空間站的儲藏室或庫房里堆積起各種用過的或廢棄的設(shè)備和器材，形同垃圾，既不允許拋入太空產(chǎn)生空間碎片也沒有必要和能力將它們帶回地面。據(jù)“和平”號空間站的航天員回憶，站上由于大量的設(shè)備、器材無序地堆積在一起，有時為了尋找一件急用的設(shè)備或器材。需花費很大的精力和時間。我國的空間站以實驗柜形式建立的在密封艙內(nèi)的專業(yè)精密科學實驗室，通過更換實驗單元或樣品，可開展系列化的空間科學實驗。

未來，還考慮了空間站的拓展性。在現(xiàn)有三艙構(gòu)型基礎(chǔ)上，預留機電熱等擴展接口，具有對接新艙段的能力?？臻g站可接納符合我國空間站標準的他國航天器訪問，也可在航天員和機械臂協(xié)同配合下，在空間站上安裝艙外實驗平臺或?qū)嶒炘O(shè)備。艙段擴展，需要發(fā)射一個帶有節(jié)點艙的新艙段。例如，再對接一個核心艙形成四艙結(jié)構(gòu)，既可以滿足擴展需求，又可以增強空間站關(guān)鍵系統(tǒng)的備份能力，同時不必專門研制新的艙段。在四艙擴展構(gòu)型的基礎(chǔ)上，利用增加的對接口，可進行艙段擴展，增加新的艙段。

空間站能源擴展的一個優(yōu)先方案是將核心艙太陽電池帆板轉(zhuǎn)移安裝在實驗艙Ⅰ和Ⅱ尾部桁架上，沿實驗艙軸向方向展開。該方案優(yōu)點是可以將空間站資源有效重組利用，無其它形式能源擴展帶來的上行運輸需求。能源的進一步擴展應與艙段擴展統(tǒng)籌考慮，分步實施。核心艙、實驗艙Ⅰ和Ⅱ預留艙外實驗平臺、載荷掛點及接口，用于運營階段擴展艙外實驗能力。如此，空間站最大可增加1個核心艙、2個科學實驗艙、4個大型艙外暴露實驗平臺，并可在艙外外掛大型實驗載荷。擴展后的最大規(guī)?？蛇_180噸，長期乘員人數(shù)3～6八。

空間站試驗

如果每個航天員每年需由地面送去658千克食品、209千克服裝和其它個人用品，而當今運送1千克物品到空間站的費用為2.2萬美元。由此可見，“養(yǎng)”一個空間站估計每年需10億美元。那么，問題來了，養(yǎng)空間站，干什么？

干在地球上干不了的事?！霸齑亟ㄕ?建站為應用”。這是載人航天發(fā)展的一股規(guī)律?？臻g站應用是建造空間站的出發(fā)點和落腳點。由于國際空間站計劃運行至2024年，因此我國空間站可能成為21世紀20年代中后期國際上唯一的大規(guī)模應用的載人空間站，因此國際科學界翹首以盼。

醫(yī)學與生物學研究，是空間站應用的重點。在目前在軌運行的“國際空間站”上，俄羅斯實驗艙和美國實驗艙的應用項目中，醫(yī)學與生物研究分別占總實驗的43%和32%。除了國際上慣常的生物、醫(yī)藥、物理等科學實驗外，我國空間站還有一個限老百姓直接相關(guān)的工作任務，就是將依托全國優(yōu)勢科研機構(gòu)，建設(shè)開放性的空、司科學平臺，開展科學研究、科學普及和教育活動，積極擴大公眾參與，為提高全民科學素養(yǎng)做貢獻。

《航空知識》與空間站做著相同的工作，想想就覺得自己也高大上了許多。也許2020年，在地表以上400千米的空間，將會有且僅有中國一家的空間站在軌運行。到時也許還會有爭論，為什么要建、要養(yǎng)如此龐然大物？眼光放長遠些.也許心里會好受些。宇宙的拓荒，我們才開始第一步呢。

責任編輯：武瑾媛