中國空間站：自主可控的“太空母港”

長征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭搭載中國空間站天和核心艙的發(fā)射升空，標(biāo)志著中國空間站建造進(jìn)入全面實(shí)施階段，“太空之家”的夢想正在成為現(xiàn)實(shí)。

按照空間站建造任務(wù)規(guī)劃，今明兩年我國將接續(xù)實(shí)施11次飛行任務(wù)，包括3次空間站艙段發(fā)射、4次貨運(yùn)飛船以及4次載人飛船發(fā)射，于2022年完成空間站在軌建造，實(shí)現(xiàn)中國載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略“第三步”的任務(wù)目標(biāo)。那么，中國空間站究竟長什么樣，與國際空間站有何不同……追隨著天和核心艙的步伐，本文為你揭開中國空間站的十個(gè)秘密。

簡單來說，中國空間站以天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙、夢天實(shí)驗(yàn)艙三艙為基本構(gòu)型。

核心艙顧名思義就是空間站的核心了。作為空間站組合體控制和管理主份艙段，“天和”具備交會(huì)對接、轉(zhuǎn)位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙、保障空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；“問天”和“夢天”均作為支持大?guī)模艙內(nèi)外空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)載荷支持艙段。同時(shí)，“問天”還作為組合體控制和管理備份艙段，具備出艙活動(dòng)能力，“夢天”具備載荷自動(dòng)進(jìn)出艙能力。

中國空間站三艙飛行器依次發(fā)射成功后，將在軌通過交會(huì)對接和轉(zhuǎn)位，形成“T”型組合體，長期在軌運(yùn)行。

空間站的主要定位就是國家未來的空間實(shí)驗(yàn)室，主要是為了解決人類長期在空間飛行的關(guān)鍵技術(shù)。前期，利用天宮一號(hào)、二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)解決了航天員在太空的中短期駐留技術(shù)，但是長期駐留的技術(shù)還有很多問題需要解決。

同時(shí)，開展空間站工程將從國家全產(chǎn)業(yè)鏈角度，極大地引領(lǐng)和帶動(dòng)包括空間科學(xué)、生命科學(xué)等多種前沿學(xué)科和原材料、元器件、智能制造等多領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)發(fā)展，前景不可限量。特別是，空間站作為長期在軌運(yùn)行的“太空母港”，其天然的高真空、微重力、超潔凈環(huán)境也可以充分用于開展各類科學(xué)技術(shù)研究，推動(dòng)科技進(jìn)步。因此，空間站工程將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)、科技和綜合國力的重要標(biāo)志。

國際空間站是目前在軌運(yùn)行最大的空間平臺(tái)，規(guī)模大約有423噸，由美國、俄羅斯、加拿大、日本等16國聯(lián)合，先后經(jīng)歷12年建造完成。

中國空間站由一個(gè)核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙組成，總體重量約70噸。不搞像國際空間站那么大規(guī)模的空間站，這樣的建設(shè)思路綜合考慮了我國當(dāng)前需求和耗費(fèi)等因素，符合中國國情?？梢哉f，規(guī)模適度、留有發(fā)展空間的思路，既可以滿足重大科學(xué)研究項(xiàng)目的需要，又同時(shí)具備擴(kuò)展和支持來往飛行器對接的能力。如果需要，中國空間站未來可以擴(kuò)展到180噸級。

中國空間站由我國自主建造，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品全部國產(chǎn)化，部組件全部國產(chǎn)化，原材料全部國產(chǎn)化，關(guān)鍵核心元器件100%自主可控。

四問：中國空間站建設(shè)分幾步

中國空間站任務(wù)分為關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證、組裝建造和運(yùn)營三個(gè)階段，目前正處于關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段。

在這個(gè)階段，將發(fā)射天和核心艙和2艘載人飛船、2艘貨運(yùn)飛船，在軌驗(yàn)證7大關(guān)鍵技術(shù)：空間站推進(jìn)劑補(bǔ)加、再生生命保障、柔性太陽電池翼和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、大型柔性組合體控制、組裝建造、艙外操作、在軌維修，為實(shí)施空間站組裝建造和長期運(yùn)營任務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。后續(xù)，將通過發(fā)射2艘貨運(yùn)飛船、2艘載人飛船以及“問天”和“夢天”2個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，實(shí)現(xiàn)空間站的組建和運(yùn)營。

建造并運(yùn)營中國空間站，首要的是突破、掌握和發(fā)展大型復(fù)雜航天器的在軌組裝與建造、長期安全可靠飛行、運(yùn)營管理和維護(hù)技術(shù)，提升國家航天技術(shù)水平，帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域和行業(yè)的科技進(jìn)步。

同時(shí)，要突破、掌握和發(fā)展近地空間長期載人航天飛行技術(shù)，解決近地軌道長期載人航天飛行的主要醫(yī)學(xué)問題，實(shí)現(xiàn)航天員長期在軌健康生活和有效工作。

此外，通過建成國家太空實(shí)驗(yàn)室，發(fā)展具有國際先進(jìn)水平的空間科學(xué)與應(yīng)用能力，開展多領(lǐng)域空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)、空間應(yīng)用，以及科普教育，獲取具有重大科學(xué)價(jià)值的研究成果和重大戰(zhàn)略意義的應(yīng)用成果。

當(dāng)然，我們也要通過空間站建設(shè)為人類和平開發(fā)和利用空間資源作出積極貢獻(xiàn)。

如同汽車，在使用一定年限和里程后要報(bào)廢一樣，空間站也沒有永久壽命。

中國空間站設(shè)計(jì)在軌飛行10年，具備延壽到15年的能力?？臻g站在太空中安家后，將面對來自宇宙的各種威脅和挑戰(zhàn)，比如，原子氧、紫外輻照、真空、溫度交變、空間碎片以及微重力等，這些危險(xiǎn)元素可能會(huì)造成空間站的材料性能衰退，或者誘發(fā)故障，從而制約艙外電纜、表面涂層、光學(xué)鏡頭等產(chǎn)品和設(shè)備的使用壽命。

為了保證空間站在軌不小于15年的長壽命要求，相關(guān)人員從設(shè)計(jì)伊始，就開展了長壽命、可靠性、維修性、安全性一體化設(shè)計(jì)。具體來講，就是以系統(tǒng)和產(chǎn)品的長壽命和固有可靠性設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，配合開展系統(tǒng)和產(chǎn)品在軌故障診斷、處置預(yù)案設(shè)計(jì)、維修性設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)長壽命、可靠性的既定目標(biāo)。

空間站建成后，將成為中國的太空家園，可支持3名航天員長期駐留，6人短期駐留。滿足這樣的要求，首先空間要大，天和核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙完成拼接后，整體空間高達(dá)110立方米，設(shè)置了3個(gè)航天員睡眠區(qū)。而此前，天宮一號(hào)、二號(hào)的空間僅為15立方米，要想美美地睡一覺都是很奢侈的。

不僅空間大，空間站還具有“自我造血”能力。以前航天員生存所必需的水和氧氣由航天器直接送入太空，而空間站通過設(shè)計(jì)完整的可再生生命保障系統(tǒng)，航天員呼出的水蒸氣會(huì)通過冷凝水方式回收，排泄的尿液也會(huì)回收凈化，重新作為飲用水和生活用水使用。同時(shí)，電解制氧時(shí)產(chǎn)生的氫氣與航天員呼出的二氧化碳，將通過化學(xué)反應(yīng)生成氧氣，航天員們可以放心大膽地大口呼吸。同時(shí)，在這里聲光風(fēng)暖隨心調(diào)，餐飲娛樂都不愁，要是悶了，還能隨時(shí)通過手機(jī)和家人聊聊天。

空間站既是航天員的“太空之家”，也是科學(xué)研究的“太空實(shí)驗(yàn)室”。一流的太空實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將為科學(xué)家們?nèi)〉檬澜缂壍闹卮笸黄铺峁┯辛ΡＵ稀?/p>

然而，空間站資源十分寶貴，經(jīng)過科學(xué)且慎重的遴選，空間站上將搭載安裝包括生物學(xué)、材料科學(xué)、基礎(chǔ)物理、微重力、流體等類別相關(guān)的科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)設(shè)施。包括與空間站共軌飛行的巡天望遠(yuǎn)鏡在內(nèi)，空間站規(guī)劃部署了密封艙內(nèi)的10多個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、艙外暴露實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，每一個(gè)都可看成是一個(gè)小型的太空實(shí)驗(yàn)室，支持一個(gè)或多個(gè)方向的空間科學(xué)與應(yīng)用研究。

家的正常運(yùn)營離不開電，“太空家園”同樣需要“太空電站”。

太空中唯一的能量來源就是太陽的能量。在天和核心艙上，配有兩對大面積的太陽電池翼，單翼面積可達(dá)到67平方米。其在光照區(qū)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，供整艙應(yīng)用，同時(shí)為蓄電池儲(chǔ)存能量，備陰影區(qū)使用。這兩組太陽電池翼在初期發(fā)電能力超過18？000瓦，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國內(nèi)之前任何一個(gè)航天器。

當(dāng)空間站運(yùn)行到太陽無法照射的陰影區(qū)時(shí)，由鋰離子蓄電池為整個(gè)艙體供電?？臻g站核心艙共有6組鋰離子蓄電池，每組有66個(gè)單體電池。

中國空間站要在軌運(yùn)行10多年，將在太空軌道上為航天員和科學(xué)家提供開展太空科研的工作環(huán)境，同時(shí)承接載人飛船和貨運(yùn)飛船等多種空間飛行器的對接停靠任務(wù)。如同我們居住的房子，在外界物理、化學(xué)因素的作用下，會(huì)發(fā)生有形的磨損，家中的各種電子設(shè)備，也會(huì)隨著時(shí)間的流逝需要適時(shí)開展維護(hù)與更換。

因此，空間站一旦出現(xiàn)故障，就要靠航天員在軌維修了。這又分為艙內(nèi)在軌維修與艙外在軌維修。艙內(nèi)在軌維修，需要航天員在漂浮的狀態(tài)下裸手對故障產(chǎn)品進(jìn)行更換操作，重點(diǎn)在于防止操作錯(cuò)誤和機(jī)械安全性。最難的是艙外維修，航天員需要走出空間站，漫步在太空中，身著特殊的航天服，就如傳染科的醫(yī)生穿著隔離服一樣。而航天服內(nèi)充滿著一定的壓力，該壓力在保證航天員的生命安全的同時(shí)，給操作的動(dòng)作帶來不小的難度。

航天員在艙外維修的任何動(dòng)作，從動(dòng)指尖到抬手臂，都需要在克服該內(nèi)壓的情況下完成，其難度類似于打著石膏的雙手戴上厚重的手套修理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。不過，可以放心的是，所有可能出現(xiàn)的故障，航天員們都已在平時(shí)的模擬環(huán)境中進(jìn)行過“實(shí)操”了。