席金合

2021年4月29日，伴隨著巨大的轟鳴和耀眼的火焰，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭成功將天和號(hào)核心艙送入340千米至450千米外的近地軌道，中國(guó)空間站的建造大幕由此拉開(kāi)。5月29日20時(shí)55分，在經(jīng)歷了推遲發(fā)射的波折后，長(zhǎng)征七號(hào)遙三運(yùn)載火箭從位于海南的文昌航天發(fā)射場(chǎng)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火升空，將天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道，并與天和號(hào)核心艙在近地軌道精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)自主快速交會(huì)對(duì)接。6月17日9時(shí)22分，神舟十二號(hào)載人飛船從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空，并順利與天和核心艙完成自主快速交會(huì)對(duì)接，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波先后進(jìn)入天和核心艙，標(biāo)志著中國(guó)人首次進(jìn)入自己的空間站。7月4日1 4時(shí)57分，經(jīng)過(guò)約7小時(shí)的出艙活動(dòng)，航天員劉伯明、湯洪波安全返回天和核心艙，標(biāo)志著我國(guó)空間站階段航天員首次出艙活動(dòng)取得圓滿成功。我國(guó)已成為第三個(gè)擁有空間站的國(guó)家。

多套間“豪宅”

說(shuō)起空間站，大家自然會(huì)想到國(guó)際空間站，這個(gè)大型太空科研室重400多噸，擁有現(xiàn)代化設(shè)備，可開(kāi)展大規(guī)模、多學(xué)科研究，由美、俄等16國(guó)耗時(shí)十幾年聯(lián)合打造。

中國(guó)空間站規(guī)模雖比不上國(guó)際空間站，但在構(gòu)成和功能上大同小異。其主體構(gòu)型是：核心艙居中，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙連接在兩側(cè)，構(gòu)成“丁”字形。其中供人員活動(dòng)的空間達(dá)110立方米，可以說(shuō)相當(dāng)于三室兩廳還帶儲(chǔ)藏間，算是“豪宅”了。此外，它還有附屬工具——貨運(yùn)艙和載人艙。五位一體的每個(gè)部分，都近似大圓筒。

核心艙就是在軌的天和號(hào)，它比一節(jié)火車(chē)廂還長(zhǎng)，直徑比地鐵車(chē)廂寬，重量相當(dāng)于三輛大客車(chē)，是我國(guó)目前最大的航天器，可供3名航天員長(zhǎng)期在軌駐留。它既是空間站的管理和控制中心，又是人員生活的主要場(chǎng)所，還可用來(lái)開(kāi)展少量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。其上有五個(gè)接口，用于對(duì)接一艘貨運(yùn)飛船、兩艘載人飛船和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，另有一個(gè)人員出艙口。

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙與核心艙的大小相當(dāng)。其中的“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙主要用于開(kāi)展艙內(nèi)外空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，也是航天員活動(dòng)和應(yīng)急避難場(chǎng)所。內(nèi)配專(zhuān)用氣閘艙，供航天員出艙;并配有機(jī)械臂，便于艙外設(shè)備的自動(dòng)修理和安裝。它還具備核心艙的某種重要功能，必要時(shí)，可對(duì)整個(gè)空間站進(jìn)行管控。“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙除了具備“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙的功能，還配有物資專(zhuān)用氣閘艙，在航天員和機(jī)械臂的輔助下，保證貨物自動(dòng)進(jìn)艙和出艙。

貨運(yùn)飛船是空間站物資“專(zhuān)用車(chē)”，命名為“天舟”，最大直徑約3.35米，發(fā)射質(zhì)量約13噸，具有全密封貨艙、半密封貨艙、全開(kāi)放貨艙，由長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)送升空。其主要任務(wù)：一是給空間站補(bǔ)給燃料，運(yùn)送維修和更換所需設(shè)備;二是為航天員運(yùn)送工作生活用品;三是運(yùn)送科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和用品。送完貨返回地球時(shí)，還要順便帶走空間站的垃圾，從某一空域投出，讓其在快速下落過(guò)程中，與大氣摩擦而燃燒掉。

載人飛船是我國(guó)自行研制的新一代神舟系列，是為空間站和探月等工程而制造，大小約為貨運(yùn)飛船的兩倍，具有安全可靠、承擔(dān)任務(wù)多和模塊化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，用于運(yùn)送往返天地間的人員。從1999年11月至2021年6月，我國(guó)已發(fā)射12艘載人飛船，先后將14名航天員送入太空。

造福全世界

空間站堪稱(chēng)“太空母港”，可滿足航天員長(zhǎng)期在天上生活和工作，其高真空、微重力、超潔凈的環(huán)境，便于開(kāi)展各類(lèi)科學(xué)研究，是衡量一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力乃至綜合國(guó)力的重要標(biāo)志，受到各國(guó)的高度重視。

我國(guó)空間站建成后，有望產(chǎn)出一大批重大科研成果，突破一大批核心關(guān)鍵技術(shù)，獲得無(wú)法估量的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。例如，開(kāi)展具有國(guó)際前沿性的量子調(diào)控與光傳輸研究，將促進(jìn)世界量子通信技術(shù)的發(fā)展，甚至引發(fā)通信革命。

空間技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景十分廣闊。如空間生物研究，可為培育優(yōu)良物種、探索疾病機(jī)理、研發(fā)生物藥物、改進(jìn)人類(lèi)健康等，提供技術(shù)突破;微重力流體與燃燒研究，能促進(jìn)新型清潔能源開(kāi)發(fā)和改善地球環(huán)境;空間材料的加工應(yīng)用研究，對(duì)開(kāi)發(fā)新型材料和先進(jìn)生產(chǎn)工藝，具有重要意義。

我們常吃的方便面、穿的氣墊鞋，都是從航天員的食物和穿戴品轉(zhuǎn)化而來(lái);先進(jìn)的B超機(jī)和遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)等，更是空間科學(xué)研究帶給人類(lèi)的福音;國(guó)際空間站開(kāi)發(fā)的藥物射靶式輸送技術(shù)，已用于乳腺癌治療試驗(yàn)，必將取得廣泛應(yīng)用。

為促進(jìn)和平利用太空，我國(guó)空間站將對(duì)外開(kāi)放。宇宙空間屬于全人類(lèi)，并非哪國(guó)私有;探索和利用太空，是各國(guó)享有的平等權(quán)利。20世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)譜寫(xiě)了宇宙探索的輝煌篇章，然而個(gè)別航天大國(guó)卻一味敵視別國(guó)的航天活動(dòng)，大搞技術(shù)壟斷，孤立他國(guó)航天事業(yè)發(fā)展，甚至不惜將太空軍事化，封鎖人類(lèi)進(jìn)一步探索外層空間。

中國(guó)空間站將超越其他航天強(qiáng)國(guó)，率先向全球敞開(kāi)大門(mén)，以開(kāi)放包容的心態(tài)，同各國(guó)攜手合作，共同探索開(kāi)發(fā)和利用太空。任何國(guó)家、組織和機(jī)構(gòu)，都可平等參與，分享我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，這無(wú)疑彰顯中國(guó)在太空治理中的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。同時(shí)，我國(guó)空間站將為發(fā)展中國(guó)家提供應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，幫助其跨越航天技術(shù)鴻溝，共同參與太空治理、開(kāi)發(fā)和利用，推動(dòng)人類(lèi)航天事業(yè)達(dá)到新的高峰。

征途路漫漫

20世紀(jì)80年代，國(guó)際上提出聯(lián)合建造空間站計(jì)劃，中國(guó)申請(qǐng)加入，但遭到美國(guó)操縱的國(guó)際組織拒絕。國(guó)外長(zhǎng)期封鎖，倒逼我們自主創(chuàng)新，立足自身實(shí)際來(lái)研發(fā)，而不是跟在別人后面跑。建造空間站，最關(guān)鍵、最困難的是把人送上去。對(duì)此，我國(guó)在20世紀(jì)90年代初，以載人航天工程為主的空間站計(jì)劃正式啟動(dòng)，總體分“三步走”。

第一步是載人飛船階段，實(shí)現(xiàn)人員安全往返。2003年10月15日上午9時(shí)，我國(guó)首位航天員楊利偉，搭乘神舟五號(hào)載人飛船進(jìn)入太空，繞地一周后成功降落地面，標(biāo)志著中國(guó)航天事業(yè)向前邁進(jìn)了一大步。5年后，神舟七號(hào)搭乘3名宇航員環(huán)地飛行，翟志剛出艙作業(yè)，劉伯明在艙內(nèi)協(xié)助，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)航天員首次太空行走。

在我國(guó)載人航天工程順利進(jìn)行之時(shí)，國(guó)際空間站于2010年投入使用。這項(xiàng)國(guó)際太空合作工程，以俄、美兩國(guó)主導(dǎo)建設(shè)，有19國(guó)的宇航員乘坐美、俄飛船造訪國(guó)際空間站，我國(guó)也參與其中?？刹痪?，美國(guó)撕毀中美合作協(xié)議，把中國(guó)拒于國(guó)際空間站門(mén)外。

這樣，更加堅(jiān)定了我們正在實(shí)施的第二步計(jì)劃——空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)。2011年9月，重約8.5噸的天官一號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室發(fā)射升空，在軌運(yùn)行四年半，以微型空間站的身份，實(shí)現(xiàn)了與載人飛船的交會(huì)對(duì)接，并進(jìn)行了多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，初步建立了能短期載人、長(zhǎng)期可無(wú)人運(yùn)行的空間試驗(yàn)平臺(tái)，為建造空間站積累經(jīng)驗(yàn)。隨后不到三年，它又與陸續(xù)升空的三艘神舟飛船，先后實(shí)現(xiàn)無(wú)人對(duì)接和載人交會(huì)對(duì)接。

2016年9月15日，天宮二號(hào)成功發(fā)射，正常運(yùn)行近三年后返回地面。作為準(zhǔn)空間站，天宮二號(hào)共搭載14項(xiàng)應(yīng)用設(shè)備，進(jìn)行了氧氣、水或食物循環(huán)利用等60多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。還與天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船配合，突破了航天器的“空中加油”技術(shù)，完成了貨物補(bǔ)送任務(wù)。

第三步是目前進(jìn)行的空間站組建，將實(shí)現(xiàn)五大艙的升空和組裝，建成長(zhǎng)期有人照料的太空科研室。

最后的組裝

當(dāng)核心艙作為搭建空間站的第一塊“積木”，率先落戶于核心位置，靜候與后續(xù)的船、艙對(duì)接，最終建成完整的空間站，持續(xù)使用10年;所以，在組建空間站的過(guò)程中，需先后實(shí)施10次飛行任務(wù)，包括2次實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射、4次貨運(yùn)飛船、4次載人飛船發(fā)射。

在航天員動(dòng)身上天組裝前，應(yīng)先把東西送上去，做到“兵馬未動(dòng)，糧草先行”。被親切稱(chēng)為太空“快遞小哥”的天舟貨運(yùn)飛船，正擔(dān)當(dāng)這項(xiàng)艱巨任務(wù)。幾年前，為了實(shí)行與天官二號(hào)的對(duì)接實(shí)驗(yàn)，天舟一號(hào)已成功發(fā)射;現(xiàn)在，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船也已與核心艙成功對(duì)接;神舟十二號(hào)載人飛船已將3名航天員送上太空，標(biāo)志著中國(guó)人首次長(zhǎng)期工作在自己的空間站。

2022年是我國(guó)空間站的正式組建階段，“問(wèn)天”和“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙將陸續(xù)發(fā)射，完成最后對(duì)接，空間站才算真正建成;接著是密集的運(yùn)物送人任務(wù)，依次由天舟四號(hào)、神舟十四號(hào)、天舟五號(hào)、神舟十五號(hào)擔(dān)任，一共有6次發(fā)射任務(wù)。目前，嚴(yán)格受訓(xùn)的四批待飛航天員，已全部確定。由第一批有飛行經(jīng)驗(yàn)的航天員擔(dān)任指令長(zhǎng)，第一批未有飛行經(jīng)驗(yàn)的航天員以及第二批航天員為協(xié)助員，第一批航天員中還沒(méi)有飛天的航天員有望圓夢(mèng)太空。第三、四批航天員則承擔(dān)2022年后空間站運(yùn)營(yíng)階段的任務(wù)。

空間站額定載員3人，輪換期間則是6人。今年神舟十二號(hào)、十三號(hào)任務(wù)輪換期間，將會(huì)看到6名航天員和科學(xué)家，同駐太空進(jìn)行工作的盛況。

任重而道遠(yuǎn)

空間站建成后，運(yùn)行中會(huì)有諸多難題。首先是人員生活問(wèn)題。按國(guó)際空間站慣例，每名宇航員每天需要0.84千克氧氣，6.8千克生活用水，0.64千克食物，1.64千克衣物。以3人計(jì)算，一年需要16噸物資，完全靠地面補(bǔ)給不現(xiàn)實(shí)，只有通過(guò)污水循環(huán)、二氧化碳再生等工程，才能將所需降至每人每年消耗5噸物資的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，必須依賴(lài)復(fù)雜的前沿技術(shù)。

空間站在軌運(yùn)行，基本失去大氣和地磁保護(hù)，難逃太空輻射。由于地磁中心偏離地軸11.3度，使來(lái)自宇宙的帶電粒子，在南大西洋的上空聚集，空間站經(jīng)過(guò)時(shí)，受到強(qiáng)烈輻射;并且，空間站的工作人員在太空停留的時(shí)間，比以往的航天員長(zhǎng)得多。所以，空間站的防護(hù)要求比一般航天器更高，設(shè)計(jì)難度更大，必須采用多套防護(hù)措施。尤其在太陽(yáng)爆發(fā)期，太陽(yáng)釋放的射線會(huì)增強(qiáng)好幾倍。這時(shí)，不能進(jìn)行太空行走，甚至要停止飛船發(fā)射，難免影響空間站的正常運(yùn)作。

大氣層厚度為1000千米，而空間站軌道在340千米～450千米的高空，盡管這個(gè)高度的空氣極為稀薄，但空間站以每秒8千米的速度飛行，會(huì)與空氣摩擦生熱，影響艙內(nèi)外設(shè)備性能和運(yùn)行，以及各種實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行及操作。此外，從國(guó)際空間站來(lái)看，其在400千米的高空飛行，因受大氣阻力作用，軌道高度每天會(huì)降低150米左右，若不及時(shí)修正就會(huì)落下來(lái)。

地球其實(shí)不是標(biāo)準(zhǔn)的球形，質(zhì)量分布不均勻;根據(jù)萬(wàn)有引力原理，不同地方的引力不同。所以，當(dāng)空間站飛過(guò)時(shí)，受到的引力會(huì)波動(dòng)，導(dǎo)致軌道跑偏400多米。這么大的偏差，會(huì)使空間站在太空亂飛。這么多難題，都要設(shè)法應(yīng)對(duì)，而我們有能力解決。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)有幾千年的“飛天”夢(mèng)。新中國(guó)成立之后，東方紅一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射，拉開(kāi)了中華兒女探索宇宙奧秘的序幕。幾代航天人自力更生，自主創(chuàng)新，打破國(guó)外技術(shù)封鎖和壟斷，突破了一大批卡脖子難題，大大縮小了與西方的差距。從神舟飛船載人遨游太空到“嫦娥”奔月探索未知，從北斗衛(wèi)星組網(wǎng)導(dǎo)航到日前在建的中國(guó)“太空之家”，我國(guó)取得了舉世矚目的成就，完成艱難探索的創(chuàng)舉，越來(lái)越受到更多國(guó)家的認(rèn)可，彰顯了中國(guó)航天科技的強(qiáng)大實(shí)力。我們相信，中國(guó)的天上科研室，一定會(huì)早日建成運(yùn)營(yíng)。

（編輯 文墨）