宗禾

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

按照空間站建造任務規(guī)劃，2021和2022年我國將接續(xù)實施11次飛行任務，包括3次空間站艙段發(fā)射、4次貨運飛船以及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”的任務目標。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秘密。

一問：中國空間站長什么樣

簡單來說，中國空間站以天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙三艙為基本構型。

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”具備交會對接、轉位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙、保障空間科學實驗能力;“問天”和“夢天”均作為支持大規(guī)模艙內(nèi)外空間科學實驗和技術試驗載荷支持艙段。同時，“問天”還作為組合體控制和管理備份艙段，具備出艙活動能力，“夢天”具備載荷自動進出艙能力。

中國空間站三艙飛行器依次發(fā)射成功后，將在軌通過交會對接和轉位，形成“T”形組合體，長期在軌運行。

二問：中國空間站有什么用

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

同時，開展空間站工程將從國家全產(chǎn)業(yè)鏈角度，極大地引領和帶動包括空間科學、生命科學等多種前沿學科和原材料、元器件、智能制造等多領域先進技術發(fā)展，前景不可限量。特別是，空間站作為長期在軌運行的“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技術研究，推動科技進步。因此，空間站工程將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益和社會效益，是衡量一個國家經(jīng)濟、科技和綜合國力的重要標志。

三問：與國際空間站有何不同

國際空間站是目前在軌運行最大的空間平臺，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。

中國空間站由一個核心艙和兩個實驗艙組成，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，這樣的建設思路綜合考慮了我國當前需求和耗費等因素，符合中國國情。可以說，規(guī)模適度、留有發(fā)展空間的思路，既可以滿足重大科學研究項目的需要，又同時具備擴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展到180噸級。

中國空間站由我國自主建造，實現(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，關鍵核心元器件100%自主可控。

四問：中國空間站建設分幾步

中國空間站任務分為關鍵技術驗證、組裝建造和運營三個階段，目前正處于關鍵技術驗證階段。

在這個階段，將發(fā)射天和核心艙和2艘載人飛船、2艘貨運飛船，在軌驗證7大關鍵技術：空間站推進劑補加、再生生命保障、柔性太陽電池翼和驅(qū)動機構、大型柔性組合體控制、組裝建造、艙外操作、在軌維修，為實施空間站組裝建造和長期運營任務奠定堅實基礎。后續(xù)，將通過發(fā)射2艘貨運飛船、2艘載人飛船以及“問天”和“夢天”2個實驗艙，實現(xiàn)空間站的組建和運營。

五問：工程目標主要是什么

建造并運營中國空間站，首要的是突破、掌握和發(fā)展大型復雜航天器的在軌組裝與建造、長期安全可靠飛行、運營管理和維護技術，提升國家航天技術水平，帶動相關領域和行業(yè)的科技進步。

同時，要突破、掌握和發(fā)展近地空間長期載人航天飛行技術，解決近地軌道長期載人航天飛行的主要醫(yī)學問題，實現(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驗室，發(fā)展具有國際先進水平的空間科學與應用能力，開展多領域空間科學實驗和技術試驗、空間應用，以及科普教育，獲取具有重大科學價值的研究成果和重大戰(zhàn)略意義的應用成果。

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

六問：空間站壽命幾何

如同汽車，在使用一定年限和里程后要報廢一樣，空間站也沒有永久壽命。

中國空間站設計在軌飛行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，這些危險元素可能會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、光學鏡頭等產(chǎn)品和設備的使用壽命。

為了保證空間站在軌不小于15年的長壽命要求，相關人員從設計伊始，就開展了長壽命、可靠性、維修性、安全性一體化設計。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計為基礎，配合開展系統(tǒng)和產(chǎn)品在軌故障診斷、處置預案設計、維修性設計，以實現(xiàn)長壽命、可靠性的既定目標。

七問：空間站內(nèi)部環(huán)境如何

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，天和核心艙和兩個實驗艙完成拼接后，整體空間高達110立方米，設置了3個航天員睡眠區(qū)。而此前，天宮一號、二號的空間僅為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，而空間站通過設計完整的可再生生命保障系統(tǒng)，航天員呼出的水蒸氣會通過冷凝水方式回收，排泄的尿液也會回收凈化，重新作為飲用水和生活用水使用。同時，電解制氧時產(chǎn)生的氫氣與航天員呼出的二氧化碳，將通過化學反應生成氧氣，航天員們可以放心大膽地大口呼吸。同時，在這里聲光風暖隨心調(diào)，餐飲娛樂都不愁，要是悶了，還能隨時通過手機和家人聊聊天。

八問：裝備哪些科學儀器

空間站既是航天員的“太空之家”，也是科學研究的“太空實驗室”。一流的太空實驗平臺，將為科學家們?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)過科學且慎重的遴選，空間站上將搭載安裝包括生物學、材料科學、基礎物理、微重力、流體等類別相關的科學研究實驗設施。包括與空間站共軌飛行的巡天望遠鏡在內(nèi)，空間站規(guī)劃部署了密封艙內(nèi)的10多個科學實驗柜、艙外暴露實驗平臺。這些科學實驗柜，每一個都可看成是一個小型的太空實驗室，支持一個或多個方向的空間科學與應用研究。

九問：空間站如何獲取能源

家的正常運營離不開電，“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，單翼面積可達到67平方米。其在光照區(qū)將太陽能轉化為電能，供整艙應用，同時為蓄電池儲存能量，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18000瓦，遠遠超過了國內(nèi)之前任何一個航天器。

當空間站運行到太陽無法照射的陰影區(qū)時，由鋰離子蓄電池為整個艙體供電。空間站核心艙共有6組鋰離子蓄電池，每組有66個單體電池。

十問：一旦出現(xiàn)故障怎么辦

中國空間站要在軌運行10多年，將在太空軌道上為航天員和科學家提供開展太空科研的工作環(huán)境，同時承接載人飛船和貨運飛船等多種空間飛行器的對接?？咳蝿?。如同我們居住的房子，在外界物理、化學因素的作用下，會發(fā)生有形的磨損，家中的各種電子設備，也會隨著時間的流逝需要適時開展維護與更換。

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，需要航天員在飄浮的狀態(tài)下裸手對故障產(chǎn)品進行更換操作，重點在于防止操作錯誤和機械安全性。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，給操作的動作帶來不小的難度。

航天員在艙外維修的任何動作，從動指尖到抬手臂，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)動機。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的模擬環(huán)境中進行過“實操”了。

（湘琦摘自《科學之友》2021年第6期）