“天和”升空！空間站核心艙發(fā)射，中國(guó)載人航天進(jìn)入最后一步

       “天和”核心艙的發(fā)射正式拉開(kāi)了中國(guó)空間站建設(shè)的序幕

北京時(shí)間4月29日11時(shí)許，中國(guó)在文昌航天發(fā)射場(chǎng)用長(zhǎng)征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭發(fā)射空間站天和核心艙。圖/中新網(wǎng)本刊記者/彭丹妮

       今年4月19日，是世界第一座空間站“禮炮一號(hào)”升空50周年紀(jì)念日。10天后，中國(guó)空間站“天宮號(hào)”的核心艙也發(fā)射了。

       迄今為止，人類已研制出宇宙飛船、航天飛機(jī)和空間站三種載人航天器。宇宙飛船和航天飛機(jī)因運(yùn)行時(shí)間短、容積小，因此主要用于天地往返運(yùn)輸，為空間站接送航天員和貨物；而空間站則具有壽命長(zhǎng)、容積大、功能強(qiáng)、載人多等優(yōu)點(diǎn)，是開(kāi)發(fā)太空資源的理想基地。

       中國(guó)空間站研制工作由航天科技集團(tuán)五院抓總。航天五院空間站任務(wù)總指揮王翔介紹，作為人類歷史上規(guī)模最大的航天器，空間站是一種在近地軌道長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、可滿足航天員長(zhǎng)期在軌生活、工作以及地面航天員尋訪的載人航天器，代表了當(dāng)今航天領(lǐng)域最全面、最復(fù)雜、最先進(jìn)和最綜合的科學(xué)技術(shù)成果。

       “中國(guó)今年的航天重點(diǎn)就是空間站，基本上大量的錢(qián)就砸在上面了�！眹�(guó)家天文臺(tái)行星科學(xué)家鄭永春告訴《中國(guó)新聞周刊》。今年和明年，中國(guó)將接續(xù)實(shí)施11次載人航天任務(wù)，包括3次空間站艙段、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。

太空之家
       “天和”核心艙可支持3名航天員長(zhǎng)期在軌駐留，供航天員工作生活的空間約50立方米，支持開(kāi)展艙內(nèi)外空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，是中國(guó)目前研制的最大的航天器。航天五院相關(guān)設(shè)計(jì)師介紹，核心艙的體積非常大，長(zhǎng)度比五層樓房還要高，直徑比火車(chē)和地鐵的車(chē)廂還要寬不少，體積比國(guó)際空間站的任何一個(gè)艙位都大。

       核心艙是空間站的指揮控制中心。具備交會(huì)對(duì)接、轉(zhuǎn)位與停泊、乘組長(zhǎng)期駐留、航天員出艙、保障空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)等能力；密封艙內(nèi)配置有工作區(qū)、睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)以及鍛煉區(qū)，能夠?yàn)楹教靻T工作和生活提供舒適良好的保障條件。

圖/中新視頻截圖

       這里配置了微波爐、冰箱、飲水機(jī)、折疊桌等家居，太空跑臺(tái)、太空自行車(chē)、抗阻拉力器等健身器材，以滿足航天員日常鍛煉，艙內(nèi)情景照明可由手機(jī)APP控制。此外，核心艙還配了天地視頻通話設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)與地面的雙向視頻通話；還有可以支持航天員收發(fā)電子郵件的測(cè)控通信網(wǎng)和相關(guān)設(shè)備。
       航天五院空間站任務(wù)總指揮王翔介紹，此前中國(guó)航天員在軌飛行時(shí)間的最高紀(jì)錄是33天，所必需的水和氧氣由航天器直接送入太空。為了航天員可以待得更久，這次空間站設(shè)計(jì)了可再生系統(tǒng)：航天員呼出的水蒸氣會(huì)通過(guò)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；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(guò)化學(xué)反應(yīng)生成氧氣。
       核心艙成功發(fā)射后，下一個(gè)執(zhí)行任務(wù)的將是“天舟二號(hào)”貨運(yùn)飛船，之后再發(fā)射載人飛船，“天舟二號(hào)”和核心艙實(shí)行對(duì)接后，載有3名航天員的“神舟十二號(hào)”飛船也將進(jìn)入發(fā)射準(zhǔn)備階段。其中，空間站各艙段將由長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射，貨運(yùn)飛船將由長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射，神舟載人飛船將由長(zhǎng)征二號(hào)F火箭在中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射。

太空科研平臺(tái)
       按計(jì)劃，中國(guó)空間站將在2022年前后建成，運(yùn)行在高度340至450公里的近地軌道，在軌飛行可達(dá)10年以上�？臻g站是人類飛往深空的前哨站，人類在太空中的大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
       中國(guó)天宮空間站由三個(gè)部分組成，包括“天和”核心艙、“問(wèn)天”及“夢(mèng)天”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，整體呈T字型。作為長(zhǎng)期有人照料的太空實(shí)驗(yàn)室，這里可以支持開(kāi)展大規(guī)模、多學(xué)科交叉的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，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。同時(shí)，將部署10 余個(gè)先進(jìn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、艙外載荷安裝平臺(tái)以及共軌飛行的巡天望遠(yuǎn)鏡，提供空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)條件。
       雖然空間站運(yùn)行在低地球軌道上，與地面的距離不過(guò)幾百公里，比起地球到月球、火星等天體的距離近很多，但是這里已經(jīng)進(jìn)入了太空，可以獲得微重力環(huán)境，這為許多研究提供了可能性。
       微重力環(huán)境下，會(huì)出現(xiàn)液體和氣體由重力導(dǎo)致的自然對(duì)流基本消除、液體中浮力消失、由于物質(zhì)密度不同引起的沉浮和分層現(xiàn)象也消失等現(xiàn)象。地球上一些常見(jiàn)的物理現(xiàn)象就不再適用，在這里，水變成了水珠，可以當(dāng)乒乓球打。因此，微重力環(huán)境可以開(kāi)展流體物理研究，括界面現(xiàn)象、多相流、復(fù)雜流體等。這一領(lǐng)域的研究對(duì)發(fā)展先進(jìn)的空間流體管理、熱管理等航天技術(shù)有十分重要的作用。
       再比如，原子團(tuán)由于重力的消失會(huì)獲得不同的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，科學(xué)家們可以利用這一變化，在空間實(shí)驗(yàn)室中對(duì)更加準(zhǔn)確的冷原子鐘進(jìn)行試驗(yàn)。原子鐘是北斗等衛(wèi)星定位系統(tǒng)的核心元件，高精度的原子鐘未來(lái)有望讓衛(wèi)星定位變得更加準(zhǔn)確。
       此外，還可以研究微重力條件下的材料制備：空間材料科學(xué)是深入開(kāi)展材料科學(xué)研究的獨(dú)特途徑，可能獲得地面難以生產(chǎn)的先進(jìn)材料和地面難以精確測(cè)量的重要參數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，這方面的研究一是排除重力影響下研究材料的制備過(guò)程規(guī)律及材料的結(jié)構(gòu)和性能變化，二是空間應(yīng)用材料在高能粒子和紫外輻照、原子氧侵蝕、高低溫交變循環(huán)等空間環(huán)境下的使役行為。
       2019年6月，中國(guó)載人航天工程辦公室與聯(lián)合國(guó)外空司就聯(lián)合對(duì)外公布，來(lái)自17個(gè)國(guó)家、23個(gè)實(shí)體的9個(gè)項(xiàng)目成功入選中國(guó)空間站第一批科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這是中國(guó)載人航天工程首次通過(guò)聯(lián)合國(guó)進(jìn)行的大規(guī)模國(guó)際合作。

圖/中新視頻截圖

美、俄開(kāi)始逐漸退出空間站
       1961年4月，蘇聯(lián)發(fā)射了世界第一個(gè)載人航天器——“東方1號(hào)”飛船，把航天員加加林送上了太空。接下來(lái)的目標(biāo)是，如何讓人在太空中“待得住”“待得久”。10年之后，蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界第一座空間站“禮炮1號(hào)”。
       之后，蘇聯(lián)從1986年開(kāi)始發(fā)射由多個(gè)艙段組成的“和平號(hào)”空間站，由1個(gè)核心艙和5個(gè)實(shí)驗(yàn)艙組成，因而大大擴(kuò)展了航天員的活動(dòng)空間，提高了空間站的工作能力。蘇聯(lián)這方面的強(qiáng)勢(shì)使得美國(guó)也開(kāi)始轉(zhuǎn)變重點(diǎn)，國(guó)家天文臺(tái)行星科學(xué)家鄭永春說(shuō)，整個(gè)1980年代，美蘇月球與火星探測(cè)進(jìn)入低潮，美國(guó)的航天重點(diǎn)放在了發(fā)展空間站相關(guān)的東西。
       空間探測(cè)技術(shù)資深科普作者龐之浩寫(xiě)道，隨著蘇聯(lián)解體，1993年，美國(guó)對(duì)其“自由號(hào)”空間站建造方案進(jìn)行了“大手術(shù)”，其中最主要的措施是吸收俄羅斯為正式合作伙伴，采用了很多蘇聯(lián)空間站的成熟技術(shù)，目的是節(jié)省費(fèi)用、少走彎路、降低風(fēng)險(xiǎn)和縮短時(shí)間，這就是今天國(guó)際空間站的前身。
       國(guó)際空間站以其龐大的規(guī)模、酷炫的外形，已經(jīng)成為當(dāng)代世界航天的標(biāo)志。它是一項(xiàng)國(guó)際太空合作計(jì)劃，于1998年由16個(gè)國(guó)家歷經(jīng)10年共同建設(shè)完成，建造成本高達(dá)1500億美元。1998年11月20日，由美國(guó)出資、俄羅斯制造的第一個(gè)組件“曙光號(hào)”功能艙發(fā)射成功，隨后10多年間，國(guó)際空間站從2個(gè)太空艙拓展至15個(gè)太空艙，直到2010年才最終建造完成并轉(zhuǎn)入全面使用階段。
       該空間站是迄今世界上耗時(shí)最長(zhǎng)、涉及國(guó)家最多、規(guī)模最大、設(shè)備最先進(jìn)的航天工程，主要由美國(guó)國(guó)家航空航天局、歐洲航天局、俄羅斯聯(lián)邦航天局、日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)、加拿大空間局共同運(yùn)營(yíng)。
       4月12日俄羅斯“宇航節(jié)”召開(kāi)的相關(guān)工作會(huì)議上，俄總統(tǒng)普京做出正式退出空間站項(xiàng)目的決定，并著手計(jì)劃建造自己的空間站。副總理尤里·鮑里索夫在接受媒體采訪時(shí)表示，國(guó)際空間站的運(yùn)行年限已滿，它的狀態(tài)已不盡如人意。“最近關(guān)于技術(shù)故障的消息越來(lái)越多。為了避免在緊急情況下的任何風(fēng)險(xiǎn)，必須對(duì)空間站進(jìn)行技術(shù)考察。而且我們最終（做出了退出的）決定并就此誠(chéng)實(shí)地對(duì)伙伴們發(fā)出預(yù)警�！�
       國(guó)際空間站的設(shè)計(jì)壽命最初只有15年，但在2015年，美國(guó)和俄羅斯的航天部門(mén)達(dá)成一致意見(jiàn)并簽署協(xié)議，同意國(guó)際空間站的使用壽命由2020年延長(zhǎng)至2024年。如今已是國(guó)際空間站工作的第23個(gè)年頭，超長(zhǎng)的服役期使得空間站的設(shè)備性能?chē)?yán)重老化，每年高達(dá)50億美元的維護(hù)成本，依舊無(wú)法修補(bǔ)超長(zhǎng)服役期帶來(lái)的損傷。
       與此同時(shí)，鄭永春說(shuō)，空間站、載人航天這一塊，現(xiàn)在美國(guó)慢慢在退出來(lái)，將重心轉(zhuǎn)向火星探測(cè)、重返月球等等，“美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）就想把投到這方面的錢(qián)省出來(lái)，交給商業(yè)公司去做，因?yàn)橛X(jué)得這部分工程已經(jīng)成熟了�！�
       在過(guò)去20來(lái)年里，美國(guó)在國(guó)際空間站上的投入已超過(guò)1000億美元，如此巨大的開(kāi)支對(duì)于NASA來(lái)說(shuō)壓力不小。每年為了運(yùn)維空間站，美國(guó)都需耗費(fèi)約40億美元，而NASA整個(gè)財(cái)年的預(yù)算大約在170至180億美元。
       2018年，特朗普政府開(kāi)始將國(guó)際空間站逐漸私有化，交由私營(yíng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)，計(jì)劃從2025年開(kāi)始，美國(guó)聯(lián)邦政府將停止向國(guó)際空間站提供任何資金。美國(guó)在2019財(cái)年投入1.5億美元的財(cái)政預(yù)算，培養(yǎng)航空領(lǐng)域的商業(yè)實(shí)體進(jìn)一步發(fā)展、成熟，以確保商業(yè)領(lǐng)域的接替者，屆時(shí)有能力接管空間站。

太空中唯一的空間站
       2024年國(guó)際空間站退役之后，在一段時(shí)間內(nèi)，中國(guó)的地球空間站可能將是太空中唯一的空間站。龐之浩指出，載人航天是一項(xiàng)高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高技術(shù)的系統(tǒng)工程，至今只有俄羅斯、美國(guó)和中國(guó)三個(gè)國(guó)家獨(dú)立掌握載人航天技術(shù)。
       空間站工程是中國(guó)載人航天工程“三步走”的第三步。1992年，中國(guó)載人航天工程正式啟動(dòng)，第一步是研制載人飛船階段，實(shí)現(xiàn)航天員天地往返等目標(biāo)，第二步是空間實(shí)驗(yàn)室階段，掌握出艙、交會(huì)對(duì)接技術(shù)，驗(yàn)證推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)，完成運(yùn)送貨物補(bǔ)給等任務(wù)。從2003年神舟五號(hào)首次將中國(guó)航天員送入太空至今，在前兩步中，中國(guó)成功研制和發(fā)射了6艘“神舟”載人飛船、2座“天宮”空間實(shí)驗(yàn)室和1艘“天舟”貨運(yùn)飛船，已把11名航天員送上了太空。
       這些都為第三步——空間站建設(shè)打下了基礎(chǔ)。其中，空間站任務(wù)又分為關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證、組裝建造和運(yùn)營(yíng)三個(gè)階段，目前正處于第一個(gè)階段：通過(guò)發(fā)射天和核心艙和2艘載人飛船、2艘貨運(yùn)飛船，驗(yàn)證柔性太陽(yáng)電池翼和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、空間站推進(jìn)劑等技術(shù)。
       盡管歷史悠久，空間站未來(lái)依然大有可為。目前，美國(guó)正聯(lián)合一些國(guó)家合作研制月球空間站——“深空門(mén)戶”，預(yù)計(jì)2024年以后投入使用。月球空間站既可成為前往月面、小行星甚至火星的載人飛船的出發(fā)平臺(tái)，又能作為月球車(chē)的中繼通信平臺(tái)，還是前往維修日地L2軌道上的空間望遠(yuǎn)鏡的中轉(zhuǎn)站。
       “照我說(shuō)，不如把中國(guó)的空間站建到月球（軌道上）去，這樣載人登月就不用像‘阿波羅’（計(jì)劃），那樣太困難了�！苯衲�1月13日，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)月球探測(cè)工程首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)在一次報(bào)告中說(shuō)道，自己曾建議中國(guó)跳過(guò)地球空間站建設(shè)，直接建設(shè)月球空間站，更利于未來(lái)的載人登月計(jì)劃。
       歐陽(yáng)自遠(yuǎn)認(rèn)為，從蘇聯(lián)空間站到國(guó)際空間站，已經(jīng)有幾十年歷史了，中國(guó)再建造地球空間站意義不大，“人家?guī)资�年基本上什么重要的事情都做了�！辈贿^(guò)，著眼當(dāng)下，“天和”核心艙的發(fā)射，正式拉開(kāi)了中國(guó)空間站建設(shè)的序幕，也是中國(guó)載人航天史上的一個(gè)重要里程碑。

來(lái)源：中國(guó)新聞周刊