2020，太空看中國(guó)

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

中國(guó)載人航天工程啟動(dòng)于上世紀(jì)90年代初，那時(shí)候，16個(gè)國(guó)家參與的“國(guó)際空間站”正建設(shè)得如火如荼，但，他們拒絕中國(guó)的加入。現(xiàn)如今，“國(guó)際空間站”上一共有59個(gè)國(guó)家共同參與了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，但，沒有中國(guó)。中國(guó)人想在太空做實(shí)驗(yàn)，只有一條路，那就是靠自己。

中國(guó)空間站副總設(shè)計(jì)師朱光辰說(shuō)：“我是1995年加入這個(gè)團(tuán)隊(duì)的。從中國(guó)人提出自己的空間站計(jì)劃的第一天起，我和團(tuán)隊(duì)就做好了開天辟地的準(zhǔn)備。”“開天辟地”這個(gè)詞用的，不為過。多個(gè)國(guó)家共同完成的國(guó)際空間站，即使是在有美國(guó)、俄羅斯具備空間站研制能力的航天大國(guó)的參與下，仍然困難重重。而中國(guó)的空間站，要靠我們一個(gè)國(guó)家，一個(gè)沒有做過空間站的國(guó)家獨(dú)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(jī)會(huì)把自己的專長(zhǎng)，把自己的事業(yè)跟國(guó)家的重大工程結(jié)合在一起，有機(jī)會(huì)向世界展示中國(guó)人民的決心意志和力量。為此而奮斗，太幸福了。”

曾見“曙光”

實(shí)際上，上世紀(jì)90年代并不是我們第一次挑戰(zhàn)如此難度的國(guó)家工程。1967年，當(dāng)時(shí)的七機(jī)部八院就開始擬訂中國(guó)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(huì)，并建議把第一艘飛船命名為“曙光”1號(hào)。升空時(shí)間設(shè)定為1973年。考慮到蘇聯(lián)美國(guó)飛船已經(jīng)上天了，蘇聯(lián)飛船上天的是小狗，美國(guó)是猴子，中國(guó)的原則是不再考慮生物上天，應(yīng)該起步高一點(diǎn).所以第一步就上宇航員。誰(shuí)都想著自己的租國(guó)能夠早日強(qiáng)大起來(lái)，如果第一顆東方紅衛(wèi)星重達(dá)蘇美法日第一顆衛(wèi)星的總和，那第一艘“曙光”1號(hào)宇宙飛船也能夠多載幾名航天員，超過外國(guó)人。于是我們計(jì)劃上5名航天員。這是一個(gè)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(shí)，為了超過美國(guó)飛船載人的數(shù)量，在本應(yīng)乘坐兩名宇航員的艙內(nèi)擠進(jìn)了3個(gè)人，因?yàn)榭臻g狹小，只能把航天服都舍棄了，結(jié)果返回時(shí)出現(xiàn)事故，3名宇航員全部死亡。高漲的熱情總是會(huì)在現(xiàn)實(shí)面前冷靜下來(lái)。

“曙光”1號(hào)的暫停有一個(gè)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(cāng)皇出逃，摔死在蒙古的溫都爾汗。調(diào)查中空軍成了“重災(zāi)區(qū)”，包括宇航員訓(xùn)練在內(nèi)的許多工作全部中斷。緊接著，空軍宣布宇航訓(xùn)練籌備組解散。

當(dāng)然也有必然原因。幾十年后曾經(jīng)擔(dān)任神舟飛船副總指揮的劉濟(jì)生說(shuō)，他那時(shí)也參加了“曙光”1號(hào)飛船的論證工作。搞載人航天，要花很多很多的錢。而那時(shí)，國(guó)家沒有那么多經(jīng)費(fèi)支持和發(fā)展載人航天事業(yè)。當(dāng)時(shí)有人說(shuō)，與其搞飛船，還不如把錢花在建水電站、化肥廠上，更有實(shí)際效果。所以，搞還是不搞，爭(zhēng)論不小。情況反映到上頭，最后還是毛主席拍板叫停，說(shuō)力量不足，經(jīng)費(fèi)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(lái).周恩來(lái)專門就中國(guó)載人航天的發(fā)展講了幾條原則，總的意思是說(shuō)，我們不與蘇美搞太空競(jìng)賽，要搞國(guó)家建設(shè)急需的應(yīng)用衛(wèi)星。就這樣，到1972年，“曙光”1號(hào)載人飛船工程的研制開始減緩下來(lái)，到了70年代末，就整個(gè)停下來(lái)了，主要保留了核心技術(shù)的跟蹤、研究和開發(fā)。

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

空間站核心艙

珠海航展展館內(nèi)“天和”號(hào)空間站核心艙，不論什么時(shí)候去都被里三層外三層的人群圍得水泄不通。以至于中國(guó)航天科技所在7號(hào)館不得不不定時(shí)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(zhǎng)度16.6米，核心艙包括節(jié)點(diǎn)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(gè)空間站的核心同時(shí)也是基本組成，外部留有3個(gè)對(duì)接口和2個(gè)停泊口。對(duì)接口用于載人飛船、貨運(yùn)飛船及其他飛行器訪問空間站，停泊口用于兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙與核心艙組裝形成空間站組合體，另有一個(gè)出艙口供航天員出艙活動(dòng)。未來(lái)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(zhǎng)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(yáng)光也成了工程的阻力。為了攻克技術(shù)難關(guān)，空間站要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)。據(jù)了解，僅核心艙就布了300多個(gè)傳感器，測(cè)量900多路信號(hào)，目的就是為了測(cè)試這個(gè)22噸的一個(gè)大家伙，在發(fā)射過程當(dāng)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(hào)和“天宮”2號(hào)相當(dāng)于一室一廳的小戶型，未來(lái)的中國(guó)空間站相當(dāng)于三室一廳的大戶型，還帶儲(chǔ)藏問。建成后的中國(guó)空間站將包括核心艙實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ相實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ，通過交會(huì)對(duì)接和艙體轉(zhuǎn)位組裝構(gòu)成空間站基本構(gòu)型。運(yùn)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(shí)現(xiàn)航天員長(zhǎng)期連續(xù)在軌生活和工作，輪換時(shí)最大可達(dá)6人。配置艙外機(jī)械臂等設(shè)備，協(xié)同航天員完成艙外建造、維護(hù)維修，以及艙外載荷操作任務(wù)。空間站核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙均由“長(zhǎng)征”5號(hào)B運(yùn)載火箭在海南發(fā)射場(chǎng)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(duì)接和轉(zhuǎn)位的方式完成建造。首先，實(shí)驗(yàn)艙對(duì)接于核心艙節(jié)點(diǎn)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(diǎn)艙Ⅱ、Ⅵ象限，與節(jié)點(diǎn)艙剛性連接，構(gòu)成三艙基本構(gòu)型。實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ和Ⅱ配置交會(huì)測(cè)量設(shè)備、主動(dòng)式對(duì)接機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。核心艙節(jié)點(diǎn)艙配置被動(dòng)式對(duì)接機(jī)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(duì)接3個(gè)過程。實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位主要采用轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，也可由機(jī)械臂操作完成。機(jī)械臂實(shí)際上在2016年，隨航天員景海鵬、陳冬一起同“天宮”2號(hào)升空過，也是世界上首次在太空中由航天員直接控制機(jī)械臂。核心艙配置大型機(jī)械臂1個(gè)，實(shí)驗(yàn)艙配置小型機(jī)械臂1個(gè)。兩個(gè)機(jī)械臂可獨(dú)立或協(xié)同工作，也可組合為一個(gè)機(jī)械臀、擴(kuò)大作業(yè)范圍。機(jī)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(wù)。

在沒有類似航天飛機(jī)的大型運(yùn)輸工具情況下，利用艙段交會(huì)對(duì)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(yùn)飛船、航天員和機(jī)械臂支持下，完成類似國(guó)際空間站的復(fù)雜艙外建造和操作活動(dòng)。我國(guó)空間站總體構(gòu)型和建造模式區(qū)別于“和平號(hào)”空間站和“國(guó)際空間站”。

“國(guó)際空間站”采取“邊建造，邊應(yīng)用”的模式，其有效載荷（科技研究試驗(yàn)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(jìn)展，逐步運(yùn)來(lái)，逐步安裝的。這一過程長(zhǎng)達(dá)十幾年，空間站建成后，工作壽命預(yù)計(jì)為15年。在將近30年漫長(zhǎng)朗間，空間應(yīng)用的項(xiàng)目與要求不可能原封不動(dòng)，勢(shì)必會(huì)與時(shí)俱進(jìn).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(gè)問題。隨著時(shí)間的推移，空間站的儲(chǔ)藏室或庫(kù)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(hào)空間站的航天員回憶，站上由于大量的設(shè)備、器材無(wú)序地堆積在一起，有時(shí)為了尋找一件急用的設(shè)備或器材。需花費(fèi)很大的精力和時(shí)間。我國(guó)的空間站以實(shí)驗(yàn)柜形式建立的在密封艙內(nèi)的專業(yè)精密科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，通過更換實(shí)驗(yàn)單元或樣品，可開展系列化的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

未來(lái)，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(yù)留機(jī)電熱等擴(kuò)展接口，具有對(duì)接新艙段的能力。空間站可接納符合我國(guó)空間站標(biāo)準(zhǔn)的他國(guó)航天器訪問，也可在航天員和機(jī)械臂協(xié)同配合下，在空間站上安裝艙外實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或?qū)嶒?yàn)設(shè)備。艙段擴(kuò)展，需要發(fā)射一個(gè)帶有節(jié)點(diǎn)艙的新艙段。例如，再對(duì)接一個(gè)核心艙形成四艙結(jié)構(gòu)，既可以滿足擴(kuò)展需求，又可以增強(qiáng)空間站關(guān)鍵系統(tǒng)的備份能力，同時(shí)不必專門研制新的艙段。在四艙擴(kuò)展構(gòu)型的基礎(chǔ)上，利用增加的對(duì)接口，可進(jìn)行艙段擴(kuò)展，增加新的艙段。

空間站能源擴(kuò)展的一個(gè)優(yōu)先方案是將核心艙太陽(yáng)電池帆板轉(zhuǎn)移安裝在實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ和Ⅱ尾部桁架上，沿實(shí)驗(yàn)艙軸向方向展開。該方案優(yōu)點(diǎn)是可以將空間站資源有效重組利用，無(wú)其它形式能源擴(kuò)展帶來(lái)的上行運(yùn)輸需求。能源的進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)與艙段擴(kuò)展統(tǒng)籌考慮，分步實(shí)施。核心艙、實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ和Ⅱ預(yù)留艙外實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、載荷掛點(diǎn)及接口，用于運(yùn)營(yíng)階段擴(kuò)展艙外實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＨ绱耍臻g站最大可增加1個(gè)核心艙、2個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙、4個(gè)大型艙外暴露實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并可在艙外外掛大型實(shí)驗(yàn)載荷。擴(kuò)展后的最大規(guī)模可達(dá)180噸，長(zhǎng)期乘員人數(shù)3～6八。

空間站試驗(yàn)

如果每個(gè)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(gè)人用品，而當(dāng)今運(yùn)送1千克物品到空間站的費(fèi)用為2.2萬(wàn)美元。由此可見，“養(yǎng)”一個(gè)空間站估計(jì)每年需10億美元。那么，問題來(lái)了，養(yǎng)空間站，干什么？

干在地球上干不了的事。“造船必建站.建站為應(yīng)用”。這是載人航天發(fā)展的一股規(guī)律。空間站應(yīng)用是建造空間站的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。由于國(guó)際空間站計(jì)劃運(yùn)行至2024年，因此我國(guó)空間站可能成為21世紀(jì)20年代中后期國(guó)際上唯一的大規(guī)模應(yīng)用的載人空間站，因此國(guó)際科學(xué)界翹首以盼。

醫(yī)學(xué)與生物學(xué)研究，是空間站應(yīng)用的重點(diǎn)。在目前在軌運(yùn)行的“國(guó)際空間站”上，俄羅斯實(shí)驗(yàn)艙和美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙的應(yīng)用項(xiàng)目中，醫(yī)學(xué)與生物研究分別占總實(shí)驗(yàn)的43%和32%。除了國(guó)際上慣常的生物、醫(yī)藥、物理等科學(xué)實(shí)驗(yàn)外，我國(guó)空間站還有一個(gè)限老百姓直接相關(guān)的工作任務(wù)，就是將依托全國(guó)優(yōu)勢(shì)科研機(jī)構(gòu)，建設(shè)開放性的空、司科學(xué)平臺(tái)，開展科學(xué)研究、科學(xué)普及和教育活動(dòng)，積極擴(kuò)大公眾參與，為提高全民科學(xué)素養(yǎng)做貢獻(xiàn)。

《航空知識(shí)》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(huì)有且僅有中國(guó)一家的空間站在軌運(yùn)行。到時(shí)也許還會(huì)有爭(zhēng)論，為什么要建、要養(yǎng)如此龐然大物？眼光放長(zhǎng)遠(yuǎn)些.也許心里會(huì)好受些。宇宙的拓荒，我們才開始第一步呢。

責(zé)任編輯：武瑾媛