解密中國空間站（上）

●雷炳新 文 趙天 編

6月17日9時(shí)22分，搭載“神舟”十二號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F遙十二運(yùn)載火箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射，順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員送入太空。六個(gè)半小時(shí)后，“神舟”十二號(hào)和“天和”艙成功對(duì)接，隨后3名運(yùn)動(dòng)員入住中國空間站，開啟了太空生活模式。這標(biāo)志著中國成為世界上繼蘇聯(lián)后第二個(gè)掌握建設(shè)空間站全套技術(shù)的國家，中國人終于可以在空間站上進(jìn)行科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)。這一刻，國人振奮，世界矚目。

人類的空間站歷程，經(jīng)歷了蘇聯(lián)“和平”號(hào)——國際空間站——中國“天宮”號(hào)的不凡征程。

空間站簡(jiǎn)史

蘇聯(lián)“和平”號(hào)——第一個(gè)空間站

人類并不滿足于在太空短暫旅游。隨著航天技術(shù)的進(jìn)步，蘇聯(lián)率先建成人類第一個(gè)可長(zhǎng)期居住的太空旅行器——“和平”號(hào)空間站。該空間站于1976年初步建成，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)20年的后續(xù)搭積木式組裝，1996年全部建成。建成后的“和平”號(hào)空間站，全長(zhǎng)87米，可用空間近400立方米，重120噸，在太空運(yùn)行了15年。2001年1月，完成太空使命的“和平”號(hào)空間站按科學(xué)家設(shè)計(jì)墜落南太平洋。

“和平”號(hào)空間站規(guī)模較大，但自動(dòng)化程度低。當(dāng)時(shí)的飛船與艙體對(duì)接全靠人工駕駛追趕控制，耗時(shí)長(zhǎng)，難度大。但它依然為人類空間站研究提供了豐富經(jīng)驗(yàn)和大量的可靠科學(xué)研究數(shù)據(jù)，是人類空間站探索的第一步。

國際空間站——最大的擁有現(xiàn)代設(shè)備的空間站

國際空間站是目前在軌運(yùn)行的最大的空間實(shí)驗(yàn)室，由美國、俄羅斯、歐洲、日本、加拿大和巴西六家航天局聯(lián)合建造運(yùn)營，是迄今為止規(guī)模最大、涉及國家最多、設(shè)備現(xiàn)代化的空間國際合作平臺(tái)。空間站初步建成于1998年，經(jīng)過十多年的組裝，2010年轉(zhuǎn)入全面使用。組建完整的國際空間站長(zhǎng)110米，寬88米，高20米，可居住體積約400立方米，重約420噸，由美國、俄羅斯、歐洲航天局11個(gè)成員國（法國、德國、意大利、英國、比利時(shí)、丹麥、荷蘭、挪威、西班牙、瑞典、瑞士）、日本、加拿大和巴西共16個(gè)國家聯(lián)合運(yùn)營。

國際空間站建成至今，先后有19個(gè)國家的230多名宇航員入駐太空生活、研究。空間站裝備了現(xiàn)代化科研設(shè)備，可從事生物學(xué)與生物技術(shù)、技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證、地球與空間科學(xué)、物理科學(xué)、人體研究等多方面的科學(xué)探索。

國際空間站已在軌飛行23年，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)壽命。由于設(shè)備老舊故障頻出，或?qū)⒂?024年停運(yùn)。

中國“天宮”號(hào)——搭載現(xiàn)代高科技的空間站

中國空間站的建設(shè)構(gòu)想源于1992年。多年來，由于美國的制約、封鎖，國際空間站將中國科學(xué)家列入“黑名單”，禁止他們登上空間站進(jìn)行科學(xué)研究，從而導(dǎo)致我國對(duì)太空的觀測(cè)研究出現(xiàn)空白，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界發(fā)達(dá)國家。在此嚴(yán)峻形勢(shì)下，我國科學(xué)家提出空間站工程的“三步走”目標(biāo)：第一步，發(fā)射載人飛船；第二步，發(fā)射空間實(shí)驗(yàn)室；第三步，搭建成較大規(guī)模的現(xiàn)代化空間站。

2003年10月，“神舟”五號(hào)飛船成功將楊利偉送入太空，標(biāo)志著我國完成空間站工程的第一步；2011年9月，“天宮一號(hào)”成功飛天，標(biāo)志著我國空間站工程第二步的勝利完成。

如今，我們邁出了空間站工程的第三步：一個(gè)搭載高科技、設(shè)備最先進(jìn)的空間站已然升空。

中國空間站長(zhǎng)什么樣？

中國空間站呈“T”字形結(jié)構(gòu)，將由“三艙兩船”在太空“搭積木”陸續(xù)組建而成。“三艙”包括“天和”核心艙與兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙“問天”和“夢(mèng)天”，“兩船”是指“天舟”貨運(yùn)飛船和“神舟”載人飛船。

2021年4月29日，“天和”艙首先飛天。“天和”艙是我國“天宮”空間站的主構(gòu)建和核心部件，是空間站的管理和控制中心，也是航天員生活起居和做實(shí)驗(yàn)的主場(chǎng)所，全長(zhǎng)16.6米，艙內(nèi)活動(dòng)空間110立方米，重22.5噸。由四部分組成：最前端的節(jié)點(diǎn)艙、航天員起居鍛煉的小柱段、工作區(qū)的大柱段、裝配發(fā)動(dòng)機(jī)和對(duì)接口的資源艙。我國的“天宮”空間站就是以“天和”艙為基礎(chǔ)，不斷通過太空“搭積木”的方式，逐漸擴(kuò)展而形成的。

“兵馬未動(dòng)，糧草先行”。在三名航天員進(jìn)入太空之前，5月29日，“天舟”二號(hào)貨運(yùn)飛船飛上藍(lán)天與“天和”艙進(jìn)行了對(duì)接?！疤熘邸倍?hào)是我們空間站天地之間的“快遞小哥”，此次“送貨”的包裹多達(dá)160多件，總重量達(dá)到6.9噸。這些物品包括航天員在空間站所需的生活用品、實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及用來進(jìn)行空間站運(yùn)行維護(hù)的兩噸推進(jìn)劑等。

6月17日，“神舟”載著三名中國航天員飛天，隨后與“天和”核心艙順利對(duì)接。

至此，我國空間站初步建成，目前在軌運(yùn)行包括“一艙兩船”：前段的“神州”載人飛船、中部的“天和”核心艙以及后面的“天舟”貨運(yùn)飛船。三大部件組成了一個(gè)長(zhǎng)超過36米，重達(dá)45噸的大塊頭空間器。

隨后，我國將在這三大部件的基礎(chǔ)上，繼續(xù)向太空發(fā)射兩艘實(shí)驗(yàn)艙——“問天”號(hào)和“夢(mèng)天”號(hào)，它們將對(duì)接在核心艙兩側(cè)，并最終形成由“三艙兩船”五大部件組成的中國空間站。建成后的“天宮”空間站總長(zhǎng)約50米，重量將達(dá)90多噸，額定航天員3名，預(yù)計(jì)在軌運(yùn)行10年以上。

五大部件個(gè)個(gè)彰顯高科技

就拿“天舟”二號(hào)貨運(yùn)飛船來說，它的高科技體現(xiàn)在三個(gè)方面。

首先是它的物資運(yùn)送總量達(dá)6.9噸，其貨運(yùn)能力遠(yuǎn)超歐美，領(lǐng)先世界，直接碾壓世界現(xiàn)役其他飛船，處于絕對(duì)的大哥大地位。另外，“天舟”二號(hào)發(fā)射重量為13.5噸，貨運(yùn)能力6.9噸，貨運(yùn)載荷比為48%，這在全世界都是當(dāng)之無愧的第一名。最后還有無與倫比的運(yùn)輸效率：“天舟”二號(hào)僅繞地球飛行4圈就可實(shí)施對(duì)接“交貨”，而傳統(tǒng)的貨運(yùn)飛船則需要繞地球飛行30多圈方可對(duì)接“交貨”，就這一點(diǎn)來說，它的運(yùn)輸效率是傳統(tǒng)飛船的7倍還多。

景海鵬在天宮二號(hào)

而“天和”艙上，艙外智能大型機(jī)械臂、視角場(chǎng)遠(yuǎn)超美國哈勃300倍的太空望遠(yuǎn)鏡、推進(jìn)劑自動(dòng)補(bǔ)給系統(tǒng)、更耐用的離子推進(jìn)器等，處處都呈現(xiàn)著高科技的靚點(diǎn)。

更先進(jìn)的對(duì)接技術(shù)

相比于傳統(tǒng)的天宇對(duì)接，中國空間站各部件之間的太空對(duì)接更加先進(jìn)。

一是采用了全自主對(duì)接技術(shù)。所謂“全自主”是指航天器飛上天之后，彼此間的對(duì)接不需要航天員操控或地面指控中心的指令指導(dǎo)，航天器能在太空自己調(diào)整速度、角度、姿勢(shì)等，進(jìn)行全自動(dòng)智能對(duì)接。

二是快速對(duì)接?！叭灾鳌睂?duì)接相比于人工參與對(duì)接，速度更快，用時(shí)更少，一般在航天器飛上太空8小時(shí)左右即可完成，極大地縮短了航天員在飛船上的滯留時(shí)間，有效地降低了航天員的太空風(fēng)險(xiǎn)。

三是運(yùn)用了可控阻尼技術(shù)。這個(gè)技術(shù)能夠有效緩沖大噸位航天器對(duì)接中產(chǎn)生的撞擊力，使原本8噸的對(duì)接能力能提升到74噸，乃至180噸，大大提升了大型航天器對(duì)接的可靠性和安全性。

更智能的并網(wǎng)供電系統(tǒng)

在中國空間站“三艙兩船”五大部件組合體模式下，“神舟”飛船會(huì)經(jīng)歷最長(zhǎng)19天的大面積遮擋周期，面臨太陽能電池翼被遮擋，自身無法發(fā)電的困境。

為了解決這一問題，空間站采用了并網(wǎng)供電系統(tǒng)：整個(gè)空間站系統(tǒng)，各個(gè)航天器既能獨(dú)立發(fā)電，其電源的能量又可以相互傳送。比如“神舟”飛船無法發(fā)電時(shí)便可以接受來自核心艙的并網(wǎng)供電。這個(gè)并網(wǎng)供電的源頭很多，可以來自核心艙，可以來自貨運(yùn)飛船，也可以來自實(shí)驗(yàn)艙。整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成一個(gè)“供電大聯(lián)盟”，空間站的五大部件之間可以根據(jù)實(shí)時(shí)電能的多寡自動(dòng)調(diào)配，相互輸送，還可以根據(jù)彼此需要進(jìn)行低壓電、高壓電的自動(dòng)轉(zhuǎn)換調(diào)配輸送。這一設(shè)計(jì)，保證了空間站每一部件、每一時(shí)刻的電力供應(yīng)。

“太空醫(yī)院”保障身心健康

在中國空間站航天員的大腿外側(cè)，佩戴著兩個(gè)格外顯眼的銀灰色設(shè)備，這是中國航天員“太空醫(yī)院”的專配高科技產(chǎn)品：生理信號(hào)測(cè)試盒和心電記錄裝置。

生理信號(hào)測(cè)試盒用于航天員的心電、呼吸、體溫等信號(hào)的全程檢測(cè)、調(diào)理和向地面?zhèn)鬏?；心電記錄裝置則用于心電信號(hào)的實(shí)時(shí)記錄，可以測(cè)試航天員的心理狀況。如果檢測(cè)到航天員的心理狀況不是很好，“太空醫(yī)院”就會(huì)即時(shí)把相關(guān)指數(shù)發(fā)送到地面，由地面心理專家適時(shí)進(jìn)行針對(duì)性心理輔導(dǎo)。航天員一旦肌肉疲勞，還可以由“太空醫(yī)院”來按摩肌肉。

有了“太空醫(yī)院”的生理、心理保障系統(tǒng)，航天員就可以在空間站這個(gè)“智能太空港”里度過安全、愉悅的“太空之旅”。另外，太空自行車、太空廁所等設(shè)備也處處展現(xiàn)出最先進(jìn)的現(xiàn)代高科技。