揭秘中国空间站

2020年5月5日，第一枚长征五号乙运载火箭在中国文昌航天发射场发射，成功地将新一代载人飞船和柔性充气货物返回舱送入太空轨道。5月8日，新一代载人飞船返回舱成功着陆并返回，试验取得圆满成功。这也是中国空间站在轨建设阶段的首次任务。期待已久的中国空间站建设终于拉开帷幕。

中国在20世纪90年代启动的载人航天计划有一个“三步走”的战略。从发射载人宇宙飞船把中国宇航员送入太空，到航天飞行和发射空间实验室，我们现在已经到了第三步，即“建造空间站以解决大规模和长期关心的空间应用”随着空间站项目的全面发展，中国已经正式进入“空间站时代”。

根据计划，空间站将于2022年左右完工。届时，它将在340-450公里的低地球轨道上运行，并能在轨道上飞行10年以上，支持大规模空间科学实验、技术实验和空间应用。此外，通过空间维护可以延长使用寿命和扩大规模。

站长是什么样的？

整个结构是T形的，有三个隔间。如果把神舟飞船比作一辆汽车，天宫一号和天宫二号相当于一个房间和一个大厅，而空间站就像三个房间和两个带有储藏室的大厅。

中国空间站的名字很有中国特色。它被命名为“天宫”(见图)。通常情况下，空间站有3个人，当宇航员旋转时最多有6个人。该空间站建成后将成为中国的国家空间实验室，并将在轨道上长期稳定运行。

中国载人航天工程的总设计师周建平说，空间站的基本结构包括三个舱，一个核心舱和两个实验舱。每个舱都是20吨级，三个舱的重量大约是66吨。空间站是以核心模块为中心的T形结构，实验模块一和实验模块二分别连接在两侧。其中，核心模块用于控制整个空间站组件，两个实验模块用于生物、材料、微重力流体、基础物理等科学实验。

中国航天科技集团第五研究院空间站系统副总设计师朱形象地比喻道:“如果神舟飞船是一辆汽车，那么天宫一号和天宫二号就相当于一室一厅的房子，而空间站就像一个三室两厅的带储藏室的房子。”

命名为天河，核心舱长16.6米，最大直径4.2米，发射质量22.5吨。它可以支持三名宇航员长时间留在轨道上。这是中国目前开发的最大的航天器。它不仅是空间站的管理和控制中心，也是宇航员生活的主要场所。它还可以支持少量的空间科学和技术实验。为了让宇航员在太空的长期生活更加舒适，核心舱在设计上取得了重大突破。宇航员工作和生活的空间大约是50立方米。加上两个实验舱，宇航员的活动空间整体达到110立方米。

核心模块还包括三个部分:节点模块、生命控制模块和资源模块，有三个停靠端口和两个停靠端口。对接端口用于连接两个实验舱，并与核心舱一起形成空间站组件。该接口用于载人飞船、货运飞船和其他飞行器访问空间站，还有一个出口舱供宇航员离开空间站。其中，核心模块前端的两个对接端口接收载人飞船对接，后端的一个对接端口接收货物飞船对接和补给。对接接口可以支持其他飞行器的短期对接，并容纳新的对接段以扩大空间站的规模。

中国航天科技集团第五研究院空间站系统总设计师章昊表示，核心模块是空间站的主控制模块，主要控制整个空间站的飞行姿态、动力学和载人环境。核心舱的大柱段直径为4.2米，小柱段直径为2.8米。大圆柱段主要是宇航员工作和实验的地方，而小圆柱段是宇航员睡觉和卫生的地方，保证宇航员的生活和正常生活。

实验模块的名字是“问天”。其主要任务是在模块内外进行科学技术实验。它也是宇航员工作和生活的地方和紧急避难所。实验舱一配备了一个宇航员舱外活动专用气闸，以支持宇航员舱外活动，并配备了一个小型机械臂，以自动安装舱外载荷。实验模块一在核心模块中具有关键平台的功能，这意味着它可以在需要时执行空间站的全部管理和控制。

实验舱二被命名为“梦想日”，其功能与实验舱一类似。实验舱二还配备了货物专用气闸，在宇航员和机械臂的协助下，该气闸支持货物和货物的自动进出。

空间站项目还包括天地运输系统和货物运输系统。航天飞机系统由神舟载人飞船和长征二号F运载火箭组成，用于宇航员和一些材料往返空间站。神舟号载人飞船可搭载3名宇航员实现天地往返，也可作为空间站对接期间的救援船，进行紧急救援和宇航员返回。

空间站的货物运输系统由一艘天州货船和一枚长征7号运载火箭组成。货船为空间站运送诸如宇航员的生活材料、推进剂和装载设备等物资。

在空间站建设阶段，长5 b火箭还承担了将空间站模块送入轨道的重要任务。中国未来的空间站还有另一个重要的计划。空间站建造完成后，将单独发射一个10吨重的光学模块，与空间站保持在轨道上。该光学模块被命名为“空中巡逻”，并具有自主飞行的能力。在正常飞行任务中，它将与空间站在同一轨道上飞行，进行高分辨率天文观测，并进行天体物理学和空间天文学研究。当需要补充燃料和设备维护时，光学模块可以与空间站对接，进行推进剂补充和设备维护，以提高其使用寿命和工作性能。

“计划在光学模块中安装一个两米长的望远镜。如果它在轨道上运行10年，可以观测到超过40%的天空。”周建平说。这套望远镜可以连续不断地为科学家提供大量的观测数据，用于研究宇宙学和天文学。

中国空间站的设计和发展坚持适度规模、安全可靠、技术先进、经济高效的理念，总体上体现中国特色和技术进步。周建平说，中国的空间站可以进一步扩大，为未来的发展留下空间。根据空间科学研究和应用的需要，可以连接更多的舱段，并通过在轨维护、在轨技术升级等方式满足要求。中国空间站的研发遵循适度规模的原则，有利于控制项目成本，突出载人航天的特点，突出人在空间中的作用。

如何建造空间站？

它分为三个阶段:关键技术验证、建设和运行。第一次飞行后，55B将先后发射“天河”核心舱、“田文”实验舱和“梦田”实验舱。宇航员将参加许多建造空间站的舱外活动。

根据任务规划，空间站项目分为三个阶段:关键技术验证、建造和运行。中国载人航天工程办公室副主任林西强说，计划完成12项任务来完成空间站的建设。经过5个月的首次飞行，它将先后发射“天河”号核心舱、“田文”号实验舱和“梦田”号实验舱，用于空间站的在轨组装和基本构型的建造。还计划发射4艘神舟载人飞船和4艘天州货运飞船，用于航天员轮换和货物补给。

“未来11个任务将是高密度发射任务，充满大量新技术和挑战，发射频率和任务复杂性将大大增加。”周建平在接受采访时说。这也将是一个非常出色的实验。11项任务的完成将意味着中国空间站的正式建成。

空间站的测试核心模块计划在2020年左右发射，以验证空间站的关键技术。验证完成后，将相继发射两个实验舱与之对接，然后空间站将从建造阶段转移到运行阶段。从核心模块阶段开始，宇航员还将开始参与空间站的建设并承担许多任务。例如，他们必须多次执行复杂的退出活动。那时，宇航员可以用机械臂配合完成在轨安装、调试和载荷升级。

事实上，在低地球轨道上建设空间站意味着掌握大型空间设施的建设技术和运行管理技术，并具有较强的维护和升级能力。宇航员的舱外活动和机械臂的使用都是重要的手段。

“宇航员操作机舱中的机械臂，宇航员在外太空行走。无论是舱段的移位、大型设备的移动还是宇航员自身的移动，都可以通过机械臂来完成。”周建平说，“空间站设计有两种类型的机械臂。人机合作使得建造和维护空间站成为可能。”

“将材料运送到太空的成本非常高。回收和提高材料的回收率是世界载人航天飞行关注的主要技术问题。周建平说。

通过新的技术支持，中国宇航员向空间站的供应将得到更好的保证。中国宇航员在轨道上飞行的前记录是33天。宇航员生存所必需的水和氧气由宇宙飞船直接带入太空。为了让宇航员在轨道上停留更长时间，空间站设计了一个完整的可再生生命支持系统。宇航员呼出的氧气和二氧化碳在电解过程中产生的氢气将通过化学反应产生氧气，这也可以减少氧气的供应需求。

如此庞大的空间站系统需要强大的电源。空间站的供电系统包括两对“翅膀”——翼展约30米的柔性太阳能翅膀。该系统可以为空间站提供可靠和充足的不间断电源。此外，空间站将采用电力推进技术作为空间站轨道维护的动力装置，这将大大减少空间站运行期间的推进剂供应需求。

空间站有什么用？

在其在轨运行期间，它将面向科学探索、人类生存和空间活动，并支持大规模空间科学实验、技术实验和空间应用。

空间站建成后，它将成为宇航员的“太空屋”，也是科学研究的“太空实验室”。一流的空间实验平台将为科学家实现世界级重大突破提供有力保障。

根据计划，空间站将在轨道上运行10年以上。在环绕地球的轨道上，它将面向未来的科学探索、人类生存和空间活动，并支持大规模的空间科学实验、技术实验和空间应用。

载人航天工程空间应用系统专家表示，中国空间站不仅是中国科学家的科学探索平台，也是全球科学家的平台。通过空间站平台，更多的科学成就有望出现，许多宇宙之谜也将被揭开。

空间站的资源非常珍贵。经过科学和仔细的选择，空间站将配备与生物学、材料科学、基础物理学、微重力、流体和其他类别有关的科学研究和实验设施。

空间站计划在密封的舱里部署十几个科学实验舱，并在舱外放置一个暴露的实验平台，包括一个与空间站在同一轨道上飞行的望远镜。每一个科学实验室都可以被视为一个小型空间实验室，支持空间科学和一个或多个方向的应用研究。

具体而言，在人类生存方面，空间站将围绕人类长期空间生存和提高地面生活质量开展研究和应用。在空间活动方面，空间站支持测试和验证应用技术，如远程科学和技术、在轨组装、维护和修理以及人机联合作业，以加强人类空间活动和在轨服务能力，并扩大人类活动的范围。

在空间站，宇航员不仅是空间站的居民，也是要研究的对象。例如，到目前为止，11名中国宇航员已经成功完成了6次载人任务。同时，有效验证了航天员选拔训练技术和健康、生活、工作三大常驻保障技术，为未来空间站的长期飞行奠定了坚实的基础，提供了强有力的技术支持。在空间站时代，围绕宇航员的科技研究将会继续。

“我们的目标是建设和运营国家空间实验室，为空间科学研究和应用提供全面支持，推动中国空间科学研究进入国际先进行列，不断将先进的科技成果转化为应用。”中国科学院空间应用工程与技术中心主任高明说。

谁将住在空间站？

在空间站的正常运行中，三名宇航员作为机组人员飞行了很长一段时间，并定期轮换。将来会有不同类型的宇航员，比如飞行工程师和科学家。

目前，已经挑选出在空间站建造阶段执行过四次任务的宇航员，他们正在进行任务培训。中国第三批后备航天员的选拔也将于今年7月左右完成。

在空间站的正常运行中，三名宇航员作为机组人员飞行了很长一段时间，并定期轮换。在旋转期间，多达6名宇航员可以同时在空间站工作。交接后，前宇航员将乘坐载人飞船返回地球。

与中国以前每两年进行一次的载人航天任务相比，空间站在建造和运行期间每年发射多次，需要更多类型和数量的宇航员。

目前，中国的宇航员都是从现役空军飞行员中选拔出来的，他们主要是太空飞行员。空间站将进行空间科学实验。除了身体健康的普遍要求外，未来还需要不同类型的宇航员，如航天工程师和有效载荷专家(科学家)。飞行工程师执行空间站的建造、维护和修理等任务。科学家，也就是有效载荷专家，可以在空间站，一个空间实验室里做实验。根据空间站的实验项目，选择具有相关专业背景的科学家进行培训也是宇航员选择和培训的一个主要方向。

第一位进入太空的中国宇航员杨利伟说，中国将从2018年开始挑选第三批宇航员。所选内容在数量、类型和范围上都发生了变化。不仅要选拔空军飞行员，还要选拔社会相关领域的飞行员，如相关的工业部门、科研机构和大学。

空间站任务也要求宇航员有更多的能力。将来，宇航员在轨道上停留的时间将大大延长。目前，中国宇航员在太空停留的最长记录是一个月，未来将是3个月、6个月甚至更长。宇航员的技术技能将会发生巨大的变化。过去，宇航员在太空中做了大部分实验。将来，在空间站的建造阶段，宇航员将在舱外空间做大量的工作。

载人航天工程航天员系统副总设计师黄进一步解释说，在空间站任务期间，空间站有许多舱，运行时间长。宇航员每天需要花大量时间在空间站内部的维护和管理上。他们还必须参与空间站的组装和建造，以及空间站的维护、修理和设备更换。同样，在空间站任务中，宇航员必须完成大量的空间科学实验、技术实验和有效载荷操作，学科众多，跨度大，这对宇航员的专业知识储备和科学素养提出了极高的要求。

执行过神舟11号任务的宇航员陈东说，空间站任务将需要很长时间才能在轨道上飞行，而且将会有更多的实验项目。他希望通过加强学习成为一名科研宇航员，并能独立设计实验。"将来在太空亲自完成它一定非常美妙。"