中國空間站：天宮“筑家”

隨著神舟十四號載人飛船發(fā)射成功，中國空間站建設(shè)也從關(guān)鍵技術(shù)驗證階段轉(zhuǎn)入在軌建造階段。

中國天宮空間站模擬圖（照片來源：中國載人航天辦）

1971年4月19日，世界上第一個空間站——蘇聯(lián)“禮炮1號”進入太空，從那時起人類在太空中便有了可以棲身的住所?？臻g站從誕生之初到如今已經(jīng)有超過50年的發(fā)展歷史。

在這50年里，空間站不斷發(fā)展迭代，內(nèi)部空間越來越大，發(fā)電量越來越大，功能越來越豐富，技術(shù)也越來越先進，成為了人類進行科學研究、探索太空的前哨站。從構(gòu)型上來看，空間站從禮炮系列那樣的單體空間站，發(fā)展到像和平號那樣的大型模塊化空間站，再到國際空間站這樣重量超過400噸的龐然大物，可以說，空間站發(fā)展的歷程就是人類航天技術(shù)發(fā)展的一個縮影。

我國分別在2011年和2016年發(fā)射了天宮一號目標飛行器和天宮二號空間實驗室，為建造真正的空間站奠定了堅實的基礎(chǔ)。在它們的生命周期中，我國驗證了大量與空間站建設(shè)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。空間交互對接、推進劑補給等實驗，為中國空間站的建造和運營積累了寶貴經(jīng)驗，奠定了堅實基礎(chǔ)。而2022年，中國空間站將建設(shè)完成，成為目前人類在太空“唯二”的家園。

T字形結(jié)構(gòu)

中國空間站目前規(guī)劃的構(gòu)型總體上可以分為三個部分，即一個核心艙和兩個實驗艙。在運營過程中，空間站組合體的最大重量可以超過100噸?！皢柼臁焙汀皦籼臁眱蓚€實驗艙對接在“天和”核心艙前端球形對接端口的左右兩端，組成T字構(gòu)型。兩個實驗艙與核心艙節(jié)點艙對接后，還剩兩個端口和核心艙的后端端口可以對接神舟載人飛船和天舟號貨運飛船。

核心艙中部自帶有一對高性能柔性砷化鎵太陽翼，而在兩個實驗艙的末端桁架上也各帶有一對更長的柔性太陽翼。單個太陽翼完全展開的長度將近30米，它們在部署后可以為空間站組合體提供極為充足的電力。當兩個實驗艙對接完畢后，核心艙的太陽翼將會被航天員們移到實驗艙的兩端，讓每一個太陽翼都能發(fā)揮最大的效能。

天和核心艙

空間站的核心艙最早在蘇聯(lián)和平號空間站上出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)大體上可以分為節(jié)點艙、小柱段和大柱段。天和核心艙本體截至目前是中國航天打造的最重載荷，重量超過了22噸。

天和核心艙

天和核心艙是中國空間站的中樞，也可以說是空間站的大腦。它是整個空間站的控制大廳，用于統(tǒng)一控制和管理空間站組合體，控制機械臂，為提供航天員生活和工作的場所，同時支持開展科學研究項目。天和核心艙的居住條件與過去所有空間站甚至國際空間站相比都相當優(yōu)越。核心艙有三個臥室、一個廁所和一個包裹式淋浴間，每一個臥室的空間都相當大，且每一個臥室都有一扇窗戶，隨時可以看見太空的美景。并且中國空間站臥室在設(shè)計之初就對噪聲和振動進行了嚴格管理，控制標準比國際空間站上的更加嚴格，最大程度保證了航天員的身心健康和睡眠質(zhì)量。

天和核心艙還擔負著一個重要使命，即為空間站進行升軌操作。空間站運行在340千米到450千米之間的近地軌道，在這個高度里仍然存在極為稀薄的大氣阻力，在持續(xù)的繞軌飛行中龐大的空間站會逐漸丟失高度，如果不進行升軌操作，空間站遲早會重返大氣層。天和核心艙上的發(fā)動機會在必要時點燃，抬升中國空間站的軌道，保障空間站的安全，而核心艙上還有若干調(diào)姿發(fā)動機，可以在必要時調(diào)整空間站的姿態(tài)。

天和核心艙上有3個專業(yè)科學實驗機柜：無容器材料實驗柜、醫(yī)學樣本分析和高微重力科學實驗柜及人系統(tǒng)研究機柜。航天員生存所必需的制氧設(shè)備和廢物處理裝置等系統(tǒng)，用于加熱食物和處理復水食物的設(shè)備也在核心艙內(nèi)。人體在太空中長時間駐留時如果不進行一定程度的運動，會導致骨質(zhì)疏松和肌肉萎縮等后果，在核心艙內(nèi)安裝有自行車、跑步機來幫助航天員們進行鍛煉。

問天和夢天實驗艙

問天實驗艙將是中國空間站迎來的第一個實驗艙，長度17.9米，最大直徑4.2米，重約20噸。其內(nèi)部包含了四個實驗機柜：生命生態(tài)實驗柜、生物技術(shù)實驗柜、變重力科學實驗柜、科學手套箱兼低溫儲物柜。其主要任務(wù)是開展艙內(nèi)艙外的空間科學實驗和技術(shù)實驗；問天艙內(nèi)還有三個臥室和一個廁所，作為航天員的工作生活和應(yīng)急避難場所，在乘員輪換期間，與核心艙共同承擔六位航天員的生活起居。問天實驗艙上有核心艙部分關(guān)鍵平臺功能，在需要時可以執(zhí)行空間站的管理和控制。問天實驗艙還可以為中國空間站提供一個專門用來進行太空行走的氣閘艙。目前中國空間站上所使用的氣閘艙是由球形對接端口兼職的，使用時必須關(guān)閉球形對接端口和小柱段之間的密封門，太空行走需要的航天服目前也儲存在端口內(nèi)，使用起來并不方便。這個問題將在問天實驗艙發(fā)射后得到解決。

問天實驗艙

問天實驗艙發(fā)射時還會再攜帶一個小型機械臂上天，與目前在核心艙上已經(jīng)進入工作狀態(tài)的機械臂配合，若兩個機械臂合體，則這個長組合機械臂的長度將會達到約15米?！皢柼臁焙汀皦籼臁边€各有一個用于轉(zhuǎn)位的小機械臂。

問天實驗艙和夢天實驗艙的外部還有可以放置實驗設(shè)備和物體的暴露平臺，配置了多個標準載荷接口或大型載荷掛點，可用于掛載各種實驗儀器和載荷，開展天文觀測、地球觀測、空間材料科學、空間生物學等多種類型的暴露實驗或應(yīng)用技術(shù)試驗。

而夢天實驗艙將是中國空間站迎來的第二個實驗艙，長度17.9米，最大直徑4.2米，重約20噸。其內(nèi)部包含了九個實驗機柜：流體物理實驗柜、兩相系統(tǒng)實驗柜、燃燒科學實驗柜、高溫材料科學實驗柜、超冷原子物理實驗柜、在線維修裝調(diào)操作柜、航天基礎(chǔ)試驗機柜、高精度時頻實驗柜?！皦籼臁钡闹饕蝿?wù)與“問天”基本一樣，“夢天”也有一個氣閘艙，不過“夢天”的氣閘艙是專門用于載荷和貨物的艙外試驗項目的。

中國空間站是中國載人航天工程開展近30年來，所有中國航天人的心血結(jié)晶。可以說，從應(yīng)用技術(shù)的先進性到人員居住的舒適度，中國空間站在各方面都處于世界領(lǐng)先水平。中國空間站將至少在軌運行10年，并將通過不斷地在軌維護延續(xù)壽命，就像如今的國際空間站一樣?？臻g站建造完成后，擴建工作還會繼續(xù)開展，其中包括將于明年發(fā)射巡天望遠鏡，后續(xù)還有更多的建設(shè)步驟。未來中國空間站將會變得更大、更完善，為人類文明和技術(shù)進步做出更大貢獻。