規(guī)模適度，不貪大求全
我國打造“經(jīng)濟適用型”太空“別墅”
在廣東珠海舉辦的第十二屆中國國際航空航天博覽會上，中國空間站天和核心艙揭開神秘面紗，首次公開亮相。圖為展出的空間站核心艙實物（工藝驗證艙）。 新華社記者 梁旭攝
我國空間站采用了許多新技術(shù)，例如，大型柔性太陽電池翼、再生式生命保障系統(tǒng)、電推進系統(tǒng)、首尾兩端配置相同的大型空間機械臂等，所以使用效益比較高。
茫茫深空中，中國終于要有一個屬于自己的宇宙家園了。4月29日，我國在海南文昌用長征五號B遙二運載火箭成功將空間站天和核心艙送入預定軌道，空間站在軌組裝建造全面展開。中國也成為全球第三個獨立建造空間站的國家。
在天和核心艙發(fā)射升空之后，據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，經(jīng)監(jiān)測分析，5月9日10時24分，長征五號B遙二運載火箭末級殘骸已再入大氣層，落區(qū)位于東經(jīng)72.47度，北緯2.65度周邊海域，絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀。
除了運載火箭外，我國為了組建自己的空間站還進行過哪些準備？中國的空間站又有哪些特色？為此，科技日報記者專訪了全國空間探測技術(shù)首席科學傳播專家龐之浩。
組建之前進行了多項“熱身”
中國空間站的建造舉世矚目，但其實在開啟組建工作前，我國就已經(jīng)完成了許多“熱身動作”。
首先，就是完成載人天地往返運輸系統(tǒng)的研制與發(fā)射。“就像我們的科研大樓一樣，空間站具有體積大、功能強、載人多、性能優(yōu)等諸多特點，但它自身不能進行天地往返。”龐之浩表示，因此，在建造空間站之前，首先需要完成載人天地往返運輸系統(tǒng)的研制。通過我國第一艘載人航天飛船——神舟五號，以及神舟六號的研制與發(fā)射，我國成功掌握了載人天地往返運輸技術(shù)。
其次，是突破了太空行走以及交會對接技術(shù)。2008年9月27日，神舟七號航天員翟志剛成功完成了我國歷史上第一次太空行走，標志著中國成為世界上第三個獨立掌握空間出艙技術(shù)的國家。龐之浩表示，太空行走技術(shù)的突破，為完成我國建造空間站所需的出艙、組裝、維修等任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。
空間交會對接是指兩個或兩個以上的航天器在太空軌道上按預定位置和時間相會后用機械結(jié)構(gòu)連成一個整體。它有四大用途：一是為長期運行的空間設(shè)施提供人員和物資運輸服務(wù)；二是使兩個航天器在太空相互支持；三是在軌組裝大型航天器結(jié)構(gòu)；四是進行航天器重構(gòu)以實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。我國通過先發(fā)射天宮一號，然后陸續(xù)發(fā)射神舟八號、神舟九號以及神舟十號飛船與之分別對接，逐步掌握了自動交會對接和手控交會對接技術(shù)，這個技術(shù)是實現(xiàn)空間站正常運行的先決條件，“因為如果我們的空間站上去了，無論送人還是送貨，都需要通過飛船與空間站交會對接來完成。”龐之浩補充道，我們也是世界上第三個獨立掌握交會對接技術(shù)的國家。
此外，我國還研制了天宮二號。天宮二號原本是天宮一號的“備胎”，它與天宮一號在結(jié)構(gòu)、尺寸、重量、壽命上幾乎一樣。但是，天宮二號的“內(nèi)心”與天宮一號有著很大的不同——它可以進行航天員的中期駐留，進行大量的科學實驗和技術(shù)試驗等，包括在軌加注燃料。因此，天宮二號承擔著驗證空間站相關(guān)技術(shù)的重要使命，是中國第一個真正意義上的太空實驗室。
不過，空間站不可能靠載人飛船運送貨物，因為在滿載3人的時候，載人飛船每次只能運送300公斤的貨物，所以必須依靠真正的貨運飛船。為此，我們建造了天舟一號貨運飛船，它是目前世界現(xiàn)役貨運飛船中運貨能力最強的飛船，其總重量為13.5噸，每次能運送6.5噸的貨物，因此，“天舟”的載貨比為48%，高居世界首位。
“我們載人航天領(lǐng)域有句話，叫‘造船是為了建站，建站是為了應用’。”龐之浩說，空間站建好后，將會開始大規(guī)模的應用實驗，包括航天醫(yī)學實驗、空間科學研究與應用、航天技術(shù)試驗等。
在第三代空間站基礎(chǔ)上“別出心裁”
中國空間站以天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙三艙為基礎(chǔ)，在三艙飛行器依次發(fā)射成功后，將在軌通過交會對接和轉(zhuǎn)位，形成“T”構(gòu)型組合體，長期在軌運行。目前空間站的構(gòu)型主要分為第三代和第四代，中國空間站屬于哪一代呢？
“第三代空間站采用積木式構(gòu)型，它是由一個艙段、一個艙段在太空對接而成，也叫組合式空間站。”龐之浩介紹道。蘇聯(lián)/俄羅斯建造、發(fā)射了世界第一座積木式空間站和平號，其大大增加了航天員的活動空間和空間站的壽命，使艙內(nèi)航天員不僅能夠長時間生活、工作，而且可以開展多種實驗。
國際空間站為第四代空間站，采用桁架掛艙式構(gòu)型， 以上百米的組裝式桁架為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，然后將多個艙段和設(shè)備安裝在桁架上。這種空間站采用集中式供電，太陽能電池板位于桁架兩端，中間對接了一些太空艙。
我國建造的第一座空間站“天宮”，沒有走美蘇先建造單艙式，再建造多艙式空間站的老路，而是一上來就建造多艙式空間站，達到世界第三代空間站水平，屬“經(jīng)濟適用型”。其特點是：起點高，效益高，技術(shù)新，保障強。
它雖然也采取了積木式構(gòu)型，但又與和平號空間站有一些不同。“我們的兩個大太陽能電池板是放在兩個實驗艙兩端，這樣就不會因為遮擋而影響電力的利用率，光電轉(zhuǎn)換效率達到了約30%。”龐之浩說。另外，我國空間站采用了許多新技術(shù)，例如，大型柔性太陽電池翼、再生式生命保障系統(tǒng)、電推進系統(tǒng)、首尾兩端配置相同的大型空間機械臂等，所以使用效益比較高。
據(jù)權(quán)威專家介紹，我國空間站從建造成本和應用效益的角度綜合分析，是符合中國國情和實際需要的理性選擇，既不貪大求全,又規(guī)模適度。中國空間站載荷支持效率高，可提供多種標準接口，有望取得較高的工程應用效益。
另外，在發(fā)射了3個艙后，我國還將發(fā)射與“天宮”空間站共軌飛行的“巡天”光學艙，這臺望遠鏡的分辨率與美國哈勃太空望遠鏡相當，但視場角是后者的200多倍。“巡天”光學艙在需要時可與“天宮”空間站主體對接，開展推進劑補加、設(shè)備維護和載荷設(shè)備升級等活動。
我國空間站也可以根據(jù)需要進一步擴展，由T字構(gòu)型擴展成干字構(gòu)型。
各國掀起空間站建造熱潮
探月熱的余溫還未散去，中國空間站的建造似乎又開啟了全球空間站的建造熱潮。今年，俄羅斯也有一個空間站的核心艙段將要發(fā)射——其26年前就開始打造的“科學號”多功能核心實驗艙。據(jù)俄媒體報道，“科學號”多功能核心實驗艙計劃于7月15日在位于哈薩克斯坦的拜科努爾航天發(fā)射中心發(fā)射升空。
龐之浩表示，俄羅斯已決定在2024年國際空間站合約到期后退出國際空間站，并計劃在未來以“科學號”為核心建造自己的空間站或與中國合作。
美國則是想要與其他國家在月球軌道上建造空間站。“建造月球軌道空間站也算是一個創(chuàng)新，航天員可以先飛到月球軌道空間站，在空間站進行生活、工作。需要登月的話，就坐飛船降落到月球表面，完成研究工作后，再飛回月球軌道空間站。”龐之浩說，除此之外，未來航天員也可以從月球軌道空間站飛到附近的小行星，甚至是火星進行探測。
激烈的空間站“競賽”，各國各顯其能。其實，我們這些看“熱鬧”的吃瓜群眾，也有可能享受到空間站建造所帶來的福利。龐之浩表示，未來的空間站內(nèi)或?qū)⒔ㄔ旒兩虡I(yè)化的“太空旅館”，有兩種不同的打造方式。一種是與空間站構(gòu)造基本一致，但是沒有其他科研設(shè)備，內(nèi)部按照旅游酒店的方式進行裝修，游客可以在其中進行天文觀測和對地觀測，“近水樓臺”享受星空和失重的感覺等。
還有一種是充氣式太空旅館，即先把充氣艙送到運行軌道上，再以充氣的方式使其體積擴大至原體積的4倍。與傳統(tǒng)太空艙相比，充氣式太空旅館將由若干個可充氣膨脹的軟殼太空艙組裝而成，這種太空艙有3個優(yōu)勢：一是發(fā)射成本較低；二是居住空間寬大；三是采用新的多層結(jié)構(gòu)外殼設(shè)計和使用新材料，充氣的軟殼表面有一定彈性，比起傳統(tǒng)含鋁材料的航天器外殼，能為居住者提供更好的空間防護，可以抵御太空垃圾、宇宙粒子等的撞擊，并為其內(nèi)核提供保護。
從載人天地運載系統(tǒng)，到太空行走、交會對接、貨運飛船，再到空間站自主建造、產(chǎn)品全部國產(chǎn)化、關(guān)鍵核心元器件自主可控，我國載人航天事業(yè)不斷創(chuàng)造歷史。天和核心艙的發(fā)射成功僅僅是中國空間站任務(wù)邁出的第一步，探索浩瀚太空永無止境，未來每個人的太空夢，或許就從這第一步開始，逐漸走進現(xiàn)實。（記者 張曄）
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