中國空間站：多接口的“變形金剛”

郭沫若先生有一首非常富有想象力和意境的優(yōu)美詩篇——《天上的街市》。詩中描繪了神話傳說中的天上街市、神仙、宮殿。自從盤古破鴻蒙，天地遙遙，不知幾何。

神話只能把人們帶入奇妙的想象，而科學則能把人類帶入美妙的太空。100年前，俄羅斯火箭理論家、航天理論的奠基者齊奧爾科夫斯基首次提出了建立空間站的卓越設想。他認為，空間站實際上就是一個巨大的人造衛(wèi)星。它可以成為未來宇宙飛船的“啟航站”與“中轉站”。如今，齊奧爾科夫斯基的設想早已實現了：蘇聯發(fā)射的“禮炮號 ”和“和平號 ”空間站、美國的“天空實驗室”空間站、歐美和俄羅斯等國的國際空間站都實現了繞地球運轉，成為人類研究宇宙的基地。其中規(guī)模最大的國際空間站仍在近地軌道上運行著。

繼“天宮一號”和“神舟十號”載人飛行任務圓滿成功之后，我國又將于今年第三季度發(fā)射“天宮二號”空間實驗室?！疤鞂m二號”升空后，我國還計劃于今年第四季度發(fā)射“神舟十一號”載人飛船，于2017年上半年發(fā)射新研制的“天舟一號”貨運飛船，并將“天宮二號”與兩者進行交會對接，檢驗“天舟一號”貨運飛船的太空飛行技術性能?！疤熘垡惶枴必涍\飛船每次能運載6噸物資，包括火箭的推進劑、航天員的食物、科研儀器等。

天舟一號

此次對接還將為在2020年前后完成中國空間站的建造工作提供技術借鑒，突破和掌握航天員中期駐留、再生式生命保障以及貨運飛船補加等空間站關鍵技術，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應用問題，并將開展地球觀測和空間地球系統(tǒng)科學、空間應用新技術、航天醫(yī)學等領域的應用和實驗研究。這些都將為我國進入建設空間站時代奠定基礎。

一流的太空實驗平臺

載人航天是舉世公認的高精尖技術。早在1992年，我國確定的三步走載人航天計劃（921工程）中，就明確表明最終目標是建立空間站。“十三五”時期已經到了實施這一計劃的關鍵階段。

規(guī)劃于2020年建成的我國空間站將成為太空中的中國國家實驗室，支持我國科學家從事前沿科學探索、空間技術研究和空間資源的開發(fā)和利用，最終目標是為全人類造福?？臻g站資源十分寶貴，經過科學、慎重地遴選，站上將搭載安裝包括生物學、材料科學、基礎物理、微重力、流體、燃燒等十余類的科學研究實驗設施。這個一流的太空實驗平臺，將為科學家們取得世界級的重大基本原理突破提供條件保障。

目前，我國航天員都是從現役空軍飛行員中選拔的。為了能在空間站上開展太空科學實驗，未來需要從工程師和科學家中選拔航天員。航天員中要有能夠管理維護航天器的飛行工程師。如果設備出了故障能夠及時修復，新技術出來后還能給航天器升級。另一部分航天員則是能夠觀察實驗現象、分析實驗結果、調整方案、設計新的實驗方案等的科學家。當然，根據空間站的實驗項目，選擇相關專業(yè)背景的科學家們進行訓練，是未來航天員選拔一個主要方向。

“神舟一號”發(fā)射升空圖

我國未來還會單獨發(fā)射一個十幾噸重的光學艙，與空間站保持共軌飛行狀態(tài)，并計劃在光學艙里架設一套口徑兩米的巡天望遠鏡，分辨率與美國的哈勃太空望遠鏡相當，但視場角是哈勃的300多倍。這套望遠鏡的天區(qū)和波段覆蓋廣，像質好，是中國人的“宇宙之眼”。如果在軌10年，可以對40%以上、約17500平方度的天區(qū)進行觀測，提供海量的科學數據資料，為科學家取得更多重大原創(chuàng)性成果提供有力的技術支持。

突破建站前的關鍵技術

在太空軌道上組裝空間站一定要突破4項關鍵技術。第一項是太空行走技術，這已由執(zhí)行“神舟七號”任務時的航天員翟志剛完成。第二項是空間交會對接技術，這已分別由執(zhí)行“神舟八號”、“神舟九號”、“神舟十號”三艘飛船任務的航天員們突破。第三項是補給技術，就是利用貨運飛船給空間實驗室進行推進劑等物資補加的技術，為此“天宮二號”將增加以前沒有過的推進劑補加系統(tǒng)。第四項是再生式生命保障技術。這項技術又可分為物理化學式再生環(huán)控生保技術和受控生態(tài)式再生生保技術。

物理化學式再生環(huán)控生保技術適合于中長期載人航天器的生命支持系統(tǒng)，是運用物理化學的方法，對航天員排放的二氧化碳、水蒸氣和尿液等廢棄物等進行回收利用，實現航天員氧氣、用水等物質的供應平衡。這項技術主要涉及電解水制氧、冷凝水和尿液的回收再利用、二氧化碳和微量有害氣體的去除等五個方面。將這項技術與非再生技術整合，就可以構成能量流和物質流互相匹配協調的完整系統(tǒng)。

神舟九號

受控生態(tài)式再生生保技術，指按照生態(tài)學原理建立起來的人工密閉生態(tài)系統(tǒng)。它能利用高等植物等生物部件生產食物、氧氣和水等生命必需物資，從而實現系統(tǒng)內物質的完全閉合循環(huán)和生保物資的持續(xù)再生。人們依靠這套系統(tǒng)，才能進行長期空間飛行和地外星球探測飛行。在“天宮二號“上進行物理化學式再生環(huán)控生保技術實驗的同時，還要進行從種子到植物全生育發(fā)展過程的受控生態(tài)式再生生保技術實驗。目前，我國正計劃種植水稻、擬南芥兩種植物，以考察其在長日照和短日照條件下的不同生長情況，既為以后的實驗積累經驗，又為未來航天員長期駐留做準備。這無疑是”天宮二號“空間實驗室的一大亮點。

中國空間站的特色所在

由此可見，“天宮二號“空間實驗室的發(fā)射、運行和應用，將為實施載人航天工程第三步的任務積累經驗。只有全都掌握了這些技術，我們才能按計劃在2020年前后建成空間站，并向空間站運送人員和補充物資，航天員才能在空間站開展多種科學實驗，并在必要時出艙完成維修等任務，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應用問題。

神舟十號

我國計劃在2020年前后建成的空間站軌道高度為400～450千米、傾角為42～43度，設計壽命為10年以上，可長期駐留3人，以進行較大規(guī)模的空間應用。它是一座質量超過90噸的軌道建筑，至少包括1個核心艙、2個科學實驗艙。每個艙都在20噸級以上，整體呈T字型，或呈現“兩室一廳”的結構。核心艙的5個對接口可以對接1艘貨運飛船、2艘載人飛船，最后留2個對接口備用。另有一個出艙口即空間站上設裝的氣閘艙，用于航天員出艙進行太空行走。

此外，中國空間站還配置了兩類機械臂，長度累計為15米，可輔助航天員進行對接、補給、出艙和科學實驗。無論是艙段轉位、大設備的移動，還是航天員自身的移動，都可以通過機械臂來完成。航天員通過人機配合，可以在站內進行空間站的建造與維修。

研發(fā)中的中國空間站是可以進一步擴展的，根據空間科學研究和應用的需要，能夠對接更多的艙段，進行更多的實驗。這也要求站內的動力裝置要足以維持空間站的軌道穩(wěn)定和姿態(tài)控制。此外，空間站將采用電推進技術作為軌道維持的動力裝置，顯著降低其運行期間的推進劑補給需求。

我國2020年前后建成空間站，其核心艙可對接“神舟”和“天舟”。

不難想象，像空間站如此龐大的太空運行系統(tǒng)，必然需要強有力的電力保障。為此，中國空間站將裝有兩對單翼翼展約30米的柔性太陽能電池板。它們與雙軸對日定向機構、高效能鋰離子電池等一起，構成空間站先進、強大的電源系統(tǒng)。這個系統(tǒng)能夠為空間站不間斷地提供可靠、充足的電力。目前，地面上太陽能到電能的轉化率一般在百分之十幾。而將在空間站上使用的最新太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的這一轉化率可達30%以上。

近年來，信息技術、新能源、自動化和人工智能技術的新成果都將集成到中國空間站上，基于當代最新技術成果建造的中國空間站，信息化程度更高、能力更強，具有后發(fā)優(yōu)勢。其通信、網絡、數據管理和應用等尤其先進。鑒于國際空間站延期使用的最后期限為2025年，而中國空間站將在軌運行至少10年以上，故國外媒體預言：“在國際空間站墜落后，中國或許是世界上唯一一個既有能力又有熱情去入駐太空的國家?！?/p>

天宮一號

未來我國空間站建成之后，它在發(fā)揮重大科研價值的同時，也可能提供太空旅游。等到2020年，隨著小康社會的全面建成和空間站的升空運行，我國青少年的聰明才智，也將擁有更廣闊的發(fā)揮舞臺。

知識小講堂：

空間站是一種可供多名宇航員巡訪、長期工作和居住的載人航天器。在其運行期間，宇航員的替換和物資設備的補充分別由載人飛船、無人貨運飛船或航天飛機運送。空間站通常由軌道艙、生活艙、服務艙、對接艙、氣閘艙、專用設備艙和太陽能電池翼等部分組成。它的主要用途是進行天文觀測，勘測地球資源，開展醫(yī)學和生物學研究，發(fā)展新工藝和新技術，測量大地和偵察軍事動態(tài)，試驗和發(fā)射航天武器或航天器，為開發(fā)太空資源提供場所等。