解密中国空间站

雷炳新　赵天

空间站简史

人类的空间站历程，经历了苏联“和平”号一一国际空间站——中国“天宫”号的不凡征程。

苏联“和平”号——第一个空间站

人类并不满足于在太空作短暂的旅游。随着航天技术的进步，苏联率先建成人类第一个可长期居住的太空旅行器——“和平”号空间站。该空间站于1976年初步建成，经过长达20年的后续搭积木式组装，1996年全部建成。建成后的“和平”号空间站，全长87米，可用空间近400立方米，重120吨，在太空运行了15年。2001年1月，完成太空使命的“和平”号空间站按科学家设计坠落南太平洋。

“和平”号空间站规模较大，但自动化程度低。当时的飞船与舱体对接全靠人工驾驶追赶控制，耗时长，难度大。但它依然为人类空间站研究提供了丰富经验和大量的可靠科学研究数据，是人类空间站探索的第一步。

国际空间站——拥有现代设备的最大空间站

国际空间站是目前在轨运行的最大的空间实验室，由美国、俄罗斯、欧洲、日本、加拿大和巴西六国的航天局联合建造运营，是迄今为止规模最大、涉及国家最多、拥有现代化设备的空间国际合作平台。空间站初步建成于1998年，经过十多年的组装，2010年转入全面使用。组建完成的国际空间站长110米，宽88米，高20米，可居住体积约400立方米，重约420吨，由美国、俄罗斯、欧洲航天局11个成员国（法国、德国、意大利、英国、比利时、丹麦、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士）、日本、加拿大和巴西共16个国家联合运营。

国际空间站建成至今，先后有19个国家的230多名宇航员人驻太空生活、研究。空间站装备了现代化科研设备，可从事生物学与生物技术、技术开发与验证、地球与空间科学、物理科学、人体研究等多方面的科学探索。

国际空间站已在轨飞行23年，远超设计寿命。由于设备老旧故障频出，或将于2024年停运。

中国“天宫”号——搭载现代高科技的空间站

中国空间站的建设构想源于1992年。多年来，由于美国的制约、封锁，国际空间站将中国科学家列入“黑名单”，禁止登上空间站进行科学研究，从而导致我国对太空的观测研究出现空白，远远落后于世界发达国家。在此严峻形势下，我国科学家提出空间站T程的“三步走”目标：第一步，发射载人飞船;第二步，发射空间实验室;第三步，搭建成较大规模的现代化空间站。

2003年10月，“神舟”五号飞船成功将杨利伟送入太空，标志着我国完成空间站工程的第一步;2011年9月，“天宫一号”成功飞天，标志着我国空间站工程第二步的胜利完成。

今天，我们迈出了空间站工程的第三步：一个搭载高科技设备、技术最先进的空间站已然升空。

中国空间站长啥样？

中国空间站呈“T”字形结构，将由“三舱两船”在太空“搭积木”陆续组建而成。“三舱”包括“天和”核心舱与两个实验舱“问天”和“梦天”，“两船”是指“天舟”货运飞船和“神舟”载人飞船。

2021年4月29日，“天和”舱首先飞天。“天和”舱是我国“天宫”空间站的主构建和核心部件，是空间站的管理和控制中心，也是航天员生活起居和做实验的主场所，全长16.6米，舱内活动空间110立方米，重22.5吨。由四部分组成：最前端的节点舱、航天员起居锻炼的小柱段、工作区的大柱段、装配发动机和对接口的资源舱。我国的“天宫”空间站就是以“天和”舱为基础，不断通过太空“搭积木”的方式，逐渐扩展建成的。

“兵马未动，粮草先行”。在三名航天员进人太空之前，5月29日，“天舟”二号货运飞船飞上蓝天与“天和”舱进行了对接。“天舟”二号是我们与空间站之间的“快递小哥”，此次“送货”的包裹多达160多件，总重量达到6.9吨。这些物品包括航天员在空间站所需的生活用品、实验设备以及用来进行空间站运行维护的两吨推进剂等。

6月17日，“神舟”载着三名中国航天员飞天，随后与“天和”核心舱顺利对接。

神舟十二号载人飞船飞行乘组由航天员聂海胜、刘伯明和汤洪波三人组成。

至此，我国空间站初步建成，目前在轨运行包括“一舱两船”：前段的“神州”载人飞船、中部的“天和”核心舱以及后面的“天舟”货运飞船。三大部件组成了一个长超过36米，重达45吨的大块头空间器。

随后，我国将在这三大部件的基础上，继续向太空发射两艘实验舱——“问天”号和“梦天”号，它们将对接在核心舱两侧，并最终形成由“三舱两船”五大部件组成的中国空间站。建成后的“天宫”空间站总长约50米，重量将达90多吨，额定航天员3名，预计在轨运行10年以上。

五大部件彰显现代高科技

“天舟”二号货运飞船的高科技体现在三个方面。

首先是它的物资运送总量达6.9吨，其货运能力远超欧美，领先世界，直接碾压世界现役其他飞船，处于绝对的大哥大地位。另外，“天舟”二号发射重量为13.5吨，货運能力6.9吨，货运载荷比为48%，这在全世界都是当之无愧的第一名。最后还有无与伦比的运输效率：“天舟”二号仅绕地球飞行4圈就可实施对接“交货”，而传统的货运飞船则需要绕地球飞行30多圈方可对接“交货”，其运输效率是传统飞船的7倍还多。

而“天和”舱上，舱外智能大型机械臂、视角场远超美国哈勃太空望遠镜300倍的太空望远镜、推进剂自动补给系统、更耐用的离子推进器等，处处都呈现着高科技的亮点。

更先进的对接技术

相比传统的天宇对接，中国空间站各部件之间的太空对接更加先进。

一是采用了全自主对接技术。所谓“全自主”是指航天器飞上天之后，彼此间的对接不需要航天员操控或地面指控中心的指令指导，航天器在太空自己调整速度、角度、姿势等，进行全自动智能对接。

二是快速对接。“全自主”对接相比于人T参与对接，速度更快，用时更少，一般在航天器飞上太空8小时左右即可完成，极大地缩短了航天员在飞船上的滞留时间，有效地降低了航天员的太空风险。

三是运用了可控阻尼技术。这个技术能够有效缓冲大吨位航天器对接中产生的撞击力，使原本8吨的对接能力提升到74吨，乃至180吨，大大提升了大型航天器对接的可靠性和安全性。

更智能的并网供电系统

在中国空间站“三舱两船”五大部件组合体模式下，

“神舟”飞船会经历最长19天的大面积遮挡周期，面临太阳能电池翼被遮挡，自身无法发电的困境。

为了解决这一问题，空间站采用了并网供电系统：整个空间站系统，各个航天器既能独立发电，其电源的能量又可以相互传送。比如“神舟”飞船无法发电时便可以接受来自核心舱的并网供电。这个并网供电的源头很多，可以来自核心舱，可以来自货运飞船，也可以来自实验舱。整个发电系统被设计成一个“供电大联盟”，空间站的五大部件之间可以根据实时电能的多寡自动调配，相互输送，还可以根据彼此需要进行低压电、高压电的自动转换调配输送。这一设计，保证了空间站每一部件、每一时刻的电力供应。

“太空医院”保障身心健康

在中国空间站航天员的大腿外侧，佩戴着两个格外显眼的银灰色设备，这是中国航天员“太空医院”的专配高科技产品：生理信号测试盒和心电记录装置。

生理信号测试盒用于航天员的心电、呼吸、体温等信号的全程检测、调理和向地面传输;心电记录装置则用于心电信号的实时记录，可以测试航天员的心理状况。如果检测到航天员的心理状况不是很好，“太空医院”就会即时把相关指数发送到地面，由地面心理专家适时进行针对性心理辅导。航天员一旦肌肉疲劳，还可以由“太空医院”来按摩肌肉。

有了“太空医院”的生理、心理保障系统，航天员就可以在空间站这个“智能太空港”里度过安全、愉悦的“太空之旅”。另外，太空白行车、太空厕所等设备也处处展现出最先进的现代高科技。

空间站中的生活与科研

中国空间站每90分钟绕地球飞行一圈，航天员一天能看到16次日出，在时间上没有像在地球上一阵的“白天”和“夜晚”概念。为了合理安排航天员的工作和休息，便于天地间联系，空间站采取与地面一致的作息时间。

太空环境，具有高真空、强辐射、超低温和高速度的特点。在空间站里，航天员怎样解决衣食住行？他们是如何进行实验操作的呢？

衣：融入中国元素的“太空华服”

中国航天员的航空服分类精细，既包括航天员在空间站工作生活的工作服、锻炼服、休闲服、失重防护服、睡具等，还有常服、任务训练服、专用服饰等地面任务服装等多个种类。这些专用服装由特殊材质制作，体现了我国太空科学的高速发展，既满足了航天员太空生活、研究的需要，还融入了中国元素，成为航天员亮相世界的“太空华服”。

“太空华服”在线条设计、颜色搭配甚至细小徽标的制作上都极为讲究。比如，航天员荣誉徽标的主线条犹如在湛蓝的宇宙中航天器飞行的轨迹，给人以向上奋飞的动感;五角星的数量表明了佩戴者执行载人飞行任务的次数。这些细节让“太空华服”在实用性的基础上极具艺术之美，看起来犹如一件高大上的艺术品。

“千里之行，始于足下”。航天员的舱内用鞋在设计上涵盖人体测量学、人体工学、材料学等领域的前沿科技。材料以热塑材料、混纺针织材料为主，具备抗静电、透气、富有弹性、柔软等特点。尺码可以涵盖多名男女航天员的尺码体系，脚面造型采用“鱼排骨”式波状结构，能够缓冲航天员运动时的碰撞。脚底镂空的“九天揽月”篆书汉字艺术，同样彰显着中国元素。

食：食品丰富多样的“空间站食堂”

中国空间站航天食品具有三大特色。

一是营养丰富均衡，种类繁多。有主食、副食、调味品，以及水果、饮料、巧克力等。每周按早餐、午餐、晚餐列入食谱，能够确保至少五天不重样。

二是技术上达到了“一口吃”。食物设计为固态、无骨、小块，无残渣，无太多难以处理的餐余垃圾，达到了太空食用的技术要求。

三是尽量保证航天员的食欲。可以根据每个航天员的个人口味制作、选用。比如目前空间站的“招牌菜”：鱼香肉丝、宫保鸡丁、香辣羊肉、麻辣豆干，以及酸辣笋等，每个人都可以根据个人喜好选择食用。这些食品经过“太空厨房”的加热装置，只需一会儿，便会变成热乎乎的可口饭菜。

住：实现Wi-Fi全覆盖和“三室一卫”

中国空间站舱内活动空间达110立方米，本着“人性化”的设计理念，分别设置了工作区和生活区。工作区有智能仪表监测区和试验操纵区，前者可以观测空间站的航行情况，后者可以进行一些操控和实验;生活区内有独立的睡眠区、卫生区、锻炼区，还配有太空厨房及就餐区。航天员乘组在空间站拥有3个卧室。在太空中，每名航天员都能享受独立的睡眠区，确保睡觉不受干扰。从“站睡”到“躺睡”的科技变革，让睡眠更舒适。

再加上Wi-Fi覆盖、智能灯光APP、包裹式淋浴间、太空马桶、家人私密语音通道等智能设施的装配，航天员可以在太空舒服地上网聊天、洗澡、如厕，整个空间站简直就像一座超豪华的太空别墅，居住舒适度超五星级。

行：舱外机械臂上的“太空行走”

“天和”舱上的机械臂是我国目前智能程度高、规模与技术难度大、系统最复杂的空间智能制造系统。它仿生于人体手臂原理，具有7个自由度（7个关节），高度灵活精确，长度达18米，承载达25吨，可实现舱体爬行功能，充分体现了我国空间站的高科技力度。而我国航天员的出舱行走，可以通过脚限位器将自己固定在机械臂末端，在机械臂的支持下，进行大范围的转移完成既定任务。有了机械臂的协助，航天员的太空行走既有安全保障，又从容自如，如同在机械臂上漂移、舞蹈。

航天员的实验操作

目前，聂海胜等三名航天员的实验任务有四项：核心舱的在轨测试和日常管理，出舱活动和舱外安装、组装作业，空间科学实验和技术试验，航天员自身健康管理。

空间站里的生活区实现了Wi-Fi全覆盖

中国空间站航天食品

在“问天”和“梦天”两个实验舱升空与核心舱对接后，完整的“天宫”号空间站将开展诸如量子调控与光传输研究、空间生物学研究、微重力流体与燃烧研究、空间材料研究等多种国际空间前沿研究。这些科学研究大部分会在两个专业的实验舱内进行。实验舱内还可以进行太空精密观测、太空生物种植等有趣的观测试验。

人类对太空的探索与研究永无止境，搭载有现代高科技的中国“天宫”号远不是空间站的终点。目前，美国的“追梦者”航天飞机可以自如往返于国际空间站和地球之间，实现双向“带货”运输;中国的火星探测车“祝融”号已经登上了火星，开始了勘探研究;美国的载人深空探测器“猎户座”已经整装待发……相信只要不懈努力，人类将在浩瀚星海中航行得越来越远。