2020，太空看中國

2018年珠海航展最大的明星，要數力壓殲20完美超機動表演的殲10B。但如果說館內最受歡迎的展品，一定非空間站核心艙1：1實物模型莫屬。這臺工藝驗證艙，代表了中國空間站工程首次對公眾開放。站在核心艙前，抬眼望去，一個出艙的航天員正揮舞著國旗，我的腦海中閃現了好多故事。

中國載人航天工程啟動于上世紀90年代初，那時候，16個國家參與的“國際空間站”正建設得如火如荼，但，他們拒絕中國的加入。現如今，“國際空間站”上一共有59個國家共同參與了實驗應用，但，沒有中國。中國人想在太空做實驗，只有一條路，那就是靠自己。

中國空間站副總設計師朱光辰說：“我是1995年加入這個團隊的。從中國人提出自己的空間站計劃的第一天起，我和團隊就做好了開天辟地的準備。”“開天辟地”這個詞用的，不為過。多個國家共同完成的國際空間站，即使是在有美國、俄羅斯具備空間站研制能力的航天大國的參與下，仍然困難重重。而中國的空間站，要靠我們一個國家，一個沒有做過空間站的國家獨立完成。遇到的困難可想而知，科研人員的壓力更是前所未有的。記者問：難嗎？他們是這么回答的：“有機會把自己的專長，把自己的事業跟國家的重大工程結合在一起，有機會向世界展示中國人民的決心意志和力量。為此而奮斗，太幸福了。”

曾見“曙光”

實際上，上世紀90年代并不是我們第一次挑戰如此難度的國家工程。1967年，當時的七機部八院就開始擬訂中國第一艘宇宙飛船的設想和方案。1968年1月8日，“651”籌備處的501總體部召開了第一艘載人飛船總體方案設想論證會，并建議把第一艘飛船命名為“曙光”1號。升空時間設定為1973年。考慮到蘇聯美國飛船已經上天了，蘇聯飛船上天的是小狗，美國是猴子，中國的原則是不再考慮生物上天，應該起步高一點.所以第一步就上宇航員。誰都想著自己的租國能夠早日強大起來，如果第一顆東方紅衛星重達蘇美法日第一顆衛星的總和，那第一艘“曙光”1號宇宙飛船也能夠多載幾名航天員，超過外國人。于是我們計劃上5名航天員。這是一個美蘇都沒敢嘗試的人數。兩年多后的1971年，蘇聯在發射飛船時，為了超過美國飛船載人的數量，在本應乘坐兩名宇航員的艙內擠進了3個人，因為空間狹小，只能把航天服都舍棄了，結果返回時出現事故，3名宇航員全部死亡。高漲的熱情總是會在現實面前冷靜下來。

“曙光”1號的暫停有一個很偶然的因素。1971年9月13日夜晚，林彪一家調用空軍的一架三叉戟倉皇出逃，摔死在蒙古的溫都爾汗。調查中空軍成了“重災區”，包括宇航員訓練在內的許多工作全部中斷。緊接著，空軍宣布宇航訓練籌備組解散。

當然也有必然原因。幾十年后曾經擔任神舟飛船副總指揮的劉濟生說，他那時也參加了“曙光”1號飛船的論證工作。搞載人航天，要花很多很多的錢。而那時，國家沒有那么多經費支持和發展載人航天事業。當時有人說，與其搞飛船，還不如把錢花在建水電站、化肥廠上，更有實際效果。所以，搞還是不搞，爭論不小。情況反映到上頭，最后還是毛主席拍板叫停，說力量不足，經費不夠，宇航員這事先暫停一下，先把地球上的事搞好，地球外的事往后放放。后來.周恩來專門就中國載人航天的發展講了幾條原則，總的意思是說，我們不與蘇美搞太空競賽，要搞國家建設急需的應用衛星。就這樣，到1972年，“曙光”1號載人飛船工程的研制開始減緩下來，到了70年代末，就整個停下來了，主要保留了核心技術的跟蹤、研究和開發。

“曙光”1號培養了大量的科技人員，老專家、設計隊伍都是搞飛船的，那一段試圖通往天上的秘密歷程，為后來的載人飛船及空間站的研究與建設鋪了路。新時代的中國載人航天，三步走，步伐越來越快。為了送第一個航天員楊利偉進入太空，花了整整11年時間。2008年，航天員翟志剛邁出了中國人出艙活動的第一步。2016年，景海鵬、陳冬伴隨天宮二號，在太空整整遨游33天，再到2017中國第一艘貨運飛船“天舟”一號順利升空，中國載人航天工程突破了一系列關鍵技術，當載人、貨運、太空行走、在軌生存等難關都一一攻克后，中國航天做好了迎接空間站時代的準備。

空間站核心艙

珠海航展展館內“天和”號空間站核心艙，不論什么時候去都被里三層外三層的人群圍得水泄不通。以至于中國航天科技所在7號館不得不不定時限流。雖然十分遺憾，記者沒能登上核心艙內部看看，但在外面轉了多圈后，還是有些收獲可以限讀者們分享。核心艙軸向長度16.6米，核心艙包括節點艙、生活控制艙（分為大柱段和小柱段）和資源艙三部分（下圖由前至后），大柱段直徑4.2米，是航天員的工作區域，小柱段直徑2.8米，是航天員的休息區域。核心艙是整個空間站的核心同時也是基本組成，外部留有3個對接口和2個停泊口。對接口用于載人飛船、貨運飛船及其他飛行器訪問空間站，停泊口用于兩個實驗艙與核心艙組裝形成空間站組合體，另有一個出艙口供航天員出艙活動。未來空間站建成后，核心艙統一控制和管理空間站組合體。

由于空間站是長期有人參與的空間結構。而在太空中，艙體更將面臨失重、輻射和各種意想不到的挑戰，連再平常不過的太陽光也成了工程的阻力。為了攻克技術難關，空間站要進行大量實驗。據了解，僅核心艙就布了300多個傳感器，測量900多路信號，目的就是為了測試這個22噸的一個大家伙，在發射過程當中到底能夠承受多大的載荷。

在太空搭積木

如果悅“天宮”1號和“天宮”2號相當于一室一廳的小戶型，未來的中國空間站相當于三室一廳的大戶型，還帶儲藏問。建成后的中國空間站將包括核心艙實驗艙Ⅰ相實驗艙Ⅱ，通過交會對接和艙體轉位組裝構成空間站基本構型。運行軌道為頻角42°～43°，高度340千米～450千米的近圓軌道。建造期間，航天員乘組采用間斷方式訪問空間站;建造完成后，采用乘組輪換方式，實現航天員長期連續在軌生活和工作，輪換時最大可達6人。配置艙外機械臂等設備，協同航天員完成艙外建造、維護維修，以及艙外載荷操作任務。空間站核心艙和兩個實驗艙均由“長征”5號B運載火箭在海南發射場發射。

分別發射升空后，如何組合呢？空間站三艙基本構型采用對接和轉位的方式完成建造。首先，實驗艙對接于核心艙節點艙的軸向端口，然后通過艙段轉位操作，將其轉移到節點艙Ⅱ、Ⅵ象限，與節點艙剛性連接，構成三艙基本構型。實驗艙Ⅰ和Ⅱ配置交會測量設備、主動式對接機構和轉位機構。核心艙節點艙配置被動式對接機構和供艙段轉位用的基座，轉位過程包括艙段分離、轉位、再對接3個過程。實驗艙轉位主要采用轉位機構實現，也可由機械臂操作完成。機械臂實際上在2016年，隨航天員景海鵬、陳冬一起同“天宮”2號升空過，也是世界上首次在太空中由航天員直接控制機械臂。核心艙配置大型機械臂1個，實驗艙配置小型機械臂1個。兩個機械臂可獨立或協同工作，也可組合為一個機械臀、擴大作業范圍。機械臂可完成艙段捕獲、轉移、設備安裝、維修、更換、載荷操作、航天員輔助轉移及艙外狀態監視等任務。

在沒有類似航天飛機的大型運輸工具情況下，利用艙段交會對接和平面轉位方式完成積木加局部桁架混合構型大型空間站的組裝建造，在貨運飛船、航天員和機械臂支持下，完成類似國際空間站的復雜艙外建造和操作活動。我國空間站總體構型和建造模式區別于“和平號”空間站和“國際空間站”。

“國際空間站”采取“邊建造，邊應用”的模式，其有效載荷（科技研究試驗設備與備件、消耗品等）不像早期單艙空間站那樣，在發射前就全部安裝到位，而是隨著建造的進展，逐步運來，逐步安裝的。這一過程長達十幾年，空間站建成后，工作壽命預計為15年。在將近30年漫長朗間，空間應用的項目與要求不可能原封不動，勢必會與時俱進.更新換代.增加新的科研設備與科研器材。空間站的容積有限。一般的大型設備安裝好以后不可能再拆除。新增添的設備與已安裝的設備之間如何合理分布，協調配置是個問題。隨著時間的推移，空間站的儲藏室或庫房里堆積起各種用過的或廢棄的設備和器材，形同垃圾，既不允許拋入太空產生空間碎片也沒有必要和能力將它們帶回地面。據“和平”號空間站的航天員回憶，站上由于大量的設備、器材無序地堆積在一起，有時為了尋找一件急用的設備或器材。需花費很大的精力和時間。我國的空間站以實驗柜形式建立的在密封艙內的專業精密科學實驗室，通過更換實驗單元或樣品，可開展系列化的空間科學實驗。

未來，還考慮了空間站的拓展性。在現有三艙構型基礎上，預留機電熱等擴展接口，具有對接新艙段的能力。空間站可接納符合我國空間站標準的他國航天器訪問，也可在航天員和機械臂協同配合下，在空間站上安裝艙外實驗平臺或實驗設備。艙段擴展，需要發射一個帶有節點艙的新艙段。例如，再對接一個核心艙形成四艙結構，既可以滿足擴展需求，又可以增強空間站關鍵系統的備份能力，同時不必專門研制新的艙段。在四艙擴展構型的基礎上，利用增加的對接口，可進行艙段擴展，增加新的艙段。

空間站能源擴展的一個優先方案是將核心艙太陽電池帆板轉移安裝在實驗艙Ⅰ和Ⅱ尾部桁架上，沿實驗艙軸向方向展開。該方案優點是可以將空間站資源有效重組利用，無其它形式能源擴展帶來的上行運輸需求。能源的進一步擴展應與艙段擴展統籌考慮，分步實施。核心艙、實驗艙Ⅰ和Ⅱ預留艙外實驗平臺、載荷掛點及接口，用于運營階段擴展艙外實驗能力。如此，空間站最大可增加1個核心艙、2個科學實驗艙、4個大型艙外暴露實驗平臺，并可在艙外外掛大型實驗載荷。擴展后的最大規模可達180噸，長期乘員人數3～6八。

空間站試驗

如果每個航天員每年需由地面送去658千克食品、209千克服裝和其它個人用品，而當今運送1千克物品到空間站的費用為2.2萬美元。由此可見，“養”一個空間站估計每年需10億美元。那么，問題來了，養空間站，干什么？

干在地球上干不了的事。“造船必建站.建站為應用”。這是載人航天發展的一股規律。空間站應用是建造空間站的出發點和落腳點。由于國際空間站計劃運行至2024年，因此我國空間站可能成為21世紀20年代中后期國際上唯一的大規模應用的載人空間站，因此國際科學界翹首以盼。

醫學與生物學研究，是空間站應用的重點。在目前在軌運行的“國際空間站”上，俄羅斯實驗艙和美國實驗艙的應用項目中，醫學與生物研究分別占總實驗的43%和32%。除了國際上慣常的生物、醫藥、物理等科學實驗外，我國空間站還有一個限老百姓直接相關的工作任務，就是將依托全國優勢科研機構，建設開放性的空、司科學平臺，開展科學研究、科學普及和教育活動，積極擴大公眾參與，為提高全民科學素養做貢獻。

《航空知識》與空間站做著相同的工作，想想就覺得自己也高大上了許多。也許2020年，在地表以上400千米的空間，將會有且僅有中國一家的空間站在軌運行。到時也許還會有爭論，為什么要建、要養如此龐然大物？眼光放長遠些.也許心里會好受些。宇宙的拓荒，我們才開始第一步呢。

責任編輯：武瑾媛