星際“移民夢”因空間站技術不再遙遠

李宇飛

在前不久召開的第十二屆中國國際航空航天博覽會上，中國空間站核心艙首次以l：l實物形式公開展示，再次引發了民眾對空間站技術的熱情。

事實上，自人類歷史上首個空間站——蘇聯的“禮炮l號”于1971年成功發射升空算起，空間站已經在人類的歷史中存在了近50個年頭，期間，空間站技術經歷了一系列的演進……

俄羅斯三代空間站技術

空間站是一種在太空長時間運行、可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。

空間站概念最早可以追溯到1869年，當年的《大西洋月刊》刊登了一篇關于“用磚搭建的月球”的文章。至于現代實際可行的空間站，則要歸功于蘇聯的推動。

美國于1969年搶先登陸月球之后，蘇聯感覺到在與美國的太空競賽中處于落后位置。為了扭轉頹勢，蘇聯將空間站作為其航天的重點發展方向，借此驗證長期在軌載人航天器的應用價值，并向世界展示其航天實力。蘇聯的空間站技術大致可以分為三代。

第一代空間站是“禮炮l號”到“禮炮5號”。這一代空間站屬于初始探索階段，只有一個對接口，一次只能與一艘飛船對接飛行。第一代空間站上攜帶的食品、氧氣等儲備都很有限，難以支持航天員在太空長期工作。

第一代空間站的另一個技術特點就是所處的軌道高度比較低，僅有200多千米，而且攜帶的推進劑也不充足，導致其在軌壽命并不長。

通過第一代5個試驗性空間站的建造與運行，蘇聯為建造永久性空間站積累了大量的寶貴經驗，同時也標志著載人航天已經從規模較小、飛行時間較短的載人飛船階段，進入規模較大、運行時間較長的空間應用探索試驗階段。

第二代空間站為“禮炮6號”和“禮炮了號”。這一代空間站進一步提高了可靠性和安全性，還增加了一個對接接口，除了可以對接“聯盟號”載人飛船外，還可以同時與“進步號”貨運飛船對接，用于補給航天員的生活用品和各種試驗設備。有了貨運飛船的補給，航天員的一次在軌停留工作時間由數十天延長到了上百天。

這一代空間站通過軌道優化，將軌道高度提高到了350千米，軌道壽命大大延長，用于軌道維持的推進劑使用量也大大減少。

利用第二代空間站，蘇聯開展了大量的天文觀測、地球資源調查、人體生物醫學研究，以及晶體生長、金屬熔煉等技術實驗。特別值得一提的是，在“禮炮了號”空間站飛行期間，航天員們釋放了兩顆均重28千克的無線電通訊衛星。

第三代空間站為“和平號”空間站，其擺脫了以往簡單的單模塊構型，采用了多次發射對接形成的復雜模塊組合式積木結構。

“和平號”空間站由6個經常在軌的模塊對接組成，包括核心艙、“量子一號”天文物理艙、“量子二號”氣閘艙、“晶體號”實驗艙、“光譜號”遙感艙和“自然號”地球觀測艙。

集大成者國際空間站

相對于蘇聯來說，美國進行的空間站技術探索較少，在國際空間站之前，僅發射了“天空實驗室”空間站。

“天空實驗室”是一個單模塊結構的空間站，其主體是“土星5號”火箭的第3級箭體，并由“土星5號”運載火箭發射升空。這可以說是20世紀70年代美國“阿波羅”項目結束后，對剩余“土星5號”火箭的廢物利用了。“天空實驗室”先后接待了3批航天員，為美國積累了初步的空間站運營經驗。

國際空間站的設想是1983年由美國總統里根首先提出的，經過10余年的探索和多次重新設計，直到蘇聯解體、俄羅斯加盟之后，國際空間站才于1993年完成設計，開始進入實施階段。

國際空間站可以說是美俄空間站技術的集大成者。以美國、俄羅斯為首，加拿大、日本、巴西和歐空局等共16個國家和組織參與了國際空間站的研制。

國際空間站采用桁架掛艙式結構，即以桁架為基本結構，增壓艙和其他各種服務設施掛靠在桁架上。桁架結構上裝有加拿大的遙控操作機械臂和空間站艙外設備，桁架兩端安裝有4對大型太陽能電池帆板。桁架結構不僅加強了空間站的剛度，而且有利于電源等分系統和科學實驗儀器設備工作性能的正常發揮，有利于航天員出艙裝配與維修。

永不停歇的技術創新

隨著時間進入新的世紀，越來越多關于空間站的創新計劃和設想被提出和實施，進一步促進了空間站技術的發展。

我國的載人航天工程開始實施第三步的載人空間站建設。中國空間站初期將由3個艙段組成，包括1個核心艙和2個實驗艙。

觀察此次珠海航展展出的“天和號”核心艙可以發現，該核心艙的前端設有2個對接口，用于接納載人飛船的對接和停靠;后端設后向對接口，用于貨運飛船的停靠補給。空間站上設氣閘艙用于航天員出艙，配置機械臂用于輔助對接、補給、出艙和科學實驗。

美國國家航空航天局近來也提出了月球軌道空間站計劃。該空間站已經遠離了近地軌道，利用這個月球軌道空間站，人類進入月球極地軌道只需要730米/秒的速度增量，耗時12小時左右，而保持軌道所需的速度增量每年小于10米/秒。同時，月球軌道空間站與地球的通信可以不受月球屏蔽干擾。月球軌道空間站可以說是支持進一步載人探月的絕佳之選。

未來，隨著太空3D打印、機器人在軌組裝等技術的不斷進步和發展，空間站將會以嶄新的面貌出現在人們面前。空間站技術的進步一定會支撐人類星際移民的夢想最終得以實現。