原來你是這樣的“天宮”

毛新愿

4月29日11時許，搭載中國空間站天和核心艙的長征五號B遙二運載火箭在海南文昌航天發(fā)射場點火升空。隨著天和核心艙與火箭成功分離進(jìn)入預(yù)定軌道，太陽能帆板兩翼順利展開且工作正常，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功，標(biāo)志著中國天宮空間站在軌組裝建造全面展開。

1992年9月21日，中國載人航天工程正式起步。經(jīng)過29年的不懈探索，長征、神舟、天舟、天宮……這一系列浪漫的名字逐漸變成現(xiàn)實。如今，中國終于要擁有自己的“天上宮闕”，飛天的神話從夢想照進(jìn)現(xiàn)實！

那么，我們的空間站要做哪些實驗？為什么空間站非發(fā)射不可？為什么要建一個這樣的“天宮”？又該如何正確建設(shè)它？下面就讓我們一起揭秘。

為什么要發(fā)射空間站

建設(shè)空間站的意義很大，主要可以一句話概括：因為它能長期飛在天上。或者說，它能實現(xiàn)多人次長期在軌駐留。這意味著在外太空會有一個長期穩(wěn)定的生活和工作空間，搭載一系列頂級科研設(shè)備，航天員可以通過載人火箭和飛船頻繁往返、長期駐留在那里，并通過貨運飛船定期補給。

太空有著得天獨厚的環(huán)境，如長期的失重條件，可以開展很多地球上難以進(jìn)行的科研，并能對地球進(jìn)行穩(wěn)定的遙感探測。人類進(jìn)入太空后，也會變成“科研載荷”，經(jīng)歷失重、上下不分、體液重新布置等與地球環(huán)境截然不同的生活狀態(tài)，這孕育出了嶄新的航天醫(yī)學(xué)學(xué)科，也產(chǎn)生了很多改變?nèi)祟惿畹男掳l(fā)明，如尿不濕、耳溫計以及各種集成便攜的醫(yī)療器械。

建設(shè)空間站是人類載人航天技術(shù)發(fā)展到一定程度后才會出現(xiàn)的里程碑事件，它能促進(jìn)航天以及很多相關(guān)制造業(yè)的發(fā)展，對于提升一個國家的整體科學(xué)技術(shù)水平有著重要意義，是任何一個航天大國技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

為什么要建這樣一個“天宮”

人類載人航天技術(shù)于1971年進(jìn)入空間站時代。這一年蘇聯(lián)把禮炮1號送入太空，第一代空間站誕生。隨后12年內(nèi)，蘇聯(lián)共發(fā)射9個18～20噸的空間站。其中，7個成功并獲命名“禮炮”系列。禮炮6號和7號更可同時對接兩艘飛船。

1973年，剛結(jié)束了阿波羅登月的美國，利用土星五號登月火箭的強大能力，直接將其中的一部分改裝并發(fā)射，形成了一個80噸級的“天空實驗室”。這些早期空間站大都為試驗性質(zhì)，為后續(xù)的空間站轉(zhuǎn)型換代做技術(shù)儲備。中國的天宮一號和天宮二號與早期的“禮炮”系列思路一致，主要用來驗證空間交會對接、出艙行走和多人次在軌駐留等技術(shù)。

在空間站發(fā)展史上有著舉足輕重意義的是1986年2月開始建造的蘇聯(lián)和平號空間站。它采取積木式模塊化結(jié)構(gòu)，由核心艙、5個科學(xué)實驗/生活艙段和多艘對接飛船構(gòu)成。在它15年的飛行史中，對接過100多艘載人和貨運飛船，其中包括9次與航天飛機的對接，共計接納了來自12個國家的135名航天員在此工作與生活。

多國合作的國際空間站（ISS）是迄今唯一的第四代積木式和桁架式空間站，尺寸更大、功能更復(fù)雜。自2000年11月2日執(zhí)行首次載人任務(wù)以來，已經(jīng)連續(xù)保持了21年載人飛行，成長為一個寬109米、長73米、高20米、重達(dá)419噸、內(nèi)部容積916立方米的空間“巨無霸”，相當(dāng)于一棟七層樓高的小型體育場。它孕育了各個國家的多種載人航天相關(guān)器具，先后容納過數(shù)百名航天員工作生活，成為了獨一無二的航天平臺。

國際空間站的建造成本和運營成本頗為驚人，目前的總造價已經(jīng)超過2000億美元，每年各成員國為此付出的總運營費用也高達(dá)30億美元級別，占據(jù)了大量的航天預(yù)算資源。正因如此，隨著不斷老化，關(guān)于它退役的新聞經(jīng)常出現(xiàn)。此外，美國的航天飛機已于2011年退役，人類很難在太空中建造如此大的桁架結(jié)構(gòu)，所以，今后不太可能出現(xiàn)第二個國際空間站了。

就綜合性價比而言，第三代積木式空間站已經(jīng)能夠滿足科研和應(yīng)用需求，且建造和運營維護(hù)成本更低，成為了目前的最佳方案。我國的天宮空間站就將采取這個方案：核心艙（天和號）、兩個實驗艙（問天號，夢天號）和機械臂等組成總重約60噸的T字形結(jié)構(gòu)，可對接貨運飛船和載人飛船，足夠滿足3名航天員駐留并長期穩(wěn)定運行。未來如有需要，還有潛力進(jìn)一步擴(kuò)展為十字形結(jié)構(gòu)，尺寸和能力進(jìn)一步提升。

如何正確建成一個“天宮”

天宮空間站是中國載人航天技術(shù)的大集合，需要調(diào)動最核心的資源建造。首先，需要的是長征火箭家族“三劍客”—長征五號B、長征二號F和長征七號。其中，長征五號B專門負(fù)責(zé)近地軌道重載任務(wù)，運力在25噸級，負(fù)責(zé)發(fā)射核心艙和實驗艙；長征二號F運力在8.5噸級，是目前保持100%成功率的一款“神箭”，也是中國唯一的載人火箭，主要負(fù)責(zé)發(fā)射神舟飛船，其頭部尖尖的逃逸塔成為最容易識別的標(biāo)志；長征七號是中國新一代主力火箭，運力在14噸級，用來發(fā)射天舟貨運飛船。

其次，需要兩大發(fā)射場。酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心擁有我國唯一的載人航天發(fā)射和返回相關(guān)配套，這里見證了此前所有11艘神舟飛船的起航，是中國航天員真正“登天”和“下凡”的地方；文昌航天發(fā)射場是中國最新、最先進(jìn)的發(fā)射場，這里三面環(huán)海，無殘骸問題，海運讓長征五號不再受限于陸路運輸，而變得“胖起來”（最大芯級直徑5米）。新建造的各種配套也讓它成為長征五號和長征七號系列火箭的定點基地，支撐起整個天宮的核心建造和補給過程。

天宮不是一天可以建成的，核心艙發(fā)射之后，還需要在太空中借助機械臂系統(tǒng)，像“堆積木”一樣逐漸把整個結(jié)構(gòu)搭建起來。期間需要有航天員在軌駐留，并需要定期補給。隨后，還規(guī)劃有10次任務(wù)，包括2次長征五號B火箭發(fā)射實驗艙、4次長征二號F火箭發(fā)射4艘神舟飛船以及4次長征七號火箭發(fā)射天舟飛船。預(yù)計于2022年，天宮空間站最終建成。

天宮空間站的正式運行，將標(biāo)志著中國航天進(jìn)入嶄新的發(fā)展階段，利用特有的太空環(huán)境，能實現(xiàn)多種技術(shù)創(chuàng)新和科技產(chǎn)出，成為一個不折不扣的“超級實驗室”。例如，早在天宮二號空間實驗室階段，就實現(xiàn)了伽馬射線暴偏振測量儀器、世界首臺空間冷原子鐘、空—地量子密鑰分配與激光通信試驗以及多種材料科學(xué)實驗等技術(shù)進(jìn)展。天宮空間站建成后，空間科學(xué)技術(shù)必將取得更大的進(jìn)步。

空間站技術(shù)無疑處在航天技術(shù)金字塔的最頂端。直到今天，也僅有蘇聯(lián)（俄羅斯）、美國和中國有過獨立建造空間站的經(jīng)歷。對于人類更遠(yuǎn)的星辰大海和星際移民夢想，空間站幾乎是容納大規(guī)模人類的唯一選擇。相信讀者們已經(jīng)從各種科幻影視作品中了解過各種酷炫的空間站，天宮或許就是中國人走向更遠(yuǎn)深空的起點。

“盤古破鴻蒙，天宮有九重”是華夏民族對頭頂那片未知天空最美好的想象，但古人們的想象力仍有邊界，也深知探索蒼穹的難度，以至于“難如登天”成為描述不可能的詞匯。但“天宮”這座中國建造的天上宮闕，對“登天有多難”這個問題給出了不同的答案。無論是“天問”，還是“問天”，還有北斗、墨子、悟空、嫦娥、玉兔、祝融、張衡……這些以出自中華傳統(tǒng)文化的深遠(yuǎn)寓意命名的航天器，正在天空中向著真理孜孜探索。什么是浪漫？這就是浪漫！祝福浪漫的中國航天不斷進(jìn)步！