“天和”入星海，待君駐九天

呂默默

空間站到底是個啥

在中國古代的神話傳說中，神仙們都住在九天之上，也就是我們現在說的太空之中。那么，這些神仙呼吸氧氣嗎？吃的食物從哪里來？水又來自何處呢？在古代神話中，這些細節要么歸結于“仙法”，要么就壓根兒忽略不提了。如果以現代科學來“解讀”，其實神仙們所居住的“宮殿”就算得上一種原始的“空間站”，有基本的生命維持系統，可以長期駐留。

真正科學意義上的空間站設想形成于20世紀初。1903年，俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基在其著作《利用反作用力設施探索宇宙空間》中提出了“空間站”的概念。按照他的設想，應該在接近地球的環境中，建造一個可以自主供給能源、有生命保障系統的空間站，滿足航天員最基本的生存條件，可以讓他們在那里長期駐留。

因為受到科技水平的制約，一直到1971年，人類第一個空間站才順利升空，這就是蘇聯發射的“禮炮1號”。但當時發射的空間站還不是康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基所設想的模樣，至少不能滿足能源自主，水的來源也是問題。1973年，美國發射“天空實驗室”空間站，甚至飲水都是自帶的，用完就沒了，不能循環利用。

按照現代的空間站標準，早期的空間站都不合格。那么，一個合格的空間站應該滿足哪些條件呢？

首先，空間站必須環繞在地球的軌道之上。如果人類走向更遙遠的宇宙，空間站還必須有能力環繞其他星球，例如環繞火星、環繞月球。

其次，空間站的空間必須足夠大，需要至少兩次或者更多次的火箭發射，在太空軌道上最終完成組裝。

再次，空間站必須能長期使用。除了可以替換零件，還需要能停靠和對接新的貨運飛船、載人飛船，進行物資補給和人員更替。

最后，空間站必須具備滿足人員長時間駐留需求的系統。空間站內需要各種維持生存環境的系統，保證氧氣充足、氣壓足夠，擁有合適的防護層防止宇宙輻射傷害，等等。

隨著科技的發展，現代空間站還承擔著重要的實驗和探索任務，真正成為人類在太空進行探索、學習和實驗的重要基地。這次發射的“天和”核心艙就是即將建成的中國現代空間站的主要部分之一，技術先進，各項設計和標準已經達到世界一流水平。

空間站都能干點啥

往天上發射空間站之后總要干點啥，科學家的目的肯定不會像傳說中的神仙那樣來修煉各種仙丹。那么，空間站都有什么本領呢？

★空間實驗室顯神通

地球上有很多設施先進的著名實驗室，為啥還要去太空做實驗呢？因為在距離地球表面400千米左右的位置，地心引力已經很微弱，幾乎處于失重狀態，這就給很多科學實驗帶來了難得的機會。例如，在地面進行鉛和多金屬的合金冶煉時，因為鉛比較重，容易沉入金屬溶液的下層，無法形成有效的材料。但在空間站的實驗室中，這事兒就很容易解決了，可以讓這些金屬完美地融合在一起，形成導電性能、抗疲勞度、導熱性能更好的合金。

空間實驗室還可以在生物和制藥方面大顯身手。在幾乎失重的狀態下，形成的蛋白質晶體效果也要比地面上的效果好。這對于科學家在生物學上的研究有重要推動作用，也可以用于研發新藥，同時可以幫助科學家更深入地了解一些疑難雜癥的致病機制。

中國在建的空間站可進行物質科學、宇宙空間科學、生命科學等各種實驗，這些功能隨著“天和”核心艙發射、入軌成功，在空間站建成后將逐漸實現。

★飛向深空的前哨站

早在康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基提出空間站的概念之初，空間站除了科研之外的一項重要作用，就是作為人類飛向深空的中轉站、前哨站。

在太空中近乎失重的狀態下，航天員的生理和心理上都會受到沖擊。長時間進入太空的人，因為身體上的不適應，加上空間狹小，缺乏運動，在晝夜不分明的狀態下極有可能精神崩潰。這還僅僅是距離地面400千米左右的高度，可以說是在家門口，還不算出遠門。如果我們的目標是更遙遠的深空探索，就必須適應這種狀態。

即使在今天，空間站仍然是唯一的可以長期供航天員進行工作和實驗的航天器，所以想要搞清楚人類長時間駐留太空會受到哪些影響，也只有在這里做測試和研究了。

此外，空間站還可以測試未來可能用于太空探索的各類技術、設備和飛船。例如解決航天員喝水問題的ECLSS系統，這是一種可以收集各種使用過的水甚至包括航天員的尿液并進行過濾、凈化的系統，科學家希望這一系統將來可以用在火星的實驗基地中。

空間站還能成為探索建造更大型飛船的實驗模型，如若我們要飛向更遙遠的星辰，肯定需要建造更大的宇宙飛船。現代空間站這種搭積木式的建造方式，可以為建造更大、更合理的宇宙飛船提供經驗。

人類如果想飛往更遙遠的深空，空間站必然是這趟旅途的前哨站。

與“天和”共舞九天

早在1992年，中國載人航天就已經確立了“三步走”的戰略：第一步是發射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開展空間應用實驗;第二步是突破航天員出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術，發射空間實驗室，解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題;第三步是建造空間站，解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。這次發射的“天和”核心艙就是屬于第三步。

目前，在地球軌道上還有一個國際空間站，我們的空間站與之相比如何呢？

國際空間站總重大約是420噸，我國的空間站一期工程則是百噸級。別急，噸位的確是有差距，但國際空間站是多國合力建造，各個國家都打著自己的算盤，各有各的“地盤”，有著多處重復建設。國際空間站420噸的規模中，供航天員工作、生活的艙段只有180噸，其他幾乎都是重復建設的設施。在這180噸的艙段之中，真正用于科研的艙段只有3個，分別是“命運號”實驗艙、“哥倫布”實驗艙和“希望號”實驗艙，加起來并不大，也都沒超過20噸的規模。其中安裝的實驗機柜，美國、日本這一側有23個，俄羅斯有8個。反觀中國“天宮”空間站，一期建成之后就可以安裝23個機柜。因此，我國的空間站利用率更高。

說起空間大小，就不得不說一說“天和”核心艙打破的兩項世界紀錄。“天和”核心艙長度達到16.6米，最大直徑為4.2米，總質量達22.5噸，是當前體積最大、質量最大的單模塊空間站艙段，內部總空間達到50立方米，簡直是一個超大的“客廳”。

我們的“客廳”不僅僅是空間大，功能也很強。國際空間站上有幾節骨干艙段，例如負責儲存燃料的“曙光號”核心艙，負責生命保障、軌道控制和指導功能的“星辰號”服務艙，再加上連接其他艙段的“團結號”節點艙，構成了國際空間站上的主要艙段，加起來的質量超過50噸。與之相比，“天宮”空間站一個20噸級的“天和”核心艙，就滿足了國際空間站上述三大艙段的功能需求。從外形來看，“天和”核心艙分為“大柱段”與“小柱段”兩部分;以功能分區，則分為資源艙、生活控制艙、節點艙三部分。

以上還僅僅是“天和”核心艙這一個艙室，之后我們還會建造2個20噸的大型實驗艙，分別是“問天號”實驗艙Ⅰ與“夢天號”實驗艙Ⅱ，它們是“天宮”空間站23個科研機柜的主要布放場所。“問天號”實驗艙Ⅰ還配置了供航天員實施出艙作業的專用氣閘艙，這個艙室將于2022年正式發射。

在早期的設計方案中，“夢天號”實驗艙Ⅱ配置了一臺大口徑的巡天望遠鏡，后來考慮到光學設施特殊的工作環境和鏡頭調整，在最終的設計方案中，把大口徑巡天望遠鏡設計成了與“天宮”空間站在同一軌道飛行的巡天光學艙。這是一個單獨的艙室，既可以對接空間站，又可以獨立運行。

巡天光學艙也是20噸級大型艙段，配置了2米口徑離軸三反光學望遠鏡，可在宇宙加速膨脹、暗能量本質、暗物質屬性、檢驗宇宙學模型、引力波源對應體、銀河系三維結構、天體測量、恒星、黑洞、星系等領域展開觀測研究工作。

光學部分獨立出去了，那“夢天號”實驗艙Ⅱ用來做什么呢？這里被設計成了“可展開式暴露實驗平臺”。在這個平臺上，可以把實驗物直接暴露在太空中進行實驗，以獲得更好的數據和實驗結果。

有了以上精巧的設計和完善的設施，中國空間站將以曼妙的身姿在九天之上盡情舞動。

未來可期

在未來，無論是之后更遙遠的深空探索，還是在火星軌道上建立環火星軌道空間站，現在已經發射的“天和”核心艙，無疑是我們的太空夢實現的第一步，也是最關鍵的一步。

往小了說，由于國際空間站已經進入高齡，有科學家認為，到了2024年，也許中國空間站將成為世界上唯一的近地軌道空間站。到那時，中國空間站將是世界各國進行太空研究的第一選擇。中國空間站已經開始向聯合國所有成員國開放，這在人類航天史上還是第一次。當前已有來自17個國家的9個科研項目成功入選“天宮”空間站首批合作清單，我們免費提供這些科研項目的上行運輸服務，并提供在軌空間實驗場所。

往大了說，建造空間站并不是單一去進行科學實驗，還可以為人類飛往更遙遠的太空、擁抱宇宙做好準備。