建一座中國自己的空間站

馬小可

向太空進軍

這里，大氣壓不到地面上的千萬分之一甚至千億分之一，從四面八方襲來的高能粒子可以輕易損傷人體。這里還游蕩著大量高速運動的微流星和太空碎片，一個直徑約0.5毫米的碎片就足以產生子彈一樣的威力。這里危機重重，但幸運的是，你依然有機會生存下去，因為在這里即將建起一座龐大的堡壘——中國“天宮”空間站。

2021年4月29日，伴隨著“長征五號B”運載火箭（“長征五號B”與俄羅斯“質子-M”，美國“獵鷹-9號”“德爾塔IV”，歐洲“阿麗亞娜-5”等火箭的運載能力相當，這項技術的成熟，使得中國大型運載火箭的技術進入世界第一梯隊）的發(fā)射升空，中國空間站“天和”核心艙成功進入預定軌道。中國“天宮”空間站的在軌組裝建造工作，宣告全面展開。在今明兩年，中國預計通過11次航天發(fā)射，完成空間站的建設。屆時，中國航天員將常駐太空。

“長征五號”以其粗大的外形特點使它獲得了“胖5”的稱號。中國現役火箭里面，像“長征二號”“長征三號”系列，還有“長征七號”系列，都是3.35米直徑的，而“長征五號”的直徑是5米，最大起飛質量達到800余噸，最大起飛推力是1000余噸，是現役體形最大、力量最強的一型火箭。以“長征五號”運載火箭為基礎改進研制而成的“長征五號B”，外觀尺寸還要更“矮胖”一點。矮是因為它采用了一級半構型，也就是芯一級+助推器+整流罩，高度為53.7米，而兩級半構型（芯一級+助推器+芯二級+整流罩）的“長征五號”高度為57米。此外，“長征五號B”的整流罩長度達20.5米，是最大的整流罩。整流罩就是火箭頂端的那一層外殼，使航天器在發(fā)射過程中得以避開劇烈的空氣摩擦帶來的高溫。整流罩的尺寸越大，就越能裝載更大的航天器。這兩型火箭雖然同屬“長征五號”系列，但它們在設計、用途等方面都有很多不同。

未來，這座空間站的總重將達到180噸，相當于150輛小汽車在高度400千米的軌道上繞地球飛行。我們?yōu)槭裁匆臻g站？它和之前的“天宮一號”“天宮二號”有什么區(qū)別？這真的是一件值得去做的事情嗎？

1966年，我國就啟動了載人飛船的論證。但那時搭載許多中國人夢想的還不是大名鼎鼎的神舟飛船，而是“曙光一號”。然而，從開始論證到項目下馬，“曙光一號”僅僅經歷了短暫的9年就成了歷史。因為載人航天需要的不僅僅是一艘飛船，還有航天員、飛船應用、運載火箭、發(fā)射場、測控通信、著陸場等共計7大系統(tǒng)的支持。其實，早在1961年，蘇聯(lián)就成功將航天員送入了太空。即便到了1969年，美國“阿波羅11號”代表人類第一次登上月球，中國人連自己的人造衛(wèi)星都尚未發(fā)射成功。當時，擺在中國科學家面前的只有一條路，就是追趕。直到1975年，一枚特殊的衛(wèi)星發(fā)射成功。盡管很多人沒有聽過它的名字，但是它為中國航天事業(yè)埋下了重要的伏筆——這就是“尖兵一號”，一枚可以返回地面的人造衛(wèi)星。

穩(wěn)扎穩(wěn)打“三步走”

1992年，中國載人航天工程正式拉開序幕，確定了穩(wěn)扎穩(wěn)打“三步走”的戰(zhàn)略：第一步，載人飛船安全往返;第二步，航天員出艙、飛行器交會對接，發(fā)射空間實驗室并進行短期駐留;第三步，建成中國自己的空間站，實現長期駐留。此后，正是在“尖兵”系列返回式衛(wèi)星的技術基礎上，神舟一到七號飛船相繼發(fā)射成功。依次實現了單人單天、多人多天載人飛行以及航天員的出艙活動，中國人終于第一次從太空視角俯瞰我們古老而脆弱的家園。而此時，距離1992年已經過去了16載歲月。伴隨著經濟的迅速崛起，中國航天終于告別節(jié)衣縮食的日子，進入高歌猛進的年代。即便2011年美國國會禁止了NASA與中國政府間的所有科學活動與技術交流，但不到半年后，中國的第一座空間實驗室依然成功進入太空——這就是“天宮一號”。

“天宮一號”成功與神舟飛船完成了自動、手動等各種方式的對接，讓我國繼美國、俄羅斯后成為世界上第三個完整掌握空間交會對接技術的國家。

然而，這座空間實驗室卻無法讓航天員長期停留，因為它唯一的端口只能對接載人飛船，難以進行物資和推進劑的補給。于是，光榮而艱巨的使命交到了“天宮二號”手里。除了停靠載人飛船，它還能對接貨運飛船完成補給，航天員的單次停留時間也躍升到了30天以上，成功實現中期駐留。而與之對接的貨運飛船，由貨運艙和推進艙組成，去程可運輸重達6.5噸的物資設備，攜帶重達2噸的推進劑，為空間站空中加油;回程則可運回6噸重的廢棄物，運輸效率堪稱世界前列，是名副其實的天空之舟。

近地軌道空間站誕生于20世紀70年代，是美、蘇太空競賽的產物。由于空間站必須滿足人員常駐的條件，所以無論是建造還是維護，都需要大筆資金。所以在冷戰(zhàn)結束后，美、俄等國通過合作共同建造國際空間站，并分擔空間站的費用。

五十年的堅持

此次發(fā)射的地點位于海南文昌，這里有著中國最靠近赤道的發(fā)射場，這也是文昌航天發(fā)射場選址的主要原因之一。由于地球自轉是自西向東的，如果在赤道向東發(fā)射火箭，還沒有起飛就已經獲得了和赤道一樣的自轉線速度，極大地節(jié)省了火箭的能耗。如此一來，文昌發(fā)射場的緯度為19°N，相比酒泉、太原、西昌都更節(jié)省燃料，也更適合重型運載火箭。

中國航天白手起家，歷時50多年，終于一步一個腳印地完成載人航天技術的全面驗證。一個更加完整、更加全面、更加先進的“天宮”空間站，與我們僅差一步之遙。這座空間站以“天和”核心艙為中心，后端對接貨運飛船，前端設置節(jié)點艙，并通過機械臂在節(jié)點艙的左右兩側對接“夢天”與“問天”兩座實驗艙。而節(jié)點艙的前端和底部可連接載人飛船，頂部則用于航天員出艙，最終如同搭積木一樣，形成一個“T”字形結構。這座空間站外部由鋁合金緩沖屏和各類纖維填充，進行層層保護，以消減撞擊物帶來的損傷。而它內部的氧氣、二氧化碳、飲用水、尿液和推進劑之間更能實現循環(huán)轉化，為航天員提供安全長期的生存環(huán)境。

“天宮”空間站盡管最大質量還不到國際空間站的一半，但擁有更高的空間利用效率和供電效率，更創(chuàng)新性地與一座搭載空間望遠鏡的“巡天號”光學艙共軌飛行。這座口徑達2米的望遠鏡，不僅擁有媲美哈勃望遠鏡的分辨率，更有超過哈勃望遠鏡300倍的視野范圍，既能巡天，又能查地，與空間站的組合也方便了后期的維護和修理。更重要的是，這座空間站將面向聯(lián)合國所有會員國開放合作，通過增加1個核心艙、2個實驗艙，最終擴展為一個龐大的“干”字結構。如果國際空間站停止運行，中國“天宮”將成為太空中唯一運行的空間站，人類的載人航天也將正式進入“天宮”時代。

它真的值得一建嗎

有這樣的問題不難理解，畢竟我們總覺得航天距離我們過于遙遠，但你很難想象腳上穿的氣墊運動鞋、喝的果珍、平時用的微波爐、隨處可見的條形碼，甚至能救人一命的ICU，最早都來自載人航天技術的轉化。而太空中那些危險的真空、輻射、微重力環(huán)境，對材料提純、金屬冶煉、制藥育種等科學研究，更是極其難得的實驗條件。正如美國在“阿波羅”計劃實施的11年間，用大約250億美元的投入，帶動了醫(yī)藥、能源、通信、材料、計算機，以及消費品等各個領域，高達幾千億美元的民用市場。根據2016年的數據，中國平均每向航天領域投入1元錢，就能在廣大的市場中獲得相當7元的產出。

人類建設空間站的目的，就是能做一些在地球上做不了的事情。雖然地球引力可以讓我們腳踏實地，磁場和大氣層可以讓我們免受宇宙輻射威脅。但這種保護，某種意義上也是阻礙。正如俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基說過：“地球是人類的搖籃，但是人類不能永遠生活在搖籃里。”