中國空間站：自主可控的“太空母港”

宗禾

長征五號B遙二運載火箭搭載中國空間站天和核心艙的發射升空，標志著中國空間站建造進入全面實施階段，“太空之家”的夢想正在成為現實。

按照空間站建造任務規劃，2021和2022年我國將接續實施11次飛行任務，包括3次空間站艙段發射、4次貨運飛船以及4次載人飛船發射，于2022年完成空間站在軌建造，實現中國載人航天工程“三步走”發展戰略“第三步”的任務目標。那么，中國空間站究竟長什么樣，與國際空間站有何不同……追隨著天和核心艙的步伐，本文為你揭開中國空間站的十個秘密。

一問：中國空間站長什么樣

簡單來說，中國空間站以天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙三艙為基本構型。

核心艙顧名思義就是空間站的核心了。作為空間站組合體控制和管理主份艙段，“天和”具備交會對接、轉位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙、保障空間科學實驗能力;“問天”和“夢天”均作為支持大規模艙內外空間科學實驗和技術試驗載荷支持艙段。同時，“問天”還作為組合體控制和管理備份艙段，具備出艙活動能力，“夢天”具備載荷自動進出艙能力。

中國空間站三艙飛行器依次發射成功后，將在軌通過交會對接和轉位，形成“T”形組合體，長期在軌運行。

二問：中國空間站有什么用

空間站的主要定位就是國家未來的空間實驗室，主要是為了解決人類長期在空間飛行的關鍵技術。前期，利用天宮一號、二號空間實驗室，已經解決了航天員在太空的中短期駐留技術，但是長期駐留的技術還有很多問題需要解決。

同時，開展空間站工程將從國家全產業鏈角度，極大地引領和帶動包括空間科學、生命科學等多種前沿學科和原材料、元器件、智能制造等多領域先進技術發展，前景不可限量。特別是，空間站作為長期在軌運行的“太空母港”，其天然的高真空、微重力、超潔凈環境也可以充分用于開展各類科學技術研究，推動科技進步。因此，空間站工程將產生巨大經濟效益和社會效益，是衡量一個國家經濟、科技和綜合國力的重要標志。

三問：與國際空間站有何不同

國際空間站是目前在軌運行最大的空間平臺，規模大約有423噸，由美國、俄羅斯、加拿大、日本等16國聯合，先后經歷12年建造完成。

中國空間站由一個核心艙和兩個實驗艙組成，總體重量約70噸。不搞像國際空間站那么大規模的空間站，這樣的建設思路綜合考慮了我國當前需求和耗費等因素，符合中國國情?？梢哉f，規模適度、留有發展空間的思路，既可以滿足重大科學研究項目的需要，又同時具備擴展和支持來往飛行器對接的能力。如果需要，中國空間站未來可以擴展到180噸級。

中國空間站由我國自主建造，實現了產品全部國產化，部組件全部國產化，原材料全部國產化，關鍵核心元器件100%自主可控。

四問：中國空間站建設分幾步

中國空間站任務分為關鍵技術驗證、組裝建造和運營三個階段，目前正處于關鍵技術驗證階段。

在這個階段，將發射天和核心艙和2艘載人飛船、2艘貨運飛船，在軌驗證7大關鍵技術：空間站推進劑補加、再生生命保障、柔性太陽電池翼和驅動機構、大型柔性組合體控制、組裝建造、艙外操作、在軌維修，為實施空間站組裝建造和長期運營任務奠定堅實基礎。后續，將通過發射2艘貨運飛船、2艘載人飛船以及“問天”和“夢天”2個實驗艙，實現空間站的組建和運營。

五問：工程目標主要是什么

建造并運營中國空間站，首要的是突破、掌握和發展大型復雜航天器的在軌組裝與建造、長期安全可靠飛行、運營管理和維護技術，提升國家航天技術水平，帶動相關領域和行業的科技進步。

同時，要突破、掌握和發展近地空間長期載人航天飛行技術，解決近地軌道長期載人航天飛行的主要醫學問題，實現航天員長期在軌健康生活和有效工作。

此外，通過建成國家太空實驗室，發展具有國際先進水平的空間科學與應用能力，開展多領域空間科學實驗和技術試驗、空間應用，以及科普教育，獲取具有重大科學價值的研究成果和重大戰略意義的應用成果。

當然，我們也要通過空間站建設為人類和平開發和利用空間資源作出積極貢獻。

六問：空間站壽命幾何

如同汽車，在使用一定年限和里程后要報廢一樣，空間站也沒有永久壽命。

中國空間站設計在軌飛行10年，具備延壽到15年的能力。空間站在太空中安家后，將面對來自宇宙的各種威脅和挑戰，比如，原子氧、紫外輻照、真空、溫度交變、空間碎片以及微重力等，這些危險元素可能會造成空間站的材料性能衰退，或者誘發故障，從而制約艙外電纜、表面涂層、光學鏡頭等產品和設備的使用壽命。

為了保證空間站在軌不小于15年的長壽命要求，相關人員從設計伊始，就開展了長壽命、可靠性、維修性、安全性一體化設計。具體來講，就是以系統和產品的長壽命和固有可靠性設計為基礎，配合開展系統和產品在軌故障診斷、處置預案設計、維修性設計，以實現長壽命、可靠性的既定目標。

七問：空間站內部環境如何

空間站建成后，將成為中國的太空家園，可支持3名航天員長期駐留，6人短期駐留。滿足這樣的要求，首先空間要大，天和核心艙和兩個實驗艙完成拼接后，整體空間高達110立方米，設置了3個航天員睡眠區。而此前，天宮一號、二號的空間僅為15立方米，要想美美地睡一覺都是很奢侈的。

不僅空間大，空間站還具有“自我造血”能力。以前航天員生存所必需的水和氧氣由航天器直接送入太空，而空間站通過設計完整的可再生生命保障系統，航天員呼出的水蒸氣會通過冷凝水方式回收，排泄的尿液也會回收凈化，重新作為飲用水和生活用水使用。同時，電解制氧時產生的氫氣與航天員呼出的二氧化碳，將通過化學反應生成氧氣，航天員們可以放心大膽地大口呼吸。同時，在這里聲光風暖隨心調，餐飲娛樂都不愁，要是悶了，還能隨時通過手機和家人聊聊天。

八問：裝備哪些科學儀器

空間站既是航天員的“太空之家”，也是科學研究的“太空實驗室”。一流的太空實驗平臺，將為科學家們取得世界級的重大突破提供有力保障。

然而，空間站資源十分寶貴，經過科學且慎重的遴選，空間站上將搭載安裝包括生物學、材料科學、基礎物理、微重力、流體等類別相關的科學研究實驗設施。包括與空間站共軌飛行的巡天望遠鏡在內，空間站規劃部署了密封艙內的10多個科學實驗柜、艙外暴露實驗平臺。這些科學實驗柜，每一個都可看成是一個小型的太空實驗室，支持一個或多個方向的空間科學與應用研究。

九問：空間站如何獲取能源

家的正常運營離不開電，“太空家園”同樣需要“太空電站”。

太空中唯一的能量來源就是太陽的能量。在天和核心艙上，配有兩對大面積的太陽電池翼，單翼面積可達到67平方米。其在光照區將太陽能轉化為電能，供整艙應用，同時為蓄電池儲存能量，備陰影區使用。這兩組太陽電池翼在初期發電能力超過18000瓦，遠遠超過了國內之前任何一個航天器。

當空間站運行到太陽無法照射的陰影區時，由鋰離子蓄電池為整個艙體供電?？臻g站核心艙共有6組鋰離子蓄電池，每組有66個單體電池。

十問：一旦出現故障怎么辦

中國空間站要在軌運行10多年，將在太空軌道上為航天員和科學家提供開展太空科研的工作環境，同時承接載人飛船和貨運飛船等多種空間飛行器的對接停靠任務。如同我們居住的房子，在外界物理、化學因素的作用下，會發生有形的磨損，家中的各種電子設備，也會隨著時間的流逝需要適時開展維護與更換。

因此，空間站一旦出現故障，就要靠航天員在軌維修了。這又分為艙內在軌維修與艙外在軌維修。艙內在軌維修，需要航天員在飄浮的狀態下裸手對故障產品進行更換操作，重點在于防止操作錯誤和機械安全性。最難的是艙外維修，航天員需要走出空間站，漫步在太空中，身著特殊的航天服，就如傳染科的醫生穿著隔離服一樣。而航天服內充滿著一定的壓力，該壓力在保證航天員的生命安全的同時，給操作的動作帶來不小的難度。

航天員在艙外維修的任何動作，從動指尖到抬手臂，都需要在克服該內壓的情況下完成，其難度類似于打著石膏的雙手戴上厚重的手套修理汽車發動機。不過，可以放心的是，所有可能出現的故障，航天員們都已在平時的模擬環境中進行過“實操”了。

（湘琦摘自《科學之友》2021年第6期）