思飛

郭沫若先生有一首非常富有想象力和意境的優(yōu)美詩篇——《天上的街市》。詩中描繪了神話傳說中的天上街市、神仙、宮殿。自從盤古破鴻蒙，天地遙遙，不知幾何。

神話只能把人們帶入奇妙的想象，而科學(xué)則能把人類帶入美妙的太空。100年前，俄羅斯火箭理論家、航天理論的奠基者齊奧爾科夫斯基首次提出了建立空間站的卓越設(shè)想。他認(rèn)為，空間站實(shí)際上就是一個(gè)巨大的人造衛(wèi)星。它可以成為未來宇宙飛船的“啟航站”與“中轉(zhuǎn)站”。如今，齊奧爾科夫斯基的設(shè)想早已實(shí)現(xiàn)了：蘇聯(lián)發(fā)射的“禮炮號(hào) ”和“和平號(hào) ”空間站、美國(guó)的“天空實(shí)驗(yàn)室”空間站、歐美和俄羅斯等國(guó)的國(guó)際空間站都實(shí)現(xiàn)了繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，成為人類研究宇宙的基地。其中規(guī)模最大的國(guó)際空間站仍在近地軌道上運(yùn)行著。

天舟一號(hào)

繼“天宮一號(hào)”和“神舟十號(hào)”載人飛行任務(wù)圓滿成功之后，我國(guó)又將于今年第三季度發(fā)射“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室?！疤鞂m二號(hào)”升空后，我國(guó)還計(jì)劃于今年第四季度發(fā)射 “神舟十一號(hào)”載人飛船，于2017年上半年發(fā)射新研制的“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船，并將“天宮二號(hào)”與兩者進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，檢驗(yàn)“天舟一號(hào)” 貨運(yùn)飛船的太空飛行技術(shù)性能?！疤熘垡惶?hào)”貨運(yùn)飛船每次能運(yùn)載6噸物資，包括火箭的推進(jìn)劑、航天員的食物、科研儀器等。

此次對(duì)接還將為在2020年前后完成中國(guó)空間站的建造工作提供技術(shù)借鑒，突破和掌握航天員中期駐留、再生式生命保障以及貨運(yùn)飛船補(bǔ)加等空間站關(guān)鍵技術(shù)，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問題，并將開展地球觀測(cè)和空間地球系統(tǒng)科學(xué)、空間應(yīng)用新技術(shù)、航天醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)研究。這些都將為我國(guó)進(jìn)入建設(shè)空間站時(shí)代奠定基礎(chǔ)。

一流的太空實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

載人航天是舉世公認(rèn)的高精尖技術(shù)。早在1992年，我國(guó)確定的三步走載人航天計(jì)劃（921工程）中，就明確表明最終目標(biāo)是建立空間站?！笆濉睍r(shí)期已經(jīng)到了實(shí)施這一計(jì)劃的關(guān)鍵階段。

“神舟一號(hào)”發(fā)射升空?qǐng)D

規(guī)劃于2020年建成的我國(guó)空間站將成為太空中的中國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，支持我國(guó)科學(xué)家從事前沿科學(xué)探索、空間技術(shù)研究和空間資源的開發(fā)和利用，最終目標(biāo)是為全人類造福?？臻g站資源十分寶貴，經(jīng)過科學(xué)、慎重地遴選，站上將搭載安裝包括生物學(xué)、材料科學(xué)、基礎(chǔ)物理、微重力、流體、燃燒等十余類的科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)設(shè)施。這個(gè)一流的太空實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將為科學(xué)家們?nèi)〉檬澜缂?jí)的重大基本原理突破提供條件保障。

目前，我國(guó)航天員都是從現(xiàn)役空軍飛行員中選拔的。為了能在空間站上開展太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)，未來需要從工程師和科學(xué)家中選拔航天員。航天員中要有能夠管理維護(hù)航天器的飛行工程師。如果設(shè)備出了故障能夠及時(shí)修復(fù)，新技術(shù)出來后還能給航天器升級(jí)。另一部分航天員則是能夠觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、調(diào)整方案、設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案等的科學(xué)家。當(dāng)然，根據(jù)空間站的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇相關(guān)專業(yè)背景的科學(xué)家們進(jìn)行訓(xùn)練，是未來航天員選拔一個(gè)主要方向。

神舟八號(hào)

我國(guó)未來還會(huì)單獨(dú)發(fā)射一個(gè)十幾噸重的光學(xué)艙，與空間站保持共軌飛行狀態(tài)，并計(jì)劃在光學(xué)艙里架設(shè)一套口徑兩米的巡天望遠(yuǎn)鏡，分辨率與美國(guó)的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)，但視場(chǎng)角是哈勃的300多倍。這套望遠(yuǎn)鏡的天區(qū)和波段覆蓋廣，像質(zhì)好，是中國(guó)人的“宇宙之眼”。如果在軌10年，可以對(duì)40%以上、約17500平方度的天區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，提供海量的科學(xué)數(shù)據(jù)資料，為科學(xué)家取得更多重大原創(chuàng)性成果提供有力的技術(shù)支持。

突破建站前的關(guān)鍵技術(shù)

在太空軌道上組裝空間站一定要突破4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。第一項(xiàng)是太空行走技術(shù)，這已由執(zhí)行“神舟七號(hào)”任務(wù)時(shí)的航天員翟志剛完成。第二項(xiàng)是空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)，這已分別由執(zhí)行“神舟八號(hào)”、“神舟九號(hào)”、“神舟十號(hào)”三艘飛船任務(wù)的航天員們突破。第三項(xiàng)是補(bǔ)給技術(shù)，就是利用貨運(yùn)飛船給空間實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行推進(jìn)劑等物資補(bǔ)加的技術(shù)，為此“天宮二號(hào)”將增加以前沒有過的推進(jìn)劑補(bǔ)加系統(tǒng)。第四項(xiàng)是再生式生命保障技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)又可分為物理化學(xué)式再生環(huán)控生保技術(shù)和受控生態(tài)式再生生保技術(shù)。

神舟九號(hào)

物理化學(xué)式再生環(huán)控生保技術(shù)適合于中長(zhǎng)期載人航天器的生命支持系統(tǒng)，是運(yùn)用物理化學(xué)的方法，對(duì)航天員排放的二氧化碳、水蒸氣和尿液等廢棄物等進(jìn)行回收利用，實(shí)現(xiàn)航天員氧氣、用水等物質(zhì)的供應(yīng)平衡。這項(xiàng)技術(shù)主要涉及電解水制氧、冷凝水和尿液的回收再利用、二氧化碳和微量有害氣體的去除等五個(gè)方面。將這項(xiàng)技術(shù)與非再生技術(shù)整合，就可以構(gòu)成能量流和物質(zhì)流互相匹配協(xié)調(diào)的完整系統(tǒng)。

受控生態(tài)式再生生保技術(shù)，指按照生態(tài)學(xué)原理建立起來的人工密閉生態(tài)系統(tǒng)。它能利用高等植物等生物部件生產(chǎn)食物、氧氣和水等生命必需物資，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)的完全閉合循環(huán)和生保物資的持續(xù)再生。人們依靠這套系統(tǒng)，才能進(jìn)行長(zhǎng)期空間飛行和地外星球探測(cè)飛行。在“天宮二號(hào)“上進(jìn)行物理化學(xué)式再生環(huán)控生保技術(shù)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，還要進(jìn)行從種子到植物全生育發(fā)展過程的受控生態(tài)式再生生保技術(shù)實(shí)驗(yàn)。目前，我國(guó)正計(jì)劃種植水稻、擬南芥兩種植物，以考察其在長(zhǎng)日照和短日照條件下的不同生長(zhǎng)情況，既為以后的實(shí)驗(yàn)積累經(jīng)驗(yàn)，又為未來航天員長(zhǎng)期駐留做準(zhǔn)備。這無疑是”天宮二號(hào)“空間實(shí)驗(yàn)室的一大亮點(diǎn)。

神舟十號(hào)

中國(guó)空間站的特色所在

由此可見，“天宮二號(hào)“空間實(shí)驗(yàn)室的發(fā)射、運(yùn)行和應(yīng)用，將為實(shí)施載人航天工程第三步的任務(wù)積累經(jīng)驗(yàn)。只有全都掌握了這些技術(shù)，我們才能按計(jì)劃在2020年前后建成空間站，并向空間站運(yùn)送人員和補(bǔ)充物資，航天員才能在空間站開展多種科學(xué)實(shí)驗(yàn)，并在必要時(shí)出艙完成維修等任務(wù)，解決有較大規(guī)模的、長(zhǎng)期有人照料的空間應(yīng)用問題。

我國(guó)計(jì)劃在2020年前后建成的空間站軌道高度為400～450千米、傾角為42～43度，設(shè)計(jì)壽命為10年以上，可長(zhǎng)期駐留3人，以進(jìn)行較大規(guī)模的空間應(yīng)用。它是一座質(zhì)量超過90噸的軌道建筑，至少包括1個(gè)核心艙、2個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙。每個(gè)艙都在20噸級(jí)以上，整體呈T字型，或呈現(xiàn)“兩室一廳”的結(jié)構(gòu)。核心艙的5個(gè)對(duì)接口可以對(duì)接1艘貨運(yùn)飛船、2艘載人飛船，最后留2個(gè)對(duì)接口備用。另有一個(gè)出艙口即空間站上設(shè)裝的氣閘艙，用于航天員出艙進(jìn)行太空行走。

天宮一號(hào)

此外，中國(guó)空間站還配置了兩類機(jī)械臂，長(zhǎng)度累計(jì)為15米，可輔助航天員進(jìn)行對(duì)接、補(bǔ)給、出艙和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。無論是艙段轉(zhuǎn)位、大設(shè)備的移動(dòng)，還是航天員自身的移動(dòng)，都可以通過機(jī)械臂來完成。航天員通過人機(jī)配合，可以在站內(nèi)進(jìn)行空間站的建造與維修。

研發(fā)中的中國(guó)空間站是可以進(jìn)一步擴(kuò)展的，根據(jù)空間科學(xué)研究和應(yīng)用的需要，能夠?qū)痈嗟呐摱?，進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)。這也要求站內(nèi)的動(dòng)力裝置要足以維持空間站的軌道穩(wěn)定和姿態(tài)控制。此外，空間站將采用電推進(jìn)技術(shù)作為軌道維持的動(dòng)力裝置，顯著降低其運(yùn)行期間的推進(jìn)劑補(bǔ)給需求。

不難想象，像空間站如此龐大的太空運(yùn)行系統(tǒng)，必然需要強(qiáng)有力的電力保障。為此，中國(guó)空間站將裝有兩對(duì)單翼翼展約30米的柔性太陽能電池板。它們與雙軸對(duì)日定向機(jī)構(gòu)、高效能鋰離子電池等一起，構(gòu)成空間站先進(jìn)、強(qiáng)大的電源系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)能夠?yàn)榭臻g站不間斷地提供可靠、充足的電力。目前，地面上太陽能到電能的轉(zhuǎn)化率一般在百分之十幾。而將在空間站上使用的最新太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的這一轉(zhuǎn)化率可達(dá)30%以上。

近年來，信息技術(shù)、新能源、自動(dòng)化和人工智能技術(shù)的新成果都將集成到中國(guó)空間站上，基于當(dāng)代最新技術(shù)成果建造的中國(guó)空間站，信息化程度更高、能力更強(qiáng)，具有后發(fā)優(yōu)勢(shì)。其通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用等尤其先進(jìn)。鑒于國(guó)際空間站延期使用的最后期限為2025年，而中國(guó)空間站將在軌運(yùn)行至少10年以上，故國(guó)外媒體預(yù)言：“在國(guó)際空間站墜落后，中國(guó)或許是世界上唯一一個(gè)既有能力又有熱情去入駐太空的國(guó)家?！?p>

我國(guó)2020年前后建成空間站，其核心艙可對(duì)接“神舟”和“天舟”。

未來我國(guó)空間站建成之后，它在發(fā)揮重大科研價(jià)值的同時(shí)，也可能提供太空旅游。等到2020年，隨著小康社會(huì)的全面建成和空間站的升空運(yùn)行，我國(guó)青少年的聰明才智，也將擁有更廣闊的發(fā)揮舞臺(tái)。

知識(shí)小講堂：

空間站是一種可供多名宇航員巡訪、長(zhǎng)期工作和居住的載人航天器。在其運(yùn)行期間，宇航員的替換和物資設(shè)備的補(bǔ)充分別由載人飛船、無人貨運(yùn)飛船或航天飛機(jī)運(yùn)送?？臻g站通常由軌道艙、生活艙、服務(wù)艙、對(duì)接艙、氣閘艙、專用設(shè)備艙和太陽能電池翼等部分組成。它的主要用途是進(jìn)行天文觀測(cè)，勘測(cè)地球資源，開展醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究，發(fā)展新工藝和新技術(shù)，測(cè)量大地和偵察軍事動(dòng)態(tài)，試驗(yàn)和發(fā)射航天武器或航天器，為開發(fā)太空資源提供場(chǎng)所等。