 前蘇聯(lián)-俄羅斯的和平號太空站在地球軌道上空工作，與月球成為兩顆地球衛(wèi)星。 空間站是人類為了長期停留太空進行科學研究而制造的航天器，目前人類已經(jīng)發(fā)射了11個空間站，在軌運行的僅有多國合作的“國際空間”。中國在2011年即將發(fā)射“天宮”1號目標飛行器，與神州系列飛船進行對接實驗，形成中國未來空間站的雛形。 中國的載人航天計劃起步較晚，目前尚未擁有自己的空間站，也沒有參加“國際空間站”的合作，不過，中國已經(jīng)啟動了自己的空間站計劃，即將在2011年發(fā)射“天宮1號”目標飛行器，與之后的神舟系列飛船對接，形成一個小型的實驗空間站，作為在建設空間站方向上邁出的第一步，這樣有可能使中國繼載人航天之后，成為世界上擁有過獨立的空間站的第三個國家。 中國“天宮一號”：試驗太空對接2005年國務院新聞辦公室發(fā)布了《2006年中國的航天》白皮書，其中有一段表述值得注意：“載人航天實現(xiàn)航天員出艙活動，進行航天器交會對接試驗；開展具有一定應用規(guī)模的短期有人照料、長期在軌自主飛行的空間實驗室的研制，開展載人航天工程的后續(xù)工作。” “航天員出艙活動”已經(jīng)通過2008年9月的“神舟”七號任務完成。而文中提及“航天器交會對接試驗”和“空間實驗室”等任務，將由“天宮”系列空間實驗室和神舟飛船共同完成，明年即將發(fā)射的“天宮”1號就是這個系列的第一個目標飛行器，目的是目的是作為其他飛行器的接合點，與其后發(fā)射的神舟八號、神舟九號和神舟十號飛船對接，成為中國首個小型空間站及首個空間實驗室。  CCTV公布“天宮一號”空間實驗室實體（應該僅是試驗艙部分）  天宮1號 目標飛行器。 “天宮一號”是空間實驗室的核心艙，它的重量與“神舟”七號相近，都是8噸左右。“天宮一號”的外形為短粗的圓柱型，直徑比神舟飛船更大，可以與載人飛船或貨運飛船進行交會對接。因為重量和外形都與神舟系列飛船相差不大，因此“天宮一號”可以用“長征2F”火箭的改進型號發(fā)射升空。 “天宮一號”采用兩艙構型，由實驗艙和設備艙組成。實驗艙為圓柱形。根據(jù)國外空間站情況推斷，實驗艙內(nèi)部會有許多設備柜以安放空間實驗設備。在實驗艙前端的前錐段安裝有對接機構，還有交會對接測量設備與通信設備，用于實現(xiàn)與飛船交會對接。設備艙為空間實驗室的軌道機動提供動力，并通過兩側(cè)的太陽能電池板為空間實驗室提供電力。  “天宮”一號目標飛行器(左)與“神舟8號”(右)對接的想象圖。 “天宮一號”將于2011年發(fā)射，使用壽命為兩年，之后兩年內(nèi)，中國將相繼發(fā)射不載人與載人的神舟八號、神舟九號和神舟十號飛船，分別與“天宮一號”完成空間交會對接。神舟十號飛船完成交會對接以后，如果“天宮一號”的壽命到期，將繼續(xù)發(fā)射“天宮二號”目標飛行器，作為后繼的空間實驗室核心艙。 “天宮”系列，從目前能夠得到的公開資料看，有1號、2號、3號三個目標飛行器，其中1號在明年發(fā)射，2、3號在2015年之前順序發(fā)射，這樣到2015年的天空，有可能有兩個或三個中國的“天宮”空間實驗室在運行，“天宮”系列空間實驗室不僅只具有實驗意義，同時，它的留空時間長、微重力環(huán)境等的特點，使它能為我國載人航天工程提供重要的技術試驗平臺，展開一系列的科研活動，主要包括：地球觀測、空間地球系統(tǒng)科學、空間應用新技術、空間技術、航天醫(yī)學 以及其他領域的應用和試驗。 這些科研活動所取能取得的成果目前還無法判斷，不過參考國外的例子，前蘇聯(lián)的“和平號”空間站在研制過程中就發(fā)明了600多項可用于其他工業(yè)領域的新工藝，而它運行的15年間，其上共進行了一萬六千多次科學實驗，完成了23項國際科學考察計劃?？芍^碩果累累。所以我們有理由相信，假以時日，“天宮”也能取得令世人矚目的成就。 為了完成“天宮”計劃，我國的航天科技需要實現(xiàn)如下的幾個突破：交會對接技術，解決飛船在空間實驗室上“停泊”以及二者分離的問題；補加技術，解決空間實驗室的物質(zhì)、能量補充問題。要研制不同于目前載人神舟飛船的無人貨運飛船；生命保障技術，未來航天員在空間實驗室中生活工作是“多人多天”的，其軌道停留時間長度超過以往的神舟任務。必須解決長時間太空停留問題。這對于空氣、水、電力、溫度控制等提出了更高的要求。 未來，在“天宮”系列實驗空間站的基礎上，中國可能會發(fā)展規(guī)模更大的空間站，有專家稱，在長征-5號大推力火箭研制成功后，中國預計到2020年將建成重達60噸的空間站，將由三個太空艙組成，該空間站的計劃細節(jié)目前不得而知，但可以肯定的是，在“天宮”上進行的各種工程試驗、開發(fā)的各項技術都將運用在這個技術更先進、規(guī)模更龐大、結構更復雜的中國空間站上。 單模塊空間站：空間站的先驅(qū)從歷史上看，前蘇聯(lián)是地球上發(fā)射空間站最早和最多的國家，由于登月計劃受挫，蘇聯(lián)將精力集中在了發(fā)展空間站等其他航天目標上，之后美國也開始發(fā)展空間站，繼而發(fā)展到由多國參加的“國際空間站”。 截至目前，人類已發(fā)射了11個空間站。其中蘇聯(lián)發(fā)射8座，美國發(fā)射2座，歐洲經(jīng)美國航天飛機搭載發(fā)射1座。根據(jù)這些空間站的結構特點和技術水平，可它們分為三代：單模塊空間站、積木式空間站，以及桁架掛艙式空間站。  俄羅斯“禮炮”4號空間站。 俄羅斯“禮炮”7號空間站有兩個對接口，可同時與兩艘飛船對接。 第一代單模塊空間站主要包括蘇聯(lián)1971年至1982年發(fā)射的“禮炮”1-7號空間站以及美國1973年發(fā)射的“天空實驗室”。它們的共同特點是由火箭一次發(fā)射入軌即可運行的空間站（如果不算與之對接的載人與貨運飛船）。受到內(nèi)部空間的限制，這種空間站一般不長期有人值守，而是短期有人照料。因為禮炮6號和禮炮7號空間站相對大些，也有學者將其歸為第二代空間站。它們各有兩個對接口，可同時與兩艘飛船對接，蘇聯(lián)航天員在站上先后創(chuàng)造過210天和237天的太空生活記錄。但我們可以看到，這兩個空間站與后來的“和平號”相比還是顯得結構簡單、任務單一、擴展性差，另外禮炮系列的可靠性不是很好，禮炮1號成員組在返航時遇難，禮炮2號則發(fā)生故障未能載人。 美國1973年發(fā)射的“天空實驗室”。 美國的“天空實驗室”于1973年發(fā)射，是人類迄今向近地軌道發(fā)射的人造天體中重量和容量最大而又最復雜的一個。航天員由“阿波羅”飛船接送，分3批共9人，在站分別工作了28天、59天和84天，進行了270多項研究實驗，拍攝了18萬張?zhí)柣顒拥恼掌?萬多張地面照片，還進行了長期失重人體生理學試驗和失重下材料加工的試驗。1979年7月11日進入大氣層燒毀。 歐洲空間局于1983年發(fā)射的“空間實驗室”也應屬于第一代空間站，它隨航天飛機發(fā)射升空，設計使用壽命為10年，可重復使用100次，可乘坐4名宇航員。其上可以進行特殊材料加工、晶體生長、流體力學、生命科學、大氣物理和天文方面的許多實驗并獲得了滿意的結果。 和平號空間站：服役15年接待135名宇航員和平號是蘇聯(lián)/俄羅斯的第3代空間站，亦為世界上第一個長久性空間站。 宇航員在和平號太空站里工作。 第二代空間站是“積木式”，“和平號”就是積木式空間站的代表。首個模塊于1986年2月19日發(fā)射升空，其后至1996年的十年時間之中，其他多個模塊相繼升空。它首次發(fā)射的核心艙重20噸，后來通過多次發(fā)射與交會對接，多個功能性艙段分別與核心艙對接，成長為重120噸的大型空間站。和平號可以通過位于核心艙前端的節(jié)點艙（帶有5個艙口）與多個艙段甚至航天飛機對接。和平號的每個艙段都具有獨立運行的能力，仿佛火車中的“動車”車廂，自帶姿態(tài)控制、電源、交會對接等設備。其好處是一個艙段出現(xiàn)故障不至于殃及其余。壞處是設備復雜，冗余度太高。人類連續(xù)在和平號上生存了4592個地球日，曾經(jīng)接待過多國的宇航員。值得一提的是和平號航天飛機計劃，在此期間美國的航天飛機共拜訪空間站11次，帶來補給以及乘員替換。 在和平號空間站服務的15年里，先后有28個長期考察組和16個短期考察組在空間站從事考察活動，共有俄羅斯、美國、英國、法國、德國、日本、敘利亞、保加利亞、阿富汗、奧地利、加拿大、斯洛伐克12個國家的135名宇航員在空間站上工作。這些宇航員共進行了1.65萬次科學實驗，完成了23項國際科學考察計劃。 國際空間站：六國聯(lián)合開發(fā)，仍在建造中國際空間站在地球軌道上空工作，太陽能板全部打開時的形態(tài)。 宇航員在國際空間站上工作，圖左為新西蘭。 第三代空間站是“桁架掛艙式”。 這一類型空間站的代表是目前仍未完成的國際空間站，它是一個正在低地球軌道建造的國際研究設施，計劃由六個國際太空機構合作聯(lián)合推進，這六個機構分別是：美國國家航空航天局（NASA）、俄羅斯聯(lián)邦航天局、日本宇宙航空研究開發(fā)機構、加拿大航天局、巴西航天局、歐洲空間局。此外，中國也表達了參與該計劃的意向。 國際空間站模塊結構示意圖。 國際空間站的“龍骨”是一根長達108米的主桁架，多個功能艙段與太陽能電池板掛在這根主桁架和非承重桁架上。它可以同時與航天飛機、聯(lián)盟號載人飛船、進步號貨運飛船、凡爾納號貨運飛船等航天器進行對接。在建造工作完成后，國際空間站將會有1200立方米的內(nèi)部空間，總重量419噸，艙體長度74米，額定乘員7人。 國際空間站的主要功能是作為在微重力環(huán)境下的研究實驗室，研究領域包括生物學、人類生物學、物理學、天文學、地理學等。迄今為止登上國際空間站執(zhí)行任務的宇航員均來自美國和俄羅斯的宇航計劃，此外也有來自其他國家的宇航員到訪國際空間站，其中還包括五名太空游客。 國際空間站由于廣泛的國際合作，給很多新興的航天國家創(chuàng)造了參與空間站建設的機會，例如日本為國際空間站提供了“希望號”實驗艙，日本女宇航員搭乘航天飛機進入過國際空間站，日本獨立開發(fā)的HTV無人飛船在2009年為國際空間站輸送過物資等。另外印度和韓國也表示了希望加入國際空間站合作的意愿，印度太空研究組織（ISRO）主席奈爾表示，希望加入國際空間站，并表示印度將幫助國際空間站進行乘員運輸。 未來的空間站：科幻電影成真？在科幻影視里的輪形空間站，可通過旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生人工模擬重力。 未來空間站技術的發(fā)展趨勢是大型化、易維護、自供給（空氣、水、食物）、更舒適。 大型化是多人多天太空工作生活的必然要求。未來空間站不但是空間科學的研究基地，也將成為是深空探測器的出發(fā)點。這都要求它具有比現(xiàn)在更大的規(guī)模。 維護性一直是困擾“和平號”與國際空間站宇航員的難題，處理設備故障不但占用宇航員大量時間，也對他們的生命構成威脅。如果未來空間站達到易維護甚至免維護的水平，不但空間站壽命大大延長，宇航員也會有更多時間用于有價值的工作。 目前國際空間站的食物全靠地面供應，部分水可以靠循環(huán)獲得，電力依靠太陽能電池板轉(zhuǎn)化。已經(jīng)展開在空間站上生產(chǎn)食物的研究。如果取得突破性進展，將大大減輕天地運輸?shù)膲毫Γ磥淼妮d人深空探測也可以運用這種食物生產(chǎn)系統(tǒng)。建設自維系生物圈將是自供給空間站的終極解決方案。 除了擴大內(nèi)部空間，模擬重力是使空間站變得更舒適的另一重要途徑。設計中的輪形空間站通過繞軸心自轉(zhuǎn)在輪內(nèi)壁產(chǎn)生模擬重力的感覺。在其中生活的宇航員也少了骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮的困擾。普通人也可以在其中過長時間的太空生活。 在實際的新空間站計劃方面，除了中國的“天宮”計劃，歐洲空間局聯(lián)合了11國集中人力物力，攜手研制建設“哥倫布”號空間站和“赫爾梅斯”號航天飛機。“哥倫布”號空間站由4個模塊組成，用于進行空間科學實驗，“赫爾梅斯”號小型航天飛機往返穿梭于地球與航天站之間，進行人員和貨物的運輸。 結語總的來說，中國即將發(fā)射的“天宮一號”從結構上講屬于第一代空間站的范疇，與前蘇聯(lián)的禮炮號類似。由于具有實驗的性質(zhì)，所以僅有1個對接口，容積有限，計劃使用壽命很短。但是由于時代的進步，“天宮一號”使用的電子設備、測控技術、環(huán)境控制等又比第一代空間站先進許多。如果“天宮”系列能夠順利的實現(xiàn)發(fā)射和與神舟飛船的對接的話，中國即將成為世界上第三個獨立發(fā)射組裝空間站的國家。 綜合實力：★★★?。ㄎ?趙洋） |
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