摘自（原創(chuàng) 龐之浩 《天文愛好者雜志 》10月15日）
2021年4月29日，我國(guó)用長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭成功將“天宮”空間站的第一個(gè)艙段——“天和”核心艙送入太空,從而宣告了我國(guó)開啟空間站任務(wù)的新時(shí)代。2021年5月29日，天舟2號(hào)貨運(yùn)飛船升空，它采用全自主交會(huì)快速對(duì)接模式從后向與“天和”核心艙實(shí)現(xiàn)了對(duì)接。2021年6月17日，神舟12號(hào)載人飛船升空，它采用全自主快速交會(huì)對(duì)接模式從前向與“天和”核心艙實(shí)現(xiàn)了對(duì)接，對(duì)接后航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波于當(dāng)天進(jìn)入了“天和”核心艙。
總體概述
為了開發(fā)取之不盡用之不竭的太空資源，人類至今已研制和發(fā)射了人造地球衛(wèi)星、載人航天器和空間探測(cè)器三種航天器，其中載人航天器因?yàn)榭梢岳萌说闹饔^能動(dòng)性，所以能完成更復(fù)雜、更全面的太空開發(fā)任務(wù)。
目前，全球共研制和發(fā)射了宇宙飛船、空間站和航天飛機(jī)三種載人航天器。它們又可分為兩類：
一類是宇宙飛船和航天飛機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是能進(jìn)行天地往返，相當(dāng)于太空巴士；不足之處是體積小，運(yùn)行時(shí)間短，所以主要作為航天交通工具來接送航天員和貨物。其中宇宙飛船又分載人飛船和貨運(yùn)飛船兩種。由于航天飛機(jī)風(fēng)險(xiǎn)大、成本高，所以現(xiàn)在暫時(shí)不用了。
另一類是空間站。其優(yōu)點(diǎn)是體積大、壽命長(zhǎng)和功能強(qiáng)，相當(dāng)于空間大廈；不足之處是無法進(jìn)行天地往返，需要用宇宙飛船或航天飛機(jī)提供天地運(yùn)輸服務(wù)，所以主要用于科研生產(chǎn)、在軌服務(wù)和太空中轉(zhuǎn)等。
由此可見，空間站是開發(fā)太空資源的理想基地，但在研制、發(fā)射空間站之前，必須先研制出宇宙飛船這一天地往返運(yùn)輸器才行。我國(guó)在1992年就高瞻遠(yuǎn)矚地制定了宏偉的載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，先后研制和發(fā)射了“神舟”載人飛船和“天舟”貨運(yùn)飛船，并突破和掌握了太空行走、交會(huì)對(duì)接等關(guān)鍵技術(shù)。這些都為今年開始完成的第三步任務(wù)——建造空間站奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
我國(guó)空間站工程于2010年9月25日立項(xiàng)，主要任務(wù)是在2022年建成和運(yùn)營(yíng)近地載人空間站，使我國(guó)成為獨(dú)立掌握近地空間長(zhǎng)期載人飛行技術(shù)，具備長(zhǎng)期開展近地空間有人參與科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)和綜合開發(fā)利用太空資源能力的國(guó)家。
其任務(wù)目標(biāo)是：建造并運(yùn)營(yíng)近地空間站，突破、掌握和發(fā)展大型復(fù)雜航天器的在軌組裝與建造、長(zhǎng)期安全可靠飛行、運(yùn)營(yíng)管理和維護(hù)技術(shù)，提升國(guó)家航天技術(shù)水平，帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域和行業(yè)的科技進(jìn)步；突破、掌握和發(fā)展近地空間長(zhǎng)期載人航天飛行技術(shù)，解決近地軌道長(zhǎng)期載人航天飛行的主要醫(yī)學(xué)問題，實(shí)現(xiàn)航天員長(zhǎng)期在軌健康生活和有效工作；建成國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，發(fā)展具有國(guó)際先進(jìn)水平的空間科學(xué)與應(yīng)用能力，開展多領(lǐng)域空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)、空間應(yīng)用，以及科普教育，獲取具有重大科學(xué)價(jià)值的研究成果和重大戰(zhàn)略意義的應(yīng)用成果；開展國(guó)際（區(qū)域）合作，為人類和平開發(fā)和利用空間資源做出積極貢獻(xiàn)；以在軌服務(wù)、地月和深空載人探測(cè)需求為牽引，試驗(yàn)和驗(yàn)證相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，為載人航天持續(xù)發(fā)展積累技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。
我國(guó)“天宮”空間站的建造和運(yùn)行分為三個(gè)階段：2021年為關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段，先后發(fā)射“天和”核心艙以及“天舟”貨運(yùn)飛船、“神舟”載人飛船各兩艘；2022年為在軌建造階段，先后發(fā)射“問天”和“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙以及“天舟”貨運(yùn)飛船、“神舟”載人飛船各兩艘；此后為“天宮”空間站運(yùn)營(yíng)階段。
簡(jiǎn)言之，我國(guó)目前主要使用三大載人航天器：“天宮”空間站、“天舟”貨運(yùn)飛船和“神舟”載人飛船。
空間大廈
我國(guó)正在建造的第一座空間站“天宮”，沒有走美蘇先建造單艙式，再建造多艙式空間站的老路，而是一上來就采用積木式構(gòu)型的多艙式空間站方案，它將達(dá)到世界第三代空間站的水平。
它通過交會(huì)對(duì)接和轉(zhuǎn)位組裝構(gòu)成空間站本體?？臻g站基本構(gòu)型包括“天和”核心艙、“問天”實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ和“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ，這三個(gè)艙每個(gè)質(zhì)量都是20噸級(jí)，采用水平對(duì)稱T形構(gòu)型作為空間站三艙組合體基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有艙段均位于組合體當(dāng)?shù)厮矫鎯?nèi)，其中“天和”核心艙居中，“問天”實(shí)驗(yàn)艙I和“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙II對(duì)接于兩側(cè)。
其中，最先發(fā)射的“天和”核心艙對(duì)于建造“天宮”空間站至關(guān)重要，因?yàn)樵撆撌强臻g站組合體控制和管理主份艙段，具備交會(huì)對(duì)接、轉(zhuǎn)位與停泊、乘組長(zhǎng)期駐留、航天員出艙、保障空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，可支?名航天員長(zhǎng)期在軌駐留，能裝有4個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。它全長(zhǎng)16.6米，發(fā)射質(zhì)量22.5噸，體積很大，是我國(guó)目前研制、發(fā)射的最大航天器，供航天員工作生活的空間可達(dá)50立方米。
2022年發(fā)射的“問天”和“夢(mèng)天”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙均作為支持大規(guī)模艙內(nèi)外空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)載荷支持艙段。同時(shí)“問天”實(shí)驗(yàn)艙I還作為組合體控制和管理的備份艙段，并具備乘員出艙活動(dòng)能力，有3個(gè)臥室，可裝有8個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜；“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙II則具備載荷自動(dòng)進(jìn)出艙能力，可裝有13個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。它們與“天和”核心艙對(duì)接后，航天員在空間站的活動(dòng)空間可達(dá)110立方米。
整個(gè)空間站艙外布設(shè)67個(gè)標(biāo)準(zhǔn)暴露載荷接口，其中實(shí)驗(yàn)艙I提供30個(gè)、實(shí)驗(yàn)艙II提供37個(gè)。此外，在實(shí)驗(yàn)艙I工作艙迎風(fēng)面預(yù)留1個(gè)擴(kuò)展平臺(tái)接口和1個(gè)載荷掛點(diǎn)接口；在核心艙大柱段尾部II、IV象限對(duì)稱預(yù)留2個(gè)大型掛接載荷接口。
“天宮”的在軌運(yùn)行壽命不小于10年，通過維修維護(hù)延長(zhǎng)使用壽命，預(yù)計(jì)可以工作15年。它能長(zhǎng)期載3人，半年一輪換。每個(gè)乘組2～3人。在航天員輪換的6～10天內(nèi)，空間站最多有6個(gè)人。每個(gè)航天員乘組包括1名航天駕駛員擔(dān)任指令長(zhǎng)，其余人員構(gòu)成根據(jù)任務(wù)需要，由航天駕駛員，航天飛行工程師，以及載荷專家組成。
我國(guó)空間站在組裝建造階段，采用航天員間斷駐留空間站的方式訪問、照料空間站，輔助完成空間站的在軌組裝?？臻g站組裝建造完成后，航天員采用乘組輪換方式，連續(xù)不間斷訪問、照料空間站，開展空間站應(yīng)用。
其應(yīng)用是以建設(shè)國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室為目標(biāo)，充分利用空間站能力，開展科學(xué)前沿的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用研究，力爭(zhēng)在科學(xué)和技術(shù)上取得重大突破，主要包括航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、空間科學(xué)研究與應(yīng)用和航天技術(shù)試驗(yàn)三大類。例如，航天醫(yī)學(xué)、空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理與燃燒科學(xué)、空間材料科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理、空間地球科學(xué)及應(yīng)用、天基信息技術(shù)、航天新技術(shù)、空間應(yīng)用新技術(shù)、空間環(huán)境與空間物理、航天元器件與部件和空間天文與天體物理學(xué)等。
細(xì)說核心
“天和”核心艙主要用于統(tǒng)一管理和控制空間站組合體，支持實(shí)驗(yàn)艙、載人飛船和貨運(yùn)飛船等飛行器與其交會(huì)對(duì)接和在軌組裝，提供航天員生活和工作場(chǎng)所，具備接納航天員長(zhǎng)期訪問和物資補(bǔ)給的能力，同時(shí)支持部分學(xué)科的科學(xué)研究，配置大機(jī)械臂和備份氣閘艙功能。
它由節(jié)點(diǎn)艙、生活控制艙（包括大柱段和小柱段）、后端通道和資源艙組成。其最大直徑4.2米（大柱段），最小直徑2.65米（小柱段）。
節(jié)點(diǎn)艙有3個(gè)對(duì)接口和2個(gè)停泊口，可停泊2個(gè)實(shí)驗(yàn)艙和對(duì)接2艘載人飛船，還有1個(gè)對(duì)接口充當(dāng)備用氣閘艙，供早期出艙用。具體來說就是，其后向?qū)涌谂c生活控制艙相連，左右兩個(gè)方向的停泊口用于停泊“問天”和“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙，前向和對(duì)地向?qū)涌谟糜趯?duì)接“神舟”載人飛船，對(duì)天向?qū)涌谟糜谠缙诤教靻T的出艙，神舟12號(hào)航天員在2021年的兩次太空行走都是從這個(gè)對(duì)接口出艙的。
生活控制艙能提供三名航天員長(zhǎng)期生活、工作空間。其中小柱段有三個(gè)睡眠區(qū)，每名航天員都有一個(gè)獨(dú)立的睡眠區(qū)，還有衛(wèi)生間；大柱段是乘組工作、控制、鍛煉和休閑的地方。
艙內(nèi)有空間站統(tǒng)一控制系統(tǒng)、廚房、衛(wèi)生間、科學(xué)儀器、通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)等，當(dāng)然還包括空調(diào)和WiFi等，因此環(huán)境非常舒適。3名航天員不用像此前在天宮1號(hào)和2號(hào)里的航天員那樣有1個(gè)要“值夜班”，因?yàn)榕搩?nèi)裝有新型的聲光電報(bào)警系統(tǒng)，可以在發(fā)現(xiàn)情況后及時(shí)通知航天員快速處理。
在密封的生活控制艙內(nèi)，配置了工作區(qū)、睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)和鍛煉區(qū)六個(gè)區(qū)域。其中在就餐區(qū)配置了微波爐、冰箱、飲水機(jī)和折疊桌等家居，在鍛煉區(qū)配置了太空跑臺(tái)、太空自行車、抗阻拉力器等健身器材，以滿足航天員日常鍛煉。
核心艙內(nèi)配置了神經(jīng)肌肉刺激儀相當(dāng)于“太空按摩儀”，它用于對(duì)航天員進(jìn)行電脈沖刺激，協(xié)助航天員進(jìn)行肌肉疲勞恢復(fù)和肌肉力量訓(xùn)練，防止長(zhǎng)期飛行試驗(yàn)造成肌肉萎縮。
核心艙內(nèi)的“太空冰箱”能隔熱隔氣耐刺穿。它通過特殊工藝將現(xiàn)有的氣凝膠材料“真空化”，制備成真空絕熱板，熱導(dǎo)率降低至原有氣凝膠材料的一半，既滿足熱導(dǎo)率指標(biāo)要求，還具備優(yōu)異的隔氣性和耐刺穿性。
生活控制艙內(nèi)的改進(jìn)型“太空體重秤”用于精準(zhǔn)測(cè)量航天員的體重，也可以測(cè)量食品包、尿袋和冷凝水箱等，已成為繼美國(guó)和俄羅斯之后第三個(gè)能在太空中測(cè)體重的國(guó)家。
此外，艙內(nèi)情景照明可由手機(jī)APP控制。艙內(nèi)手機(jī)主要用于在軌航天員之間的通話和天地通話；核心艙還配了天地視頻通話設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)與地面的雙向視頻通話；此外，也有可以支持航天員收發(fā)電子郵件的測(cè)控通信網(wǎng)和相關(guān)設(shè)備。中國(guó)的“太空之家”真是太舒適、太便利了！
資源艙是非密封艙，為空間站提供電力、推進(jìn)燃料等必需資源。末端接口用于對(duì)接“天舟”貨運(yùn)飛船，以接收太空快遞。
