我们的太空，太空不再高冷 知乎走近你我 阅读原文 五星红旗在璀璨星河熠熠生辉，人类探索太空的新起点！ 2021 年 4 月 29 日 11 时 23 分 15 秒 618 毫秒，中国空间站“天和”核心舱由长征五号 B 运载火箭托举，成功发射入轨至预定轨道，揭开了中国空间站建设的大幕。 天和，开启！ 有说“天和”取名自天枢与太和，寓意天地人和；亦有说“天和”二字出自《庄子·知北游》：“若正汝形，一汝视，天和将至。”大意为：端正你的形体，集中你的注意力，天地之和气自然就会到来。无论哪种说法，中国航天的命名之浪漫恢弘，与中国厚重璀璨的优秀历史文化总是相得益彰，密不可分。 工程前期 通过实施四次无人飞行任务以及神舟五号、神舟六号载人飞行任务，实现了工程第一步任务目标，通过实施神舟七号飞行任务，以及天宫一号与神舟八号、神舟九号、神舟十号交会对接任务，完成了工程第二步第一阶段任务。2016 年 6 月至 2017 年 4 月，通过实施长征七号首飞、天宫二号、神舟十一号以及天舟一号共四次飞行任务，全面完成了工程第二步第二阶段任务。 空间站阶段主要任务 在 2022 年前后，建成和运营我国载人空间站，掌握近地空间长期载人飞行技术，具备长期开展近地空间有人参与科学实验、技术试验和综合开发利用太空资源能力。 空间站建造任务分关键技术验证和建造两个阶段实施。 其中，空间站关键技术验证阶段规划实施 6 次飞行任务，长征五号 B 运载火箭首飞任务已于 2020 年 5 月圆满完成，2021 年，计划发射天和核心舱、2 艘货运飞船和 2 艘载人飞船。2022 年，实施空间站建造阶段 6 次飞行任务，发射问天和梦天实验舱、2 艘货运飞船和 2 艘载人飞船，完成空间站在轨组装建造。也就是说接下来，按照既定的任务规划，今明两年内，我国将通过 11 次飞行任务完成中国空间站的在轨建造，包括 1 个核心舱和 2 个实验舱、4 艘货运飞船以及 4 艘载人飞船，建成一座弹性吨位（60~180 吨）的低轨大型常驻空间站，实现中国载人航天工程三步走发展战略第三步的任务目标。 人类为什么要建造空间站？人类历史上都建造了哪些空间站？中国空间站的发展历程是什么？中国载人航天工程“三步走”发展战略是什么……本文整理公开的资料，进行梳理。 一.空间站—人类走向星际的第一站：人类空间站发展简史 1.先驱者们的幻想 “地球是人类的摇篮，但人类不会永远被束缚在摇篮里。” ——现代航天之父：康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基 空间站对于人类来说，到底意味着什么？空间站是人类离开摇篮生活，挣脱地球脐带的起始点。是未来太空移民的实验场。是人类成为跨星际物种的第一站。不管怎样，每当我们仰望太空，空间站都是巨大的存在符号，第一个科学阐释空间站的人，正是伟大的航天之父、苏联人康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基。 康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基 康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基在《天地梦想》《人与自然》文中，首次从科学技术角度解释了建造空间站的可行性。后来又在《飞向宇宙的火箭》具体勾绘出空间站的未来模样——使用太阳能，利用自转产生模拟重力，自建封闭生态系统等。如今看起来，如此真实又如此科幻。另一位航天先驱，德国人赫尔曼·奥伯特，则在空间站应用方面，看得更清更远——空间站不仅是太空生活的栖息地，更大用处在于科研价值，可以当作天文台、地球观测站、微重力科研平台，甚至他把空间站的种种配套都想到了，比如往返空间站的太空飞船、舱外宇航服、太空望远镜……如今，这些设想都已实现。 赫尔曼·奥伯特 除了科学设想，当然不乏科学狂想。与奥伯特同时代的一位执迷于太空旅行的斯洛文尼亚工程师赫尔曼·波托奇尼克，用赫尔曼·诺丁的笔名出版了一部探讨空间站工程技术的书《外太空旅行的问题：火箭发动机》（1928 年），设想建造一个直径 30 米的转轮空间站，甚至建议把它放在地球同步轨道上，作为星际航行的中转站。这个构想影响了几代人，到了 20 世纪 50 年代，时任 NASA 空间研究开发项目主设计师的沃纳·冯·布劳恩完善了这一想法，发布了有三层轮子的旋转空间站模型图，再到 1968 年库布里克的科幻电影《2001:太空漫游》里的“Type-V”空间站，一直到 2014 年诺兰《星际穿越》里的“永恒号”空间站，都是轮式空间站构型。 2.美苏太空争霸：人类空间站的催产剂 第一代空间站——关键词：单体、单舱段单 / 双接口、 “礼炮”系列（前苏联）、 “天空实验室”（美国） 如果说 20 世纪上半叶人类还留停在空间站的梦想阶段，那么下半叶就进入了现实，催产剂就是美苏太空争霸。20 世纪 50 年代起，前苏联、美国两个超级大国展开了激烈的太空竞赛。 1970 年，前苏联在成功掌握载人飞船交会对接技术之后，专注于更实用的空间站和载人飞船的研发，并实施了人类第一个空间站计划——“礼炮号计划”。 “礼炮 1 号”：1971 年 4 月 19 日，前苏联成功发射了人类历史上第一个空间站“礼炮 1 号”。之后，前苏联在 15 年间（1971 年～1986 年）发射了 8 个单体空间站，其中 3 个军用空间站、5 个科研实验空间站，积累了丰富的空间站建设和运行的经验，并遥遥领先美国。 “礼炮 1 号”艺术构想图 “礼炮 1 号”质量 18.5 吨，加压空间 99m³，进驻人数为 3 人，轨道高度 200~222 公里。“礼炮 1 号”太空飞行 175 天，在太平洋上空再入时烧毁。虽然“礼炮 1 号”对接首班飞船“联盟 10 号”遭遇失败，虽然三名宇航员再入返回时全部牺牲，但这些事故仍然掩盖不了“礼炮 1 号”作为人类挑战太空的创举——人类史上首个轨道空间站，三名宇航员刷新了当时太空生活的最长纪录（23 天），架设了第一个太空望远镜“猎户座 1 号”，宇航员维克多·帕特赛耶夫成为在地球大气层外操作太空望远镜的第一人。“礼炮 1 号”成为后来前苏联所有空间站的基本款。 “礼炮”系列空间站 “礼炮 2 号”：1973 年 4 月 3 日，前苏联发射“礼炮 2 号”空间站。尽管对外称呼礼炮 2 号，但空间站属性不再是科研，而是军用。这是苏联军事侦察空间站计划的第 1 个空间站（也叫金刚石 1 号），随后又发射了礼炮 3 号、礼炮 5 号，总共三个军用空间站。空间站除了搭载宇航员进行手动对地侦察外，还装备多款军用侦察照相机，甚至配有一门 NR-23 机炮。但是，“礼炮 2 号”仅仅发射 3 天，因被“质子”火箭第三级爆炸产生的碎片击中，导致其姿态控制系统失灵，在轨运行 54 天后，在太平洋上空再入烧毁，成为最短命的空间站，好在当时未进驻宇航员，没有人员牺牲。 “礼炮 2 号”总装图 “礼炮 3 号”：1974 年 6 月 25 日，为了及时补位“礼炮 2 号”，前苏联发射了“礼炮 3 号”（金刚石 2 号）军用空间站。“礼炮 3 号”重量 18.5 吨，但加压空间缩减为 90m³，进驻人数 3 人，轨道高度 219~270 公里，在轨运行 213 天，先后与两艘载人飞船对接，成功对接“联盟 14 号”，但因对接系统出现故障，与“联盟 15 号”对接失败，导致宇航员没能进入空间站。不过，这个空间站在无人状态下成功进行 NR-23 机炮的遥控试射，击中一颗靶标卫星。这也是人类历史上首次在近地轨道上“开火”，浓浓的毛子式“暴力美学”色彩。 “礼炮 4 号”：连续两次发射军用空间站之后，前苏联再度于 1974 年 12 月 26 日发射民用版空间站，这就是“礼炮 4 号”（“礼炮 1 号”的升级版），主要优化三处：三个大型太阳能阵列取代了之前的四个小型太阳能阵列，能提供更多动力；装备新型自主导航系统，即使没有地面支持下依然能够计算复杂的轨道参数；科学探测仪器配备更多样更先进，安装了 25 厘米口径太阳轨道望远镜、短波衍射光谱仪、两台 X 射线望远镜。 “礼炮 4 号”在轨期间共有 3 班飞船对接，原定的“联盟 18a 号”由于火箭发生故障，触发了发射中止系统，导致飞船没能进入轨道，只做了一次亚轨道飞行，两名宇航员平安返回地球。随后又增补了“联盟 18 号”和“联盟 20 号”，均没有载人。但这两次交会对接却为接下来的历史性对接——1975 年 7 月 17 日，“联盟 19 号”飞船与“阿波罗”飞船成功对接，提前进行了预演。美苏飞船对接标志着美苏太空竞赛的结束，从全面敌对转向握手言和，也意味着美苏近地轨道领域合作的开端。 最终，礼炮 4 号在轨运行 770 天，于 1977 年 2 月 3 日再入大气层坠毁，创下当时空间站最长在轨时间。 “联盟 19 号”飞船与阿波罗飞船对接艺术图 “礼炮 5 号”：1974 年 6 月 22 日，前苏联成功发射第三个、也是最后一个军用空间站“礼炮 5 号”（金刚石 3 号），先后与两艘载人飞船（“联盟 21 号”“联盟 24 号”）实现对接，共有 4 名宇航员进入，但与“联盟 23 号”对接失败。 “礼炮 5 号”空间站 “礼炮 5 号”之后，苏联军方重新评估了军用空间站的价值，认为随着更先进的光学与雷达成像侦查、电磁侦查等间谍卫星的出现，军用空间站已经不具备战术优势，决定彻底终止军用空间站计划。 “礼炮 6 号”：忙碌的下一代空间站“探路者”。1977 年 9 月 29 日，前苏联成功发射“礼炮 6 号”空间站。它拥有两个对接舱，可以同时对接载人飞船和货运飞船。“礼炮 6 号”先后对接过 12 艘进步号货运飞船、16 艘联盟号载人飞船，共接待 16 批 33 人次宇航员进入，创下空间站最忙碌的纪录。其设计寿命只有 1 年半，但实际在轨运行 4 年零 10 个月，又创下当时最长时间太空飞行纪录。 “礼炮 6 号”剖视图 当最后一批宇航员撤离“礼炮 6”号后，一艘名为“宇宙 1267 号”（Kosmos-1267）的实验后勤补给飞船进入太空，顺利实现自动对接。这为后来建造“和平号”空间站、国际空间站，彻底实现大型模块自动对接、组件空间站起到先导性意义。1982 年 7 月 29 日，“礼炮 6 号”在轨运行 1764 天后，再入大气层坠毁，结束使命。 “礼炮 7 号”：承前启后的空间站，又登上了电影荧幕。“礼炮 7 号”既是“礼炮”系列的最后一个空间站，又是第二代空间站的开路先锋。它是一个从单体空间站向模块空间站（积木式空间站）升级换代的过渡版本。对接飞船增多，扩展模式增强，任务类型增多。为第二代模块化空间站的代表——“和平号”空间站积累经验。 “礼炮 7 号”在轨艺术图 最值得一提的是，人类太空史上有件著名的“拯救礼炮 7 号”事件。1985 年 2 月 12 日，无人进驻的“礼炮 7 号”突然失联，因电力故障导致空间站所有系统都瘫痪。6 月 6 日，苏联派出两名最有经验的宇航员（弗拉基米尔·扎尼别科夫、维克托·萨文内赫），搭乘“联盟 T-13”号飞船前去维修“礼炮 7 号”。从技术角度讲，这次对接被认为是太空历史上最复杂、最有挑战的对接任务。当时瘫痪的“礼炮 7 号”运行速度大约 7800 米 / 秒，完全不可控。维修它的“联盟 T-13”飞船也要用同样的速度去追上它，并逐步精确靠近，把相对速度降为 0。“联盟 T-13”飞船飞到距离“礼炮 7 号”200 米的位置，宇航员对着不停旋转的“礼炮 7 号”观察了很久，才评估出“有对接的可能性”，随后开展“刀尖跳舞”般的手动交会对接。 2018 年首映的《太空救援》，俄罗斯更是将这次“史上最惊心动魄的太空拯救任务”高光亮相全世界，感兴趣的同学可以观看，影片中对“联盟 T-13”飞船、“礼炮 7 号”空间站的还原度非常高。 《太空救援》海报 绝地复活的“礼炮 7 号”，还在同年迎来联盟 T-15 号的造访，这也是该空间站最后一次对接任务。是从“礼炮 7 号”抢运重要物资，转移到新一代空间站——“和平号”。联盟 T-15 号飞船，也因此成为迄今唯一在两个空间站之间穿梭的摆渡飞船。 1991 年 2 月 7 日，“礼炮 7 号”最终脱离轨道，从阿根廷卡皮坦贝穆德斯镇上空重返地球大气层，碎片残骸落入南太平洋无人区。“礼炮 7 号”在轨运行 8 年零 10 个月，总共对接过 12 艘载人飞船，15 次无载人对接，接待 10 批 26 人次，并创下当时单个宇航员最长时间太空生活纪录（236 天）。 天空实验室：美国首个空间站。就在美国赢得登月赛事之际，苏联切换赛道直取近地轨道，密集部署了“礼炮计划”。美国匆忙应战，利用“阿波罗计划”最大重器 “土星五号”火箭的第三级箭体，改造为空间站主体，命名为“天空实验室”计划。 1973 年 5 月 14 日，美国成功发射 “天空实验室”。其由轨道舱、过渡舱、多用途对接舱、太阳望远镜以及阿波罗飞船五部分构成，全长 36 米，最大直径 6.7 米，总重 80 吨，加压空间 360 立方米，进驻人数 9 人，轨道高度 442 公里~430 公里。这是当时人类向近地轨道发射的最重、最大、最复杂的航天器。“天空实验室”在轨运行的成果丰富，进行 270 多项科研实验，拍下 18 万张太阳活动图像、4 万多张地球观测照片，还进行了微重力人体生理学试验、材料加工试验等。 1979 年 7 月 11 日，“天空实验室”在澳大利亚西部上空再入地球大气层烧毁。在轨时间达到 2249 天，其中载人飞行时间为 171 天。 第二代空间站——关键词：模块化、积木式、多舱段多接口、“和平号”（前苏联） 从“礼炮 1 号”到“礼炮 7 号”，整个“礼炮”系列都属于第一代单体空间站（单模块空间站），纵横太空整整 15 年（1971 年~1986 年），直到第二代积木式空间站（多模块空间站）的典型代表横空出世，这就是苏联一直引以为傲的“和平号”空间站。 “和平号”空间站：1986 年 2 月 19 日，前苏联成功发射首个重达 20 吨的“和平号”空间站核心舱。1996 年，“和平号”空间站最终配置达到 7 个模块，包括核心舱、量子 1 号、量子 2 号、晶体号、光谱号、对接舱、自然号，每个模块（舱段）都具备独立运行能力，总质量接近 130 吨，加压空间高达 350 立方米。 1991 年，随着苏联解体，“和平号”进入“美国供养、俄美共用”模式。但随着航天飞机逐渐退出历史舞台，美国减少供给经费和支持力度，俄罗斯经济持续下滑，“和平号”日渐难以为继，最终在 2001 年 3 月 23 日，脱轨坠入大气层，碎片落入南太平洋冰冷的海水中。当时笔者正在读高中 2 年级，中午的《新闻 30 分》播出了“和平号”坠毁的画面，看着电视上化作流星的“和平号”残骸，听旁白说道：“开创一个时代的‘和平号’空间站，最终化作烟火，闪烁在人类太空史册”。 “和平号”在轨运行 15 年（在轨时间 5519 天，载人时间 4592 天），总共飞行 35 亿公里，绕地飞行 8 万多圈，共有 31 艘联盟号载人飞船、62 艘进步号货运飞船、三架美国航天飞机与“和平号”对接。宇航员在“和平号”舱外进行了 78 次太空行走，舱外逗留时间长达 359 小时 12 分钟。先后有 28 批长期宇航员、16 批短期宇航员，共有 12 个国家、135 名宇航员进驻过和平号，总计进行了 1.65 万次科学实验……无论规模，还是任务量，“和平号”空间站都远远超过以往任何空间站，开创了载人航天国际大合作的先河。 俄罗斯很多人都认为“和平号”还在，至少它的血统还在——这就是目前国际空间站一个组件：“星辰号”服务舱，目前唯一由俄罗斯全资建造的国际空间站组件，基础结构设计与“和平号”空间站核心组件相类似。相当长一段时间里，“星辰号”被俄罗斯人标注为“和平 2 号”空间站。 第三代空间站——关键词：桁架式、超大规模、国际合作、国际空间站 以美国为主导的国际空间站，前身是 NASA“自由号”空间站计划，最早源自里根总统的“星球大战”计划，后来被老布什总统叫停，同时搁置了自由号空间站。 克林顿执政时期在副总统戈尔直接推动下，由美国宇航局与俄罗斯联邦航天局共同创建一个国际共用的空间站项目——这就是国际空间站的最初计划。关于 ISS 的命名，最初美国提议取名阿尔法（Alpha）空间站，但遭到俄罗斯反对，理由是此名暗示了这是人类史上第一个空间站。最终取了个非常平实的名称——国际空间站（International Space Station，简称 ISS）。 IIS 在轨运行实拍照片 1998 年 11 月 20 日，ISS 的第一个组件曙光号成功发射，12 月 4 日迎接首批宇航员进驻，历经 32 批组装任务，国际空间站如今已经使用 23 个年头。原计划使用到 2024 年，但根据美国、俄罗斯、欧空局、日本、加拿大 5 家航天机构的共同决定，通过陆续更换组件的方式，将 ISS 延长使用寿命到 2026~2028 年。 ISS 总质量 420 吨，长 108.5 米，宽 72.8 米，高 20 米，是“和平号”空间站的 4 倍，是天空实验室的 5 倍。内部加压空间有 1200 立方米，相当于一幢美式 6 居室的大房子。最大定员 7 人，通常常驻 6～7 人。 ISS 大型部件主要有 18 个，包括 1 个控制舱（曙光号），1 个服务舱（星辰号），3 个实验舱（命运号、哥伦布号、希望号），3 个移动维修平台（加拿大臂、机械臂、特色微动作机械手），1 个穹顶舱等。其主体结构是“中心主桁架 + 双龙骨”构型，这样能使更多功能舱段和更大太阳能电池阵列，悬挂在这种主体结构上。同时可以停靠航天飞机、联盟号飞船、进步号货运飞船、货运龙飞船、天鹅座飞船等。ISS 并不单单是放大版的第二代“和平号”空间站，而是全新的第三代空间站——桁架挂舱式空间站。这是现阶段人类科技所能实现最理想的空间站结构。 ISS 运行轨道距离地表约 400 公里，轨道周期是 92 分钟多一点，每天围绕地球接近 16 圈。截至 2021 年 4 月 29 日，已经在轨运行 22 年 4 个月 25 天（8182 天）。 ISS 堪称人类史上最昂贵的单体科研项目。根据已公开的数据显示：截至 2020 年，各成员国累积投入高达 2551 亿美元，其中美国 1811 亿美元（直接投入 1224 亿美元，航天飞机费用 587 亿美元），俄罗斯 320 亿美元，欧空局 250 亿美元，日本 50 亿美元，加拿大 120 亿美元。 加拿大研制的 IIS 机械臂 IIS 内部实验室 ISS 最早发起国有 16 个国家，如今主要由 5 个国家 / 机构合作运营，主要是美国宇航局 NASA、俄罗斯联邦航天局 Roscosmos、欧洲空间局 ESA、日本航空航天研究开发机构 JAXA、加拿大航天局 CSA。地面管控机构包括俄罗斯科罗廖夫航天飞行控制中心、美国 NASA 休斯顿航天中心、美国马歇尔太空飞行中心、欧洲空间局 ATV 控制中心、德国航空航天中心、日本筑波航天中心、加拿大约翰·H·查普曼航天中心。 IIS 主要发起和管理机构 IIS 的宇航员被称为“远征队”。从 1998 年 12 月 4 日第一批 ISS 宇航员（第 1 远征队），一直到最近搭乘 Space X 载人“龙”飞船第 65 远征队（2021 年 4 月 24 日，4 名宇航员），共有来自 18 个国家的 255 名宇航员进驻过。这当中 9 人属于太空飞行参与者（Space Flight Participant），其中 7 人是人们口中自掏腰包进太空的“太空游客”，而不是各国宇航机构公派的职业宇航员。IIS 现有宇航员 11 名，包括 6 名美国人、2 名俄罗斯人、2 名日本人和 1 名法国人，是十多年来 IIS 最拥挤的时刻。4 月 28 日，本批宇航员人员减少 4 人——3 名美国人和 1 名日本人启程返回，他们的飞船降落在墨西哥湾。 IIS 是美俄空间合作的典范。然而 2021 年 4 月 21 日，俄罗斯国家航天公司总裁德米特里·罗戈津宣布，俄罗斯准备开始建造自己的空间站，计划到 2030 年发射升空。俄罗斯将在未来退出 IIS 项目并自建空间站的消息，引发外界关注。路透社认为，俄罗斯自建空间站意味着结束与美国在 IIS 上长达 20 多年的合作，掀开太空探索新篇章。分析还指出，由于今天的国际空间站是在前苏联 / 俄罗斯“和平号”空间站基础上建立起来的，对俄来说，并没有太多技术障碍要克服，反而是美国需要从头学习如何搭建和运营大型组合式空间站。 近年来，美俄空间合作关系愈趋紧张。特别是近日，俄美紧张关系日益升温，美对俄祭出多项制裁，驱逐 10 名外交官，俄亦做出对等回应。有分析称，俄方退出 IIS，也许是俄罗斯对美国的“曲线反制”。合作 20 多年后，俄美在 IIS 上面临“分手”，IIS 的命运何去何从，俄美两个“老对手”又将在太空上演怎样的角力和博弈？我们共同关注。 二.筚路蓝缕，十年铸剑：中国空间站的发展历程 1992 年 9 月，我国载人航天工程（代号“921 工程”）正式实施，并确定 “三步走”发展战略：即第一步发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程，开展空间应用实验；第二步突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术，发射空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题；第三步建造空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。2005 年 2 月，中央批准实施载人航天工程第二步第一阶段任务，其主要任务目标分解为三项：一是实施航天员出舱活动，突破航天员出舱活动技术；二是实施航天器交会对接任务，突破和掌握航天器交会对接技术；三是开展有效的空间应用、空间科学与技术实验，为工程进一步的发展创造基本条件。 2010 年 9 月，我国空间发展计划《载人空间站工程实施方案》正式获批。中国空间站计划（China Space Station Plan）正式启动实施，命名为“天宫”计划。明确我国空间站工程的战略目标是：在 2020 年前后，建成和运营近地空间站，使我国成为独立掌握近地空间长期载人飞行技术，具备长期开展近地空间有人参与科学技术实验和综合开发利用太空资源能力的国家。我国载人空间站是一个在轨组装而成的、具有中国特色的空间站系统，预计于 2022 年左右建成，计划在轨运营 10 年以上，将成为中国空间科学和新技术研究实验的重要基地，开展科学研究和太空实验，促进中国空间科学研究进入世界先进行列，为人类文明发展进步做出贡献。 2021 年 4 月 29 日，天和号核心舱发射，我国空间站建设拉开大幕。这一天，距离 2010 年 9 月空间站计划正式启动，过去了11 年；距离“天宫一号”成功发射，过去了10 年。 中国空间站十年铸剑，我们一起来梳理前序的“天宫一号”和“天宫二号”先导空间实验室发展脉络（与“天宫”配套的“神舟”一号到十二号载人飞船及“天舟一号”货运飞船的研制发展历程，本文不再重点赘述）。 1.天宫一号：中国首个试验型空间实验室 2011 年 9 月 29 日 21 时 16 分 03 秒，我国第一个目标飞行器“天宫一号”在酒泉卫星发射中心成功发射入轨。当时笔者正在攻读博士学位，那天晚上实验室兄弟姐妹们都围在电视机前看直播，听到发射成功的宣布，笔者不禁泪流满面，随后，我们一群兴奋地来到郑州东三街夜市，就着烧烤，畅快畅想中国空间站，痛饮了两大捆“金星”啤酒，何等快意。 “天宫一号”目标飞行器 “天宫一号”在轨飞行 2376 天，2012 年 6 月 18 日 14 时 14 分，我们在电商“618 狂欢”这天，“天宫一号”号与 6 月 16 日成功发射的“神舟九号”飞船完成首次载人交会对接。17 时 8 分，“天宫一号”舱门打开，中国航天员景海鹏、刘旺和刘洋（女）相继进入“天宫一号”。 “天宫一号”有人驻留 20 天，2018 年 4 月 2 日再入地球大气层坠毁。“天宫一号”是我国首个简易空间实验室，只有 1 个交会对接口，属于第一代空间站“天宫一号”由实验舱和资源舱构成，全长 10.4 米，最大直径 3.35 米，重约 8.5 吨。实验舱由密封舱和装有对地遥感设备的非密封后锥段组成，其中密封舱是飞行器的控制舱，也是航天员的工作舱和生活舱，实验舱前端装有可与载人飞船交会对接的装置。资源舱为非密封舱，主要为轨道机动提供动力、燃料和电能等。舱外装有一对太阳电池翼及“天链”中继卫星天线，尾部装有 2 台 490 N 轨控发动机。 在轨期间，“天宫一号”先后和 1 艘无人飞船（2011 年 11 月 1 日“小光棍节”的“神舟八号”）、2 艘载人飞船（2012 年 6 月 18 日的“神舟九号”、2013 年 6 月 13 日“神舟十号”，乘员是聂海胜、张晓光、王亚平<女>）完成了 4 次自动和 2 次航天员手控交会对接。 2013 年 6 月，“天宫一号”与“神舟十号”交会对接时，值笔者博士毕业时。当时笔者已打定主意要投身中国航天相关工作，正揣着简历在北京奔跑逐梦。 共 2 批 6 名航天员进入“天宫一号”。航天员短期在轨驻留，并开展了对地遥感应用、空间物理与环境探测和空间材料等实验。获取了大量有价值的数据信息和十分丰硕的应用成果。 作为我国首个试验空间实验室，“天宫一号”完成了航天器组合体控制与管理、航天员在轨驻留保障、航天员在轨维修操作等一系列技术试验验证。2013 年 6 月 20 日 10 时，一堂来自太空的科普课电视直播刷新收视纪录。水膜实验、单摆运动、陀螺运动……通过美丽的女航天员、太空教师王亚平的讲解和展示，太空的奥秘生动呈现在全国 6000 多万中小学生眼前。 “天宫一号”主要用于试验未来载人航天空间站工程建设所需的交会和对接关键技术。 除了神舟 / 天舟飞船、“天链”中继卫星系统获得突破外，在航天员科研训练、舱外航天服研发与试验方面也获得重大突破。而航天员和航天服，是实现“人在太空”的先导条件。 2018 年 1 月 25 日，中宣部发布航天员群体先进事迹，授予他们“时代楷模”荣誉称号 “飞天”舱外航天服：穿在身上的“飞船”，重而不笨，行动灵活。 “天宫一号”发射是我国载人空间站的起点，标志着中国已经拥有建立初步空间站（即短期无人照料空间站）的能力，同时也标志着我国已迈入载人航天工程“三步走”发展战略的第二步。 2.天宫二号：中国真正的空间实验室 2016 年 9 月 15 日，我国在酒泉卫星发射中心成功将“天宫二号”发射入轨。 此时，笔者已实现自己投身中国航天的梦想，正稳稳地坐在值守岗位上，执行此次发射的测控通信任务，笑！ “天宫二号”在外形、结构、尺寸、质量上与 “天宫一号”基本一致，由实验舱和资源舱组成，有 1 个交会对接口，但采用模块化舱内设备设计，增加推进剂补加系统，配备在轨维修技术验证和机械臂维修操作验证系统。 在轨期间，“天宫二号”于 2016 年 10 月 19 日与“神舟十一号”载人飞船自动交会对接形成组合体。航天员“老司机”景海鹏和“新秀”陈冬进入空间实验室，完成 30 天的中期在轨驻留任务，并进行了较大规模的地球观测、航天医学、空间应用新技术、植物培育、释放伴飞小卫星、首次太空脑机交互等试验。验证了天宫二号环境控制以及生命维持系统的性能，标志着中国航天正式突破了航天员中期在轨驻留的门槛，为未来空间站 90 天乃至 180 天的长期驻留做好了准备。 同样，笔者当时稳稳地、面带止不住的笑容坐在值守岗位上，与两位航天员天地朝夕相伴 30 天，笑！ “最幸福是同步着，你有力的脉搏”，马正建老师作词、曹芙嘉演唱的《那片星空属于我》，唱出了我和我的伙伴们的心声。 “天宫二号”虽然只加了“半油”，但它却无需担心燃料不够。2017 年 4 月 20 日我国使用长征七号火箭将“天舟一号”货运飞船发射上天，4 月 22 日它和“天宫二号”空间实验室完成首次自动交会对接，并在次日开展了第一次推进剂补加试验，这是我国的首次推进剂补加试验，我国也由此成为俄罗斯之后第二个掌握推进剂补加技术的国家。此后 6 月 15 日和 9 月 16 日又进行了两次推进剂补给试验，进一步验证了这项技术突破，为空间站建设和运营中推进剂补给积累了经验。值得一提的是，“天舟一号”和“天宫二号”还进行了快速交会对接试验，2017 年 9 月 12 日的试验中，“天宫二号”从远距离导引段到完成对接历时约 6.5 小时，这项技术的突破为未来神舟载人飞船快速交会对接空间站奠定了基础。 “天宫二号”不仅是载人航天工程的验证者，它更大的亮点还在于作为太空科学实验的承载者，是我国第一个真正意义上的太空实验室，“天宫二号”搭载了 4 大领域的 14 项空间科学和应用任务，科研载荷重量约 600 千克，累计开展了 60 多项空间科学实验和应用技术试验，无愧于空间实验室的称谓。 “天宫二号”空间实验室的超高精度空间冷原子钟是世界上第一台在轨运行的冷原子钟，轨道上实际测试达到了 7.2E-16（3000 万年误差一秒）的惊人精度，为北斗卫星导航系统提高授时和定位精度做出重要贡献，在其他需要超高精度时间的科学实验中也将发挥重要作用。“天宫二号”还携带了中瑞联合研制的伽玛暴偏振探测仪（POLAR），它不仅是国际上第一台宽视场的专用伽玛暴偏振探测仪，也为我国后续再空间站上开展空间天文观测的先声。在轨期间，POLAR 探测到 55 个伽玛暴事件，还观测到著名的蟹状星云的脉冲星信号，并在国内首次利用脉冲星信号进行定轨，精度可达 10 公里级别，这个精度在未来深空探测尤其是星际探测中可以发挥重要作用。“天宫二号”还开展了综合材料实验和高等植物培养实验，材料实验的样品基本是国际上首次实验，包括纳米复合光学材料以及高性能热电转换材料等。“天宫二号”的综合材料实验平台上获得了 10 多支高质量的材料样品，空间材料技术也是空间科学实验乃至未来空间工业化的重要组成部分。 植物培植实验中使用拟南芥和水稻作为种子，利用人工光照和水循环系统，在 6 个月的时间内完成了国内高等植物“从种子到种子”的全过程生长过程。实验中还发现植物在空间微重力环境下的不同，包括拟南芥开花延迟、植物寿命延长等现象，为我们人类未来长期空间探索以及开展太空农业提供了重要信息。 “天宫二号”开展的植物种植（太空种生菜） 航天员景海鹏介绍太空植物生长情况 “天宫二号”飞行 1037 天，北京时间 2019 年 7 月 19 日 21 时 06 分，“天宫二号”空间实验室受控离轨并再入大气层，随后少量残骸落入位于南太平洋的“卫星坟场”，宣告“天宫二号”近 3 年来的任务圆满落幕。 离轨那天，我和我的同事们好多人都哭了。 “天宫二号”属于第一代空间站，作为我国第一个真正意义上的可开展各类空间科学实验和空间应用试验的空间实验室，“天宫二号”是一个长期在轨自动运行、短期载人的航天器，搭载的多项应用载荷以及一些航天医学实验设备，在数量上和安装复杂程度上都创造了我国历次载人航天器任务之最，也是“飞得更高、实验更多、时间更长”的飞行器。“天宫二号”完成了航天员中期驻留，考核和验证了面向长期飞行的乘员生活、健康和工作保障等相关技术、推进剂在轨补加技术等，为未来空间站建成并运行奠定了重要基础。 “天宫二号”是中国空间站建设的最后一次全面技术验证，标志着我国全面进入空间实验室任务实施阶段。 三.打破封锁，独立自主：中国为什么要独立建设自己的空间站 中国为什么要独立建造自己的空间站？从 20 世纪 50 年代开始太空争霸，一直到国际空间站长成巨无霸，这期间中国的航天、问天之路是什么样的？简单来说，就是自力更生、打破封锁、独立自主。通往空间站的路径，中国在孤独前行，从天宫一号、天宫二号，再到未来的中国空间站（天宫号），一直坚持独立自主，风雨兼程，一路稳妥前行。走到今天，我们有底气张开双臂，拥抱合作，笑对全球。 事实上，我国在 20 世纪 60 年代，就有了载人航天计划。1967 年 7 月 14 日，毛泽东主席签署了中国自己的载人航天计划——代号为“714 工程”，准备在 1973 年发射“曙光 1 号”载人飞船，搭载两名航天员。1971 年，19 名空军飞行员作为航天员候选人已经准备受训了，却因为当年“九一三事件”的影响而被搁置，直到最终计划取消。 20 世纪 80 年代，几乎成了美国独霸太空的时代，“星球大战”计划愈演愈烈。就在这时，中国推出代号为“863”的系列高新技术研究规划，宣布了自己的载人航天计划：其中描述了中国空间站建设的路线图和宏大计划，最终确定更为科学、务实的“921 工程”。 事实上，国际空间站最早发起时，中国也是满怀诚意要参加的。但是，以美国为首的西方国家不同意中国加入，并搞出了“航天政治化，科技军事化”，封锁、孤立中国航天项目，在国际空间站上，就是“不带中国玩”。面对封锁，我国航天人在“两弹一星”精神的指引下，发扬自力更生，独立自主，开天辟地。从“神舟载人飞船计划”到“天宫计”划，从“嫦娥探月工程”再到“火星探索”计划……中国航天人一步步有条不紊地实现梦想。 看着中国航天稳扎稳打取得的巨大成就，2011 年、2013 年美国国会连续出台法案，禁止中国公民和有中国背景的机构、资本，接触任何有关 NASA 的人和事物。虽然 NASA 多位科学家就公开批评这一法案太过狭隘，反对科技政治化，但美国政府铁了心的要推行。 让我们一同看看“中国航天工程的时代坐标”，回溯与展望一路风雨兼程、一路独立自主、一路坚定前行的中国航天梦、太空梦。 中国航天工程的时代坐标 展望中国空间站：让五星红旗在璀璨星河熠熠生辉 中国空间站建设是我国载人航天工程三步走战略的“第三步”。中国载人空间站命名为“天宫”，代号“TG”，是一个在轨组装成的具有中国特色的空间实验室系统。初期的空间站将建造三个舱段，采用对称 T 形构型，包括一个核心舱和两个实验舱。核心舱居中，实验舱 1 和实验舱 2 分别连接于两侧，每个 20 多吨。 “天和号”核心舱设有多个交会对接口，其中前端两个对接口主要接纳神舟载人飞船，停靠往返运送人员。而后端的后向对接口主要用于“天舟”货运飞船停靠，完成物资补给和废弃物下行。同时，空间站上设气闸舱，用于航天员出舱，并配置机械臂用于辅助对接、补给、出舱和科学实验。空间站轨道高度为 400~450 公里，倾角 41-42 度的椭圆近地轨道，采用三轴稳定对地指向控制模式设计寿命为 10 年，总重量可达 90 吨，属于百吨级大型载人空间站。长期驻留 3 人，乘组轮换时最多可达 6 人。 空间站运营期间，最多的时候将可对接 1 艘货运飞船、2 艘载人飞船，这些飞船又可与核心舱组合成多种形态的空间组合体，在核心舱统一调度下协同工作，完成空间站承担的各项任务。 在运营阶段，将可以根据科学研究的需要增加新的舱段，扩展规模和应用能力。中国空间站初期的 5 个模块具体如下：核心舱，全长约 18.1 米，最大直径约 4.2 米，发射质量 20 至 22 吨。核心舱模块分为节点舱、生活控制舱和资源舱，核心舱有 5 个对接口，可以对接 1 艘货运飞船、2 艘载人飞船和 2 个实验舱。对于中国空间站的结构，中国航天科技集团有限公司五院空间站系统副总设计师朱光辰曾形象地比喻：“如果神舟飞船是一辆轿车，那么天宫一号和天宫二号相当于是一室一厅的房子，中国空间站则像是三室两厅还带储藏间。”另有一个供航天员出舱活动的出舱口，主要任务包括为航天员提供居住环境，支持航天员的长期在轨驻留，支持飞船和扩展模块对接停靠，并开展少量的空间应用实验，是空间站的管理和控制中心。 实验舱 1、实验舱 2全长均约 14.4 米，最大直径均约 4.2 米，发射质量均约 20~22 吨。实验舱 2 以应用实验任务为主，实验舱 1 兼有组合体控制任务、应用实验任务两个功能。实验 1、2 先后发射，具备独立飞行功能，与核心舱对接后形成组合体，可开展长期在轨驻留的空间应用和新技术试验，并对核心舱平台功能予以备份和增强。 空间站为空间科研应用做了全面和充分的准备。核心舱和两个实验舱内都配备了通用机柜。包括 16 个专用科学实验柜以及 7 个实验机柜的空置空间。这些试验设施将用于开展航天医学和生命科学、微重力基础物理和流体物理，以及空间材料科学和航天新技术等多个学科的数百项空间科学和应用实验项目。两个实验舱还配备了舱外暴露试验平台，平台上装有标准载荷适配器，用于开展天文和地球观测，以及空间材料科学和生物科学在内的多种试验。核心舱配备了一个大型载荷挂点，挂载总量可达 500 千克，实验舱 1/ 问天号有一个大型载荷挂点和一个扩展实验平台挂点，载荷总总量可达 2 吨，用于安装大型非标准舱外暴露载荷。 核心舱和实验舱 1 还各配备了一套机械臂，用于更好的支持舱外载荷的安装和试验。天和号空间站上装有高能宇宙辐射探测设施（HERD），它不仅具有更高的分辨能力，可以通过观测高能电子和伽玛射线能谱及其空间分布，探测并研究暗物质粒子的物理性质，而且观测能量段延伸到 PeV 量级，有望用于研究银河系宇宙射线的起源问题。空间站工程还包括一个独立发射和飞行的“巡天号”光学舱，这个独立自由飞行平台装有一个 2 米口径的大型望远镜用于巡天观测，以暗能量为主要科学目标。 中国空间站机械臂三维图 “天舟”货运飞船采用模块化设计，具有全密封货舱、半密封 / 半开放货舱、全开放货舱三种构型，可以把不同的载荷包括小型舱段运输上去，由航天员和机械臂将其装配到空间站上，最大直径约 3.35 米，发射质量不大于 13 吨。“天舟”是唯一拥有大载荷的运输能力又能进行太空补加的货运飞船，载重量在 6 吨左右，与欧洲 ATV 系列货运飞船和日本 HTV 系列货运飞船的载重量基本相当，远远大于前苏联“联盟号”飞船载重量及其改装型“进步号”货运飞船载（约 2.5 吨）。作为空间站的地面后勤保障系统，货运飞船的作用是为未来空间站补给燃料、食物等物品，提供能源动力及后勤保障。它的主要任务包括：补给空间站的推进剂消耗，空气泄漏，运送空间站维修和更换设备，延长空间站的在轨飞行寿命；运送 航天员工作和生活用品，保障空间站航天员在轨中长期驻留和工作；运送空间科学实验设备和用品，支持和保障空间站具备开展较大规模空间科学实验与应用的条件。 未来舱段是中国空间站具备扩展能力的预设舱。在运营阶段，将可以根据科学研究的需要增加新的舱段，提供规模扩展和应用能力拓展。 我国在载人空间站建设方面，研发和建设遵循规模适度原则，有利于控制工程的成本，重点突出载人航天的特色，突出发挥“人在太空”中的作用，以“由小舱到大舱，由单舱到三舱”为技术路线， 稳步前进。 为使载人航天发展成果全面惠及经济社会，不断提升载人航天工程的综合效益，中国空间站在轨运营阶段，将充分吸纳商业力量，开展商业化应用活动，进一步开放近地轨道空间站设施，促进形成产业化的太空经济。 我国空间站、载人登月及其前沿科学探索、太空技术研究、太空资源的开发和利用以及太空技术合作、国际交流与合作势必将创造可观的经济社会效益，进一步促进和带动我国经济发展，并给人民群众的生活带来巨大的变化。 今天，随着“天和”核心舱的成功发射，无数航天人夙夜奋战、默默坚守的中国载人空间站工程拉开建设大幕，他们是伟大的中国航天人。此刻，一首《问天》的歌词最能表达这种致敬伟大事业、致敬伟大航天人的澎湃心情： 嫦娥奔月的浪漫，敦煌飞天的夙愿， 这场梦追逐千年，期盼早日揽月九天。 多少年求索与辗转，化作巨龙腾飞的烈焰， 多少人苦苦登攀，汇成出征太空的起点， 问天，天路遥远，浩瀚星空灿烂，是你我守望和平的前沿。 问天，天路漫漫，梦想就在心间，燃烧着祖国崛起的信念。 写在最后 本着“人类命运共同体”的理念，我国空间站还将打造成为面向国际社会的、开放的科技合作交流平台，将采用政府间合作、商业合作等多种模式，在空间站建造和运营技术、空间科学与应用、航天员选拔训练、载人航天高技术成果转化等领域，广泛开展务实合作，五星红旗在璀璨星河熠熠生辉，中国空间站必然成为造福全人类的太空实验室。 本文在梳理中，参考了互联网公开的多种资料，特别在此致以感谢。 阅读原文
