探索 | 太空里如何建起“三室两厅”“大房子”

交汇点讯 拥有“太空家园”不再是梦想。4月29日，我国空间站“天和”核心舱顺利搭载长征五号B遥二运载火箭发射升空，中国的空间站建设迈出稳稳第一步。耗资巨大的空间站用来做什么？太空“房子”怎么搭？《科技周刊》记者特邀专家进行解读。

为什么要在太空里建立空间站？

将人类送上太空已经不再是遥远的梦，但在太空中，人类怎样才能“待得久”？首先得“有地方住”。空间站就是宇航员在太空中住的“房子”，有了它，宇航员才能在太空中开展科研活动，长时间生活下去。

“对于飞船而言，空间站就是‘码头’。同时，空间站也是太空实验室，科学家可以在里面开展一些空间科学实验。”南京航空航天大学教授闻新告诉记者，空间站具有体积大、寿命长、功能强和载人多等优点。世界上第一个空间站是苏联的“和平号空间站”。“目前，在太空中只有一个空间站——国际空间站，它由美国主持研制，共有16个国家参加。中国当时也申请参与，但美国拒绝了中国的申请。”

建立空间站，并不是一件简单的事情。太空里有辐射和流星环境，因此对空间站结构提出了很高的要求。“太空里面有很多微流星体或碎片，首先要保证空间站的结构，要能够经得起的微流星体的碰撞，这就要求空间的外壳防护非常到位。”江苏省天文学会科技传播专家、南京大学天文与空间科学学院副教授汤靖师解释说，就好比汽车外壳一定足够结实，才能经得起小的磕磕碰碰从而保证人类的安全。

此外，人类在空间站内长期居住，需要可靠的空气、水环境循环系统和能源电力保障。 “空间站的运行高度为300至400公里，这个高度还有稀薄的大气，从而造成空间站高度不断降低。因此需要先进的能源补充技术保证空间站数十年以上保持高度运行。”令人欣喜的是，我国从“天宫二号”发射开始一步一步探索并实现燃料加注，以此保障空间站内电子设备的稳定运行。

据介绍，我国于上世纪90年代开始启动载人航天工程，规划了“三步走”战略。从发射载人飞船将中国航天员送入太空，到太空出舱、发射空间实验室。“天和”核心舱的发射是其中关键一步，坚决了“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”。 在2021年-2022年间，中国将接续实施11次飞行任务，包括3次空间站舱段发射、4次货运飞船以及4次载人飞船发射，于2022年完成空间站在轨建造，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。随着空间站工程全面展开，中国正式迈入了“空间站时代”。

“三室两厅”一间一间“拼”起来

如果把神舟飞船比作一辆轿车，天宫一号和天宫二号相当于一室一厅，空间站则像是三室两厅还带储藏间。

“空间站由三个舱段组成，这一次搭载长征五号B遥二运载火箭升空的，是‘天和’核心舱。它有3个对接口和2个停泊口。”闻新教授告诉记者，“天和”核心舱的重量大约在22吨左右，如果将它和地球上的“房子”做一个类比，核心舱的作用，好比是房子的客厅，负责空间站组合体的统一管理和控制，支持实验舱、载人飞船、货运飞船等飞行器与其交会对接和在轨组装，具备接纳航天员长期访问和物资补给的能力，可以支持开展航天医学和空间生命科学实验。

“天和”核心舱的组成还分为节点舱、生活控制舱和资源舱。“节点舱主要是和其他部分进行对接，它主要有2个停泊口和2个对接口，以及一个出舱口组成，出舱口顾名思义是能够允许航天员实现太空活动的地方。”汤靖师解释说，停泊口用于两个实验舱“问天”和“梦天”的对接最终形成一个完整的空间站，对接口则是用于载人飞船的对接使用。

在节点舱后面是生活控制舱，主要分成小柱段和大柱段，其中小柱段最大直径是2.8米，是航天员的主要生活区域，其中包括3个睡眠区和一个卫生区也就是俗称的三室一卫。而大柱段直径4.2米是航天员主要的工作区域，例如进行舱外活动时的实时监控，数据采集以及载人飞船或者实验舱对接时的数据显示等。

汤靖师介绍，最后一部分则是资源舱，资源舱的作用是储存能源资源，例如空间站所需的推进剂，空气，食物等生活资源，而在资源舱的尾部也有一个对接口，进行天舟货运飞船的对接任务，保证空间站的物资补给。最新发布的关于天舟二号货运飞船通过评审的消息也代表着天和飞天之后天舟也将陆续跟上做好后勤补给工作。

据悉，此后我国还会发射空间站的两个实验舱，它们将与核心舱进行组合。“实验舱和核心舱的组装，由航天员出舱完成。航天员在太空中会像‘堆积木’一样，借助机械臂系统，逐渐把整个结构搭建起来。在这个过程中，万一出现‘漏气’等情况，还可以出舱进行修补。”闻新介绍，上个世纪，美国和俄罗斯的航天员就已经进行过实践，在太空中“组合”核心舱和实验舱是比较成熟的技术，“对于现在的中国航天来说，也不是什么难事。”

空间站未来科学发现将“反哺”地球

“天和”核心舱的发射，核心难点在哪里？闻新教授表示，发射对中国航天来说已是“驾轻就熟”，成功与否的关键，在于长征五号B遥二运载火箭，也就是航天迷们俗称的“胖五”火箭的承重能力。“毕竟是20吨左右的核心舱，但承重这一问题目前已经解决。”

闻新教授经历过“天宫一号”等多个飞行器的研发，对中国航天前景的每一步都充满感情，“天和核心舱的成功发射，是中国空间站建设重要组成部分，标志着中国航天又迈上了一个新的台阶，与美国航天的差距又缩小了一些。”

根据飞行任务规划，空间站工程分为关键技术验证、建造和运营3个阶段实施。为完成空间站建造，共规划了11次飞行任务。在长五B首飞后，将先后发射“天和”核心舱、“问天”实验舱和“梦天”实验舱，进行空间站基本构型的在轨组装建造，也规划了发射4艘神舟载人飞船和4艘天舟货运飞船，进行航天员乘组轮换和货物补给。

“‘天宫号’空间站预计运营十年以上，至少采用三个轨道舱组成。将先发射无人空间实验室，而后再用运载火箭将载人飞船送入空间，与停留在轨道上的实验室交会对接，航天员从飞船的附加段进入空间实验室、开展工作。”汤靖师补充说，航天员的生活必需品、工作所需的材料和设备均由货运飞船运送。载人飞船停靠在实验室外，作为应急救生飞船，如果实验室发生故障，可随时载航天员返回，航天员工作完成后，也可乘飞船返回。

此外，从国际空间站20周年的运行情况来看，其搭载的一些科学实验产生了很多新的重大发现，也“反哺”了地球，不少应用成果应用在国计民生当中。汤靖师表示，天宫号空间站建成后的一些技术，一定会应用到普通老百姓的日常生活。“无论是美国的阿波罗探月行动，还是欧洲的高能物理实验，都有一些‘无心插柳柳成荫’的先进技术运用到日常生活中，而在当时很难预测和想象这些科技会对日常生活产生哪些影响。”

2013年6月“天宫一号”任务期间，航天员王亚平在太空进行了我国首次太空授课。未来我国的空间站建好之后，是否会有类似科普活动？汤靖师认为，空间站是非常独特的实验和教学平台，比如水滴透镜等一些地面无法实现的科学实验可以在空间站内进行，借助远程通讯技术，实现常规的“空中课堂”也是不无可能。他期望通过开展这类科普活动，激发学生们对空间探索的兴趣。

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空间站的活动高度为啥不到400公里？

航天爱好者也许注意到了一个数字，空间站在太空中的飞行高度只有不到400公里。闻新教授解释，目前人类的载人航天活动一般都是在300公里-600公里高的太空中进行的，空间站属于低轨道航天器，这个高度设置，还考虑了航天员和空间站本身的安全问题。

在太空中，空间站像飞船和卫星一样，围绕地球旋转。它有着一定的寿命。“中国的空间站寿命是10年左右。通过维护延长到15年。”闻新预测，未来，空间站退役后，会通过地面控制，最终落入南太平洋。

据悉，中国的空间站未来还有一个重要计划，在空间站建造完成后，会单独发射一个十几吨的光学舱，与空间站保持共轨飞行状态。光学舱命名为“巡天”，具备自主飞行能力，正常任务时与空间站共轨飞行，进行高分辨率天文观测，开展天体物理和空间天文学研究。需要燃料补给和设备维修时，光学舱可与空间站对接，进行推进剂补加和设备维修维护，提高自身寿命和工作性能。

新华日报·交汇点记者 张宣 杨频萍 

编辑: 谢诗涵