□于遠航

4月29日，長征五號B運載火箭將中國空間站核心艙成功送入軌道，太空中即將迎來新的長期駐留基地。

自人類歷史上首個空間站——蘇聯(lián)的“禮炮1號”于1971年成功發(fā)射升空，空間站已經(jīng)在人類的歷史中存在了50個年頭。在這50年里，在美、蘇（俄）兩國主導(dǎo)下，曾形成過多個具有各自特色的空間站。借此時機，讓我們一起梳理世界歷史上所有存在過的空間站，回顧空間站技術(shù)所經(jīng)歷的一系列演進。

禮炮號：載人空間站的先驅(qū)者

空間站是一種能夠在太空長時間運行，可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。它的概念最早可以追溯到1869年，當時《大西洋月刊》上刊登了一篇關(guān)于“用磚搭建的月球”的文章。至于現(xiàn)代實際可行的空間站，則要歸功于蘇聯(lián)的推動。

蘇聯(lián)的空間站技術(shù)大致可以分為三代，前兩代為禮炮號空間站。

第一代空間站為“禮炮1號”到“禮炮5號”?！岸Y炮1號”于1971年成功發(fā)射升空，它是人類歷史上首個空間站。但不幸的是，3名航天員于1971年自“禮炮1號”乘聯(lián)盟號飛船返回過程中，由于返回艙上平衡閥異常打開造成返回艙失壓，最終全部死亡。

這一代空間站屬于初始探索階段，只有一個對接口，一次只能與一艘飛船對接飛行，而且攜帶的食品、氧氣等儲備量都很有限，難以支持航天員在太空長期工作。第一代空間站的另一個技術(shù)特點就是所處的軌道高度比較低，僅有200多公里，而且攜帶的推進劑也不充足，導(dǎo)致其在軌壽命并不長。

通過第一代5個試驗性空間站的建造與運行，蘇聯(lián)為建造永久性空間站積累了大量的寶貴經(jīng)驗，同時也使載人航天從規(guī)模較小、飛行時間較短的載人飛船階段，進入規(guī)模較大、運行時間較長的空間應(yīng)用探索試驗階段。

蘇聯(lián)第二代空間站為“禮炮6號”和“禮炮7號”?！岸Y炮6號”“禮炮7號”長15米，與兩艘飛船對接后長30米，總重達32噸。3個太陽能電池翼呈T形安裝在工作艙外，可沿著太陽翼的安裝軸360度旋轉(zhuǎn)。兩個水平太陽能電池翼的翼展17米，總面積為60平方米。

與“前輩”相比，“禮炮6號”“禮炮7號”的主要特點是進一步提高了安全性和可靠性，延長了壽命并擴展了其應(yīng)用領(lǐng)域。為了滿足這兩項設(shè)計需求，“禮炮6號”“禮炮7號”采取了多種措施。例如，為減少大氣阻力對軌道壽命的影響，進行了軌道調(diào)整，將軌道高度由250公里提高到350公里，軌道壽命大大延長，用于軌道維持的推進劑使用量也大大減少。

另外，為了更大限度地提高壽命，還增加了一個對接接口，除了可以對接聯(lián)盟號載人飛船外，還可以同時與進步號貨運飛船對接，用于補給航天員的生活用品和各種試驗設(shè)備。有了貨運飛船的補給，航天員的一次在軌停留工作時間由數(shù)十天延長到了上百天。

“禮炮6號”和“禮炮7號”主要驗證了人類長期（最長達7~8個月）太空飛行能力和空間站長期載人的能力，還驗證了多艙組合式空間站設(shè)計技術(shù)并進行了科學實驗。

和平號：第一座“長壽”的空間站

第三代空間站為和平號空間站。1986年2月20日，蘇聯(lián)用質(zhì)子號火箭發(fā)射了首座多模塊積木式空間站“和平號”的核心艙，經(jīng)過多次機動變軌之后，進入一條高度324~352公里，傾角51.6度的軌道。

和平號空間站的核心艙仍然采用單艙段式結(jié)構(gòu)，總長13.13米，最大直徑4.1米，總質(zhì)量20.4噸，壓力艙容積110立方米，2個太陽電池翼的翼展為29.73米，總面積76平方米，最大輸出功率9千瓦，平均功率5.5千瓦。它由4個基本部分組成：球形增壓轉(zhuǎn)移對接艙、增壓軌道工作艙、不增壓服務(wù)動力艙和增壓轉(zhuǎn)移對接器。

核心艙的最大特點是有6個對接口，不僅能用于航天員生活居住，控制整個空間站正常運行，還先后對接了5個專用實驗艙，形成了龐大的空間復(fù)合體（包括聯(lián)盟號載人飛船、進步號貨運飛船及航天飛機專用對接艙）?！昂推教枴痹谲壗M裝完畢后，全長87米，質(zhì)量達123噸。

2001年3月23日，在經(jīng)過大氣層中16分鐘的燃燒后，“和平號”成功墜落在南太平洋預(yù)定海域。和平號空間站自誕生之日起，共在軌道上運行了15年之久，大大超過了5年的設(shè)計壽命，是世界上第一座“長壽”的空間站。

15年中，和平號空間站總共繞地球飛行了8萬多圈，行程35億公里。先后有28個長期考察組和16個短期考察組在和平號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名航天員在空間站上工作。美國航天飛機與和平號空間站對接9次。這些航天員共進行了1.65萬次科學實驗，完成了23項國際科學考察計劃。

天空實驗室：遺憾但輝煌的一生

相對于蘇聯(lián)來說，美國對空間站進行的技術(shù)探索較少，在國際空間站之前，僅發(fā)射了天空實驗室空間站，是1973年緊隨蘇聯(lián)“禮炮1號”發(fā)射的。

“天空實驗室”的軌道高度約435公里，運行周期93分鐘，傾角50度，由軌道工作艙、過渡艙、多用途對接艙、太陽望遠鏡和阿波羅飛船5部分組成，全長36米，最大直徑6.7米，重約80噸。進出天空實驗室的航天員由阿波羅飛船接送。

“天空實驗室”是一個單模塊結(jié)構(gòu)的空間站，其主體是土星5號火箭的第三級箭體，并由土星5號運載火箭發(fā)射升空。這可以說是20世紀70年代美國阿波羅項目結(jié)束后，對剩余土星5號火箭的“廢物利用”了。

1973年5月~1974年2月，“天空實驗室”先后接納過3批航天員，每批3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。其間拍攝了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條件下材料加工的試驗。

“天空實驗室”運行過程頗費周折，也留下不少遺憾。它于1979年7月11日進入大氣層燒毀，僅運行了6年時間，但取得了輝煌的成就，為美國積累了初步的空間站運營經(jīng)驗。

國際空間站：航天器中的“巨無霸”

國際空間站的設(shè)想是1983年由美國總統(tǒng)里根首先提出的，經(jīng)過近十余年的探索和多次重新設(shè)計，直到蘇聯(lián)解體，俄羅斯加盟之后，國際空間站才于1993年完成設(shè)計，開始進入實施階段。

國際空間站是有史以來規(guī)模最大的國際航天合作計劃，是以美國為首，聯(lián)合俄羅斯、日本、加拿大、巴西和歐洲航天局11個成員國（法國、德國、意大利、英國、比利時、丹麥、荷蘭、挪威、西班牙、瑞典、瑞士）共16個國家共同建造的大型空間設(shè)施，匯集了世界主要航天大國的各種先進設(shè)備和技術(shù)，其復(fù)雜性和技術(shù)先進性是以往任何航天器所無法比擬的。

國際空間站采用桁架掛艙式結(jié)構(gòu)，即以桁架為基本結(jié)構(gòu)，增壓艙和其他各種服務(wù)設(shè)施掛靠在桁架上。在桁架結(jié)構(gòu)上，裝有加拿大的遙操作機械臂和空間站艙外設(shè)備，在桁架的兩端安裝有4對大型太陽能電池帆板。桁架結(jié)構(gòu)不僅加強了空間站的剛度，而且有利于電源等分系統(tǒng)和科學實驗儀器設(shè)備工作性能的正常發(fā)揮，有利于航天員出艙裝配與維修。

1998年11月，國際空間站的第一個模塊（曙光號功能貨艙）發(fā)射升空，隨后陸續(xù)發(fā)射的模塊對其逐漸進行了擴充。最終建成的國際空間站質(zhì)量達400多噸，可以說是名副其實的“巨無霸”。

國際空間站由多個國家分工建造、聯(lián)合運用，成為國際合作進行太空開發(fā)的標志。自2000年11月以來，國際空間站上一直留有至少3名乘員。國際空間站作為科學研究和開發(fā)太空資源的手段，支持了微重力環(huán)境下的科學實驗和長期的人類在軌活動，取得了大量科研成果。

三步走戰(zhàn)略

早在1992年9月，黨中央就決策定下了我國載人航天工程“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。所謂的“三步走”，第一步是發(fā)射載人飛船，突破載人航天飛行技術(shù)，建成初步成型配套的載人飛船系統(tǒng)，并據(jù)此開展空間實驗。這一階段主要目標在于載人飛船的發(fā)射，就是我們熟知的神舟飛船。第二步是載人飛船發(fā)射成功后，突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術(shù)，建造發(fā)射短期有人照料的空間實驗室，進行一定規(guī)模的空間應(yīng)用。這一階段以掌握航天器交會對接技術(shù)，突破航天員中期駐留、航天器低軌道長期自主飛行、貨運飛船補給等關(guān)鍵技術(shù)為目標，并為未來的大型空間站驗證突破再生式生命保障系統(tǒng)的技術(shù)。這一階段成功發(fā)射了天宮一號目標飛行器和天宮二號空間實驗室，以及天舟貨運飛船。

第三步就是要建造大型永久性空間站，解決較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應(yīng)用問題。在這個階段，20噸級的空間站核心艙和實驗艙發(fā)射成功后，會在近地軌道上對接組裝，載人飛船和貨運飛船將支持航天員長期駐留空間站，開展大規(guī)模的空間應(yīng)用。

建站前的序章

“天宮一號”是中國獨立設(shè)計建造并發(fā)射運用的目標飛行器，它于2011年發(fā)射升空?！疤鞂m一號”與隨后發(fā)射的神舟八號至十號飛船進行對接，使中國成為掌握交會對接技術(shù)的國家?！吧裰郯颂枴庇?011年11月1日發(fā)射，并在11月3日和15日兩次成功與“天宮一號”對接。2012年6月18日中午，“神舟九號”攜3名航天員和“天宮一號”對接成功，航天員成功進入到“天宮一號”內(nèi)部。2013年6月13日13時18分，神舟十號攜3名航天員再次和“天宮一號”對接成功，航天員進入“天宮一號”內(nèi)部，共開展為期15天的在軌生活和科研活動。2013年6月20日10時起，中國女航天員王亞平在“天宮一號”上進行了一次50分鐘的太空授課。

“天宮二號”是中國第一個空間實驗室，其規(guī)模比空間站要小，但可做一些為建造空間站服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)研究項目，如推進劑在軌加注技術(shù)。2016年9月15日“天宮二號”發(fā)射成功，經(jīng)過變軌進入了等待與神舟十一號載人飛船交會對接的軌道。10月19日實現(xiàn)了“神舟十一號”與“天宮二號”的交會對接，航天員進入“天宮二號”內(nèi)工作和生活，完成了30天的太空駐留任務(wù)。2017年4月22日，“天宮二號”與天舟一號貨運飛船完成對接，形成組合體。4月27日，“天宮二號”與“天舟一號”完成首次推進劑在軌補加試驗工作。2019年7月19日，“天宮二號”受控離軌并再入大氣層，少量殘骸落入南太平洋預(yù)定安全海域。

空間站進行時

中國空間站初期將由3個艙段組成，包括一個核心艙和兩個實驗艙，每個規(guī)模20多噸?；緲?gòu)型為T字形，核心艙居中，實驗艙Ⅰ和實驗艙Ⅱ分別連接于兩側(cè)。核心艙前端設(shè)有兩個對接口，用于接納載人飛船對接和?？?；后端設(shè)后向?qū)涌?，用于貨運飛船的停靠補給?？臻g站上設(shè)氣閘艙用于航天員出艙，配置機械臂用于輔助對接、補給、出艙和科學實驗?？臻g站運營期間，最多的時候，將有一艘貨運飛船、兩艘載人飛船，整個系統(tǒng)加起來將達90多噸。

按照空間站建造任務(wù)規(guī)劃，除本次發(fā)射任務(wù)外，2021年和2022年我國將接續(xù)實施10次飛行任務(wù)，包括2次空間站艙段發(fā)射，4次貨運飛船以及4次載人飛船發(fā)射，于2022年完成空間站在軌建造，實現(xiàn)中國載人航天工程三步走發(fā)展戰(zhàn)略第三步的任務(wù)目標。

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