|太空里如何建起“三室两厅”“大房子”_

□ 采访人员张宣杨频萍
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》采访人员特邀专家进行解读。
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。 ”南京航空航天大学航天学院教授闻新告诉采访人员，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前苏联的“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，要能够经得起微流星体的碰撞，这就要求空间站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。
【|太空里如何建起“三室两厅”“大房子”】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，解决了“建造空间站有较大规模的、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。 ”闻新教授告诉采访人员， “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，借助远程通信技术，实现常规的“空中课堂”也不是没有可能。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。