空间站——人类在太空的“观景房”

发布时间:2024-04-01  |  来源:  |  【      】  |  【打印】 【关闭

  北京时间2022年4月16日9时56分,神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,神舟十三号载人飞行任务取得圆满成功,是中国太空探索计划的重大胜利,标志着中国在空间站技术领域已经取得了基本完整的成套经验,中国空间站即将进入建造阶段。
  尽管全国人民都沉浸在这一喜悦和骄傲之中,但关于中国空间站乃至国际空间站的发展历程也许知之甚少,所以本篇科普文章就带大家一起来回顾空间站的“前世今生”!
  国际空间站的发展历程
  1869年,Everett Hale为美国的杂志《大西洋月刊》撰写了一篇关于“用砖搭建的月球”的文章,最早提出了太空空间站的概念。
  20世纪初,苏联科学家齐奥尔科夫斯基以及欧洲火箭之父赫尔曼 奥伯特两位科学家提出了空间站的理论设想。1951年,德国火箭专家沃纳 冯 布劳在《矿工周刊》中刊登了环状结构的空间站设计,这代表了人类真正意义上走出了空间站建造理论基础的第一步。
  上世纪60年代,美苏两个超级大国在航天领域展开激烈竞争。1969年7月,美国宇航员阿姆斯特朗首次踏上了月球表面,迈出了“人类的一大步”,标志着美国阿波罗11号载人飞船登月取得成功,因此苏联将航天发展重心转向空间站项目。
第一代空间站:
  1971年4月19日,苏联成功发射了人类历史上第一个空间站“礼炮一号”。“礼炮一号”由轨道舱、服务舱和对接舱组成,总长15.8米,最大直径4.15米,同年6月,苏联发射联盟11号飞船与礼炮1号成功对接,3名宇航员成功进入空间站,但由于技术不成熟,在返回地球的过程中,返回舱的均压均衡阀过早开启造成返回舱失压,致使航天员因急性缺氧、体液沸腾而死亡。
   人类历史上第一个空间站——“礼炮一号”
  苏联发射了人类历史上第一个空间站,美国怎么可能甘心落后呢?于是紧跟苏联步伐,也开始了自己的空间站发射进程。
  1973年5月14日,美国开始建造自己的空间站—“天空实验室”。这是美国第一个环绕地球的空间站。用“土星5号”运载火箭发射,由轨道工作舱、过渡舱、多用途对接舱、太阳望远镜和“阿波罗”飞船5部分组成。航天员由“阿波罗”飞船接送,自1973年5月到1974年2月先后接纳过3批航天员,在站分别工作了28天、59天和84天,进行了270多项研究实验,拍摄了18万张太阳活动的照片、4万多张地面照片,还进行了长期失重人体生理学试验和失重下材料加工的试验。1979年7月11日进入大气层烧毁。
   美国“天空实验室”
  之后美苏又进行了第二代、第三代空间站的建设。其中值得一提的是苏联的第三代空间站——和平号空间站,于1986年2月20日发射升空,是世界上首次采用多模块组件而成的空间站。在轨期间,来自12个国家的104名航天员进入了和平号空间站工作,进行了78次,累计359小时12分钟的舱外活动。开展了大量的空间应用,完成了20多个科研计划,2.3万次科学实验,获得了大量科学实验数据和科研成果。和平号空间站于2001年3月23日再入大气层焚毁。人类在和平号计划中所掌握的太空舱建造、发射、对接技术载人航天及太空行走技术,太空生命保障技术等,都正在或将在国际空间站计划及未来的太空城规划中发挥不可替代的作用。
   苏联“和平号空间站”
国际空间站:
  20世纪80年代,国际上出现了发展载人航天的热潮。由于耗资大、工程复杂、技术难度高,越来越多的载人航天项目开始以国际合作的形式展开。1998年开始建造的国际空间站(International Space Station),以美国、俄罗斯为主要参与国,联合日本、加拿大、欧空局共同建造和运行,是有史以来规模最大、耗时最长且涉及国家最多的空间国际合作项目。自1998年正式建站以来,经过十多年的建设,于2010年完成建造任务转入全面使用阶段。
  国际空间站由加压舱和服务设施两部分构成,是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室,为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源,支持人在地球轨道长期驻留。它是载人航天的最高技术体现,也孕育了各个国家的各种航天载具,比如美国的航天飞机,龙飞船,天鹅座飞船,俄罗斯的进步号和联盟号飞船,欧盟的ATV飞船,日本的HTV飞船等。
  现在介绍完了国际空间站的发展,中国作为科技强国,怎么能不关注载人航天工程呢?是的,中国并没有落后,而是紧跟科技潮流,开始了我们中国自己的空间站建设道路!!!
  中国空间站的发展历程
  1992年9月,中央决策实施载人航天工程,并确定了我国载人航天“三步走”发展战略:
  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,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术,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。
天宫一号
  天宫一号(Tiangong-1),为中国载人航天工程发射第一个目标飞行器,是中国第一个空间实验室,于2011年9月29日发射升空。 
  天宫一号的主要任务有以下四点:天宫一号目标飞行器作为交会对接的目标,与神舟八号配合完成空间交会对接飞行试验;保障航天员在轨短期驻留期间的生活和工作,保证航天员安全;开展空间应用(包括空间环境和空间物理探测等)、空间科学实验、航天医学实验和空间站技术实验;初步建立短期载人、长期无人独立可靠运行的空间实验平台,为建造空间站积累经验。
  天宫一号的关键技术为“空间交会对接”;该技术是追踪飞行器和目标飞行器在预定的空间轨道交会,并在结构上连成一体的过程,先后与神舟八号、神舟九号和神舟十号飞船完成多次空间交会对接,为中国载人航天发展作出了重大贡献。
  天宫一号的发射可以说是我国航天的一次重大发展,这是综合国力的体现。这是中国建立空间站的第一步,也是最重要的一步,中国正一步步走向航天大国!
 
  天宫二号
  天宫二号(Tiangong-2),为中国载人航天工程发射第二个目标飞行器,是中国首个具备补加功能的载人航天科学实验空间实验室,承担着验证空间站相关技术的重要使命,是中国第一个真正意义上的太空实验室。
  天宫二号采用实验舱和资源舱两舱构型,为满足中期驻留需要,对载人宜居环境进行了重大改善,具备支持2名航天员在轨工作、生活30天的能力。
  发射天宫二号的主要目的是:接受神舟十一号载人飞船的访问,完成航天员中期驻留;考核面向长期飞行的乘员生活、健康和工作保障等相关技术;接受天舟一号货运飞船的访问,考核验证推进剂在轨补加技术;开展航天医学、空间科学实验和空间应用技术,以及在轨维修和空间站技术验证等试验,为建立天宫空间站做最后的准备和测试。
  发射天宫二号是全面完成空间实验室阶段任务的关键之战,将为中国后续空间站建造和运营奠定坚实基础!
中国“天宫二号”
  
天宫空间站
  中国空间站由天和核心舱、实验舱梦天、实验舱问天、神舟载人飞船和天舟货运飞船五个模块组成。各飞行器既是独立的飞行器,又可以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,完成空间站的各项任务。
  空间站的核心舱命名为“天和”,是中国空间站的管理和控制中心,可支持3名航天员长期在轨驻留,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。
  问天实验舱轴向全长17.9米(相当于6层楼房高度),这一长度超越了国际空间站的任意舱段,比之天和一号核心舱16.6米的轴向长度还要长1.3米,该舱段与梦天实验舱同为当今世界轴向长度最长的单体载人航天器。
  问天实验舱末端短桁架是一个非常巧妙的设计,同时利用问天舱与梦天舱对置布局形成的近40米横向跨度,起到类似国际空间站桁架结构的作用,有效化解了太阳翼相互遮挡的难题。短桁架末端还可以用于核心舱太阳翼的转位安装,从而最大限度提高天宫空间站太阳翼整体受晒率,进而提高空间站整站三舱的发供电能力。
  2021年10月16日6时56分,神舟十三号载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接。航天员翟志刚、王亚平、叶光富进驻天和核心舱,中国空间站开启有人长期驻留时代。
中国天宫空间

未来计划
  2022年空间站建好后,将随即投入正常运营,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作出贡献。
  中国空间站建设将用与时代同步的技术,建造有中国特色、时代特征的空间站。中国的空间站也将为全球科学家提供科学研究和实验机会,满足最新最好的空间探索及空间资源利用等科研需要,使中国载人航天发展进入探索科学前沿、开发空间资源、造福人类社会的新阶段!