星际“移民梦”因空间站技术不再遥远

李宇飞

在前不久召开的第十二届中国国际航空航天博览会上，中国空间站核心舱首次以l：l实物形式公开展示，再次引发了民众对空间站技术的热情。

事实上，自人类历史上首个空间站——苏联的“礼炮l号”于1971年成功发射升空算起，空间站已经在人类的历史中存在了近50个年头，期间，空间站技术经历了一系列的演进……

俄罗斯三代空间站技术

空间站是一种在太空长时间运行、可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。

空间站概念最早可以追溯到1869年，当年的《大西洋月刊》刊登了一篇关于“用砖搭建的月球”的文章。至于现代实际可行的空间站，则要归功于苏联的推动。

美国于1969年抢先登陆月球之后，苏联感觉到在与美国的太空竞赛中处于落后位置。为了扭转颓势，苏联将空间站作为其航天的重点发展方向，借此验证长期在轨载人航天器的应用价值，并向世界展示其航天实力。苏联的空间站技术大致可以分为三代。

第一代空间站是“礼炮l号”到“礼炮5号”。这一代空间站属于初始探索阶段，只有一个对接口，一次只能与一艘飞船对接飞行。第一代空间站上携带的食品、氧气等储备都很有限，难以支持航天员在太空长期工作。

第一代空间站的另一个技术特点就是所处的轨道高度比较低，仅有200多千米，而且携带的推进剂也不充足，导致其在轨寿命并不长。

通过第一代5个试验性空间站的建造与运行，苏联为建造永久性空间站积累了大量的宝贵经验，同时也标志着载人航天已经从规模较小、飞行时间较短的载人飞船阶段，进入规模较大、运行时间较长的空间应用探索试验阶段。

第二代空间站为“礼炮6号”和“礼炮了号”。这一代空间站进一步提高了可靠性和安全性，还增加了一个对接接口，除了可以对接“联盟号”载人飞船外，还可以同时与“进步号”货运飞船对接，用于补给航天员的生活用品和各种试验设备。有了货运飞船的补给，航天员的一次在轨停留工作时间由数十天延长到了上百天。

这一代空间站通过轨道优化，将轨道高度提高到了350千米，轨道寿命大大延长，用于轨道维持的推进剂使用量也大大减少。

利用第二代空间站，苏联开展了大量的天文观测、地球资源调查、人体生物医学研究，以及晶体生长、金属熔炼等技术实验。特别值得一提的是，在“礼炮了号”空间站飞行期间，航天员们释放了两颗均重28千克的无线电通讯卫星。

第三代空间站为“和平号”空间站，其摆脱了以往简单的单模块构型，采用了多次发射对接形成的复杂模块组合式积木结构。

“和平号”空间站由6个经常在轨的模块对接组成，包括核心舱、“量子一号”天文物理舱、“量子二号”气闸舱、“晶体号”实验舱、“光谱号”遥感舱和“自然号”地球观测舱。

集大成者国际空间站

相对于苏联来说，美国进行的空间站技术探索较少，在国际空间站之前，仅发射了“天空实验室”空间站。

“天空实验室”是一个单模块结构的空间站，其主体是“土星5号”火箭的第3级箭体，并由“土星5号”运载火箭发射升空。这可以说是20世纪70年代美国“阿波罗”项目结束后，对剩余“土星5号”火箭的废物利用了。“天空实验室”先后接待了3批航天员，为美国积累了初步的空间站运营经验。

国际空间站的设想是1983年由美国总统里根首先提出的，经过10余年的探索和多次重新设计，直到苏联解体、俄罗斯加盟之后，国际空间站才于1993年完成设计，开始进入实施阶段。

国际空间站可以说是美俄空间站技术的集大成者。以美国、俄罗斯为首，加拿大、日本、巴西和欧空局等共16个国家和组织参与了国际空间站的研制。

国际空间站采用桁架挂舱式结构，即以桁架为基本结构，增压舱和其他各种服务设施挂靠在桁架上。桁架结构上装有加拿大的遥控操作机械臂和空间站舱外设备，桁架两端安装有4对大型太阳能电池帆板。桁架结构不仅加强了空间站的刚度，而且有利于电源等分系统和科学实验仪器设备工作性能的正常发挥，有利于航天员出舱装配与维修。

永不停歇的技术创新

随着时间进入新的世纪，越来越多关于空间站的创新计划和设想被提出和实施，进一步促进了空间站技术的发展。

我国的载人航天工程开始实施第三步的载人空间站建设。中国空间站初期将由3个舱段组成，包括1个核心舱和2个实验舱。

觀察此次珠海航展展出的“天和号”核心舱可以发现，该核心舱的前端设有2个对接口，用于接纳载人飞船的对接和停靠;后端设后向对接口，用于货运飞船的停靠补给。空间站上设气闸舱用于航天员出舱，配置机械臂用于辅助对接、补给、出舱和科学实验。

美国国家航空航天局近来也提出了月球轨道空间站计划。该空间站已经远离了近地轨道，利用这个月球轨道空间站，人类进入月球极地轨道只需要730米/秒的速度增量，耗时12小时左右，而保持轨道所需的速度增量每年小于10米/秒。同时，月球轨道空间站与地球的通信可以不受月球屏蔽干扰。月球轨道空间站可以说是支持进一步载人探月的绝佳之选。

未来，随着太空3D打印、机器人在轨组装等技术的不断进步和发展，空间站将会以崭新的面貌出现在人们面前。空间站技术的进步一定会支撑人类星际移民的梦想最终得以实现。