“天和”入星海，待君驻九天

吕默默

空间站到底是个啥

在中国古代的神话传说中，神仙们都住在九天之上，也就是我们现在说的太空之中。那么，这些神仙呼吸氧气吗？吃的食物从哪里来？水又来自何处呢？在古代神话中，这些细节要么归结于“仙法”，要么就压根儿忽略不提了。如果以现代科学来“解读”，其实神仙们所居住的“宫殿”就算得上一种原始的“空间站”，有基本的生命维持系统，可以长期驻留。

真正科学意义上的空间站设想形成于20世纪初。1903年，俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基在其著作《利用反作用力设施探索宇宙空间》中提出了“空间站”的概念。按照他的设想，应该在接近地球的环境中，建造一个可以自主供给能源、有生命保障系统的空间站，满足航天员最基本的生存条件，可以让他们在那里长期驻留。

因为受到科技水平的制約，一直到1971年，人类第一个空间站才顺利升空，这就是苏联发射的“礼炮1号”。但当时发射的空间站还不是康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基所设想的模样，至少不能满足能源自主，水的来源也是问题。1973年，美国发射“天空实验室”空间站，甚至饮水都是自带的，用完就没了，不能循环利用。

按照现代的空间站标准，早期的空间站都不合格。那么，一个合格的空间站应该满足哪些条件呢？

首先，空间站必须环绕在地球的轨道之上。如果人类走向更遥远的宇宙，空间站还必须有能力环绕其他星球，例如环绕火星、环绕月球。

其次，空间站的空间必须足够大，需要至少两次或者更多次的火箭发射，在太空轨道上最终完成组装。

再次，空间站必须能长期使用。除了可以替换零件，还需要能停靠和对接新的货运飞船、载人飞船，进行物资补给和人员更替。

最后，空间站必须具备满足人员长时间驻留需求的系统。空间站内需要各种维持生存环境的系统，保证氧气充足、气压足够，拥有合适的防护层防止宇宙辐射伤害，等等。

随着科技的发展，现代空间站还承担着重要的实验和探索任务，真正成为人类在太空进行探索、学习和实验的重要基地。这次发射的“天和”核心舱就是即将建成的中国现代空间站的主要部分之一，技术先进，各项设计和标准已经达到世界一流水平。

空间站都能干点啥

往天上发射空间站之后总要干点啥，科学家的目的肯定不会像传说中的神仙那样来修炼各种仙丹。那么，空间站都有什么本领呢？

★空间实验室显神通

地球上有很多设施先进的著名实验室，为啥还要去太空做实验呢？因为在距离地球表面400千米左右的位置，地心引力已经很微弱，几乎处于失重状态，这就给很多科学实验带来了难得的机会。例如，在地面进行铅和多金属的合金冶炼时，因为铅比较重，容易沉入金属溶液的下层，无法形成有效的材料。但在空间站的实验室中，这事儿就很容易解决了，可以让这些金属完美地融合在一起，形成导电性能、抗疲劳度、导热性能更好的合金。

空间实验室还可以在生物和制药方面大显身手。在几乎失重的状态下，形成的蛋白质晶体效果也要比地面上的效果好。这对于科学家在生物学上的研究有重要推动作用，也可以用于研发新药，同时可以帮助科学家更深入地了解一些疑难杂症的致病机制。

中国在建的空间站可进行物质科学、宇宙空间科学、生命科学等各种实验，这些功能随着“天和”核心舱发射、入轨成功，在空间站建成后将逐渐实现。

★飞向深空的前哨站

早在康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出空间站的概念之初，空间站除了科研之外的一项重要作用，就是作为人类飞向深空的中转站、前哨站。

在太空中近乎失重的状态下，航天员的生理和心理上都会受到冲击。长时间进入太空的人，因为身体上的不适应，加上空间狭小，缺乏运动，在昼夜不分明的状态下极有可能精神崩溃。这还仅仅是距离地面400千米左右的高度，可以说是在家门口，还不算出远门。如果我们的目标是更遥远的深空探索，就必须适应这种状态。

即使在今天，空间站仍然是唯一的可以长期供航天员进行工作和实验的航天器，所以想要搞清楚人类长时间驻留太空会受到哪些影响，也只有在这里做测试和研究了。

此外，空间站还可以测试未来可能用于太空探索的各类技术、设备和飞船。例如解决航天员喝水问题的ECLSS系统，这是一种可以收集各种使用过的水甚至包括航天员的尿液并进行过滤、净化的系统，科学家希望这一系统将来可以用在火星的实验基地中。

空间站还能成为探索建造更大型飞船的实验模型，如若我们要飞向更遥远的星辰，肯定需要建造更大的宇宙飞船。现代空间站这种搭积木式的建造方式，可以为建造更大、更合理的宇宙飞船提供经验。

人类如果想飞往更遥远的深空，空间站必然是这趟旅途的前哨站。

与“天和”共舞九天

早在1992年，中国载人航天就已经确立了“三步走”的战略：第一步是发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程，开展空间应用实验;第二步是突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术，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;第三步是建造空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。这次发射的“天和”核心舱就是属于第三步。

目前，在地球轨道上还有一个国际空间站，我们的空间站与之相比如何呢？

国际空间站总重大约是420吨，我国的空间站一期工程则是百吨级。别急，吨位的确是有差距，但国际空间站是多国合力建造，各个国家都打着自己的算盘，各有各的“地盘”，有着多处重复建设。国际空间站420吨的规模中，供航天员工作、生活的舱段只有180吨，其他几乎都是重复建设的设施。在这180吨的舱段之中，真正用于科研的舱段只有3个，分别是“命运号”实验舱、“哥伦布”实验舱和“希望号”实验舱，加起来并不大，也都没超过20吨的规模。其中安装的实验机柜，美国、日本这一侧有23个，俄罗斯有8个。反观中国“天宫”空间站，一期建成之后就可以安装23个机柜。因此，我国的空间站利用率更高。

说起空间大小，就不得不说一说“天和”核心舱打破的两项世界纪录。“天和”核心舱长度达到16.6米，最大直径为4.2米，总质量达22.5吨，是当前体积最大、质量最大的单模块空间站舱段，内部总空间达到50立方米，简直是一个超大的“客厅”。

我们的“客厅”不仅仅是空间大，功能也很强。国际空间站上有几节骨干舱段，例如负责储存燃料的“曙光號”核心舱，负责生命保障、轨道控制和指导功能的“星辰号”服务舱，再加上连接其他舱段的“团结号”节点舱，构成了国际空间站上的主要舱段，加起来的质量超过50吨。与之相比，“天宫”空间站一个20吨级的“天和”核心舱，就满足了国际空间站上述三大舱段的功能需求。从外形来看，“天和”核心舱分为“大柱段”与“小柱段”两部分;以功能分区，则分为资源舱、生活控制舱、节点舱三部分。

以上还仅仅是“天和”核心舱这一个舱室，之后我们还会建造2个20吨的大型实验舱，分别是“问天号”实验舱Ⅰ与“梦天号”实验舱Ⅱ，它们是“天宫”空间站23个科研机柜的主要布放场所。“问天号”实验舱Ⅰ还配置了供航天员实施出舱作业的专用气闸舱，这个舱室将于2022年正式发射。

在早期的设计方案中，“梦天号”实验舱Ⅱ配置了一台大口径的巡天望远镜，后来考虑到光学设施特殊的工作环境和镜头调整，在最终的设计方案中，把大口径巡天望远镜设计成了与“天宫”空间站在同一轨道飞行的巡天光学舱。这是一个单独的舱室，既可以对接空间站，又可以独立运行。

巡天光学舱也是20吨级大型舱段，配置了2米口径离轴三反光学望远镜，可在宇宙加速膨胀、暗能量本质、暗物质属性、检验宇宙学模型、引力波源对应体、银河系三维结构、天体测量、恒星、黑洞、星系等领域展开观测研究工作。

光学部分独立出去了，那“梦天号”实验舱Ⅱ用来做什么呢？这里被设计成了“可展开式暴露实验平台”。在这个平台上，可以把实验物直接暴露在太空中进行实验，以获得更好的数据和实验结果。

有了以上精巧的设计和完善的设施，中国空间站将以曼妙的身姿在九天之上尽情舞动。

未来可期

在未来，无论是之后更遥远的深空探索，还是在火星轨道上建立环火星轨道空间站，现在已经发射的“天和”核心舱，无疑是我们的太空梦实现的第一步，也是最关键的一步。

往小了说，由于国际空间站已经进入高龄，有科学家认为，到了2024年，也许中国空间站将成为世界上唯一的近地轨道空间站。到那时，中国空间站将是世界各国进行太空研究的第一选择。中国空间站已经开始向联合国所有成员国开放，这在人类航天史上还是第一次。当前已有来自17个国家的9个科研项目成功入选“天宫”空间站首批合作清单，我们免费提供这些科研项目的上行运输服务，并提供在轨空间实验场所。

往大了说，建造空间站并不是单一去进行科学实验，还可以为人类飞往更遥远的太空、拥抱宇宙做好准备。