中国空间站：自主可控的“太空母港”

宗禾

长征五号B遥二运载火箭搭载中国空间站天和核心舱的发射升空，标志着中国空间站建造进入全面实施阶段，“太空之家”的梦想正在成為现实。

按照空间站建造任务规划，2021和2022年我国将接续实施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。那么，中国空间站究竟长什么样，与国际空间站有何不同……追随着天和核心舱的步伐，本文为你揭开中国空间站的十个秘密。

一问：中国空间站长什么样

简单来说，中国空间站以天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱三舱为基本构型。

核心舱顾名思义就是空间站的核心了。作为空间站组合体控制和管理主份舱段，“天和”具备交会对接、转位与停泊、乘组长期驻留、航天员出舱、保障空间科学实验能力;“问天”和“梦天”均作为支持大规模舱内外空间科学实验和技术试验载荷支持舱段。同时，“问天”还作为组合体控制和管理备份舱段，具备出舱活动能力，“梦天”具备载荷自动进出舱能力。

中国空间站三舱飞行器依次发射成功后，将在轨通过交会对接和转位，形成“T”形组合体，长期在轨运行。

二问：中国空间站有什么用

空间站的主要定位就是国家未来的空间实验室，主要是为了解决人类长期在空间飞行的关键技术。前期，利用天宫一号、二号空间实验室，已经解决了航天员在太空的中短期驻留技术，但是长期驻留的技术还有很多问题需要解决。

同时，开展空间站工程将从国家全产业链角度，极大地引领和带动包括空间科学、生命科学等多种前沿学科和原材料、元器件、智能制造等多领域先进技术发展，前景不可限量。特别是，空间站作为长期在轨运行的“太空母港”，其天然的高真空、微重力、超洁净环境也可以充分用于开展各类科学技术研究，推动科技进步。因此，空间站工程将产生巨大经济效益和社会效益，是衡量一个国家经济、科技和综合国力的重要标志。

三问：与国际空间站有何不同

国际空间站是目前在轨运行最大的空间平台，规模大约有423吨，由美国、俄罗斯、加拿大、日本等16国联合，先后经历12年建造完成。

中国空间站由一个核心舱和两个实验舱组成，总体重量约70吨。不搞像国际空间站那么大规模的空间站，这样的建设思路综合考虑了我国当前需求和耗费等因素，符合中国国情。可以说，规模适度、留有发展空间的思路，既可以满足重大科学研究项目的需要，又同时具备扩展和支持来往飞行器对接的能力。如果需要，中国空间站未来可以扩展到180吨级。

中国空间站由我国自主建造，实现了产品全部国产化，部组件全部国产化，原材料全部国产化，关键核心元器件100%自主可控。

四问：中国空间站建设分几步

中国空间站任务分为关键技术验证、组装建造和运营三个阶段，目前正处于关键技术验证阶段。

在这个阶段，将发射天和核心舱和2艘载人飞船、2艘货运飞船，在轨验证7大关键技术：空间站推进剂补加、再生生命保障、柔性太阳电池翼和驱动机构、大型柔性组合体控制、组装建造、舱外操作、在轨维修，为实施空间站组装建造和长期运营任务奠定坚实基础。后续，将通过发射2艘货运飞船、2艘载人飞船以及“问天”和“梦天”2个实验舱，实现空间站的组建和运营。

五问：工程目标主要是什么

建造并运营中国空间站，首要的是突破、掌握和发展大型复杂航天器的在轨组装与建造、长期安全可靠飞行、运营管理和维护技术，提升国家航天技术水平，带动相关领域和行业的科技进步。

同时，要突破、掌握和发展近地空间长期载人航天飞行技术，解决近地轨道长期载人航天飞行的主要医学问题，实现航天员长期在轨健康生活和有效工作。

此外，通过建成国家太空实验室，发展具有国际先进水平的空间科学与应用能力，开展多领域空间科学实验和技术试验、空间应用，以及科普教育，获取具有重大科学价值的研究成果和重大战略意义的应用成果。

当然，我们也要通过空间站建设为人类和平开发和利用空间资源作出积极贡献。

六问：空间站寿命几何

如同汽车，在使用一定年限和里程后要报废一样，空间站也没有永久寿命。

中国空间站设计在轨飞行10年，具备延寿到15年的能力。空间站在太空中安家后，将面对来自宇宙的各种威胁和挑战，比如，原子氧、紫外辐照、真空、温度交变、空间碎片以及微重力等，这些危险元素可能会造成空间站的材料性能衰退，或者诱发故障，从而制约舱外电缆、表面涂层、光学镜头等产品和设备的使用寿命。

为了保证空间站在轨不小于15年的长寿命要求，相关人员从设计伊始，就开展了长寿命、可靠性、维修性、安全性一体化设计。具体来讲，就是以系统和产品的长寿命和固有可靠性设计为基础，配合开展系统和产品在轨故障诊断、处置预案设计、维修性设计，以实现长寿命、可靠性的既定目标。

七问：空间站内部环境如何

空间站建成后，将成为中国的太空家园，可支持3名航天员长期驻留，6人短期驻留。满足这样的要求，首先空间要大，天和核心舱和两个实验舱完成拼接后，整体空间高达110立方米，设置了3个航天员睡眠区。而此前，天宫一号、二号的空间仅为15立方米，要想美美地睡一觉都是很奢侈的。

不仅空间大，空间站还具有“自我造血”能力。以前航天员生存所必需的水和氧气由航天器直接送入太空，而空间站通过设计完整的可再生生命保障系统，航天员呼出的水蒸气会通过冷凝水方式回收，排泄的尿液也会回收净化，重新作为饮用水和生活用水使用。同时，电解制氧时产生的氢气与航天员呼出的二氧化碳，将通过化学反应生成氧气，航天员们可以放心大胆地大口呼吸。同时，在这里声光风暖随心调，餐饮娱乐都不愁，要是闷了，还能随时通过手机和家人聊聊天。

八问：装备哪些科学仪器

空间站既是航天员的“太空之家”，也是科学研究的“太空实验室”。一流的太空实验平台，将为科学家们取得世界级的重大突破提供有力保障。

然而，空间站资源十分宝贵，经过科学且慎重的遴选，空间站上将搭载安装包括生物学、材料科学、基础物理、微重力、流体等类别相关的科学研究实验设施。包括与空间站共轨飞行的巡天望远镜在内，空间站规划部署了密封舱内的10多个科学实验柜、舱外暴露实验平台。这些科学实验柜，每一个都可看成是一个小型的太空实验室，支持一个或多个方向的空间科学与应用研究。

九问：空间站如何获取能源

家的正常运营离不开电，“太空家园”同样需要“太空电站”。

太空中唯一的能量来源就是太阳的能量。在天和核心舱上，配有两对大面积的太阳电池翼，单翼面积可达到67平方米。其在光照区将太阳能转化为电能，供整舱应用，同时为蓄电池储存能量，备阴影区使用。这两组太阳电池翼在初期发电能力超过18000瓦，远远超过了国内之前任何一个航天器。

当空间站运行到太阳无法照射的阴影区时，由锂离子蓄电池为整个舱体供电。空间站核心舱共有6组锂离子蓄电池，每组有66个单体电池。

十问：一旦出现故障怎么办

中国空间站要在轨运行10多年，将在太空轨道上为航天员和科学家提供开展太空科研的工作环境，同时承接載人飞船和货运飞船等多种空间飞行器的对接停靠任务。如同我们居住的房子，在外界物理、化学因素的作用下，会发生有形的磨损，家中的各种电子设备，也会随着时间的流逝需要适时开展维护与更换。

因此，空间站一旦出现故障，就要靠航天员在轨维修了。这又分为舱内在轨维修与舱外在轨维修。舱内在轨维修，需要航天员在飘浮的状态下裸手对故障产品进行更换操作，重点在于防止操作错误和机械安全性。最难的是舱外维修，航天员需要走出空间站，漫步在太空中，身着特殊的航天服，就如传染科的医生穿着隔离服一样。而航天服内充满着一定的压力，该压力在保证航天员的生命安全的同时，给操作的动作带来不小的难度。

航天员在舱外维修的任何动作，从动指尖到抬手臂，都需要在克服该内压的情况下完成，其难度类似于打着石膏的双手戴上厚重的手套修理汽车发动机。不过，可以放心的是，所有可能出现的故障，航天员们都已在平时的模拟环境中进行过“实操”了。

（湘琦摘自《科学之友》2021年第6期）