三问中国空间站：为何建？什么样？怎么建？
天宫，这个中国神话传说中天帝居住的宫殿，在21世纪第三个10年的中国，被赋予更多科学与梦想的色彩，再次出现在世人面前，摇身一变中国航天的新名片——天宫空间站，这是中国人自主建造的近地载人空间站。
2021年4月29日，椰风林语间，中国文昌航天发射场。伴随着发动机巨大的轰鸣声和耀目的蓝白色火焰，长征五号B遥二运载火箭成功将天和号送入高度340-450公里的近地轨道，这是中国空间站第一个，也是最重要的一个舱段——核心舱。至此，属于中国空间站的在轨组装建造大幕正式拉开，紧锣密鼓的载人航天大戏开始了。
天和核心舱之后，紧接着就是天舟二号货运飞船，再接着是神舟十二号载人飞船……按照规划，2021-2022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。
“说是两年时间，现在数还有不到20个月。”中国工程院院士、中国载人航天工程总设计师周建平在任务前夕接受中青报·中青网等媒体集体采访时说，“整个空间站建造任务可谓是高密度发射，充满大量挑战，也让人充满期待！”
天宫，已不再遥远。
为何要建造自己的空间站？
说起空间站，很多人最先想到的是国际空间站，这是目前在轨运行最大的空间平台，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。它的规模大约有400多吨，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。
中国航天科技集团五院空间站任务总设计师杨宏说，空间站作为长期在轨运行的“太空母港”，是人类历史上规模最大的航天器，可满足航天员长期在轨生活工作，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，推动科学技术进步。
“因此，空间站工程将产生巨大经济效益和社会效益，已经成为衡量一个国家经济、科技和综合国力的重要标志，受到各航天大国的高度重视。”杨宏说。
然而，国际空间站的合作大门，并未向中国敞开，我们走上了自主研制建造的道路。自上世纪90年代初，我国载人航天工程正式启动，采取“三步走”实施战略——
第一步是载人飞船阶段，在此期间完成了载人飞船的研制，实现了航天员天地往返等目标；
第二步是空间实验室阶段，在这一阶段，我国不仅掌握了出舱、交会对接技术，成功对航天员中期驻留太空进行了验证，还成功验证了推进剂在轨补加技术，完成了运送货物补给等任务；
第三步就是现在正在进行的空间站建设阶段，我国将建造长期有人照料的空间站。
那么，中国空间站和国际空间站有何不同？
中国航天科技集团五院空间站系统副总设计师柏林厚告诉记者，中国空间站是百吨量级的，在总体规模上不及国际空间站，这主要是在建设思路上按照符合中国国情，有所为、有所不为来考虑，综合当前需求和耗费等因素，不搞像国际空间站那么大规模的空间站，而是采用规模适度、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。
“简单来说，我们不求规模，但求效益。”柏林厚说，我国在空间站建设过程中始终追求技术进步，充分采用当代先进技术建造和运营空间站，全面掌握大型空间设施的建造和在轨操作能力；同时注重应用效益，在空间站应用领域将取得重大创新成果，追求运营经济性，走可持续发展的道路。
周建平说，中国空间站由我国自主建造，在轨设计寿命不小于10年，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。
“建成和运营近地载人空间站，将使我国成为独立掌握近地空间长期载人飞行技术，具备长期开展近地空间有人参与科学技术试验和综合开发利用太空资源能力的国家。”周建平说。
空间站要建成什么样？
有了中国空间站，就意味着中国人在太空有了一个“家”。
这个“家”的基本构型有3个舱段，一个核心舱，两个实验舱，核心舱居中，两个实验舱连接于两侧，整体呈T字构型，供航天员工作活动的空间可达110立方米。
中国航天科技集团五院空间站系统副总设计师朱光辰形象地比喻：如果说神舟飞船是一辆轿车，那么天宫一号和天宫二号相当于是一室一厅的房子，而中国空间站则像是三室两厅还带储藏间，算是“豪宅”了。
4月29日发射的核心舱，就是“豪宅”中最大的房间。
空间站天和核心舱示意图，图片来源：中国航天科技集团五院
朱光辰列举一组数据：核心舱全长16.6米，最大直径4.2米，发射质量22.5吨，可支持3名航天员长期在轨驻留，是我国目前最大的航天器。它既是空间站的管理和控制中心，也是航天员生活的主要场所，还能支持开展少量的空间科学实验和技术试验。
“核心舱是中国空间站最关键的舱段，之后所有的舱段都将以此为起点进行叠加，因此核心舱的位置也恰好位于空间站的核心部位。”中国航天科技集团五院空间站核心舱结构分系统主任设计师施丽铭打了个比方：核心舱好比是大树的树干，其他的舱段都会安装在它的接口上，如同大树的枝叶，不断向外延伸。
她告诉记者，核心舱的长度比五层楼房还要高，直径比火车和地铁的车厢还要宽不少，体积比国际空间站的任何一个舱位都大，航天员入驻后，活动空间非常宽敞。此外，核心舱的重量相当于三辆大客车的空重重量，同样也超过国际空间站的任何一个舱段。
当然，核心舱不仅活动空间大，也将给航天员提供更好的补给保障。
中国航天科技集团五院空间站系统总体主任设计师张昊说，此前我国航天员在轨飞行时间的最高纪录是33天，航天员生存所必需的水和氧气，由航天器直接送入太空。如今，为了让航天员实现更久的在轨停留，空间站设计了完整的可再生生命保障系统。
张昊说，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。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，这也能够降低氧气的补给需求。
此外，核心舱还负担了航天员初期驻留以及科研所需的全部物质条件，从居住区到科研区一应俱全：配置了工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区六个区域。这其中，就餐区配置了微波炉、冰箱、饮水机、折叠桌等家居，锻炼区配置了太空跑台、太空自行车、抗阻拉力器等健身器材，以满足航天员日常锻炼；此外，舱内情景照明可由手机应用软件控制。
图为空间站天和核心舱研制现场，图片来源：中国航天科技集团五院
至于两个实验舱，实验舱Ⅰ名为“问天”，其主要任务是开展舱内和舱外空间科学实验和技术试验，也是航天员的工作生活场所和应急避难场所。张昊说，实验舱Ⅰ配备了航天员出舱活动专用气闸舱，支持航天员出舱活动，配置了小型机械臂，可进行舱外载荷自动安装操作。
“实验舱Ⅰ有着核心舱部分关键平台功能，这意味着在需要的时候，它可以执行对空间站的整个管理和控制。”张昊说。
实验舱Ⅱ名为“梦天”，具备和实验舱Ⅰ类似的功能。实验舱Ⅱ还配置有货物专用气闸舱，在航天员和机械臂的辅助下，支持货物、载荷自动进出舱。
“空间站构型极其复杂，舱体多，不仅各个飞行器相当于一颗颗‘卫星’，而且各飞行器不同的组合，又变成了一个个新的航天器。”施丽铭说。比如，核心舱是一个独立的航天器，和神舟载人飞船对接后，它俩又变成了一个新的组合体，相当于一个新的“航天器”；同理，核心舱和天舟货运飞船对接组合后也是如此。
完成组装建造还需要几步？
4月29日，天和核心舱作为搭建我国空间站的第一块“积木”，率先落户于空间站核心位置，静候与“问天”及“梦天”两个实验舱交会对接，共同组建成T字型的天宫空间站。
周建平说，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，这个阶段，天和核心舱是第一次任务，随后还将发射2艘载人飞船、2艘货运飞船。
这其中，天舟货运飞船，是向中国空间站运送货物和推进剂等物资的使者，被亲切称为太空中的快递小哥。空间站建造过程中，每次发射载人飞船前，我国都将先行发射货运飞船，做到“兵马未动，粮草先行”。
此前，我国已经成功发射天舟一号。天和核心舱成功发射后不久，下一个执行任务的，就将是天舟二号货运飞船。
神舟载人飞船，人们已经比较熟悉了，这是我国自行研制的用于天地往返运输人员和物资的载人航天器。此前，我国已经发射11艘神舟飞船，先后将11名航天员共14人次送入太空。最近一次发射，是 2016年10月搭载航天员景海鹏和陈冬的神舟十一号。
接下来，天舟二号货运飞船和天和核心舱对接后，载有3名航天员的神舟十二号飞船，也将进入发射倒计时。中国航天时隔5 年，将送航天员重返太空。
天舟货运飞船飞向空间站示意图，图片来源：中国载人航天工程办公室
周建平说，在关键技术验证阶段，我国将在轨验证空间站推进剂补加、再生生保、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、在轨维修等7大关键技术，为实施空间站组装建造和长期运营任务奠定基础。
他以其中的机械臂技术为例：一名航天员在舱内操作机械臂，一名航天员在舱外太空行走。无论是舱段转位、大设备的移动，还是航天员自身的移动，都可以通过机械臂完成。
“空间站设计有两类机械臂，人机配合，让空间站建造维修成为可能。”周建平说。
据他透露，在这个阶段，航天员将开始实际参与建造空间站。比如，他们要多次进行复杂的出舱活动，这将成为一个常态。届时，航天员可以利用机械臂协同完成载荷的在轨安装、调试、升级等工作。
关键技术验证阶段结束后，空间站就将进入组装建造阶段。周建平说，届时，我国将发射“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。
“这将是一段非常辉煌的试验历程。11次任务的完成，将意味着中国空间站正式建成。”周建平说。
现在，天和核心舱已经就位，中国空间站有了第一块“积木”，我们期待第二块、第三块“积木”的早日到来。（中青报·中青网记者 邱晨辉）
来源：中国青年报客户端
