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NO.1915-中國空間站

校稿：辜漢膺 / 編輯：養(yǎng)樂多

4月29日，伴隨著長征五號B運(yùn)載火箭的發(fā)射升空，中國空間站天和核心艙成功進(jìn)入預(yù)定軌道。中國天宮號空間站的在軌組裝建造工作，宣告全面展開。在今明兩年，中國預(yù)計通過11次航天發(fā)射，完成空間站的建設(shè)。屆時，中國宇航員將常駐太空。

中國載人航天工程進(jìn)入新的階段

中國航天員在太空的“旅游簽證”升級為“暫住證”

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近地軌道空間站誕生于上世紀(jì)70年代，是美蘇太空競賽的產(chǎn)物。由于空間站必須滿足人員常駐的條件，所以無論是建造還是維護(hù)，都需要大筆資金。所以在冷戰(zhàn)結(jié)束后，美俄等國通過合作共同建造國際空間站，并分擔(dān)空間站的費(fèi)用。

1973年，天空實驗室作為美國第一個空間站

搭載改良過的土星V運(yùn)載火箭升空

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那么，今天的中國人為什么要獨(dú)自建造自己的空間站呢？空間站的具體用途是什么，又會對未來的太空開發(fā)與國力競爭造成何種影響？

胖5出征

此次發(fā)射的地點(diǎn)位于海南文昌，這里有著中國最靠近赤道的發(fā)射場，這也是文昌航天發(fā)射場選址的主要原因之一。

它與中國另外三個衛(wèi)星發(fā)射中心相比，有著低緯度的天然優(yōu)勢。這是因為地球圍繞地軸作自轉(zhuǎn)運(yùn)動。雖然自轉(zhuǎn)的角速度全球相同，但是線速度隨著緯度的變化而不同。離赤道越近，自轉(zhuǎn)的線速度就越大，而南北極點(diǎn)的線速度則為0。

地球的自轉(zhuǎn)方向是自西向東

赤道線的速度約465.1 m/s

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由于地球自轉(zhuǎn)是自西向東的，如果在赤道向東發(fā)射火箭，還沒有起飛就已經(jīng)獲得了和赤道一樣的自轉(zhuǎn)線速度，極大地節(jié)省了火箭的能耗。

如此一來，文昌發(fā)射場的緯度為19°N，相比酒泉、太原、西昌都更節(jié)省燃料，也更適合重型運(yùn)載火箭。比如此次發(fā)射的長征五號B遙二運(yùn)載火箭，就屬于“重量級選手”。

緯度最低的一個▼

長征五號，以其粗大的外形特點(diǎn)使他獲得了“胖5”的稱號。中國現(xiàn)役火箭里面，像長征二號、長征三號系列，還有長征七號系列，都是3.35米直徑的，而長征五號的直徑是5米，最大起飛重量達(dá)到800余噸，最大起飛推力是1000余噸。是現(xiàn)役體型最大、力量最強(qiáng)的一型火箭。

長征五號采用了高達(dá)95%的新技術(shù)

是中國現(xiàn)役芯級直徑最粗、運(yùn)載能力最強(qiáng)的火箭

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由長征五號運(yùn)載火箭為基礎(chǔ)改進(jìn)研制而成的長征五號B，外觀尺寸還要更“矮胖”一點(diǎn)。矮是因為它采用了一級半構(gòu)型，也就是芯一級+助推器+整流罩，高度為53.7米。而兩級半構(gòu)型（芯一級+助推器+芯二級+整流罩）的長征五號高度為57米，矮了約3.3米。

此外長征五號B的整流罩長度達(dá)20.5米，是最大的整流罩。整流罩就是火箭頂端的那一層外殼，使航天器在發(fā)射過程中得以避開劇烈的空氣摩擦帶來的高溫。整流罩的尺寸越大，就越能裝載更大的航天器。

通俗來說，也就是大家看到的火箭頭的外殼部分

里面裝載著要送入太空的航天器

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這兩型火箭雖然同屬長征五號系列，但它們在設(shè)計、用途等方面都有很多不同。長征五號B與俄羅斯“質(zhì)子-M”，美國“獵鷹-9號”、“德爾塔IV”，歐洲“阿麗亞娜-5”等火箭的運(yùn)載能力相當(dāng)。這項技術(shù)的成熟，使得中國大型運(yùn)載火箭的技術(shù)進(jìn)入世界第一梯隊。

重型運(yùn)載火箭是探索太空的基礎(chǔ)

長五B的多次成功發(fā)射也使中國躋身航天強(qiáng)國之列

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目前長征五號B，主要承擔(dān)我國空間站艙段等重大航天發(fā)射任務(wù)。比如此次的中國空間站天和核心艙的發(fā)射，這標(biāo)志著我國載人航天又一個里程碑時刻。

太空實驗室

此次發(fā)射之所以如此重要，就是因為其搭載的中國空間站天和核心艙，是中國空間站的關(guān)鍵所在。如果空間站是一套住宅，那么天和核心艙就是客廳。

不管從字面意義上，還是功能意義上，核心艙都是中國空間站最重要的一個艙段。它承擔(dān)著空間站的整體控制、能源、管理等關(guān)鍵功能，由于核心艙進(jìn)入軌道之后，后續(xù)在軌長期駐留的航天員，要在核心艙開展一系列技術(shù)驗證和科學(xué)實驗工作。所以核心艙是航天員的一個家，也是他們的工作場所。

發(fā)射之前的天和號核心艙

艙體由三個部分組成：可居住的生活區(qū)

不可居住的服務(wù)區(qū)和一個對接中心

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人類建設(shè)空間站的目的，就是能做一些在地球上做不了的事情。雖然地球引力可以讓我們腳踏實地；磁場和大氣層可以讓我們免受宇宙輻射威脅。但這種保護(hù)，某種意義上也是阻礙，正如俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基說過：“地球是人類的搖籃，但是人類不能永遠(yuǎn)生活在搖籃里?！?/p>

在地球的保護(hù)之下，人類被束縛住了手腳，有很多科學(xué)實驗是無法完成的。在觀測宇宙方面，大氣層相當(dāng)于一層濾鏡，許多天體是我們在地面上無法觀測到的。而在空間站當(dāng)中，可以用太空望遠(yuǎn)鏡，比如說巡天號的光學(xué)艙（與中國空間站共軌飛行的巡天倉，可以和空間站對接），來對宇宙進(jìn)行更精確、更清晰的觀察。

最著名的太空望遠(yuǎn)鏡就是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡了

在太空看宇宙是人類研究宇宙的一個必要視角

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哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的著名影像“創(chuàng)生之柱”

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在材料合成方面，空間站的建設(shè)也有著重要意義。受限于重力，地球上很多金屬材料無法融合在一起做成合金。比如鉛，其質(zhì)量大于絕大多數(shù)常見金屬。如果將鉛與其它金屬一起熔鑄，鉛就會因為重力原因而沉到底下。就如同水和油一樣，總是油浮在上面，水沉在下面。

而在太空中就不存在這樣的問題，處于失重狀態(tài)的空間站有條件把地面上無法相融的金屬加熱之后在太空當(dāng)中合成到一起，進(jìn)而制造出很多新型合金。美國在其航天器上，加工出了鋁鉛、銩鍺、鉛鋅、鋁銅等合金。太空合金所具備的強(qiáng)度、抗疲勞程度、導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率等性能都比地面上加工出來的材料要高得多。我們可以展望，如果這些新型材料能夠大量生產(chǎn)，將會給人們的日常生活帶來何種改變。

在國際空間站外部進(jìn)行的材料實驗

是一項關(guān)于不同材料暴露在太空環(huán)境中的信息收集實驗

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此外，空間站中可以生成新的蛋白質(zhì)和材料。在失重環(huán)境下，蛋白質(zhì)晶體的生長效果比在地面上更好?？茖W(xué)家可以通過合成這種新型蛋白質(zhì)研發(fā)新藥，也可以對很多疑難雜癥的致病機(jī)理進(jìn)行更通透的了解。

還可以試著種白菜

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建造空間站并不僅僅為了探索太空，也可以探索我們?nèi)祟愖陨怼：教靻T長期處在太空環(huán)境下，可以讓我們了解人體在太空飛行過程中的問題，比如說骨鈣的流失、心理問題等等。所以，空間站可以作為以后進(jìn)行深空載人探索的實驗基地。

對于人體在太空中的健康研究也是太空移民的基礎(chǔ)

若人類只能是地球的過客

那太空移民計劃似乎是物種延續(xù)的一個方向

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唯一的天宮

從空間站的設(shè)想到實際建設(shè)，中國人一直都無緣參與。1869年，美國作家愛德華·希爾在其科幻作品《磚砌的月亮》中，最早描繪了空間站的概念。后來，蘇聯(lián)科學(xué)家齊奧爾科夫斯基以及歐洲火箭之父赫爾曼·奧伯特提出了空間站的理論設(shè)想。1971年，蘇聯(lián)“禮炮一號”發(fā)射升空，是人類歷史上第一座空間站。

作為人類航天的先行者

禮炮一號的命運(yùn)也頗為坎坷

僅運(yùn)行了175天就化為碎片散落于太空

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此后的一段時間，美蘇（或者說美俄）幾乎壟斷了航天技術(shù)。如今，地球上空的人造衛(wèi)星有8成都屬于美國或俄羅斯。始建于1998年的國際空間站，其核心技術(shù)與材料也都出自美俄兩國。

國際空間站是以美俄為主導(dǎo)

日本，加拿大及歐洲空間局為簇?fù)碚叩娜祟惖诰艂€空間站

執(zhí)行的太空計劃幾乎也都是以美俄為主

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直到今天，中國航天人才迎頭趕上。從2011年9月“天宮一號”發(fā)射升空，到天和核心艙歸位，中國航天已經(jīng)取得了全球矚目的成就。當(dāng)天宮號建成后，我們可以自豪地仰望天宇，近地軌道中僅有的兩個空間站，一個是國際空間站，另一個則獨(dú)屬中國。

由于國際空間站已經(jīng)接近其使用壽命，有人認(rèn)為，到了2024年，也許中國的空間站將成為世界上唯一的近地軌道空間站。屆時，許多國家都不得不與中國進(jìn)行合作，來完成他們的的太空實驗和宇宙觀測工作。

美國頒布法令將國際空間站的運(yùn)行期限延長至2030年

也是擔(dān)心美國航天在低地球軌道上存在空白期

但縫縫補(bǔ)補(bǔ)的高齡空間站仍舊存在很大不確定性

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這個說法是否會成為現(xiàn)實，現(xiàn)在還很難下一個定論。國際空間站雖然已經(jīng)接近使用年限，但據(jù)一位不愿透露姓名的俄羅斯科學(xué)家稱，它還可以延長壽命到2028年。因為在設(shè)計之初，俄羅斯科學(xué)家們就設(shè)計了延長其使用年限的方法。

另一方面，俄羅斯和美國都提出過自行建造空間站的計劃。如果這些項目都能穩(wěn)步推行，那么未來將會有4個載人空間站同時運(yùn)行。

美國計劃2024年在月球軌道建造空間站

作為阿爾忒彌斯計劃的一部分

目標(biāo)是重返月球并登陸火星！

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不過，空間站的建設(shè)談何容易。俄羅斯建造空間站確實有經(jīng)驗，但資金是個大問題。美國方面，是否還愿意一邊投資維護(hù)國際空間站，一邊建造自己的空間站，同樣是個問題。如果兩頭兼顧，勢必耗費(fèi)更多資金。

所以在很大概率上，中國的空間站將會在較長一段時間內(nèi)，成為人類太空探索事業(yè)的一件重器。

期待從天宮空間站傳回的宇宙影像

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參考文獻(xiàn)：

1.http://live.baidu.com/m/media/pclive/pchome/live.html?room_id=4384795059&source=search

2.《中國空間站將成為唯一的人類空間站嗎？》環(huán)球網(wǎng)

3.https://infogalactic.com/info/Space_station

4.https://infogalactic.com/info/Tiangong_program

5.http://www.xinhuanet.com/politics/2021-04/29/c_1127391037.htm

*本文內(nèi)容為作者提供，不代表地球知識局立場

封面：NASA