引言

 

 

      空间站（space station）是一种近地轨道长时间运行，可供多名航天员寻访、长期工作和生活的载人航天器，分为单一式和组合式两种，单一式空间站可由航天运载器一次发射入轨，组合式空间站则由航天运载器分批将组件送入轨道，在太空组装而成。1971年礼炮一号发射升空,空间站历经几代更迭,多个国家参与其中,今天我们一起回顾空间站的昨天、今天、明天。

 

 

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昨天：苏联的三代空间站

      前苏联是空间站的鼻祖，在七八十年代的研究成果甚至远超美国。礼炮1号空间站是人类首个空间站。礼炮系列在1971年到1985年间服役，期间一共发射了1至7号，分为民用的DOS（Durable Orbital Station）型和军用的Almaz型。礼炮2号、3号和5号空间站便属于军事用途的Almaz型。

 

 

      它的特点是单舱，仅有一个对接口，相应的缺点就是存储的货物较少，宇航员在里面的天数也少。为了克服这些缺点，苏联开始研制第二代空间站。

 

 

      它也是单舱，但有二个对接口，其中一个可以和载人飞船对接，另一个可以和货运飞船对接，进一步提高宇航员在空间站中的天数。礼炮6号、礼炮7号也在往实用方向变化，此时的苏联已经从原有的空间站验证向科学实验与应用相结合发展，因此礼炮7号完成了将近120次的科学实验。第二代空间站在进一步提高安全性和可靠性的同时，也延长了空间站寿命、扩展了应用的领域。

 

 

     “和平”号是世界第一个多舱式空间站，采用多舱结构与积木式搭建，这样不仅大大地扩展了航天员的活动空间，还具备了功能强、寿命长、使用范围广与工作效率高的表现。这样的改变同时也造成了供电严重不足以及天地往返运输能力低等缺陷，因此“和平号”空间站只服役了十五年就宣告退役。

 

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今天：国际空间站

      上世纪八九十年代，国际空间站的设想由美国总统里根首先提出的，经过近十余年的探索和多次重新设计，直到苏联解体、俄罗斯加盟，国际空间站才于1993年完成设计，开始实施。

 

 

      国际空间站是一个由六个国际主要太空机构联合推进的国际合作计划，参与该计划的共有16个国家或地区组织，是目前为止规模最大的一次国际合作的空间活动。

 

 

国际空间站的主要结构

      国际空间站总体设计采用桁架挂舱式结构，由两大部分立体交叉组合而成：一部分是以俄罗斯的多功能舱为基础，通过对接舱段及节点舱，与俄罗斯服务舱、实验舱、生命保障舱、美国实验舱、日本实验舱、欧空局的“哥伦布”轨道设施等对接，形成空间站的核心部分；另一部分是在美国的桁架结构上，装有加拿大的遥操作机械臂服务系统和空间站舱外设备，在桁架的两端安装四对大型太阳能电池帆板。这两大部分垂直交叉构成“龙骨架”，不仅加强了空间站的刚度，而且有利于各分系统和科学实验设备、仪器工作性能的正常发挥，有利于宇航员出舱装配与维修等。

 

 

国际空间站的主要构件

      国际空间站由下列部分组成：俄罗斯"进步－M45"、"联盟－TM23"、"进步－M－C01"飞船，俄罗斯的"晨星"号服务舱、"曙光"号工作舱，美国的"团结"号连接舱和"女神"号实验舱、俄"黎明"号小型实验舱等。空间站共有俄罗斯、美国、欧盟和日本发射的13个舱，重量400吨。

 

 

1、“曙光”号（Zarya）功能舱

      国际空间站的第一个组件，于1998年11月20日由俄罗斯“质子-Ｋ”火箭从拜科努尔航天发射场发射升空。“曙光”号是国际空间站的基础，能提供电源、推进、导航、通信、姿控、温控、充压的小气候环境等多种功能。

 

 

2、“星辰”号（Zvezda）服务舱
    国际空间站的核心，是航天员生活和工作的主要场所，“星辰”号服务舱由俄罗斯出资和建造，于2000年7月12日发射，7月26日与国际空间站联合体对接。“星辰”号长13米，重19吨，由3个密封舱组成。“星辰”号的发射使国际空间站具备了接待航天员居住和工作的基本条件。

 

 

3、“命运”号实验舱（Destiny）
    NASA的第一个永久性运作的在轨实验室，于2001年2月与国际空间站“团结”号节点舱顺利对接。“命运”号实验舱是美国进行微重力科学与研究的场所，包括材料加工、生命科学、生物医学实验、流体试验和地球科学。

 

 

4、“哥伦布”实验舱
    继美国“命运”号之后的第二个国际空间站实验舱，2008年2月7日发射，它由欧洲10个国家的40家公司共同参与制造，是欧空局最大的国际空间站项目。“哥伦布”实验舱装备有多种实验设备，能开展细胞生物学、外空生物学、流体和材料科学、人类生理学、天文学和基础物理学等多方面的实验，其使用寿命至少10年。美国东部时间11日16时44分，美国宇航员雷克斯•瓦尔海姆和斯坦•洛文在经历约8个小时的太空行走后，终于成功地将重达10“哥伦布”实验舱安置到国际空间站上。

 

 

5、“希望”号实验舱
    “希望”号实验舱是日本有史以来第一座连接到空间站上的载人太空舱，也是国际太空站上最大的舱组，最多可容纳4人。它由舱内保管室、舱内实验室、舱外实验平台、舱外集装架、机械臂和通信系统6大部分组成。其中舱内实验室的机械臂是一个负责精细化实验操作的小臂。

 

 

6、加拿大机械臂
    加拿大机械臂早在1981年的STS-2任务中就正式登场，航天飞机曾在50多次飞行任务使用加拿大机械臂，其中尤其著名的就是国际空间站上的空间站遥控机械臂系统(SSRMS)。SSRMS又称加拿大机械臂二，在通过航天飞机部署到国际空间站后，在空间站的建设、维护、补给和使用的过程中发挥了不可缺少的作用，加拿大航天局也因此获得了国际空间站3%的使用权。

 

 

国际空间站上的生活与工作
    在太空中生活总有一些不一样的体验，比如空间站的失重环境可能对宇航员的健康造成影响，发生肌肉和骨质的长期退化等等。针对这类问题，国际空间站也有预案配备了一系列设备，包括模拟重力训练来锻炼肌肉的设备，还有跑步机。“星辰号”中有氧气过滤装置、先进的通信系统、睡眠区、卫生间以及健身设备，还有用于调整轨道的引擎。“命运号”的载荷架可以被重新配置以用于进行新的实验，它最著名的特点是设有一个51厘米宽的纯光学窗，通过这个窗口，空间站的宇航员已经拍摄到了许多极具科研价值的地球的照片。穹顶舱（Cupola）在这一观测舱中可以用360度的视角看地球，同时也可以透过80厘米宽的主窗看到地球，这是人造宇宙飞船中用过的最大的窗户了。宇航员可以在穹顶舱内检查空间站外部进行的工作，同时观察对接飞船的到达和脱离。

 

 

国际空间站的3D打印技术
    2014年11月17日，美国国家航空航天局宣布其已在国家空间站成功安装世界首台零重力3D打印机，以帮助宇航员在微重力环境中进行增材制造试验。零重力3D打印机于2014年9月搭载SpaceX公司的“龙”载运太空舱发射升空，现在被安装在国际空间站在轨实验室的微重力科学手套箱(MSG)内。宇航员花费了一整天时间安装和校准3D打印机，未来宇航员可实现自给自足。在太空制造公司和美国国家航空航天局地面保障团队的帮助下，宇航员实现了开机并完成了对关键系统的检查以确保软、硬件工作正常。

 

 

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明天：中国空间站工程

    2010年9月25日，中国空间站工程被正式批准实施。主要任务是，在2020年前后，建成和运营近地载人空间站，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。

 

 

中国未来的空间站
    中国空间站工程分为空间实验室和空间站两个阶段，其中空间实验室已于2016-2018年间基本完成，预计在2018-2020年间完成空间站。在计划中，空间站将建造三个舱段，空间站轨道高度为350-450公里，设计寿命为10年，长期驻留3人、轮换时最多6人，总重量可达90吨，以进行较大规模的空间应用。

 

 

1、核心舱
    命名为“天和”，是空间站的管理和控制中心，负责空间站组合体的统一管理和控制，支持实验舱、载人飞船、货运飞船等飞行器与其交会对接和在轨组装，具备接纳航天员长期访问和物资补给的能力，配置大型机械臂，具有气闸舱功能，支持开展航天医学和空间生命科学实验。

 

 

2、实验舱I
    命名为“问天”，主要任务是支持密封舱应用和舱外试验，备份核心舱部分平台功能，存放航天员消耗品、空间站备件和补给货物。气闸舱支持航天员出舱活动，配置小机械臂。

 

 

3、实验舱2
    命名为“梦天”，主要任务是支持密封舱内应用和舱外试验，配置货物专用气闸舱，在航天员和机械臂的配合下，支持载荷、设备自动进出舱。

 

 

4、乘员往返系统
    由神舟飞船和长征二号F运载火箭组成，主要用于航天员和部分物资往返空间站。每艘载人飞船可停靠空间站半年，在酒泉卫星发射中心发射。

 

 

5、货物运输系统
    由货运飞船和长征7号运载火箭组成，主要为空间站上行运输补给品，包括人员消耗品、推进剂，平台、载荷设备，下行销毁各种废弃物资，货物运输系统在海南发射场发射。

 

 

小结

    通过对于航天空间站的梳理，我们可以看到从苏联的三代空间站，到国际空间站，再到中国未来的空间站，航天人所历经的一代代困难与创新。希望大家从中不仅得到对已有知识的回顾，更希望那份对于未知事物的好奇之心、探索之心得以留存。

本文根据王燕老师7月21日穿越星际课程内容整理