走出地球“第一站”

程亦之

“地球是人類(lèi)的搖籃，但人類(lèi)不會(huì)永遠(yuǎn)被束縛在搖籃里?！痹缭?00多年前，航天之父康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基就給人類(lèi)發(fā)展指明了方向。

而空間站對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，到底意味著什么？有人說(shuō)，空間站是人類(lèi)離開(kāi)搖籃、掙脫地球臍帶的起點(diǎn);有人說(shuō)，空間站是未來(lái)太空移民的實(shí)驗(yàn)場(chǎng);有人說(shuō)，空間站是人類(lèi)成為跨星際物種的第一站;也有人說(shuō)，空間站是美蘇太空競(jìng)賽的副產(chǎn)品。

每當(dāng)仰望太空，空間站都是一個(gè)不容忽視的存在，它是我們目前唯一可靠的太空家園。

禮炮空間站

蘇聯(lián)在贏得首發(fā)人造衛(wèi)星、首先載人航天的榮譽(yù)之后，卻輸在太空爭(zhēng)霸最高潮—登月競(jìng)賽上。眼睜睜看著美國(guó)一次次登月插旗，自家登月火箭卻屢屢爆炸，蘇聯(lián)只得切換賽道，搶占近地軌道空間站的先機(jī)。

“禮炮計(jì)劃”應(yīng)運(yùn)而生。在加加林成為首個(gè)“太空人”的十年后，即1971年，蘇聯(lián)發(fā)射了人類(lèi)史上首個(gè)空間站—禮炮1號(hào)。

盡管禮炮1號(hào)只在太空飛行了175天，便在太平洋上空再入大氣層燒毀;盡管三名宇航員再入返回時(shí)全部喪生;盡管對(duì)接首班飛船聯(lián)盟10號(hào)遭遇失敗，但這些不幸依然掩蓋不了人類(lèi)這次的創(chuàng)舉：三名宇航員刷新了當(dāng)時(shí)太空生活的最長(zhǎng)紀(jì)錄（23天）;禮炮1號(hào)成為后來(lái)蘇聯(lián)所有空間站的基本款。

禮炮2號(hào)空間站的屬性不再是科研，而是軍用。蘇聯(lián)解體后，解密檔案稱(chēng)之為“金剛石空間站”，這是蘇聯(lián)軍事偵察空間站計(jì)劃里的第一個(gè)，所以也叫“金剛石1號(hào)”。禮炮3號(hào)、禮炮5號(hào)也是軍事空間站。

禮炮5號(hào)之后，蘇聯(lián)軍方認(rèn)為，隨著更先進(jìn)間諜衛(wèi)星的出現(xiàn)，軍用空間站已經(jīng)不具備什么戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)，于是，軍用版空間站計(jì)劃徹底終止。

禮炮6號(hào)、禮炮7號(hào)屬于蘇聯(lián)第二代空間站，擁有兩個(gè)對(duì)接艙，可同時(shí)對(duì)接載人飛船和貨運(yùn)飛船。它們先后對(duì)接過(guò)12艘進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船、16艘聯(lián)盟號(hào)載人飛船，共接待16批33人次宇航員進(jìn)入，創(chuàng)下空間站最忙碌的紀(jì)錄。

無(wú)論規(guī)模，還是任務(wù)量，和平號(hào)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以往任何空間站。

《太空救援》劇照

當(dāng)最后一批宇航員撤離禮炮6號(hào)，一艘名為“宇宙1267號(hào)”的實(shí)驗(yàn)性后勤補(bǔ)給飛船進(jìn)入太空，順利實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)接。

禮炮7號(hào)既是禮炮系列的最后一個(gè)空間站，又是下一代空間站的開(kāi)路先鋒。這是一個(gè)從單體空間站向模塊空間站（積木式空間站）升級(jí)的過(guò)渡版本，對(duì)接飛船增多，擴(kuò)展模式增強(qiáng)，任務(wù)類(lèi)型增多。

值得一提的是太空史上著名的“禮炮7號(hào)拯救事件”。

1985年2月12日，無(wú)人進(jìn)駐的禮炮7號(hào)突然失聯(lián)，電力故障導(dǎo)致空間站所有系統(tǒng)都處在癱瘓狀態(tài)。蘇聯(lián)方面大驚失色，派出兩名最有經(jīng)驗(yàn)的宇航員，搭乘聯(lián)盟T-13號(hào)飛船前去維修禮炮7號(hào)。

從技術(shù)角度講，這次對(duì)接被認(rèn)為是太空歷史上最復(fù)雜、最有挑戰(zhàn)的一次對(duì)接。2018年上映的《太空救援》，將這次“史上最驚心動(dòng)魄的太空拯救任務(wù)”告訴了全世界。

和平號(hào)空間站

從禮炮1號(hào)到禮炮7號(hào)，整個(gè)“禮炮系列”都屬單體空間站。第三代（積木式）空間站橫空出世，這就是蘇聯(lián)一直引以為傲的和平號(hào)空間站。

一口吃不成胖子，超大空間站也一樣。最好的方案就是向孩子學(xué)習(xí)，搭積木建造空間站。其實(shí)早在20世紀(jì)70年代中期，蘇聯(lián)就開(kāi)始著手設(shè)計(jì)研發(fā)這種空間站，后來(lái)硬是被蘇聯(lián)版航天飛機(jī)—“暴風(fēng)雪”計(jì)劃徹底耽擱了。

直到1986年，空間站計(jì)劃重回正軌，蘇聯(lián)發(fā)射了首個(gè)重達(dá)20噸的核心艙。1996年，和平號(hào)空間站最終配置達(dá)到7個(gè)模塊，包括核心艙、量子1號(hào)、量子2號(hào)、晶體號(hào)、光譜號(hào)、對(duì)接艙、自然號(hào)。每個(gè)模塊（艙段）都具備獨(dú)立運(yùn)行能力，好處就是一旦出現(xiàn)問(wèn)題，不會(huì)殃及其余。壞處就是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、出錯(cuò)率高。

和平號(hào)總質(zhì)量接近130噸，加壓空間高達(dá)350立方米，在軌運(yùn)行15年，總共飛行35億公里，繞地飛行8萬(wàn)多圈;共有31艘聯(lián)盟號(hào)載人飛船、62艘進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船、3架美國(guó)航天飛機(jī)先后與和平號(hào)對(duì)接;宇航員在和平號(hào)艙外進(jìn)行78次太空行走，艙外逗留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)359小時(shí)12分鐘;先后有28批長(zhǎng)期宇航員、16批短期宇航員，共12個(gè)國(guó)家的135名宇航員進(jìn)駐過(guò)和平號(hào)，總計(jì)進(jìn)行了1.65萬(wàn)次科學(xué)實(shí)驗(yàn)……

無(wú)論規(guī)模，還是任務(wù)量，和平號(hào)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以往任何空間站。

天空實(shí)驗(yàn)室

美國(guó)當(dāng)然也不會(huì)“沉默”。NASA利用了阿波羅計(jì)劃的最大“重器”：“土星五號(hào)”火箭的第三級(jí)箭體，將其改造為空間站主體。

天空實(shí)驗(yàn)室全長(zhǎng)36米，最大直徑6.7米，總重80噸，于1973年被發(fā)射到軌道，是迄今為止人類(lèi)向近地軌道發(fā)射的最重、最大、最復(fù)雜的航天器。

盡管這是美國(guó)首個(gè)空間站，但NASA并未準(zhǔn)備好長(zhǎng)期使用天空實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)樵?0世紀(jì)70年代中期，與之配套的航天飛機(jī)的發(fā)展也不成熟。

一直到2022年夢(mèng)天號(hào)實(shí)驗(yàn)艙實(shí)現(xiàn)對(duì)接后，天宮號(hào)基本版才算組建完成。

2006年9月12日，國(guó)際空間站的“安裝日”，“亞特蘭蒂斯”號(hào)和探險(xiǎn)隊(duì)的13名機(jī)組人員致力于連接桁架

1979年，天空實(shí)驗(yàn)室在澳大利亞西部上空，再入大氣層燒毀。直到4年后，第一架航天飛機(jī)才實(shí)現(xiàn)首航。

國(guó)際空間站

美國(guó)所主導(dǎo)的國(guó)際空間站，前身是NASA自由號(hào)空間站計(jì)劃，最早源自里根總統(tǒng)的“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃，后來(lái)被老布什總統(tǒng)叫停?？肆诸D執(zhí)政時(shí)期，在副總統(tǒng)戈?duì)栔苯油苿?dòng)下，美國(guó)宇航局與俄羅斯聯(lián)邦航天局共同創(chuàng)建一個(gè)國(guó)際共用的空間站—這就是國(guó)際空間站。

從1998年發(fā)射第一個(gè)組件曙光號(hào)、2000年迎接首批宇航員進(jìn)駐，歷經(jīng)32批組裝任務(wù)，國(guó)際空間站如今已經(jīng)使用了19個(gè)年頭。

美國(guó)、俄羅斯等5家航天機(jī)構(gòu)的共同決定，其使用壽命被延長(zhǎng)到2030年，今后將陸續(xù)更換組件，以便增加使用年限。

國(guó)際空間站長(zhǎng)108.5米，寬72.8米，高20米，總面積相當(dāng)于一個(gè)美式橄欖球場(chǎng)。它的大小是和平號(hào)空間站的4倍，是天空實(shí)驗(yàn)室的5倍。

它的總質(zhì)量是420噸，內(nèi)部加壓空間有1200立方米，相當(dāng)于一幢美式6居室的大房子。最大定員為7人。

大型部件主要有18個(gè)，包括1個(gè)控制艙（曙光號(hào)），1個(gè)服務(wù)艙（星辰號(hào)），3個(gè)實(shí)驗(yàn)艙（命運(yùn)號(hào)、哥倫布號(hào)、希望號(hào)），3個(gè)移動(dòng)維修平臺(tái)（加拿大臂、機(jī)械臂、特色微動(dòng)作機(jī)械手），1個(gè)穹頂艙等。

最大主體結(jié)構(gòu)是中心主桁架+雙龍骨結(jié)構(gòu)。更多功能艙段和更大太陽(yáng)能電池陣列，都可以懸掛在這種主體結(jié)構(gòu)上。同時(shí)，航天飛機(jī)、聯(lián)盟號(hào)飛船、進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船、貨運(yùn)龍飛船、天鵝座飛船等，均可以?？?。

國(guó)際空間站的運(yùn)行軌道，距離地表約400公里，飛行速度為7.66公里/秒。它的軌道周期是92分鐘多一點(diǎn)，每天圍繞地球接近16圈。截至2019年7月20日，它已經(jīng)在軌運(yùn)行20年零8個(gè)月。目前它的軌道衰減速度是每月2公里，為此每年需要消耗4噸燃料來(lái)維持高度。

NASA研發(fā)中的月球軌道空間站—深空門(mén)（設(shè)計(jì)圖）

2014年2月18日，軌道科學(xué)公司的天鵝座飛船駛離國(guó)際空間站的遠(yuǎn)程操縱系統(tǒng)Canadarm2

國(guó)際空間站堪稱(chēng)人類(lèi)史上最昂貴的單體科研項(xiàng)目。截至2010年，各成員累計(jì)投入高達(dá)1551億美元，其中美國(guó)1311億美元，俄羅斯120億美元，歐空局50億美元，日本50億美元，加拿大20億美元。國(guó)際空間站的宇航員，平均每人每天花費(fèi)750萬(wàn)美元。

因?yàn)槭莻€(gè)大拼盤(pán)，目前其由六個(gè)國(guó)家或地區(qū)合作運(yùn)轉(zhuǎn)，包括美國(guó)宇航局、俄羅斯聯(lián)邦航天局、日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)、加拿大太空局、巴西航天局和歐洲太空局。

天宮號(hào)

從天宮一號(hào)、天宮二號(hào)，再到未來(lái)的天宮號(hào)，中國(guó)空間站一路穩(wěn)妥前行。

天宮一號(hào)，盡管屬于第一代空間站，但自動(dòng)交會(huì)對(duì)接、測(cè)控技術(shù)、環(huán)境控制、電子設(shè)備等，均比蘇聯(lián)當(dāng)年禮炮號(hào)空間站技高一籌。

天宮一號(hào)先后與神舟8號(hào)、神舟9號(hào)、神舟10號(hào)三艘飛船進(jìn)行對(duì)接，標(biāo)志著中國(guó)成為世界上第三個(gè)獨(dú)立掌握“交會(huì)對(duì)接”技術(shù)的航天大國(guó)。

2016年中國(guó)發(fā)射天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室。同年它與神舟11號(hào)飛船對(duì)接，景海鵬、陳冬進(jìn)駐空間站26天，創(chuàng)下中國(guó)航天員太空生活最長(zhǎng)紀(jì)錄。

2017年天宮二號(hào)與天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船實(shí)現(xiàn)三次對(duì)接，標(biāo)志著中國(guó)已全面嫻熟掌握了交會(huì)對(duì)接技術(shù)，為未來(lái)中國(guó)空間站的組建、運(yùn)營(yíng)打下技術(shù)基礎(chǔ)。

中國(guó)空間站別名天宮號(hào)，分為三段式，由一段核心艙和兩端實(shí)驗(yàn)艙組成T字型。兩段實(shí)驗(yàn)艙分別長(zhǎng)期?？吭诤诵呐摰淖笥覂啥?，貨運(yùn)飛船、載人飛船分別對(duì)接核心艙的前后兩端。

2020年，天和號(hào)核心艙將首先發(fā)射，之后神舟號(hào)載人飛船、天舟號(hào)貨運(yùn)飛船、問(wèn)天號(hào)實(shí)驗(yàn)艙也將陸續(xù)發(fā)射。一直到2022年夢(mèng)天號(hào)實(shí)驗(yàn)艙實(shí)現(xiàn)對(duì)接后，天宮號(hào)基本版才算組建完成。

到時(shí)候，每組航天員進(jìn)駐至少180天，再與下一組航天員進(jìn)行輪替，形成長(zhǎng)久不間斷的常駐空間站，類(lèi)似國(guó)際空間站模式。

天宮號(hào)預(yù)計(jì)常駐航天員3～6人，設(shè)計(jì)使用壽命至少10年，基本規(guī)模達(dá)到66噸。這一規(guī)模是和平號(hào)空間站的1/2，是國(guó)際空間站的1/6。

再下一步，就是拓展天宮號(hào)的規(guī)模，擴(kuò)展一個(gè)核心艙、兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，常駐一艘載人飛船，最大規(guī)?？蛇_(dá)180噸。

戰(zhàn)略制高點(diǎn)

空間站，既是當(dāng)今空間科學(xué)最理想的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，也是深空探索的中轉(zhuǎn)站，還是未來(lái)建造太空城、殖民行星的橋頭堡。因此，無(wú)論科研還是軍事，無(wú)論當(dāng)下還是未來(lái)，各國(guó)都將其視為戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

短短半個(gè)世紀(jì)，人類(lèi)總共部署過(guò)12個(gè)空間站—蘇聯(lián)7個(gè)禮炮空間站、美國(guó)天空實(shí)驗(yàn)室、 蘇俄和平號(hào)空間站、國(guó)際空間站、中國(guó)天宮一號(hào)、天宮二號(hào)。

未來(lái)還將增加幾個(gè)空間站，基本可實(shí)現(xiàn)的有：天宮號(hào)、深空門(mén)（Deep Space Gateway，月球軌道空間站）。僅供參考的有：公理號(hào)商業(yè)空間站、鸚鵡螺號(hào)商業(yè)空間站、印度月船號(hào)空間站……

至于更遠(yuǎn)的未來(lái)，權(quán)當(dāng)讓我們享受一回暢想：俄羅斯月球軌道空間站、NASA主導(dǎo)的Next STEP深空探索空間站……

不管怎樣，至少一部分人類(lèi)終將離開(kāi)搖籃生活，掙脫地球臍帶。不想重演恐龍命運(yùn)也好，好奇心驅(qū)動(dòng)太空探索也罷，空間站正是我們離開(kāi)地球的第一站。