原來(lái)你是這樣的“天宮”

毛新愿

4月29日11時(shí)許，搭載中國(guó)空間站天和核心艙的長(zhǎng)征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空。隨著天和核心艙與火箭成功分離進(jìn)入預(yù)定軌道，太陽(yáng)能帆板兩翼順利展開(kāi)且工作正常，發(fā)射任務(wù)取得圓滿(mǎn)成功，標(biāo)志著中國(guó)天宮空間站在軌組裝建造全面展開(kāi)。

1992年9月21日，中國(guó)載人航天工程正式起步。經(jīng)過(guò)29年的不懈探索，長(zhǎng)征、神舟、天舟、天宮……這一系列浪漫的名字逐漸變成現(xiàn)實(shí)。如今，中國(guó)終于要擁有自己的“天上宮闕”，飛天的神話(huà)從夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)！

那么，我們的空間站要做哪些實(shí)驗(yàn)？為什么空間站非發(fā)射不可？為什么要建一個(gè)這樣的“天宮”？又該如何正確建設(shè)它？下面就讓我們一起揭秘。

為什么要發(fā)射空間站

建設(shè)空間站的意義很大，主要可以一句話(huà)概括：因?yàn)樗荛L(zhǎng)期飛在天上。或者說(shuō)，它能實(shí)現(xiàn)多人次長(zhǎng)期在軌駐留。這意味著在外太空會(huì)有一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的生活和工作空間，搭載一系列頂級(jí)科研設(shè)備，航天員可以通過(guò)載人火箭和飛船頻繁往返、長(zhǎng)期駐留在那里，并通過(guò)貨運(yùn)飛船定期補(bǔ)給。

太空有著得天獨(dú)厚的環(huán)境，如長(zhǎng)期的失重條件，可以開(kāi)展很多地球上難以進(jìn)行的科研，并能對(duì)地球進(jìn)行穩(wěn)定的遙感探測(cè)。人類(lèi)進(jìn)入太空后，也會(huì)變成“科研載荷”，經(jīng)歷失重、上下不分、體液重新布置等與地球環(huán)境截然不同的生活狀態(tài)，這孕育出了嶄新的航天醫(yī)學(xué)學(xué)科，也產(chǎn)生了很多改變?nèi)祟?lèi)生活的新發(fā)明，如尿不濕、耳溫計(jì)以及各種集成便攜的醫(yī)療器械。

建設(shè)空間站是人類(lèi)載人航天技術(shù)發(fā)展到一定程度后才會(huì)出現(xiàn)的里程碑事件，它能促進(jìn)航天以及很多相關(guān)制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)于提升一個(gè)國(guó)家的整體科學(xué)技術(shù)水平有著重要意義，是任何一個(gè)航天大國(guó)技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

為什么要建這樣一個(gè)“天宮”

人類(lèi)載人航天技術(shù)于1971年進(jìn)入空間站時(shí)代。這一年蘇聯(lián)把禮炮1號(hào)送入太空，第一代空間站誕生。隨后12年內(nèi)，蘇聯(lián)共發(fā)射9個(gè)18～20噸的空間站。其中，7個(gè)成功并獲命名“禮炮”系列。禮炮6號(hào)和7號(hào)更可同時(shí)對(duì)接兩艘飛船。

1973年，剛結(jié)束了阿波羅登月的美國(guó)，利用土星五號(hào)登月火箭的強(qiáng)大能力，直接將其中的一部分改裝并發(fā)射，形成了一個(gè)80噸級(jí)的“天空實(shí)驗(yàn)室”。這些早期空間站大都為試驗(yàn)性質(zhì)，為后續(xù)的空間站轉(zhuǎn)型換代做技術(shù)儲(chǔ)備。中國(guó)的天宮一號(hào)和天宮二號(hào)與早期的“禮炮”系列思路一致，主要用來(lái)驗(yàn)證空間交會(huì)對(duì)接、出艙行走和多人次在軌駐留等技術(shù)。

在空間站發(fā)展史上有著舉足輕重意義的是1986年2月開(kāi)始建造的蘇聯(lián)和平號(hào)空間站。它采取積木式模塊化結(jié)構(gòu)，由核心艙、5個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)/生活艙段和多艘對(duì)接飛船構(gòu)成。在它15年的飛行史中，對(duì)接過(guò)100多艘載人和貨運(yùn)飛船，其中包括9次與航天飛機(jī)的對(duì)接，共計(jì)接納了來(lái)自12個(gè)國(guó)家的135名航天員在此工作與生活。

多國(guó)合作的國(guó)際空間站（ISS）是迄今唯一的第四代積木式和桁架式空間站，尺寸更大、功能更復(fù)雜。自2000年11月2日?qǐng)?zhí)行首次載人任務(wù)以來(lái)，已經(jīng)連續(xù)保持了21年載人飛行，成長(zhǎng)為一個(gè)寬109米、長(zhǎng)73米、高20米、重達(dá)419噸、內(nèi)部容積916立方米的空間“巨無(wú)霸”，相當(dāng)于一棟七層樓高的小型體育場(chǎng)。它孕育了各個(gè)國(guó)家的多種載人航天相關(guān)器具，先后容納過(guò)數(shù)百名航天員工作生活，成為了獨(dú)一無(wú)二的航天平臺(tái)。

國(guó)際空間站的建造成本和運(yùn)營(yíng)成本頗為驚人，目前的總造價(jià)已經(jīng)超過(guò)2000億美元，每年各成員國(guó)為此付出的總運(yùn)營(yíng)費(fèi)用也高達(dá)30億美元級(jí)別，占據(jù)了大量的航天預(yù)算資源。正因如此，隨著不斷老化，關(guān)于它退役的新聞經(jīng)常出現(xiàn)。此外，美國(guó)的航天飛機(jī)已于2011年退役，人類(lèi)很難在太空中建造如此大的桁架結(jié)構(gòu)，所以，今后不太可能出現(xiàn)第二個(gè)國(guó)際空間站了。

就綜合性?xún)r(jià)比而言，第三代積木式空間站已經(jīng)能夠滿(mǎn)足科研和應(yīng)用需求，且建造和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本更低，成為了目前的最佳方案。我國(guó)的天宮空間站就將采取這個(gè)方案：核心艙（天和號(hào)）、兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙（問(wèn)天號(hào)，夢(mèng)天號(hào)）和機(jī)械臂等組成總重約60噸的T字形結(jié)構(gòu)，可對(duì)接貨運(yùn)飛船和載人飛船，足夠滿(mǎn)足3名航天員駐留并長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。未來(lái)如有需要，還有潛力進(jìn)一步擴(kuò)展為十字形結(jié)構(gòu)，尺寸和能力進(jìn)一步提升。

如何正確建成一個(gè)“天宮”

天宮空間站是中國(guó)載人航天技術(shù)的大集合，需要調(diào)動(dòng)最核心的資源建造。首先，需要的是長(zhǎng)征火箭家族“三劍客”—長(zhǎng)征五號(hào)B、長(zhǎng)征二號(hào)F和長(zhǎng)征七號(hào)。其中，長(zhǎng)征五號(hào)B專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)近地軌道重載任務(wù)，運(yùn)力在25噸級(jí)，負(fù)責(zé)發(fā)射核心艙和實(shí)驗(yàn)艙；長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)力在8.5噸級(jí)，是目前保持100%成功率的一款“神箭”，也是中國(guó)唯一的載人火箭，主要負(fù)責(zé)發(fā)射神舟飛船，其頭部尖尖的逃逸塔成為最容易識(shí)別的標(biāo)志；長(zhǎng)征七號(hào)是中國(guó)新一代主力火箭，運(yùn)力在14噸級(jí)，用來(lái)發(fā)射天舟貨運(yùn)飛船。

其次，需要兩大發(fā)射場(chǎng)。酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心擁有我國(guó)唯一的載人航天發(fā)射和返回相關(guān)配套，這里見(jiàn)證了此前所有11艘神舟飛船的起航，是中國(guó)航天員真正“登天”和“下凡”的地方；文昌航天發(fā)射場(chǎng)是中國(guó)最新、最先進(jìn)的發(fā)射場(chǎng)，這里三面環(huán)海，無(wú)殘骸問(wèn)題，海運(yùn)讓長(zhǎng)征五號(hào)不再受限于陸路運(yùn)輸，而變得“胖起來(lái)”（最大芯級(jí)直徑5米）。新建造的各種配套也讓它成為長(zhǎng)征五號(hào)和長(zhǎng)征七號(hào)系列火箭的定點(diǎn)基地，支撐起整個(gè)天宮的核心建造和補(bǔ)給過(guò)程。

天宮不是一天可以建成的，核心艙發(fā)射之后，還需要在太空中借助機(jī)械臂系統(tǒng)，像“堆積木”一樣逐漸把整個(gè)結(jié)構(gòu)搭建起來(lái)。期間需要有航天員在軌駐留，并需要定期補(bǔ)給。隨后，還規(guī)劃有10次任務(wù)，包括2次長(zhǎng)征五號(hào)B火箭發(fā)射實(shí)驗(yàn)艙、4次長(zhǎng)征二號(hào)F火箭發(fā)射4艘神舟飛船以及4次長(zhǎng)征七號(hào)火箭發(fā)射天舟飛船。預(yù)計(jì)于2022年，天宮空間站最終建成。

天宮空間站的正式運(yùn)行，將標(biāo)志著中國(guó)航天進(jìn)入嶄新的發(fā)展階段，利用特有的太空環(huán)境，能實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)創(chuàng)新和科技產(chǎn)出，成為一個(gè)不折不扣的“超級(jí)實(shí)驗(yàn)室”。例如，早在天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室階段，就實(shí)現(xiàn)了伽馬射線(xiàn)暴偏振測(cè)量?jī)x器、世界首臺(tái)空間冷原子鐘、空—地量子密鑰分配與激光通信試驗(yàn)以及多種材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)等技術(shù)進(jìn)展。天宮空間站建成后，空間科學(xué)技術(shù)必將取得更大的進(jìn)步。

空間站技術(shù)無(wú)疑處在航天技術(shù)金字塔的最頂端。直到今天，也僅有蘇聯(lián)（俄羅斯）、美國(guó)和中國(guó)有過(guò)獨(dú)立建造空間站的經(jīng)歷。對(duì)于人類(lèi)更遠(yuǎn)的星辰大海和星際移民夢(mèng)想，空間站幾乎是容納大規(guī)模人類(lèi)的唯一選擇。相信讀者們已經(jīng)從各種科幻影視作品中了解過(guò)各種酷炫的空間站，天宮或許就是中國(guó)人走向更遠(yuǎn)深空的起點(diǎn)。

“盤(pán)古破鴻蒙，天宮有九重”是華夏民族對(duì)頭頂那片未知天空最美好的想象，但古人們的想象力仍有邊界，也深知探索蒼穹的難度，以至于“難如登天”成為描述不可能的詞匯。但“天宮”這座中國(guó)建造的天上宮闕，對(duì)“登天有多難”這個(gè)問(wèn)題給出了不同的答案。無(wú)論是“天問(wèn)”，還是“問(wèn)天”，還有北斗、墨子、悟空、嫦娥、玉兔、祝融、張衡……這些以出自中華傳統(tǒng)文化的深遠(yuǎn)寓意命名的航天器，正在天空中向著真理孜孜探索。什么是浪漫？這就是浪漫！祝福浪漫的中國(guó)航天不斷進(jìn)步！