出品：科普中國(guó)

　　制作：太空精釀

　　監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

　　4月29日11時(shí)23分，中國(guó)空間站天和核心艙發(fā)射升空，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道，任務(wù)取得成功。

　　圖片來(lái)源見(jiàn)水印

　　圖片來(lái)源見(jiàn)水印

　　1992年9月21日，中國(guó)載人航天工程正式起步。篳路藍(lán)縷，經(jīng)過(guò)的29年不懈探索，長(zhǎng)征、神舟、天舟和天宮等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”，讓飛天的神話從夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)！

　　為什么必須發(fā)射空間站？

　　建設(shè)空間站的意義很大，但也可以簡(jiǎn)單到一句通俗的話可以概括：“因?yàn)樗荛L(zhǎng)期飛在天上”?；蛘哒f(shuō)，它能實(shí)現(xiàn)多人次長(zhǎng)期在軌駐留。這意味著我們?cè)谕馓諘?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，實(shí)現(xiàn)頻繁的天地往返并長(zhǎng)期駐留那里，并通過(guò)貨運(yùn)飛船定期補(bǔ)給。

　　這種上下不分的場(chǎng)景在地球上是很難出現(xiàn)的，但在空間站是常態(tài)（圖源：NASA）

　　太空有著得天獨(dú)厚的環(huán)境，例如長(zhǎng)期的失重條件，這是地球上幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，因此可以開(kāi)展很多地球上難以進(jìn)行的科研，對(duì)地球進(jìn)行穩(wěn)定的遙感探測(cè)。人類進(jìn)入太空后，也會(huì)變成“科研載荷”，失重、上下不分、體液重新布置等，經(jīng)歷與地球環(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)祟惿畹男掳l(fā)明，例如尿不濕、耳溫計(jì)、各種集成便攜的醫(yī)療器械等。

　　建設(shè)空間站是人類載人航天技術(shù)發(fā)展到一定程度后才出現(xiàn)的里程碑事件，它能促進(jìn)航天、甚至很多相關(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。

　　為什么要一個(gè)這樣的天宮？

　　人類載人航天技術(shù)于1971年進(jìn)入空間站時(shí)代，是年，蘇聯(lián)把“禮炮一號(hào)”送入太空，第一代空間站誕生。隨后12年內(nèi)，共計(jì)有9個(gè)18-20噸的空間站發(fā)射，其中7個(gè)成功并被命名為“禮炮系列”，禮炮6號(hào)和7號(hào)更是可同時(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處于試驗(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“禮炮號(hào)”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)。

　　天舟一號(hào)與天宮二號(hào)對(duì)接，是天宮正式開(kāi)建前的大事件（圖源：中國(guó)載人航天辦公室）

　　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、五個(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)超過(guò)100艘載人和貨運(yùn)飛船，其中包括9次與航天飛機(jī)的對(duì)接經(jīng)歷，共計(jì)接納了來(lái)自12個(gè)國(guó)家的135名宇航員在此工作與生活。

　　人類航天四代載人空間站技術(shù)特點(diǎn)

　　大家更耳熟能詳?shù)亩鄧?guó)合作的“國(guó)際空間站”，是唯一的第四代積木式、桁架式空間站，尺寸更大、功能更復(fù)雜。自從2000年11月2日首次載人任務(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，容納過(guò)數(shù)百個(gè)宇航員工作生活，成為了獨(dú)一無(wú)二的航天平臺(tái)。

　　國(guó)際空間站（圖源：NASA）

　　然而，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，隨著它的老化，關(guān)于它退役的新聞總會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)。此外，隨著航天飛機(jī)于2011年退役，人類很難在太空中建造如此大的桁架結(jié)構(gòu)，已經(jīng)不太可能再出現(xiàn)第二個(gè)國(guó)際空間站了。

　　綜合性價(jià)比而言，第三代積木式空間站已經(jīng)足夠滿足科研和應(yīng)用需求，建造和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本更低，也就成為了目前的最佳方案。天宮就采取這個(gè)策略，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字結(jié)構(gòu)，對(duì)接貨運(yùn)飛船和載人飛船，足夠滿足三名航天員駐留并長(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F和長(zhǎng)征七號(hào)。其中，長(zhǎng)征五號(hào)B專門(mén)負(fù)責(zé)近地軌道重載任務(wù)，運(yùn)力在25噸級(jí)別，負(fù)責(zé)發(fā)射核心艙和實(shí)驗(yàn)艙。長(zhǎng)征二F運(yùn)力在8.5噸級(jí)別，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，它頭部尖尖的逃逸塔成為最容易識(shí)別的標(biāo)志，主要負(fù)責(zé)發(fā)射神舟飛船。而長(zhǎng)征七號(hào)是中國(guó)新一代主力火箭，運(yùn)力在14噸級(jí)別，用來(lái)發(fā)射天舟貨運(yùn)飛船。

　　建造天宮需要長(zhǎng)征家族三大主力一起上陣（圖源：中國(guó)載人航天辦公室）

　　其次，需要兩大發(fā)射場(chǎng)。其中，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)”（5米最大芯級(jí)直徑），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)劃有十次任務(wù)，包括兩次長(zhǎng)征五號(hào)B火箭發(fā)射實(shí)驗(yàn)艙，四次長(zhǎng)征二F火箭發(fā)射四艘神舟飛船，以及四次長(zhǎng)征七號(hào)火箭發(fā)射天舟飛船。最終，預(yù)計(jì)于2022年，天宮空間站才能正式建成。

　　天宮空間站示意圖（圖源：人民日?qǐng)?bào)）

　　天宮開(kāi)始正式運(yùn)行后，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，是個(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)和多種材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)等技術(shù)進(jìn)展。而天宮空間站建成后，空間科學(xué)技術(shù)必將取得更大的進(jìn)步。

　　空間站技術(shù)是處在航天技術(shù)金字塔最頂端的存在，直到今天也僅有蘇聯(lián)、美國(guó)和中國(guó)有過(guò)獨(dú)立建造的歷史，對(duì)于帶動(dòng)整個(gè)航天和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有無(wú)法替代的地位。對(duì)于人類更遠(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)模人類的唯一選擇，相信不少讀者們已經(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)。

　　2019年中國(guó)航天日海報(bào)：從夢(mèng)想到現(xiàn)實(shí)（圖源：國(guó)家航天局）

　　“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”成為了描述“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。屈原在長(zhǎng)詩(shī)《天問(wèn)》中，也提出了對(duì)于更遙遠(yuǎn)的星辰大海的疑問(wèn)— “九天之際，安放安屬？”“日月安屬，列星安陳？”。正在火星軌道運(yùn)行的“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器，也在用“天問(wèn)，問(wèn)天”作出回答。除此之外，北斗、墨子、悟空、嫦娥、玉兔、祝融、張衡等，這些以中華文化命名的航天器，都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。

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