據(jù)央視新聞消息，2021年4月29日11點22分左右，長征五號B運載火箭在海南文昌發(fā)射中心發(fā)射升空并順利抵達(dá)軌道，拉開了我國空間站建設(shè)的序幕。
本次發(fā)射搭載的是我國空間站的重要組成部分：“天和”號核心艙。核心艙全長16.6米，最大直徑4.2米，發(fā)射質(zhì)量22.5噸，只能由運載能力最強(qiáng)的長征五號運載火箭發(fā)射。核心艙在設(shè)計上有很大突破，供航天員工作生活的空間達(dá)到了50立方米，可支持3名航天員長期在軌駐留。
建成后的空間站什么樣子？
按計劃，2022年前后，建成后的空間站將由一個核心艙和兩個實驗艙組成，整體呈現(xiàn)一個T字形結(jié)構(gòu)。除了這次的“天和”核心艙外，另外兩個實驗艙分別名為“問天”和“夢天”。
其中，核心艙又可細(xì)分為：節(jié)點艙、生活控制艙和資源艙。節(jié)點艙用于對接“神舟”載人飛船、用于空間實驗艙的停泊和航天員的出艙；生活控制艙用于航天員工作、實驗和睡眠休息等；資源艙為核心艙提供能源保障和對接“天舟”貨運飛船等。
“問天”和“夢天”兩個實驗艙分別用于生物、材料、微重力流體和基礎(chǔ)物理等方面的科學(xué)實驗。
具體來講，“問天”實驗艙主要用于開展艙內(nèi)和艙外空間科學(xué)實驗和技術(shù)試驗，也是航天員的工作生活場所和應(yīng)急避難場所，配備有航天員出艙活動專用氣閘艙，支持航天員出艙活動，還有小型機(jī)械臂，可進(jìn)行艙外載荷自動安裝操作。除此之外，它還有核心艙部分關(guān)鍵平臺功能，這意味著在需要的時候，還可以接管對空間站的管理和控制�！皦籼臁睂嶒炁摮邆浜汀皢柼臁皩嶒炁擃愃频墓δ芡猓�配置有貨物專用氣閘艙，在航天員和機(jī)械臂的輔助下，支持貨物、載荷自動進(jìn)出艙。
在空間站常態(tài)化運行后，將有3名航天員作為一個乘組長期駐留，定期輪換。輪換期間，最多可有6名航天員同時在空間站工作，完成交接后，前一個乘組乘坐載人飛船返回地球。
中國版的“哈勃望遠(yuǎn)鏡”將與空間站“比翼雙飛”
根據(jù)規(guī)劃，我國將在2024年發(fā)射與空間站共軌伴飛的“巡天”號光學(xué)艙，這被譽(yù)為中國版的哈勃望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡是我國迄今為止規(guī)模最大、指標(biāo)最先進(jìn)的空間天文望遠(yuǎn)鏡。
圖注：巡天號光學(xué)艙（藝術(shù)圖）
據(jù)相關(guān)報道，“巡天”號光學(xué)艙安裝有口徑達(dá)2米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，分辨率與哈勃相當(dāng)，大約0.15角秒，但視場是哈勃的300多倍，這意味著它的巡天效率更高。據(jù)估算，如果在軌10年，可以對40%以上的天區(qū)進(jìn)行觀測，期待能不斷刷新我們對宇宙的認(rèn)識。
非常有趣的是，這個艙段平時不與空間站主體連接在一起，而是獨自飛行，飛行的軌道與空間站一致，可看作“伴飛”。需要燃料補(bǔ)給和設(shè)備維修時，光學(xué)艙可與空間站對接，進(jìn)行推進(jìn)劑補(bǔ)加和設(shè)備維修維護(hù)，提高自身壽命和工作性能。
相比之下，NASA的哈勃望遠(yuǎn)鏡每次維修，都要發(fā)射一次航天飛機(jī)，成本要高得多。自從2011年航天飛機(jī)停飛后，哈勃望遠(yuǎn)鏡就失去了繼續(xù)維護(hù)的機(jī)會。
為什么非要到太空去做實驗？
從上文中可以看出來，現(xiàn)在建設(shè)空間站的主要目的是做科研工作，做地面上不能很好實現(xiàn)或根本無法實現(xiàn)的實驗。空間站繞著地球以接近第一宇宙速度運動，空間站里一直處于失重狀態(tài)，或者說微重力狀態(tài)，這就為那些需要長時間在失重條件下才能完成的實驗提供了獨一無二的條件。
在地球上，為了實現(xiàn)失重狀態(tài)，通常有兩種方式：一是建造非常高的落塔，在實驗艙下落的過程中實現(xiàn)維持僅數(shù)秒的微重力。坐落在北京中關(guān)村核心區(qū)東南，隸屬于國家微重力實驗室的落塔就是這樣一種裝置，該落塔建成于2003年，高度為116米，實驗物品實際從83米處自由下落，可獲得3.6秒的微重力狀態(tài)。
另一種是讓飛機(jī)做拋物線飛行，當(dāng)飛機(jī)飛到高空后，調(diào)整飛機(jī)成上仰狀態(tài)，關(guān)閉發(fā)動機(jī)，飛機(jī)在重力的作用下做斜拋運動，能夠?qū)崿F(xiàn)幾十秒的微重力狀態(tài)。目前，美國和俄羅斯都有這樣的公司在運作，可以讓游客體驗失重狀態(tài)。比較有意思的是，2007年4月26日，霍金曾搭乘美國“零重力”（Zero-G）公司的飛機(jī)在大西洋上空進(jìn)行了失重體驗。值得一提的是，著名影片《阿波羅十三號》里的失重鏡頭也是在這樣的飛機(jī)上拍的。
目前，要想維持長時間的失重狀態(tài)，當(dāng)然必須要去太空了。在太空長時間的失重環(huán)境中，可以研究的項目非常廣泛，包括生物、物理、化學(xué)、冶金、工藝和材料等各個領(lǐng)域的內(nèi)容。其中以微重力條件下的流體的行為研究、微重力條件下的材料的制備以及微重力條件下的細(xì)胞生長和動植物行為的研究最為常見。
航天員不但是實驗的執(zhí)行者，其本身也是醫(yī)學(xué)實驗的對象。未來，人類要想進(jìn)行載人深空探索，例如登陸火星，單程旅行需要八個月左右的時間，這就要求航天員必須有長期在太空生活的經(jīng)驗，這種經(jīng)驗必須在空間站上才能獲得。
目前在軌運行的有哪些空間站？
目前，正在地球軌道上運行空間站的只有美國、俄羅斯、日本、歐洲以及加拿大等國聯(lián)合建造的國際空間站，其他空間站都退役了。
圖注：國際空間站
國際空間站始建于1998年，第一個艙室由俄羅斯質(zhì)子號運載火箭發(fā)射入軌，后續(xù)主要由美國的航天飛機(jī)和俄羅斯的飛船進(jìn)行建造和維護(hù)。最近幾年，SpaceX的貨運和載人飛船也參與了進(jìn)來。經(jīng)過10多年的建設(shè)，2010年才正式轉(zhuǎn)入全面使用階段。國際空間站長73米，寬109米，重400多噸，是人類歷史上第九個空間站，也是最大的空間站。
不過，國際空間站已經(jīng)開始出現(xiàn)老化跡象，每年維護(hù)成本高昂，可靠性在下降，存在安全隱患。2010年10月，航天員在空間站上找到兩條漏氣的裂縫，2021年3月成功封堵。2021年4月，航天員又在空間站發(fā)現(xiàn)三個潛在的漏氣點，據(jù)說用密封膠修補(bǔ)了這些地方。
按計劃，國際空間站最初的服役期限到2015年，之后逐漸推遲至2024年。不過，很大可能還要繼續(xù)推遲，畢竟是花費了1500億美元建造的。
2021年4月21日，俄羅斯航天局放出消息稱，如果得到國家批準(zhǔn)，俄羅斯將退出國際空間站，建造自己的空間站。
歷史上有哪些著名的空間站？
1971年，前蘇聯(lián)就秘密把禮炮一號（Salyut）空間站送入太空，進(jìn)行軍事活動。從1971年到1982年，前蘇聯(lián)總共發(fā)射了9個空間站，其中7個獲得成功。
在前蘇聯(lián)太空競爭的壓力下，美國于1973年用土星五號火箭發(fā)射了他們的空間站：天空實驗室（Skylab）。天空實驗室重達(dá)80噸，前后接待了三批航天員。1979年完成歷史使命，墜入地球大氣層焚毀。
圖注：早期美國的空間站：天空實驗室
除了國際空間站，最有名的要數(shù)前蘇聯(lián)的和平號空間了。和平號空間站首次采用模塊化設(shè)計，由多個艙室組合而成，重量達(dá)到130噸。除了前蘇聯(lián)自己的飛船，和平號空間站還接待了數(shù)次美國航天飛機(jī)的造訪。
和平號上的航天員共完成了78次出艙活動，積累了大量的經(jīng)驗。其中，有三位宇航員連續(xù)駐留時間超過一年，為研究人體在長期太空條件下的變化情況積累了大量的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。2001年完成歷史使命，墜入地球大氣層焚毀。
我國天宮一號和天宮二號空間實驗室
天宮一號于2011年9月29日發(fā)射升空，是中國載人航天工程發(fā)射的第一個目標(biāo)飛行器，也是中國第一個空間實驗室。
2011年11月3日，天宮一號與神舟八號飛船完成中國首次空間飛行器自動交會對接任務(wù)，并進(jìn)行了二次自動交會對接，形成組合體。
2012年6月18日，天宮一號與神舟九號完成自動交會對接工作，形成組合體。
2013年6月13日，神舟十號與天宮一號實現(xiàn)自動交會對接，形成組合體，航天員入駐天宮一號。
圖注：2013年，神舟十號航天員王亞平在天宮一號里進(jìn)行太空授課，演示小陀螺在失重狀態(tài)下的行為
對于普通大眾來講，2013年，神舟十號航天員王亞平在天宮一號里進(jìn)行的首次太空授課令人印象深刻！那次太空授課主要面向中小學(xué)生，使他們了解微重力條件下物體運動的特點、液體表面張力的作用，加深對質(zhì)量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。
2016年3月16日，天宮一號正式終止數(shù)據(jù)服務(wù)，全面完成了歷史使命。
2018年4月2日，天宮一號再入大氣層，再入落區(qū)位于南太平洋中部區(qū)域，絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀。
再來看一下天宮二號的情況。天宮二號于2016年9月15日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，先后與神舟十一號、天舟一號進(jìn)行對接，承擔(dān)著驗證空間站相關(guān)技術(shù)的重要使命，是中國第一個真正意義上的太空實驗室，科研碩果累累。例如，天宮二號上搭載的設(shè)備首次進(jìn)行了量子密鑰分配實驗；搭載的伽瑪射線暴偏振探測儀器共探測到55個伽馬暴，還觀測到了蟹狀星云脈沖星的信號，并在國內(nèi)首次利用脈沖星信號實驗定軌。
2019年7月19日，天宮二號完成使命，受控離軌并再入大氣層，少量殘骸落入南太平洋預(yù)定安全海域。
未來發(fā)射展望
喜歡航天的朋友有眼福了，在未來兩年時間里，建設(shè)空間站的火箭將進(jìn)行11次發(fā)射，執(zhí)行這些任務(wù)的分別是發(fā)射空間站各艙室的長征五號B火箭、發(fā)射貨運飛船的長征七號火箭和發(fā)射載人飛船的長征2F火箭。其中，長征五號B和長征七號在文昌發(fā)射中心發(fā)射，神舟載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，屆時，有條件的朋友記得到現(xiàn)場觀看。
來源：喬輝
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