我国空间站核心舱发射入轨，你想了解的知识点都在这里了

本文来自微信公众号：腾讯太空（ID：qqtaikong），作者：乔辉，题图来自：视觉中国

据央视新闻消息，2021年4月29日11点22分左右，长征五号B运载火箭在海南文昌发射中心发射升空并顺利抵达轨道，拉开了我国空间站建设的序幕。

本次发射搭载的是我国空间站的重要组成部分：“天和”号核心舱。“天和”核心舱全长16.6米，最大直径4.2米，发射质量22.5吨，只能由运载能力最强的长征五号系列运载火箭发射。核心舱在设计上有很大突破，供航天员工作生活的空间达到了50立方米，可支持3名航天员长期在轨驻留。

一、建成后的空间站什么样子？

图注：建成后我国空间站的基本结构（艺术图）。

按计划，2022年前后，建成后的空间站将由一个核心舱和两个实验舱组成，整体呈现一个T字形结构。除了这次的 “天和”核心舱外，另外两个实验舱分别名为“问天”和“梦天”。

其中，核心舱又可细分为：节点舱、生活控制舱和资源舱。节点舱用于对接“神舟”载人飞船、用于空间实验舱的停泊和航天员的出舱；生活控制舱用于航天员工作、实验和睡眠休息等；资源舱为核心舱提供能源保障和对接“天舟”货运飞船等。

“问天”和“梦天”两个实验舱分别用于生物、材料、微重力流体、基础物理等方面的科学实验。

具体来讲，“问天”实验舱主要用于开展舱内和舱外空间科学实验和技术试验，也是航天员的工作生活场所和应急避难场所，配备有航天员出舱活动专用气闸舱，支持航天员出舱活动，还有小型机械臂，可进行舱外载荷自动安装操作。除此之外，它还有核心舱部分关键平台功能，这意味着在需要的时候，还可以接管对空间站的管理和控制。“梦天”实验舱除具备和“问天“实验舱类似的功能外，还配置有货物专用气闸舱，在航天员和机械臂的辅助下，支持货物、载荷自动进出舱。

在空间站常态化运行后，将有3名航天员作为一个乘组长期驻留，定期轮换。轮换期间，最多可有6名航天员同时在空间站工作，完成交接后，前一个乘组乘坐载人飞船返回地球。

二、中国版的“哈勃望远镜”将与空间站“比翼双飞”

根据规划，我国将在2024年发射与空间站共轨伴飞的“巡天”号光学舱，这被誉为中国版的哈勃望远镜，该望远镜是我国迄今为止规模最大、指标最先进的空间天文望远镜。

图注：巡天号光学舱（艺术图）。

据相关报道，“巡天”号光学舱安装有口径达2米的光学望远镜，分辨率与哈勃相当，大约0.15角秒，但视场是哈勃的300多倍，这意味着它的巡天效率更高。据估算，如果在轨10年，可以对40%以上的天区进行观测，期待能不断刷新我们对宇宙的认识。

非常有趣的是，这个舱段平时不与空间站主体连接在一起，而是独自飞行，飞行的轨道与空间站一致，可看作“伴飞”。需要燃料补给和设备维修时，光学舱可与空间站对接，进行推进剂补加和设备维修维护，提高自身寿命和工作性能。

相比之下，NASA的哈勃望远镜每次维修，都要发射一次航天飞机，成本要高得多。自从2011年航天飞机停飞后，哈勃望远镜就失去了继续维护的机会。

三、为什么非要到太空去做实验？

从上文中可以看出来，现在建设空间站的主要目的是做科研工作，做地面上不能很好实现或根本无法实现的实验。空间站绕着地球以接近第一宇宙速度运动，空间站里一直处于失重状态，或者说微重力状态，这就为那些需要长时间在失重条件下才能完成的实验提供了独一无二的条件。

在地球上，为了实现失重状态，通常有两种方式：一是建造非常高的落塔，在实验舱下落的过程中实现维持仅数秒的微重力。坐落在北京中关村核心区东南，隶属于国家微重力实验室的落塔就是这样一种装置，该落塔建成于2003年，高度为116米，实验物品实际从83米处自由下落，可获得3.6秒的微重力状态。

图注：国家微重力实验室的落塔（乔辉2018年拍摄于北京希格玛大厦北侧）。

另一种是让飞机做抛物线飞行，当飞机飞到高空后，调整飞机成上仰状态，关闭发动机，飞机在重力的作用下做斜抛运动，能够实现几十秒的微重力状态。目前，美国和俄罗斯都有这样的公司在运作，可以让游客体验失重状态。比较有意思的是，2007年4月26日，霍金曾搭乘美国“零重力”（Zero-G）公司的飞机在大西洋上空进行了失重体验。值得一提的是，著名影片《阿波罗十三号》里的失重镜头也是在这样的飞机上拍的。

图注：2007年4月26日，霍金搭乘“零重力”公司的飞机在大西洋上空体验失重。

目前，要想维持长时间的失重状态，当然必须要去太空了。在太空长时间的失重环境中，可以研究的项目非常广泛，包括生物、物理、化学、冶金、工艺和材料等各个领域的内容。其中以微重力条件下的流体的行为研究、微重力条件下的材料的制备以及微重力条件下的细胞生长和动植物行为的研究最为常见。

航天员不但是实验的执行者，其本身也是医学实验的对象。未来，人类要想进行载人深空探索，例如登陆火星，单程旅行需要八个月左右的时间，这就要求航天员必须有长期在太空生活的经验，这种经验必须在空间站上才能获得。

四、目前在轨运行的有哪些空间站？

目前，正在地球轨道上运行空间站的只有美国、俄罗斯、日本、欧洲以及加拿大等国联合建造的国际空间站，其他空间站都退役了。

图注：国际空间站。

国际空间站始建于1998年，第一个舱室由俄罗斯质子号运载火箭发射入轨，后续主要由美国的航天飞机和俄罗斯的飞船进行建造和维护。最近几年，SpaceX的货运和载人飞船也参与了进来。经过10多年的建设，2010年才正式转入全面使用阶段。国际空间站长73米，宽109米，重400多吨，是人类历史上第九个空间站，也是最大的空间站。

不过，国际空间站已经开始出现老化迹象，每年维护成本高昂，可靠性在下降，存在安全隐患。2010年10月，航天员在空间站上找到两条漏气的裂缝，2021年3月成功封堵。2021年4月，航天员又在空间站发现三个潜在的漏气点，据说用密封胶修补了这些地方。

按计划，国际空间站最初的服役期限到2015年，之后逐渐推迟至2024年。不过，很大可能还要继续推迟，毕竟是花费了1500亿美元建造的。

2021年4月21日，俄罗斯航天局放出消息称，如果得到国家批准，俄罗斯将退出国际空间站，建造自己的空间站。

五、历史上有哪些著名的空间站？

1971年，前苏联就秘密把礼炮一号（Salyut）空间站送入太空，进行军事活动。从1971年到1982年，前苏联总共发射了9个空间站，其中7个获得成功。

图注：早期美国的空间站：天空实验室。

在前苏联太空竞争的压力下，美国于1973年用土星五号火箭发射了他们的空间站：天空实验室（Skylab）。天空实验室重达80吨，前后接待了三批航天员。1979年完成历史使命，坠入地球大气层焚毁。

除了国际空间站，最有名的要数前苏联的和平号空间了。和平号空间站首次采用模块化设计，由多个舱室组合而成，重量达到130吨。除了前苏联自己的飞船，和平号空间站还接待了数次美国航天飞机的造访。

图注：俄罗斯的和平号空间站与美国亚特兰蒂斯号航天飞机对接。

和平号上的航天员共完成了78次出舱活动，积累了大量的经验。其中，有三位宇航员连续驻留时间超过一年，为研究人体在长期太空条件下的变化情况积累了大量的医学数据。2001年完成历史使命，坠入地球大气层焚毁。

六、我国天宫一号和天宫二号空间实验室

天宫一号于2011年9月29日发射升空，是中国载人航天工程发射的第一个目标飞行器，也是中国第一个空间实验室。

2011年11月3日，天宫一号与神舟八号飞船完成中国首次空间飞行器自动交会对接任务，并进行了二次自动交会对接，形成组合体。

2012年6月18日，天宫一号与神舟九号完成自动交会对接工作，形成组合体。

2013年6月13日，神舟十号与天宫一号实现自动交会对接，形成组合体，航天员入驻天宫一号。

图注：2013年，神舟十号航天员王亚平在天宫一号里进行太空授课，演示小陀螺在失重状态下的行为。

对于普通大众来讲，2013年，神舟十号航天员王亚平在天宫一号里进行的首次太空授课令人印象深刻！那次太空授课主要面向中小学生，使他们了解微重力条件下物体运动的特点、液体表面张力的作用，加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解。

2016年3月16日，天宫一号正式终止数据服务，全面完成了历史使命。

2018年4月2日，天宫一号再入大气层，再入落区位于南太平洋中部区域，绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀销毁。

再来看一下天宫二号的情况。天宫二号于2016年9月15日在酒泉卫星发射中心发射升空，先后与神舟十一号、天舟一号进行对接，承担着验证空间站相关技术的重要使命，是中国第一个真正意义上的太空实验室，科研硕果累累。例如，天宫二号上搭载的设备首次进行了量子密钥分配实验；搭载的伽玛射线暴偏振探测仪器共探测到55个伽马暴，还观测到了蟹状星云脉冲星的信号，并在国内首次利用脉冲星信号实验定轨。

2019年7月19日，天宫二号完成使命，受控离轨并再入大气层，少量残骸落入南太平洋预定安全海域。

七、未来发射展望

喜欢航天的朋友有眼福了，在未来两年时间里，建设空间站的火箭将进行11次发射，执行这些任务的分别是发射空间站各舱室的长征五号B火箭、发射货运飞船的长征七号火箭和发射载人飞船的长征2F火箭。其中，长征五号B和长征七号在文昌发射中心发射，神舟载人飞船在酒泉卫星发射中心发射，届时，有条件的朋友记得到现场观看。

本文来自微信公众号：腾讯太空（ID：qqtaikong），作者：乔辉