互动科普

2011年10月2日晚7点02分，笔者在北京天安门广场仰头往天空一看，“天宫一号”由西向东飞过，广场上的人群纷纷鼓掌欢呼。

天宫一号是我国在2011年9月29日发射的目标飞行器，它已具备了空间站的雏型。

空间站的历史

空间站是一种在近地轨道长时间运行、可供多名航天员巡访、长期生活和工作的载人航天器。小型的空间站可一次发射完成，较大型的可分批发射组件，在太空中组装成整体。在空间站中，要有人能够生活和工作的一切设施，它不像宇宙飞船，空间站不可能再返回地球。

40年前的1971年4月19日，前苏联发射了第一座空间站礼炮1号，标志着人类太空飞行进入了一个新的阶段。礼炮1号空间站由轨道舱、服务舱和对接舱组成，呈不规则的圆柱形，长12.5米，最大直径4米，总重18.5吨，在约200多公里高的轨道上运行，相继与联盟10号、11号两艘飞船对接。联盟11号对接成功，有3名航天员进站内生活，共停留26天，完成了大量科学实验项目。礼炮1号在太空运行了5个多月，于1971年10月11日在太平洋上空烧毁。

第一座空间站礼炮1号

在发射了礼炮1〜5号空间站之后，1977年9月29日和1982年4月19日，前苏联又发射了第二代空间站——礼炮6号和7号，它们各有两个对接口，可同时与两艘飞船对接，用以补给航天员生活所需的各种物品。礼炮6号空间站在太空飞行近5年，接待了18艘联盟号和联盟T号载人飞船，有16批33名航天员到站上工作。礼炮7号空间站接待了联盟T号载人飞船的11批28名航天员，创造了在站上连续237天长期生活的纪录，还创造了首位女航天员出舱作业的纪录。

1986年2月20日，前苏联又发射了和平号空间站，和平号呈阶梯形圆柱体，长13.13米，最大直径4.2米，重21吨，设计寿命10年。但它超期服役至2001年3月23日，才坠入地球大气层。其间，它的6个对接口先后或同时接待了联盟T号和联盟TM号载人飞船，与进步号、进步M号货运飞船和量子号、晶体号专用工艺舱对接组成轨道联合体，总长达350米、总重70吨，俨然一座太空列车，绕地球轨道不停地飞驶。它创造了航天员在空间站生活整整一年的新纪录。

美国则在1973年5月14日发射成功一座叫做“天空实验室”的空间站，它长36米，最大直径6.7米，总重77.5吨，在435公里高的近圆空间轨道上运行，先后接待了来自阿波罗载人飞船送去的3批9名航天员到空间站工作，他们用58种科学仪器进行了270多项生物医学、空间物理、天文观测、资源勘探和工艺技术等试验，拍摄了大量太阳活动的照片和地球表面的照片，研究了人在空间活动的各种现象。美国天空实验室于1979年7月12日在南印度洋上空坠入大气层烧毁，它在太空运行2249天，航程达14亿多公里。

国际空间站作用非凡

1983年，美国总统里根首先提出在国际合作基础上建造迄今为止最大的载人空间站的建议。经过10来年的探索和多次重新设计，直到苏联解体，俄罗斯加盟，国际空间站才于1993年完成设计，开始实施。又经过13年包括美国、俄罗斯、加拿大、日本、巴西和欧洲空间局（含比利时、丹麦、法国、德国、英国、意大利、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士、爱尔兰）共16个国家6个航天局的共同努力，耗资1000亿美元，国际空间站终于在2006年建成。

国际空间站的主要结构由基础桁架、居住舱、服务舱、功能货舱、多个实验舱、节点舱、能源系统和太阳能电池帆板以及移动服务系统（遥操纵机械臂）等部分组成。其组装经历了三个阶段。

第一阶段，从1994年至1998年，美、俄两国完成了航天飞机与和平号空间站的9次对接飞行，航天员在空间站累计工作两年，取得了空间站装配和运行的技术经验。

第二阶段，从1998年至2001年，国际空间站相继在轨组装了曙光号多功能货舱、团结号节点舱、星辰号服务舱、大型太阳能电池帆板、命运号实验舱、遥控操作机械臂、气闸舱等设备，实现了3人在轨工作的能力。

第三阶段，从2001年至2006年，完成组装桁架结构、对接舱段、实验舱和轨道设施等，国际空间站装配完成，达到6〜7人长期在轨工作的能力。

装配完成后的国际空间站长110米，宽88米，相当于两个足球场大小，总重达400余吨，是有史以来规模最大、设施最先进的人造天宫，它在高度约400公里的轨道上每90分钟绕地球一圈，进行10至15年的永久载人飞行。

国际空间站

国际空间站为人类提供了一个长期在太空轨道上进行对地观测和天文观测的机会，特别是对地球大气质量、地震海啸火山等自然灾害的精细观察和陆地、海洋资源利用以及了解宇宙奥秘等方面，意义更为重大。

国际空间站上的人体生命科学和重力生物学的研究，不仅提高了对人的大脑、神经、骨骼、肌肉等方面的研究水平，而且对材料学、流体物理和燃烧学等都有比地球上好得多的研究条件。

国际空间站的建成和应用，也是向着建造太空工厂、太空发电站，进行太空旅游，建立太空居住区、实现向其他星球移民等载人航天的远景目标接近了一步。

中国空间站前瞻

由于美国的反对，中国没有参加国际空间站的建造。1992年，中国决定实施自主的载人航天和空间站工程，并确定了三步走的发展战略。第一步，发射载人飞船；第二步，突破载人飞船和空间飞行器交会对接技术，并建立空间实验室；第三步，建造载人空间站。

在成功发射神舟1号至7号飞船之后，2010年10月，中国宣布正式启动载人空间站工程。争取在2016年前，研制并发射空间实验室；2020年前后，研制并发射核心舱和实验舱，在轨组装成载人空间站。

这次发射的天宫一号，是中国首个目标飞行器，其重量有8吨，类似于一个小型空间实验站。在此后一两年中，中国将陆续发射神舟八号、神舟九号飞船与天宫一号实行无人对接，而神舟十号将载人上天与天宫一号实现有人对接。这些都是为实现第二步目标——建立空间实验室服务的。

中国天宫一号在轨飞行示意图

到2020年前后，我国将发射重达60吨的空间站。由于40年来，前苏联（俄罗斯）发射的8个空间站和美国发射的1个空间站都已相继坠毁，目前太空仅存的国际空间站也将在2020年结束使用，届时，中国可能将拥有全球惟一的空间站。

（本文发表于《科学世界》2011年第11期）