专家称中国建设小型空间站更符合实际

http://www.sina.com.cn 2011年11月09日09:59 法治周末

　　2011年11月3日，神舟八号飞船与天宫一号完美对接，这意味着我国在建立空间站的征途中，迈出了重要的一步。被专家们称为迷你空间实验室的天宫一号，虽无法与真正的空间站相比，但这个"先遣兵"却承担着技术验证和为空间站研研制积累经验的重任，并进行空间科学实验、航天医学实验和空间技术试验等

　　法治周末记者廉颖婷北京报道

　　人类探索外层空间的脚步越走越远，认识宇宙的目光也越来越远。

　　当然，这一切都伴随着人造地球卫星和载人航天技术的发展。

　　2011年11月3日，神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器，在距地球343公里上空的低地球轨道上，完美地实现了空间交会对接任务。

　　交会对接的重要性在于，如果失败，空间站就成为一座孤岛。它作为空间科学实验平台的作用也不复存在。

　　成功交会对接则意味着，中国已经建立起空间站的雏形———“去太空上班”不再是梦想。

　　从另一个角度来看，一个国家在太空的地位对应着她在地球的地位。

　　被专家们称为迷你空间实验室的天宫一号，虽无法与真正的空间站相比，但这个“先遣兵”却承担着技术验证和为空间站研制积累经验的重任，并进行空间科学实验、航天医学实验和空间技术试验等。

　　“现在已经有学者提出很多空间科研项目，各科研单位、大专院校也提出立项申请，进行空间科研项目实验。”北京大学地球与空间科学学院教授焦维新告诉《法治周末》记者。

　　在轨运行两年时间之后，天宫一号将执行主动离轨机动，再入大气层安全销毁。

　　2020年前后，通过长征5号大推力运载火箭发射3次，中国将在轨组装重量超过60吨的大型载人空间站。

　　耗资巨大的载人航天工程其意义和价值究竟有多大？美国人威尔逊的话简单明了。

　　1969年，威尔逊教授作为费米实验室的创始人，被要求报告实验室对增强国防的作用。

　　威尔逊回答：“我们的实验室将给国家带来荣誉，但不会对国防有任何实际作用。不过我可以肯定一点，建造它可以使这个国家更值得保卫。”

　　做有影响力大国

　　2001年3月23日，南太平洋上的一声巨响，让许多人潸然泪下———被许多宇航员当作第二个家的和平号空间站，在这一天结束使命，碎片坠落南太平洋。

　　在轨运行15年，前苏联和平号空间站累计接待过12个国家的135名宇航员，完成超过16000次科学实验，成为人类共同的太空之家。

　　和平号空间站堪称前苏联载人航天的巅峰之作。拥有量子1号和量子2号、晶体、光学和自然舱共5个功能舱，外加核心舱总质量约130吨，是中国未来空间站的两倍。

　　“地球是人类的摇篮，但人类不会永远呆在摇篮里。”航天先驱齐奥尔科夫斯基的话表达了人类想要征服太空的决心。

　　“谁拥有太空资源，谁就拥有财富和安全。”载人航天领域所取得的进步，是一个国家最重要的软实力之一。

　　阿波罗登月和航天飞机，便是美国先进技术和强大国力的标志之一。

　　正如邓小平曾说：“如果六十年代以来中国没有原子弹、氢弹，没有发射卫星，中国就不能叫有重要影响的大国，就没有现在这样的国际地位。”

　　中国关于空间站的设想是在1985年。当年7月，航天界召开了中国首届太空站研讨会。

　　1992年，中央正式批准实施载人航天工程，该工程又被称为“921工程”。

　　《2006年中国的航天》白皮书指出，中国航天事业的发展原则是：“中国将发展航天事业作为增强国家经济实力、科技实力、国防实力和民族凝聚力的一项强国兴邦的战略举措，作为国家整体发展战略的重要组成部分，保持航天事业长期、稳定的发展。”

　　中国载人航天工程有一个著名的“三步走”战略：第一步，载人飞船阶段；第二步，空间实验室阶段；第三步，空间站阶段。

　　空间实验室是为空间站做技术准备和经验积累，空间站是中国载人航天“三步走”的最终目标。

　　神舟六号飞船在2005年成功发射并返回地面，中国载人航天工程的第一阶段圆满结束；2008年，神舟七号发射并实现航天员出舱活动，标志着工程第二阶段的开始。

　　2011年天宫一号空间实验室与神舟八号飞船成功实现空间交会对接试验，这属于工程第二阶段的中间节点。在这一阶段还将发射天宫二号、天宫三号实验室，并发射多艘神舟系列无人/载人飞船、货运飞船与其对接。

　　“中国载人航天工程‘三步走’计划，是从我们的客观实际出发，具有中国自己的特色。”焦维新说。

　　载人航天工程总设计师周建平介绍，载人航天工程的目的是利用太空特殊的资源为人类的发展、进步服务。空间站是开发太空资源的一个良好的平台。

　　纵观世界，载人航天发展的轨迹是顺着载人飞船、试验性空间站、货运飞船、实用型空间站、航天飞机、长久性空间站和永久性空间站的路线而发展。

　　目标并非太空竞赛

　　人类向太空发射过10个空间站。前苏联和平号空间站和国际空间站，是人类历史上两个大型、长期有人照料的空间站。

　　人类航天时代的肇始，是1957年10月4日，前苏联发射第一颗人造地球卫星。

　　载人航天发展之初，军用是首要目的，美国和前苏联都曾设想过或实际应用过载人飞船进行对地成像、电子侦察。

　　但随着技术的进步，照相和电子侦察及其他军用航天任务都可以由无人卫星去完成，载人航天逐渐演变成美苏之间展示国力的政治性竞争。

　　航天成就，是冷战时期美苏两个大国博弈的重要筹码。太空竞赛唯一的积极效应，是促进了航天事业的发展。

　　1961年4月12日，前苏联航天员加加林乘坐“东方”1号宇宙飞船绕地球一周，完成了世界上首次载人宇宙飞行，实现了人类进入太空的愿望。这一举动刺激了美国的神经。

　　自此，美苏的太空竞赛愈演愈烈，双方都不断地将最新的科技成果发展应用。

　　1969年7月20日，美国宇航员乘阿波罗飞船抢先一步登陆月球———这是人类第一次涉足另一个天体。

　　1971年4月19日，前苏联发射了第一代空间站礼炮1号。

　　从1971年到1982年，前苏联共发射了七个礼炮号空间站，分别编号为礼炮一号到礼炮七号。

　　1973年5月14日，美国发射了天空实验室。

　　天空实验室进行了大量的天文、遥感和航天生物医学实验，包括拍摄太阳活动照片等。科霍切克彗星的观测使人类首次在大气层外亲眼观看到了彗星。

　　由于大气阻力超过预期，1979年天空实验室提前坠落。

　　1976年2月，前苏联启动第三代空间站“和平号计划”。

　　1984年1月，时任美国总统里根宣布，美国将在10年内投资80亿美元，建成规模庞大的永久载人空间站，并邀请盟国参加，拟压倒当时前苏联即将发射的和平号空间站。这便是后来的国际空间站。

　　1986年2月19日，前苏联“和平号”核心舱发射升空。

　　“在第一轮太空竞争中，前苏联赢了美国。为什么美国笑到了最后？是因为前苏联大运载火箭不过关。”焦维新说。

　　之后，两国开始走不同的路———美国将精力集中在航天飞机，前苏联则集中做空间站。

　　焦维新说，后来美国发现空间站很有用处，自己做却力不从心，想与前苏联合作。当时由于一系列的问题，双方并未达成一致意见。

　　随着前苏联的解体，美苏开始合作建设国际空间站。这时，载人航天的主要目的已经开始转变为基础科学性质的空间科学研究，主要是在空间站上进行前沿的空间科学实验。

　　目前仍在建造的国际空间站，是桁架式空间站设计。由美国、俄罗斯、日本、加拿大以及多个欧洲国家参加，耗资将近千亿美元。

　　国际空间站拥有15个加压舱段，外加桁架、4个大型太阳能电池翼以及其他设备总质量达到了空前的400吨以上。

　　国际空间站具有分属美、俄、欧、日的4个大型试验舱，可以满足各类空间科学、天文与对地观测以及空间生命科学和航天医学需求。

　　“相互竞争，回到冷战时期对谁都没有好处。只有通过合作才能互利互惠。”焦维新说。

　　焦维新认为，中国与美苏的目的不一样。美苏是为了竞争。中国是在经济技术条件允许下，力所能及地做有自己特色的空间站，尽管走的路线大同小异，但是不盲目模仿。

　　天宫一号空间实验室长10.4米、最大直径3.35米、重量约8.5吨，采用两舱结构，分别是实验舱和资源舱。

　　天宫系列空间实验室，是类似前苏联礼炮系列的小型、单体空间站。

　　到空间站去上班

　　交会对接技术和载人天地往返、出舱活动并称载人航天领域的三大基本技术。

　　“要建造空间站，必须要解决两大技术：出舱活动和交会对接。”“神六”飞船总设计师顾问王壮告诉《法治周末》记者。

　　由于空间站是在轨道长期运行，所以面临着长期维护的一系列问题。宇航员出舱是为空间站的一系列维护做准备。

　　宇宙飞船虽然可以从太空返回，但不是长期在轨飞行器；空间站是长期在轨飞行器，却无法返回。

　　空间站在运行过程中，需定时更换、维修设备，航天员在太空生活一段时间后，也需要更换。

　　“所以，交会对接是一项经常性的工作。只有突破这项关键技术，才能建起真正的空间站，才能开展正常的科学实验和设备维护。”焦维新说。

　　使轨道空间站有补给的能力，这是交会对接最本质的作用。因此神舟系列飞船，专业的叫法是天地往返运输器。

　　所谓空间交会对接，是指两个航天器在太空轨道上按预定时间和位置相会后，在机械结构上连成一个整体。该技术是两个航天器合二而一的“纽带”，是航天员乘宇宙飞船进入空间实验室或空间站的“桥梁”。

　　中国成为继美、俄之后，第三个完全独立掌握空间交会对接技术的国家。

　　2012年，中国还将发射神舟九号或神舟十号载人飞船突破手动控制交会对接技术。

　　但焦维新认为，一次空间交会对接成功并不标志着技术成熟了。之后还有神九、神十不载人和载人交会对接。如果这两次都成功了，意味着这项技术就过关了。

　　在神舟八号和天宫一号交会对接之前，太空中一共发生过300多次对接飞行，失败的一共有10多次。

　　最大的一次对接故障发生在1997年，俄罗斯“进步号”M37货运飞船与“和平号”空间站相撞。

　　去空间站上班主要做什么？

　　“我常说的一句话是：造船为了建站，建站为了科学实验。”焦维新说，只有空间站才能大规模长时间地开展科学实验，运行时间长，同时可以开展很多实验。

　　在空间站，可以利用太空微重力、超净、高真空等特点，进行空间生产、科学实验、空间观测等活动。

　　焦维新总结了如下三点空间站运行层面的作用。

　　第一，开展多学科科学实验。包括流体物理学、空间材料科学、空间生命科学、空间对地观测等。

　　第二，空间应用。科学实验是属于基础理论的研究。空间应用是指在微重力下生产高纯度的晶体、合成药品、太空育种等。

　　第三，新技术验证。有的技术未来很有发展潜力，比如钛赫兹通信、激光通信(频率越高带信息量越大)。还有微小卫星技术等。

　　焦维新相信，空间站建成不久，我们的空间科学实验会取得一些新的发现和新的成果。在空间应用方面也会取得一些成绩。

　　2020年的空间站

　　中国将在2020年前后建成的大型空间站，属长期有人照料的空间站，分为核心舱和两个试验舱总计约60多吨。空间站核心舱长18.1米、最大直径4.2米，分为节点舱、生活控制舱和资源舱，是航天员的主要活动场所，也是空间站的管理控制中心。加上1艘8吨级的神舟飞船和1艘13吨级的货运飞船，总质量在80多吨左右。

　　这个质量不仅小于目前400多吨的国际空间站，也小于约130吨的和平号空间站。

　　中国工程院院士、原“神舟”号飞船总设计师戚发轫介绍，这个尚未命名的空间站，其核心舱需长期有人驻守，能与各种实验舱、载人飞船和货运飞船对接。

　　尽管规模不大，但中国空间站舱段性能上并不逊色。中国自主建设独立运行的空间站，两个实验舱足以满足多数空间科学实验的需求。

　　焦维新认为，同样住人，有的是小亭子，有的是几十层的大厦。但只要是住人的地方都可以叫房子。虽然实验项目有限，但天宫系列符合中国的国情。

　　具备20吨以上运载能力的火箭，才能发射核心舱。为此，我国在海南文昌新建了第四个航天发射场，主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。同时，还在天津新建总装场。

　　“场址选在海南，火箭可以通过水路运输到发射场，火箭的大小不再受铁路的限制。目前的长征系列运载火箭由于受到铁路运输通过桥梁、涵洞的限制，其组件的最大直径只能限制在3.35米以内。”王壮说。

　　此外，文昌发射场的另一优势是距离赤道近。

　　王壮解释，发射场距离赤道越近、纬度越低，发射时就越能充分利用地球自转离心力。因此所需要的能量较少，节约火箭燃料。

　　2020年也是空间站发展的一个节点。

　　国际空间站将在2020年退役，中国未来空间站计划于2020年建成。

　　美国前总统布什曾决定2014年左右放弃国际空间站，而国际空间站要到2011年至2012年才能最终建成，届时欧洲和日本的实验舱只使用了几分之一的设计寿命。

　　因此，现任美国总统奥巴马决定延长国际空间站寿命到2020年，但这个时间点恰好与日本和欧洲设想的首次载人飞船发射时间冲突。