出品：科普中國

　　制作：太空精釀

　　監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心

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

　　圖片來源見水印

　　圖片來源見水印

　　1992年9月21日，中國載人航天工程正式起步。篳路藍(lán)縷，經(jīng)過的29年不懈探索，長征、神舟、天舟和天宮等一系列浪漫的名字逐漸變成現(xiàn)實。如今，中國終于要擁有自己的“天上宮闕”，讓飛天的神話從夢想照進現(xiàn)實！

　　為什么必須發(fā)射空間站？

　　建設(shè)空間站的意義很大，但也可以簡單到一句通俗的話可以概括：“因為它能長期飛在天上”。或者說，它能實現(xiàn)多人次長期在軌駐留。這意味著我們在外太空會有一個長期穩(wěn)定的生活和工作空間，搭載一系列頂級科研設(shè)備，航天員可以通過載人火箭和飛船，實現(xiàn)頻繁的天地往返并長期駐留那里，并通過貨運飛船定期補給。

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

　　太空有著得天獨厚的環(huán)境，例如長期的失重條件，這是地球上幾乎無法實現(xiàn)的，因此可以開展很多地球上難以進行的科研，對地球進行穩(wěn)定的遙感探測。人類進入太空后，也會變成“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、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，它能促進航天、甚至很多相關(guān)制造業(yè)的發(fā)展，對于提升一個國家的整體科學(xué)技術(shù)水平有著重要意義，是任何一個航天大國技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

　　為什么要一個這樣的天宮？

　　人類載人航天技術(shù)于1971年進入空間站時代，是年，蘇聯(lián)把“禮炮一號”送入太空，第一代空間站誕生。隨后12年內(nèi)，共計有9個18-20噸的空間站發(fā)射，其中7個成功并被命名為“禮炮系列”，禮炮6號和7號更是可同時對接兩艘飛船。1973年，剛結(jié)束了阿波羅登月的美國，利用土星五號登月火箭的強大能力，直接將其中的一部分改裝并發(fā)射成了一個80噸級的“天空實驗室”。

　　這些早期空間站大都處于試驗性質(zhì)，為后續(xù)的空間站轉(zhuǎn)型換代做技術(shù)儲備。中國的“天宮一號”和“天宮二號”，與早期的“禮炮號”思路一致，主要用來驗證空間交會對接、出艙行走和多人次在軌駐留等技術(shù)。

　　天舟一號與天宮二號對接，是天宮正式開建前的大事件（圖源：中國載人航天辦公室）

　　在空間站發(fā)展史上有著舉足輕重意義的是1986年2月開始建造的蘇聯(lián)“和平號空間站”，它采取積木式模塊化結(jié)構(gòu)，由核心艙、五個科學(xué)實驗/生活艙段和多艘對接飛船構(gòu)成。在它15年的飛行史中，對接過超過100艘載人和貨運飛船，其中包括9次與航天飛機的對接經(jīng)歷，共計接納了來自12個國家的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

　　大家更耳熟能詳?shù)亩鄧献鞯摹皣H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，已經(jīng)連續(xù)保持了21年載人飛行，成長為一個寬109米、長73米、高20米、重達419噸、內(nèi)部容積916立方米的空間巨無霸，相當(dāng)于一棟七層樓高的小型體育場。它孕育了各個國家的多種載人航天相關(guān)器具，容納過數(shù)百個宇航員工作生活，成為了獨一無二的航天平臺。

　　國際空間站（圖源：NASA）

　　然而，國際空間站的建造成本和運營成本頗為驚人。目前的總造價已經(jīng)超過2000億美元，每年各成員國為此付出的總運營費用也高達30億美元級別，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經(jīng)常出現(xiàn)。此外，隨著航天飛機于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)第二個國際空間站了。

　　綜合性價比而言，第三代積木式空間站已經(jīng)足夠滿足科研和應(yīng)用需求，建造和運營維護成本更低，也就成為了目前的最佳方案。天宮就采取這個策略，核心艙（天和號）、兩個實驗艙（問天號，夢天號）和機械臂等組成總重約60噸的T字結(jié)構(gòu)，對接貨運飛船和載人飛船，足夠滿足三名航天員駐留并長期穩(wěn)定運行。未來如有需要，還有潛力進一步擴展為十字形結(jié)構(gòu)，尺寸和能力進一步提升。

　　如何正確建成一個天宮？

　　天宮空間站是中國載人航天技術(shù)的大集合，需要調(diào)動最核心的資源建造。

　　首先，需要的是長征火箭家族三劍客，長征五號B、長征二F和長征七號。其中，長征五號B專門負(fù)責(zé)近地軌道重載任務(wù)，運力在25噸級別，負(fù)責(zé)發(fā)射核心艙和實驗艙。長征二F運力在8.5噸級別，是目前保持100%成功率的一款“神箭”，也是中國唯一的載人火箭，它頭部尖尖的逃逸塔成為最容易識別的標(biāo)志，主要負(fù)責(zé)發(fā)射神舟飛船。而長征七號是中國新一代主力火箭，運力在14噸級別，用來發(fā)射天舟貨運飛船。

　　建造天宮需要長征家族三大主力一起上陣（圖源：中國載人航天辦公室）

　　其次，需要兩大發(fā)射場。其中，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心擁有我國唯一的載人航天發(fā)射和返回相關(guān)配套，這里見證了此前所有11艘神舟飛船的起航，是中國航天員真正“登天”和“下凡”的地方。文昌航天發(fā)射場是中國最新最先進的發(fā)射場，這里三面環(huán)海、無殘骸問題，海運讓長征五號不再受限于陸路運輸而變得“胖起來”（5米最大芯級直徑），新建造的各種配套也讓它成為長征五號和長征七號系列火箭的定點基地，支撐起整個天宮的核心建造和補給過程。

　　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械臂系統(tǒng)像“堆積木”一樣逐漸把整個結(jié)構(gòu)搭建起來，期間需要有航天員在軌駐留，并需要定期補給。隨后，還規(guī)劃有十次任務(wù)，包括兩次長征五號B火箭發(fā)射實驗艙，四次長征二F火箭發(fā)射四艘神舟飛船，以及四次長征七號火箭發(fā)射天舟飛船。最終，預(yù)計于2022年，天宮空間站才能正式建成。

　　天宮空間站示意圖（圖源：人民日報）

　　天宮開始正式運行后，將標(biāo)志著中國航天進入嶄新的發(fā)展階段。利用特有的太空環(huán)境，能實現(xiàn)多種技術(shù)創(chuàng)新和科技產(chǎn)出，是個不折不扣的“超級實驗室”。例如早在天宮二號空間實驗室階段，就實現(xiàn)了伽馬射線暴偏振測量儀器、世界首臺空間冷原子鐘、空—地量子密鑰分配與激光通信試驗和多種材料科學(xué)實驗等技術(shù)進展。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)、美國和中國有過獨立建造的歷史，對于帶動整個航天和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有無法替代的地位。對于人類更遠(yuǎn)的星辰大海和星際移民夢想，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各種酷炫的空間站。天宮，或許就是中國人走向更遠(yuǎn)深空的起點。

　　2019年中國航天日海報：從夢想到現(xiàn)實（圖源：國家航天局）

　　“盤古破鴻蒙，天宮有九重”，是華夏民族對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”這座中國建造的天上宮闕，對“登天有多難”這個問題，給出了不同的答案。屈原在長詩《天問》中，也提出了對于更遙遠(yuǎn)的星辰大海的疑問— “九天之際，安放安屬？”“日月安屬，列星安陳？”。正在火星軌道運行的“天問一號”火星探測器，也在用“天問，問天”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！祝福浪漫的中國航天不斷進步。

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