【深度科普系列】四篇文章让你了解关于空间站的一切──①空间站的诞生和发展历程（上）

今年堪称是中国载人航天事业的丰收之年，作为“载人航天三步走”的第三步──建立空间站计划，继续稳步向前推进。

4月29日，长征五号B运载火箭搭载中国空间站的天和核心舱，在海南文昌航天发射场发射升空，标志着中国空间站正式进入验证阶段。

雄伟的长征5号B火箭矗立在发射塔台上

5月29日，天舟二号货运飞船发射。

6月17日，三名航天员乘坐神舟十二号飞船在酒泉卫星发射中心升空。在轨驻留三个月之后，于9月返回。

9月20日，天舟三号货运飞船发射。

10月16日，搭载三名宇航员的神舟十三号载人飞船发射升空，大约6个半小时之后，神舟十三号与天和核心舱成功对接，与此前已对接的天舟二号、天舟三号货运飞船一起构成四舱组合体。

一系列航天器的密集发射，一次次吸引了全国人民对航天领域的高度关注，点燃了国人的爱国热情。

看着我国的空间站项目不断添砖加瓦，大家在倍感自豪的同时，也不仅会问，在世界航天史上，空间站是什么时候出现的？都有哪些国家建造过空间站？它有什么具体应用？中国为什么要建立自己的空间站？中国的空间站又有哪些黑科技？这些问题，将用四篇文章为您一一解答。

一、第一代空间站诞生的历史背景

早在一个多世纪前的1869年，美国作家爱德华·希尔在他的科幻作品《砖砌的月亮》中，就描绘了空间站的概念。

20世纪初，苏联科学家齐奥尔科夫斯基以及欧洲火箭之父赫尔曼·奥伯特提出了空间站的理论设想。

上世纪60年代，美苏两个超级大国在航天领域展开激烈竞争。1969年7月，美国首次载人登月获得成功，而在此前后，苏联的登月火箭却多次失败，不得不下马载人登月计划。落败的苏联转而寻找其他赛道。

之前美苏两国多次重复的载人航天实验，已经验证了人类可以长时间生存在太空中。在苏联的设想里，通过建立航天员长期驻留的空间站，可以实现覆盖全球的军事侦察和作战目的，因此苏联将航天发展重心转向空间站项目。

1971年，苏联“礼炮一号”发射升空，这是人类历史上第一座空间站。

礼炮一号空间站

看到苏联的成功，美国也不甘落后，于1973年5月用土星五号运载火箭将巨大的天空实验室送入太空。它重达77吨，内部体积达到368立方米，包含7个模块，其中有5个实验舱，相当于一套5室2厅的120㎡的房子，大大超越了礼炮一号。

天空实验室前后接待了三批宇航员。此项目于1974年2月宣告结束，为期不到一年，随后天空实验室被封闭，在1979年坠入大气层烧毁。

美国发射的第一个空间站：天空实验室

礼炮一号和天空实验室都是第一代空间站，只有一个对接口，一次只能对接一艘飞船，主要作用是验证交会对接、舱外活动、在轨驻留，实用价值有限，验证完之后就被废弃了。我国的天宫一号和二号也是第一代空间站。

天空实验室过高的建造和维护成本，让美国对继续开展空间站计划兴味索然，而苏联则不断发射和建造新的空间站。从1973年到1976年，苏联陆续发射了礼炮二号，三号，四号，五号，都属于第一代空间站。其中三个礼炮空间站还进行了秘密的武器试验，但是由于武器发射的反作用力会导致整个空间站旋转，难以投入实战，最终不了了之。

二、第二代和第三代空间站的出现

1976年，苏联发射了礼炮六号，1977年发射礼炮七号，第二代空间站出现了。和第一代不同的是，礼炮六号和礼炮七号有两个对接口，一个用于载人飞船对接，一个用于货运飞船对接，航天员可以及时得到补给和轮替，空间站的安全性和可靠性也比第一代有所改善，这使得航天员长期在轨成为可能。

随着航天员在空间站常驻并开始进行一系列科研活动，第二代空间站的缺点也逐渐暴露出来，规模小，不易扩展，限制了有效载荷的规模。由于所有仪器设备只能堆在舱段内，所以很难合理地布置相关的实验装置，不同性质的装置容易互相影响和干扰。而且由于各种载荷的安装十分紧凑，也使得出现重大故障时很难修理或更换。

出于这样的原因，苏联开始研究下一代空间站，于1986年发射了和平号空间站核心舱，第三代空间站正式诞生。

和平号空间站

和平号最大的特点是模块化组装，这意味着空间站可以通过多次发射在轨组装完成，降低了每次发射的载重，每个模块可以拥有与其他模块不同的独立功能，可以不断像搭积木一样向外拓展，出现故障也方便调换。随后几年通过一系列发射，和平号逐渐完成了主体的搭建。到1990年为止，形成了包括核心舱和量子1号、量子2号、晶体号三个实验舱，一共四个主要舱段的组合体。

苏联解体后，继承了苏联航天遗产的俄罗斯恢复了与美国的合作。1993年，时任美国副总统戈尔与俄罗斯总理切尔诺梅尔金商定，让美国参与和平号空间站项目。由此和平号空间站开始了新一轮的建设，先后于1995年1996年发射了光谱号和自然号两个实验舱，以及专门用于与美国的航天飞机对接的对接舱，美国的三艘航天飞机，亚特兰蒂斯号，发现号，奋进号，都曾经与和平号空间站对接。

至此，和平号空间站拓展为七个主要舱段，全长87米，有效容积470立方米，质量达175吨，与航天飞机连接后，重量可达200多吨。此后未再进行拓展，一直延续到寿命终结。

和平号空间站三维结构

从诞生之日起，和平号一共运行了15年之久，大大超过了5年的设计寿命，一共绕地球飞行了8万多圈，先后31次与载人飞船、62次与货运飞船实现对接，9次与美国航天飞机对接，有12个国家的135名航天员曾在空间站上工作，最长的驻留时间达到400多天，进行了1万多次科学实验，研究和验证了600多项可供工业应用的新技术与新材料，还开展了大量对地观测和天文观测。

和平号空间站诞生的初衷是因为美苏争霸，但在它建成之后，恰恰实现了和平与发展的功能。作为世界上第一个长期载人空间站，和平号在人类空间探索和宇宙科研领域发挥了巨大作用，是人类航天史上的一个里程碑。

然而，再伟大的工程终究也会落后，也会有被淘汰的一天。像所有的设备都有故障一样，和平号也不例外，服役15年以来，它累计出现了2000多处故障，其中有近1000处故障始终未能排除。空间站的外表在太空垃圾的不断碰撞之下也早已经伤痕累累，内部因为日积月累的化学腐蚀导致有70%以上的舱体面积不同程度受损。

除此之外，还有一些意外事故。仅在1997年就发生了两次严重事故，一次是制氧设备爆炸引起了火灾，一次是货运飞船与光谱号实验舱相撞，导致空气大量泄露，不得不将光谱号实验舱的通道关闭。撞击同时使得两块太阳能帆板偏转了角度，造成空间站电力减少了一半。

发生火灾之后的量子一号实验舱

太阳能电池板被撞击的伤痕累累

如果说仅仅是技术层面的故障，那么修修补补还可以勉强用下去，反正一直是这样过来的。但是到了2000年底，更严重的问题出现了，和平号开始接连几次失去和地面控制中心的联系。这意味着，和平号有失控的风险，如果失控坠落，一旦落在人口稠密地区，这样一个庞然大物所造成的后果将难以想象。

而美国早在1998年就已经让最后一名美国航天员飞离了和平号空间站，此后一直催促俄罗斯趁着和平号还可以控制的时候尽快将其坠毁。

在多方压力之下，2001年3月23日，和平号空间站在俄罗斯地面控制中心的控制下，通过变轨进入大气层，在划出了一条流星一样灿烂的轨迹之后，坠入了南太平洋的预定海域。因为计划仓促，站上一共27个国家的14吨科研设备来不及撤走，一起成了和平号的陪葬品。

化为流星的和平号空间站

全世界通过电视转播目睹了这一幕，大家由衷的感慨，一个时代结束了

下一个时代即将来临。