大国重器，空天前哨：为什么中国要有自己的空间站-米儿火

二战结束之后不久，美苏冷战便开始了。和冷战同时进行的，是两个超级大国之间的“太空竞赛”。

在这条路上，苏联人走在了最前面。1957年10月4日，苏联成功发射了人类的第一颗人造卫星——斯普特尼克1号。

▲ 俄国人发射了

人类第一颗“月亮”

消息传到美国，举国震惊，不少报纸和杂志都将“斯普特尼克1号”成为“苏联月亮”，甚至一度出现了“Sputnik Mania”（斯普特尼克癫狂）—— 不少美国人将这视为“美国历史上最恐怖的一天”。

▲ 斯普特尼克癫狂

几年之后，莫斯科时间1961年4月12日早晨9时07分。苏联航天员尤里·加加林乘坐“东方1号”宇宙飞船升空，在太空中停留了1小时48分钟，完成了人类历史上首次载人太空飞行，圆了全人类走向太空的梦。

▲ 太空第一人

尤里·加加林

也是从这一刻开始，美苏之间的航天竞赛，开始渐渐进入的了白热化阶段。

在那段时间里，美苏双方都在不计成本地发展各自的“太空计划”。在卫星、载人航天竞赛上落后的美国决定直接玩儿一票大的——登陆月球。

1969年7月20日，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗乘坐“阿波罗11号”飞船成功登陆月球。美国一举翻盘，成功在“太空竞赛”中超越了苏联。

▲ 阿波罗11号任务成员

左起：阿姆斯特朗、柯林斯、奥尔德林

但这样庞大的科研项目，往往是难以持续的。阿波罗计划的开销甚至一度达到了美国全年GDP的4%，数万家企业，数十万工作人员都在围绕这个项目而不计成本地进行攻关研究。

在那个信奉“掌握太空就掌握地球”的年代，人们对太空的认识深刻地受到地球上的故事的影响——探索太空不是出于对科学奥秘的探索，而是出于政治与军事的竞争。

好在，理性最终还是战胜了狂热——当人类对太空的认知越来越清楚，技术发展的趋势也越来越合理：登月、深空探测之类的课题，渐渐不再属于大国之间的科技竞赛，回归了科学探索的本质。

大国之间竞相角逐的，是更加实用的技术，比如，空间站。

目前，只有中美俄（苏）三个国家独立掌握了设计、发射、对接空间站的技术。所以在我的眼里，世界上也只有中美俄（苏）有资格称作“航天大国，航天强国”。

为什么中国要有空间站

空间站的重要性，主要体现在两个方面：

第一，它本身的设计和发射，就是中国航天实力的证明。

第二，它能够给未来的科学研究工作铺平道路。

当代的空间站，本质上是一个太空中的实验室——漂浮在太空中的空间站，能够提供地球上难以实现的真空、微重力、宇宙射线辐射等各种物理环境。

举个简单的例子：航天员在太空失重的环境下会出现骨质流失的现象，根据国际空间站航天员的数据显示，骨密度的流失率达到了每月1.5%——这相当于地面上更年期女性一年的骨质流失量——倘若长期处于太空环境之中，航天员将必然地患上骨质疏松症。

为了保证航天员的健康，科学家们逐渐发现了包括体育锻炼、饮食等对抗骨质流失的方法，在这个过程中也增加了对人体的了解，掌握了人体衰老、骨密度变化的规律。

在国际空间站上，NASA和美国制药公司对小白鼠做了一系列的实验，这些实验的目的就是搞清楚太空环境对骨骼的影响，并最终开发出相关的特效药。

▲ 小白鼠在空间站里的家

在国际空间站研究结果的基础上，美国安进公司（AMGEN）开发了专门治疗骨质疏松症的药物“普罗力Prolia”。

除了科研之外，空间站在国防安全建设上也有重要的意义。

以美国国防部为例，美军利用空间站进行了大量具有潜在军事意义的实验，包括但不限于材料、导航、光学侦察等项目。

1984年，美军发射了LDEF长期暴露设施，这种设备专门将各种材料暴露在太空之中，以观察太空环境对不同材料的不利影响：外层空间的原子氧会对某些塑料和金属形成严重的腐蚀。太空中四射的极紫外线辐射也会让许多涂层产生质变。后期进行的“国际空间站材料实验（MISSE）”也是基于类似的目的。

▲ 上面每一个圆形、方块，

都是一种新材料样本

通过这些研究项目，美军得以掌握了大量材料的属性与长期表现，从而能够在后续的太空竞赛中获得更多的领先优势。

空间站的存在，意味着科学家们获得了地球上几乎不存在或者难以长期保持的特殊环境条件——失重、宇宙辐射、极端温差、真空。

如果我们没有自己的空间站，就根本没有机会进行相关的实验。做不了这样的实验，很多研究就没办法继续进行。

这些研究不仅和航天、国防有关，还可能涉及农业、医药、化学、电子等多个领域。长期来看，空间站的有无，影响的是中国是否能点亮更多科技树。

空间站的发展历程

第一代空间站

受到美国登月的刺激，为了从航天科技上再胜过美国一筹，苏联开始集中力量研发空间站相关技术。我们现在已经很难想象当年苏联工程师们的压力：从1970年到1971年初，苏联在不到一年的时间里就基本完成了空间站核心舱的建造工作。

但在第一代空间站的探索过程中，苏联人也付出了惨痛的代价。

1971年4月19日，苏联在拜科努尔发射场发射了“礼炮1号”的核心舱。6月6日，三名苏联航天员同样从拜科努尔基地升空，成功完成了和“礼炮1号”的对接任务，并进入空间站，在轨道中生活了23天18小时。

6月30日凌晨时分，三名宇航员搭乘返回舱返回地面。但在和空间站分离的过程中，返回舱的减压阀被震开，舱内开始急速减压，氧气被抽走，三名宇航员在极短的时间里就因急性缺氧和体液沸腾而牺牲。

直到着陆后，地面人员才发现了三名已经遇难的宇航员。

两年后，1973年，美国人也加入了“空间站”俱乐部。

在“阿波罗计划”中，NASA已经拥有了推力足够强大的“土星5号”火箭。因此，美国航天局能够将更大更重的设备发射到地球轨道上去。依靠这种技术优势，美国的第一座空间站“天空实验室”堪称奢华——全长36米，最大直径6.7米，质量近80吨，可用工作空间360m³，整个空间相当于一个实用面积120平米的住宅。

除了巨大的空间，生活设施也非常到位——“天空实验室”里的食物储藏区里足够容纳900公斤食物，还配备了食品冷冻/加热设备。宇航员甚至还可以在空间站里用香皂洗热水澡或者正常上厕所。

相比之下，“礼炮1号”就显得比较寒酸了——全长仅有15.8米，最大直径4米，可用空间只有99m³。

第二代空间站

第二代空间站和第一代空间站的主要区别，在于接口数量：一代和二代空间站都只有一个舱室，但二代空间站前后两端都有接口，一代空间站仅有一端有接口。

拥有两个接口的空间站，在接驳载人飞船的时候，还可以多一个接口来接驳货运飞船。在紧急情况下，二代空间站可以快速补充零部件或者给养。

但实际上，二代空间站在技术上并没有完全超出一代空间站太多，它更多只是一代空间站的豪华版。在二代空间站时期，最著名的不是技术而是故事。

仅仅“礼炮7号”一座空间站，就给我们贡献了一段堪称传奇的往事。

1985年2月11日，礼炮7号在太空中静静地漂浮着，前一批宇航员已经安全返回地面，后一批宇航员还没有到来。此时，技术人员们发现了些许异常——“礼炮7号”的电子系统出现了故障，故障导致“礼炮七号”无法发射信号。但由于地面技术人员的操作失误，情况变得更糟糕了——坏掉的不仅仅只是信号发射器，连接收器也被烧坏了。

于是，“礼炮7号”瞬间变成了一个在茫茫太空中高速飞行的“陨石”。此时，苏联航天人面前有两条路：第一，更先进的“和平号”空间站已经接近完成，他们可以放弃“礼炮7号”。让它随着时间慢慢坠落。第二，送两个人上去修，但稍不注意就会导致航天灾难。

不出所料，苏联工程师的那股子熊脾气又上头了——他们果断选择了第二个方案。1985年6月6日，两名经验丰富的宇航员奉命乘坐“联盟”飞船上天拯救已经陷入瘫痪状态的“礼炮7号”。

我们需要记住这两个人的名字：飞船驾驶员贾尼别科夫、机械师萨维内赫。

▲ 礼炮7号救援任务成员：

左起：萨维内赫、贾尼别科夫

经过两天的飞行之后，他们终于从舷窗里看到了失联四个月的“礼炮7号”。很快，他们发现：实际情况比预料的更加糟糕——礼炮7号正在像一个醉鬼似的旋转，同时它的太阳能电池板也出了问题。

以往，飞船和空间站之间的通信是正常的。对接时候，两者会保持相对静止，在地面站的协调下缓缓瞄准对齐，然后对接。但这次，空间站完全失联，同时还在不断旋转。

然而，真实情况往往比电影更精彩——即便在电脑辅助之下，对接任务也并不容易。但艺高人胆大的贾尼别科夫硬是靠肉眼观察和手动操作一次性就对接成功了。

或许对他来说这点事儿根本不算什么，毕竟几年前他也曾经纯手动对接过一次，花的时间比电脑辅助情况下还要快14分钟。

第三代空间站

1986年2月19日，苏联“和平号”空间站发射升空，人类迎来了第三代空间站。和先前的空间站相比，第三代空间站已经趋近完美。按照设计，“和平号”上搭载了多个不同的舱室且有多个接口，形成了多模块、积木式的结构。

“和平号”空间站的性能远超先前一切空间站，但可惜，她来得实在太晚了。当“和平号”空间站升空的时候，她的祖国距离分崩离析也就只剩五年多了。

在解体之前的那段时间，苏联经济几乎趋于崩溃：传说，连航天员向地面请求运送蜂蜜上来的需求都已经无法满足了——因为已经买不到蜂蜜了。

1991年12月25日晚，苏联总统（没错）“地图头”戈尔巴乔夫宣布苏联解体。26日凌晨，苏联国旗从克里姆林宫的穹顶上缓缓降下，整个俄罗斯都乱做了一团。

地面上的事情，尚且掰扯不清，谁还有精力去照顾天空中的“和平号”呢？

当苏联解体的时候，作为宇航员驻守“和平号”的克里卡廖夫似乎被人遗忘了。地球上的那个“红色帝国”已经分崩离析，而空间站里却还有一个苏联公民。尽管他从和地面的联络中知道了一切，多次向请求返回地球，但他得到的回答却一直是“继续待命”。

此时的俄罗斯经济已经崩溃，无力再支付“和平号”空间站的维护费用，甚至一度计划将和平号空间站卖给美国。要不是德国人花了2400万美元购买了未来进入“和平号”空间站的一个名额，克里卡廖夫回归地面的日子只怕遥遥无期。

直到苏联解体后的三个月，1992年3月25日，这位“苏联太空遗民”才终于回到了地球，变成了俄罗斯公民。

▲ 返回地球的克里卡廖夫

面色苍白，身体虚弱

苏联解体之后，缺钱的俄罗斯选择和其他国家共同运行“和平号”空间站。美国借此机会为俄罗斯航天部门提供了大量的资金，以供应“和平号”的各种成本，同时也学习了苏联在空间站方面的各种先进技术和经验。

在之后的十年时间里，“和平号”接待了来自多个国家的宇航员，实质上扮演了“国际空间站”的角色——直到2001年，她终于冲入大气层、坠入大洋。

第四代空间站

苏联解体之后的很长一段时间里，美国是世界上唯一的超级大国。同时也是唯一有能力玩空间站的玩家。

1998年，由美国NASA牵头，俄联邦航天局（RFSA）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、加拿大太空局（CSA）和欧洲空间局（ESA）共同研究、建造的国家空间站开始进行建设。

在之后十几年的时间里，各个模块相继被发射到轨道上与国际空间站对接。2011年2月，国际空间站组装工作结束。国际空间站也就成为了人类拥有过的最大规模的空间站。

中国人对空间站的探索

由于历史和经济的原因，我们的起步比较晚，相对于美国和苏联，我们落后了20多年。幸好，我们赶上来了！

1992年，中央决定了中国载人航天“三步走”战略，决定开始发展载人航天。第一步是“能上天”，即将宇航员安全送入太空并返回。第二步是“能出舱”，即宇航员能在太空中完成太空行走。第三步是“建立小型空间站”，即在轨道上建立一个小型的、实验性质的太空舱以验证各种技术。

▲ 中国第一位航天员

杨利伟

2003年，航天员杨利伟搭乘“神舟5号”飞船成功冲出地球，成为了历史上第一个飞出大气层的中国人。载人航天第一步“能上天”顺利完成。2008年9月25日，航天员翟志刚搭乘“神舟7号”飞船升空。27日下午4点40分，翟志刚出舱进行太空行走，第二步也顺利完成。

▲ 翟志刚在太空行走

现在，就只差第三步了。

在2009年的春晚上，“天宫一号”的模型登台亮相。所有人都清楚，中国也要发展自己的空间站了。

2011年9月29日，“天宫1号”目标飞行器升空。但这里，大家可能会有一些疑惑——为什么不叫“空间站”而叫“目标飞行器”呢？

原因在于，“空间交会对接”是空间站必要的技术。空间交会对接，就是要求扮演“追踪飞行器”的宇宙飞船在轨道上精确捕捉“目标飞行器”、实现对接，交换必要的人员和物资。

▲ 天宫1号效果图

空间交会对接能用于建设大型的空间设施，并且为长期在轨道上漂浮的空间设施提供物资补给和人员运输——如果中国未来计划载人登月或是深空探测，那么也必须攻克“空间交会对接”项目。

2011年11月3日，天宫1号和神舟8号完成了中国首次空间飞行器自动交会对接的任务，并且还进行了二次自动交会对接，形成了合体。

2013年6月13日，神舟10号和天宫一号实现了自动交会对接，也形成了组合体，中国航天员第一次入驻天宫一号。

天宫1号的任务完成得相当圆满，是一个非常合格的“教练站”——在天宫1号的基础上，我们掌握空间交会对接、航天器在轨维持等多个技术，为以后的发展打好了基础。

2016年3月16日，天宫1号正式终止了数据服务，全面完成了她的历史使命。两年后，天宫一号返回地球，在大气层中烧毁，坠落在了南太平洋中部。

就在天宫1号中止数据服务的半年后，2016年9月15日，天宫2号升空。作为天宫一号的继任者，天宫2号完成了和神舟11号、天舟1号飞船的对接任务。在天宫1号的基础上，天宫2号验证了包括释放伴飞卫星、机械臂、货运飞船对接、在轨道上补充推进剂等与空间站密切相关的技术，成为了中国第一个真正意义上的太空实验室。