2023年底，我國的“天宮”空間站全面建成，邁出了我國太空摸索的堅定一步。

　　作為我國首個空間站，“天宮”到底長什么樣？下一步又將如何發(fā)展？請聽中國工程院院士、中國載人航天工程總設(shè)計師周建平在 財經(jīng)頻道“中國經(jīng)濟大講堂”節(jié)目中為我們詳細解讀。

　　目前，我們已經(jīng)建成了三艙構(gòu)型的中國空間站。三艙構(gòu)型，包含“天和”核心艙、“問天”試驗艙和“夢天”試驗艙，我們也稱為基礎(chǔ)構(gòu)型。

　　通過我們未來長時光的奮斗，必定能夠推動中國空間科學(xué)進入世界一流的行列。——周建平

　　目前太空中只有兩個空間站

　　2023年元旦，習(xí)近平總書記在新年賀詞中向全世界發(fā)布，中國完成了空間站的建造。

　　1992年，中國載人航天工程正式立項，我們開端打造自己的“太空家園”。在設(shè)計之初，我們瞄準了世界第三代空間站的技術(shù)程度，不斷突破，連續(xù)創(chuàng)新，歷時30年，自主完成了載人航天工程、空間試驗室工程和“天宮”空間站的建造，建成了完整獨立自主運行的國度級太空試驗室。

　　在當下的太空中，只有美國、俄羅斯等多國建造、保護的國際空間站和中國“天宮”空間站這兩個空間站?？梢哉f，中國載人航天技術(shù)已經(jīng)勝利躋身世界前列。

　　那么，建成的中國空間站是一個什么樣的基礎(chǔ)情形呢？

　　中國空間站發(fā)射入軌，三個艙初始的總質(zhì)量約為67.5噸，這個質(zhì)量是國際空間站的1/6。整個密封艙的空間是300多立方米，航天員的運動空間是122立方米，這個運動空間是國際空間站的1/3。在科學(xué)研討方面，我們的空間站安裝了25個試驗機柜，是國際空間站的4/5，建成了國度太空試驗室。太空試驗室要籠罩空間科學(xué)研討的重要領(lǐng)域，裝備必需具備足夠的先進性。目前，我們的“天和”核心艙實際上已經(jīng)具備了國際空間站的“曙光號”核心艙、“星辰號”服務(wù)艙、“團結(jié)號”節(jié)點艙三個艙段的功效。從這個角度來看，中國空間站的建設(shè)已經(jīng)能夠基礎(chǔ)滿足科學(xué)家科研任務(wù)的須要。

　　忙碌的“太空運輸隊”

　　中國空間站在離地近400公里的近地軌道飛行。載人天地往返體系要把航天員送到太空中去，短期生活和工作一段時光，再安全地返回地面。我們用長征二號F運載火箭和神舟系列載人飛船來運送航天員。

　　載人飛船工程在起步時，曾經(jīng)面臨一個重大的路徑選擇問題。1992年專家委員會論證的時候，有不同的路徑選擇。美國當時發(fā)展了航天飛機，蘇聯(lián)發(fā)展了“暴風雪號”航天飛機，歐洲、日本也都在論證搞航天飛機。那么中國的載人航天工程怎么起步？科學(xué)家、專家、工程師團隊進行了大批的論證，最終我們選擇了載人飛船的馬路。

　　這是一個非常主要的選擇。當時的基礎(chǔ)斟酌是，雖然航天飛機作為一個可反復(fù)應(yīng)用的航天器有很多長處，但是它也面臨著一些問題。比如，航天飛機這種構(gòu)造形式不能實現(xiàn)救生，也就是當呈現(xiàn)飛行故障時，航天員的安全得不到保障。而且，要建造一個可反復(fù)應(yīng)用的航天器，就當時的技術(shù)程度來講難度非常大。后來的實踐證明，我們選擇從載人飛船起步，用返回艙返回，可以有力地保證航天員的安全。

　　長征二號F運載火箭和神舟載人飛船是一個載人天地往返運輸體系。那么，它們可以用來運貨嗎？可以，但是運不了太多。實際上，神舟飛船是人貨混裝的，可以運輸大約300千克的貨物上行。但是，300千克的運輸才能確定遠遠不能滿足須要，更經(jīng)濟的運輸方法是搞一個貨運體系，可以運送大批物質(zhì)到空間站。這個體系就是長征七號運載火箭和天舟系列貨運飛船。

　　天舟貨運飛船是非常有特色的，其最大的發(fā)射重量可以到達14噸。它有三種構(gòu)型：一種是全密封貨運飛船，目前空間站組合體上?？康呢洿褪沁@種形式。另兩種是半密封貨運飛船和全開放貨運飛船，它們在今后將用于運輸大型的科學(xué)試驗設(shè)施以及維修裝備。

　　天舟貨運飛船還有一個特色，其運送的上行貨物占整船發(fā)射重量的比重到達0.51，也就是說51%是運送貨物的重量。這在目前世界上已經(jīng)研發(fā)的不同型號的貨運飛船里是最高的。我們不斷地在進步效力，減少成本。大家會看到，天舟六號將保證我們的航天員在軌生活和工作9個月時光，而不是之前的6個月。

　　如果把空間站比作太空港，那么往返于地面與空間站之間的運輸飛船，像神舟系列載人飛船和天舟系列貨運飛船，就是“太空運輸隊”的成員，它們可以將大批的物質(zhì)和多批次航天員乘組有序、安全地運送到空間站。

　　飛船完成往返運輸，要和目的地銜接，須要完成一個交會對接。空間交會對接技術(shù)是載人航天運動三大要害技術(shù)之一，被譽為“太空之吻”，難度極高。2011年開端，從實驗到實戰(zhàn)，我國空間交會對接技術(shù)從無到有，至今已勝利實施了20余次精準可靠的對接。更主要的是，我們用貨運飛船完成了一次兩小時的快速交會對接，這是一個世界紀錄。

　　集工作、生活于一體的“太空家園”

　　再來說說航天員的“太空工作室”。

　　我們的空間站里有6個航天員的艙位，核心艙里有3個，“問天”試驗艙里也有3個，每個艙位的運動空間約是2米×2米。航天員的運動空間約為122立方米，如果按地面的概念講，應(yīng)用面積超過60平方米，相當于三室兩廳，還帶個蘊藏間?？臻g站的核心艙和試驗艙各設(shè)兩個衛(wèi)生間，同時載人飛船也帶有衛(wèi)生間。在天上和在地球上不一樣，由于微重力，太空中四面八方都能運動，所以說空間是比擬寬闊的。

　　空間站里是一個什么樣的環(huán)境呢？氣溫是19℃到26℃，可以調(diào)節(jié)。為了到達這個溫度，我們摸索了相當長一段時光。在神舟飛船研制早期，我們設(shè)定的溫度是17℃到25℃，這是參照國外的規(guī)范制訂的。但是在應(yīng)用進程中發(fā)現(xiàn)，這個環(huán)境溫度偏低。經(jīng)過一段時光的飛行，我們終于找到了更合適中國人太空飛行的環(huán)境溫度。

　　空間站里的濕度是35%到55%，非常舒適。氣體成分是與海平面雷同的氧氮混合氣體。為什么用氧氮混合氣體？這是出于安全性的斟酌。因為如果是純氧環(huán)境的話，容易呈現(xiàn)火災(zāi)事故，所以我們選擇了氧氮混合氣體。在太空里保證這樣的一個環(huán)境條件，是我們的付出中最大的一部分，比食品、服裝等加起來都多。

　　在太空里一個人每天大約要耗費10千克的各類物質(zhì)，包含食品、水以及凈化用的資料和包裝。3個人一天就是30千克，一個月近1噸，一年要超過10噸。這樣的話就會帶來很高的成本，代價很大。怎樣能力保證長期的經(jīng)濟的運行呢？就要想辦法實現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)運用。

　　航天員在空間站長期駐留，依附的是再生生命保障技術(shù)。這個技術(shù)就像一個維護傘，為航天員在空間站樹立起一個相似地球的循環(huán)體系，通過物理、化學(xué)方式來實現(xiàn)水、氧氣等物資的循環(huán)、運用和再生。我國空間站的再生生命保障體系包含電解制氧子體系、二氧化碳去除子體系、微量有害氣體去除子體系、尿處置子體系、水處置子體系和二氧化碳還原子體系這六個子體系。通過冷凝干燥組件，收集航天員的汗液、呼出的水氣，凈化為可供飲用的再生水。同時，尿液也能收集處置，成為可以飲用的純凈水。循環(huán)水可以電解制氧，其副產(chǎn)品氫氣還可以與艙內(nèi)收集的二氧化碳反映再次得到氧氣。航天員在軌工作一年，如果不采取再生生命保障技術(shù)，大約須要超過10噸的物質(zhì)，而采取了再生生命保障技術(shù)后，僅須要3噸多的物質(zhì)就可以滿足航天員的生活須要，大大降低了對地面物質(zhì)的依賴。

　　早期的時候，我們面臨很多難題。比如，尿液的處置難度很大，因為尿液中包括了很龐雜的成分，我們的研制人員在這方面做了很多奮斗，當核心艙發(fā)射入軌以后，我們基礎(chǔ)上實現(xiàn)了尿液的再生運用。

　　二氧化碳的處置就更龐雜了。最早我們用的是物理吸附的方式，把二氧化碳吸附后再解析，向真空排放掉。后來科研人員把要害裝備研發(fā)出來了，電解制氧可以發(fā)生氫氣，再與二氧化碳發(fā)生催化反映，生成氧氣和甲烷。這樣的話，通過二氧化碳，不光解決了凈化的問題，也解決了再回收、再運用的問題。

　　這樣，我們的空間站實現(xiàn)了高效的資源回收和再運用，環(huán)境保障問題得到了很好的解決。

　　空間站的動力來自哪里

　　太空雖然是一個微重力環(huán)境，但是仍然有非常稀薄的大氣存在，大氣發(fā)生的阻力會導(dǎo)致空間站的軌道衰減。比如，在太陽運動激烈的年份，大氣阻力會使空間站的軌道高度每天降低100多米。建成后的空間站三艙構(gòu)型重達67.5噸，如果加上到訪的天舟貨運飛船和神舟載人飛船，重量將超過100噸。那么，如何讓這樣一個龐然大物在近地軌道上戰(zhàn)勝大氣阻力穩(wěn)固運行呢？

　　動力是現(xiàn)代社會非常主要的要素，對航天器來說更是如此。中國空間站有一個很大的特色：我們既有化學(xué)推動的發(fā)起機體系，也有電推動體系，這是全球開創(chuàng)的。什么是化學(xué)推動？化學(xué)推動靠燃燒，在推力室發(fā)生高溫高壓的氣體，然后從噴管噴出，獲得宏大的推力?；瘜W(xué)推動須要耗費推動劑。電推動則是惰性氣體在電離和電場的情形下加速，獲得一個極高的噴出速度，從噴管噴出。它最大的特色就是比沖非常高。我們現(xiàn)在用的電推動比在軌的化學(xué)推動的比沖高五六倍，這也是中國空間站的一個特色。

　　一般來說，電推動以前重要用在高軌衛(wèi)星的軌道堅持或深空探測上，在空間站這么大的一個組合體上用電推動技術(shù)維持空間站的軌道，中國事世界上第一家。其中也經(jīng)過了很龐雜的研制進程。因為當我們定這件事情的時候，電推動的技術(shù)程度和才能都非常有限，當時只能到達80毫牛這個程度。重量超過100噸的空間站，能不能用電推動技術(shù)？我們一開端采取并聯(lián)的方式，但即使320毫牛也不夠大。要害是我們對電推動這項技術(shù)的足夠器重，最終增進了國內(nèi)電推動技術(shù)的快速進步和發(fā)展。到今天，我國的電推動技術(shù)程度已經(jīng)到達了幾牛頓這樣的推力程度，應(yīng)當說中國空間站的帶動和增進起到了非常顯著的作用。

　　電源是非常主要的一種能源，無論是維持空間站的運轉(zhuǎn)還是保障航天員的生活、通訊、科學(xué)試驗等等，電是少不了的。所以，中國空間站在設(shè)計之初，就一直保持要提供豐盛的能源，而且必定要保證高可靠、高安全、長壽命。我們空間站的能源重要依附兩個試驗艙上的兩對太陽翼大帆板來滿足，一對太陽翼有55米長，面積達270多平方米，可以發(fā)電15千瓦。兩個試驗艙上的兩對太陽翼再加上核心艙的太陽翼，一共有38千瓦的發(fā)電才能。而且，我們在太陽電池的技術(shù)、儲能電池的技術(shù)方面都有了很大提高。

　　我們空間站的太陽翼采取了柔性的太陽翼。它有一個利益——可以一片一片地收納在太陽翼盒子里，再依附一個桁架式的構(gòu)造，把它展開出去?，F(xiàn)在，空間站建造完成以后，核心艙的太陽翼帆板的位置就可以騰出來，更有利于今后空間站的其他操作運動。大家可以在不久的將來看到，我們的航天員和機械臂將協(xié)同把這一對核心艙上的太陽翼帆板拆下來，再把它挪到兩個試驗艙的尾部上去。這會是一個很龐雜的艙外運動，須要航天員多次出艙完成。它也將成為中國空間站才能進步的一個主要的標記性事件。

　　神秘的太空試驗室

　　中國空間站完成在軌建造以后，將轉(zhuǎn)入為期10年以上的使用與發(fā)展階段。在使用階段，航天員將在艙內(nèi)外空間進行大規(guī)?？茖W(xué)試驗。目前已有17個國度的科學(xué)試驗項目通過審批，即將入駐中國空間站。未來，空間站可以開展哪些科學(xué)試驗？有哪些科學(xué)發(fā)現(xiàn)值得期待呢？

　　近地軌道空間重要有幾類資源。

　　一類是微重力。地面上沒有那么高的微重力程度，而近地軌道上有一個連續(xù)的微重力。在航天員的太空授課中，我們就能看到很多在地面上看不到的現(xiàn)象。

　　第二類資源是高真空、高干凈的環(huán)境。真空對人的生存是個挑釁，但同時高真空也是一種資源。地球大氣的維護使地面生物避開了宇宙射線的影響，但同時它也阻礙了我們打量宇宙。所以，真空環(huán)境的太空是研討宇宙來源和演變、研討空間天文的非常有利的場景。

　　還有一類資源是輻射。比如，太陽能就是絕大多數(shù)航天器進入太空后重要的能源起源。

　　我們空間站的科學(xué)研討就是繚繞這些資源來進行布局的。中國空間站上分布了25個空間使用體系試驗機柜，以及多個艙外載荷掛點，今后還有擴大的試驗平臺。我們已經(jīng)完成了水稻在太空中從種子再到種子的整個培育進程。我們帶上去的水稻種子在空間站里發(fā)芽、生長、開花結(jié)籽，其種子又再一次在空間站里完成了培育生長。在這個進程中，我們研討了微重力情形下水稻的發(fā)育情形，包含什么樣的水稻基因?qū)χ亓Ρ葦M敏感。

　　科學(xué)是一個摸索的事業(yè)，有很多沖動人心的科學(xué)發(fā)現(xiàn)在等候著我們。中國空間站的巡天空間望遠鏡就是一個值得我們期待的科學(xué)設(shè)施。中國巡天空間望遠鏡打算于2024年前后發(fā)射。巡天空間望遠鏡有什么特色呢？它的口徑為2米，辨別率與哈勃望遠鏡相當，但是它的視場角大約是哈勃望遠鏡的350倍，所以它可以“巡天”，能夠打量大約17500平方度的天區(qū)范疇。哈勃望遠鏡是不能巡天的，它到現(xiàn)在為止一共只看到幾百平方度的范疇，盡管如此，它已經(jīng)為我們帶來了大批的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。中國巡天空間望遠鏡有非常豐盛的光譜手腕，我相信它必定能源源不斷地給我們帶來沖動人心的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

　　目前，我們已經(jīng)建成了三艙構(gòu)型的中國空間站。三艙構(gòu)型，包含“天和”核心艙、“問天”試驗艙和“夢天”試驗艙，我們也稱為基礎(chǔ)構(gòu)型。其實，在設(shè)計的時候，我們就斟酌了擴大的問題?？臻g站今后可以增添新的艙段，擴大為四艙的十字構(gòu)型，還可以擴大成六艙的干字構(gòu)型，可以發(fā)展到180噸重量的規(guī)模。當然這個擴大并不是那么簡略，要有?？康墓?jié)點，要有能源的擴大，還要有信息的擴大和環(huán)境的節(jié)制、姿勢的節(jié)制、軌道的節(jié)制等等，涉及整個體系。

　　另外，中國的載人登月打算已經(jīng)正式立項實施，我們將運用載人月球探測發(fā)展新一代運載火箭和載人登月飛船的機遇，同步研發(fā)出新的飛船，新的飛船最多可以容納7名成員。

　　中國空間站的設(shè)計壽命是10年，今后我們將不斷地通過維修、升級等手腕來延伸它的服務(wù)壽命，我相信可以延續(xù)到15年、20年、25年甚至30年。通過我們未來長時光的奮斗，必定能夠推動中國空間科學(xué)進入世界一流的行列。