今天中午，“天和”核心艙將搭乘長征五號B遙二運載火箭從海南文昌發射場發射升空，承載著中華民族載人航天夢想的“天宮”空間站也正式開啟了為期兩年的建設之路。空間站“天和”核心艙的發射，意味著中國空間站建設大幕已經開啟，中國航天也步入一個全新的時代。

來自：視覺中國

據了解，此次發射的“天和”號核心艙長16.6米、最大直徑4.2米，重量達到22.5噸，能滿足3名宇航員長期在軌駐留需求。

建造空間站，解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題，是我國載人航天工程“三步走”發展戰略中第三步任務目標。

2020年5月，長征五號B運載火箭首飛任務取得圓滿成功，實現了空間站階段飛行任務首戰告捷，拉開了我國載人航天工程“第三步”任務序幕。根據任務安排，后續將實施一系列飛行任務，于2022年前后完成空間站在軌建造，建成在軌穩定運行的國家太空實驗室。

我國載人航天工程已經全面轉入空間站在軌建造任務階段，今年將陸續實施空間站核心艙發射、貨運補給、載人飛行等多次任務。按照此前公布的空間站建造任務規劃，今明兩年將接續實施11次飛行任務，包括3次空間站艙段發射，4次貨運飛船以及4次載人飛船發射，于2022年完成空間站在軌建造，實現中國載人航天工程三步走發展戰略第三步的任務目標。

而環顧全球，人類的長期在軌駐扎事業卻似乎迎來了瓶頸期。國際空間站（ISS）在軌運行已經超過20年，日漸衰朽；美俄兩國在航天合作商矛盾頻出，俄羅斯準備另立門戶；美國則積極鼓勵商業力量進入太空領域……這種背景下，“天宮”的建成及日后運營無疑有望改變未來世界的載人航天力量格局，幫助中國發出自己的聲音。

天上“宮闕”

與載人飛船和已經退役的航天飛機不同，空間站最大的特點是能夠滿足人類長期駐扎太空的需要。其必備的系統設備包括加壓艙室、電力供應系統、生命支持系統等。基于這些配置，空間站可以滿足科學研究、軍事偵查以及太空旅游等多種用途。一般來講，小型空間站是完全組裝后發射的，但較大的空間站分成模塊送上太空，在軌道上組裝。

為了最有效地利用運載工具，空間站通常是空著發射的，而航天員則乘坐不同的運載工具跟隨升空。因此，一個空間站的運作需要一個運輸系統來運送人員和設備，并補充推進劑、空氣、水、食物，以及其他在日常運作中消耗的物品。

自1971年以來，全球共有11個空間站先后被發射到近地軌道上：禮炮1號，天空實驗室，禮炮3、4、5、6、7號，和平號，國際空間站，以及天宮一號和二號。而這11個空間站又可以按照結構復雜程度劃分為四個代際。

第一代包括蘇聯的“禮炮1號”至“禮炮5號”空間站，美國的“天空實驗室”以及中國的“天宮一號”和“天宮二號”。它們的共同特點是單艙且只有一個對接口，空間有限又壽命較短。

第二代包括蘇聯的“禮炮6號”和“禮炮7號”兩座空間站。它們的設計特點是有兩個接口，但依舊保持單艙空間布局。到了第三代，空間站的進化開始加速，不僅實現了多艙布局，而且做到了多模塊組合的“積木式”結構。

而該代次空間站的代表就是大名鼎鼎的和平號空間站，另外我國即將建成的“天宮”也屬于這一代次。在第三代空間站之后，以美國為首的16國又聯合建造了全球唯一的四代空間站、也是至今唯一在軌運行的空間站——國際空間站。

相比前三代，國際空間站不僅擁有16個艙室：4個俄羅斯艙、9個美國艙、2個日本艙和1個歐洲艙。而且衍架結構和積木式的“混血”結構使其體型更龐大、構造更復雜。作為迄今為止國際間最大規模的合作項目，國際空間站已經耗費了各成員國超千億美元的經費。

肇造“天宮”

相比于“禮炮”系列距今已經半個世紀的歷史，我國的空間站項目起步較晚。上世紀90年代，我國載人航天工程確立了“三步走”發展戰略：

第一步，發射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開展空間應用實驗；

第二步，突破航天員出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術，發射空間實驗室，解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題；

第三步，建造空間站，解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。

2011年9月29日，中國研制的第一個空間實驗室“天宮一號”才在酒泉衛星發射中心成功發射。

天宮一號由實驗艙和資源艙組成，先后與神舟八號、神舟九號、神舟十號三艘飛船對接，幫助我國掌握了空間交會對接技術以及為建設空間站積累經驗。2016年9月15日，我國第一個真正意義上的空間實驗室天宮二號成功發射入軌，次年4月20日，首艘貨運飛船天舟一號發射升空，解決了空間站建造和長期運營所需的太空貨物運輸問題。

天舟一號和天宮二號的多次“太空加油”使我國成為世界上第三個掌握推進劑在軌補加技術的國家，兩者進行的繞飛和自主快速交會對接，則是對未來空間站技術的預先試驗。至此，我國載人航天推進至空間站時代。

不過，天宮一號和天宮二號已分別于2018年4月2日和2019年7月19日受控離軌并再入大氣層墜毀，茫茫太空亟待新的空間站。

相比于天宮一號和天宮二號，此次建設的“天宮”空間站可以說是實現了跨越式的進步。據全國政協委員、中國載人航天工程總設計師周建平介紹，中國空間站總體構型是3個艙段，包括“天和”核心艙、問天實驗艙Ⅰ和夢天實驗艙Ⅱ，每個艙都是20噸級，整體呈T字構型，可在軌運營10年以上。

其中，“天和”核心艙全長16.6米，最大直徑4.2米，發射質量22.5噸，有五個對接口，可以對接一艘貨運飛船、兩艘載人飛船和兩個實驗艙，另有一個供航天員出艙活動的出艙口，是未來空間站的管理和控制中心。

核心艙在設計上較過去有了很大突破，供航天員工作生活的空間約50立方米，未來加上兩個實驗艙后，整體能夠達到110立方米，可支持3名航天員長期在軌駐留。除此之外，未來會單獨發射一個十幾噸的光學艙，與空間站保持共軌飛行狀態。

“計劃在光學艙里架設一套口徑兩米的巡天望遠鏡，分辨率與哈勃相當，視場角是哈勃的300多倍。如果在軌十年，可以對百分之四十以上的天區，約一萬七千五百平方度天區進行觀測。”周建平說。

未來格局

2020年11月2日，國際空間站度過了它的“20歲”生日。在這7300天里，這個價值1500億美元的空間站接待了來自19個國家的241名宇航員，并完成了3000多個科學實驗。但輝煌的成績也意味著其已經愈發臨近最終服役期限。

而且，國際空間站的運行成本非常高，僅NASA每年需要支付的成本就達30~40億美元，這使得多數成員國萌生退意。根據規劃，國際空間站被正式批準運行到2024年12月，最晚不會延期至2028年后，所以各主要參與國都開始積極謀劃“后國際空間站”時代的太空戰略。

在這方面較為積極的是俄羅斯。俄羅斯副總理Yuri Borisov本月在接受國家電視臺采訪時提出了俄羅斯推出國際空間站項目的可能性。據塔斯社報道，俄羅斯對國際空間站目前的狀況不太滿意。鮑里索夫指出，俄羅斯現有的承諾只延續到2024年底，在那之后，俄羅斯將專注于建設自己的空間站，并計劃于在2030年之前投入使用。

但考慮到俄羅斯航天部門日漸捉襟見肘的財務狀況和國際發射市場上SpaceX的擠壓，這個時間表能不能按時兌現恐怕只有俄羅斯人自己清楚。轉過來再看美國方面，今年3月23日，NASA舉行了關于“商業近地軌道目的地”（commercial LEO destinations）的在線行業簡報，表明該機構正在考慮將商業公司納入到未來空間站的規劃中來。

就目前的成果來看，的確有多家美國商業航天公司先后公布了“商業空間站”項目的PPT。例如，總部位于休斯敦的Axiom Space公司計劃將國際空間站作為其在建立自家空間站的跳板。Axiom公司的目標是在2024年開始向國際空間站發射新的商業模塊，為軌道實驗室上的宇航員提供更多生活和研究空間。

而且，當國際空間站退役時，Axiom空間站將完成建設并分離獨立運行。另外，總部位于加州的Orion Span公司也計劃建立自己的近地軌道空間站，名為Aurora。該公司表示，該空間站可能在今年年底發射，并在明年開始為客戶提供服務。更不要說還有早早放出風聲要籌建商業空間站的Nanorack、Sierra Nevada和藍色起源。

但夢想豐滿，現實骨感！

商業空間站的鼻祖Bigelow Aerospace的遇挫使得整個商業空間站賽道都變得不再那么平坦。去年3月23日，已經成立20多年商業空間站公司Bigelow Aerospace宣布因為新冠疫情解雇了其所有員工，公司正在停止運營。

而在此之前，該公司一直致力于充氣式可擴展模塊（BEAM）的設計與建造，其2016年4月發射的BEAM至今仍安裝在國際空間站上，用于存儲和一些額外的測試。對于公司的結局，Bigelow Aerospace的創始人Robert Bigelow表示，“該行業要想成熟，在一段時間內，政府必須提供大量補貼。”而這也足見商業空間站的風險性。

結束語

走出地球、奔向宇宙是人類千百年來的愿望，這映襯了我們智人這一物種對未知的好奇心和探索的勇氣，而空間站恰恰是實現常駐太空的第一步。

站在2021年的歷史節點向后看，中國很有希望在未來十多年的空間站建設運營上拔得頭籌，這對我們來說既是機遇，也是考驗。

來源：學術頭條

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