啱啱发射嘅天和核心舱意味住乜嘢？

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2021 年 4 月 29 日 11 时 22 分 30 秒，长征五号 B 遥二运载火箭搭载中国空间站「天和核心舱」，喺海南文昌航天发射场发射升空。

近年来，我哋也许习惯‌中国航天嘅高频次发射。但呢次嘅发射对于中国载人航天事业，具有并唔亚于中国人首次进入太空、航天员首次出舱活动嘅重要意义。

乜嘢是空间站核心舱？佢是做乜嘢用嘅？呢次发射嘅天和号又有边啲技术特点？系样理解佢嘅价值？睇到这则新闻，你想必会产生呢啲疑问。

让我哋一步一步，从最简单嘅开始说起。

乜嘢是空间站？

如果唔追溯到各民族早期嘅神话传说概念或者早期嘅科幻小说，比如 1869 年美国作家爱德华嘅「砖砌月球空间站」，噉样，空间站呢个概念嘅最初提出，是由俄国喺 20 世纪初完成嘅。

法国科幻作家儒勒嘅登月小说度，提出‌好多载人飞船和空间站相关嘅有趣设想 |《空间站系统和应用》

早期嘅空间站外形风格非常活泼发散，但喺各种现实条件嘅逼迫下，设计方案变得越来越趋同 |《空间站系统和应用》

1903 年，俄国航天之父康斯坦丁提出设想，喺接近地球嘅太空环境度，建造一个带有自主能源供应系统、生命保障系统嘅空间站，可以供人居住。1971 年，苏联率先发射‌人类历史上第一个空间站，礼炮 1 号。

如果严格按今日嘅标准评判，一啲早期太空站是唔可以算真正空间站嘅。比如美国 1973 年发射嘅天空实验室（Skylab），饮水都系自带嘅、唔可以再供应；而且没有推进系统，所以无办法长期维持喺轨道上。

来源：NASA

来源：《载人航天出版工程——空间站系统和应用》

喺今日，一个真正意义上嘅空间站，必须同时具备 4 个特征——这是将佢同卫星、飞船、航天飞机等第啲空间系统有效区分开来嘅关键。佢们分别是：

a. 空间站必须系一个轨道系统

这意味住佢必须位于环绕星体嘅太空轨道上，虽然喺今日这还剩只局限于地球，但喺未来，建造环绕月球、甚至火星嘅空间站，喺技术上都系可以实现嘅。

b. 空间站必须足够大

特别是功能较为完备嘅空间站，经常需要2枚甚至更多嘅火箭发射佢嘅组件，然后喺太空轨道上进行组装。

航天员喺太空中维修空间站嘅一个电源控制器 | NASA

c. 空间站必须能长期、反复使用，且能支持多种用途

这意味住空间站嘅设备、组件，必须能够喺使用过程中、喺太空轨道环境下进行修理、替换，而且需要地面持续唔断嘅对佢进行物资补畀。

d. 空间站必须系一个具备载人功能嘅系统

这意味住佢必须具备好多额外嘅设计，比如舱体结构中要有保护航天员免遭太空辐射和微小流星体伤害嘅保护层，要有各种维持生存环境（比如足够气压）嘅生命保障系统，紧急情况下能让航天员迅速返回地球嘅交通工具等。

点解要有核心舱？

越是功能完善嘅空间站，佢就需要越大嘅空间，安装更多更复杂嘅各种设备，支持更多航天员嘅生存、生活、工作。但遗憾嘅是，人类嘅火箭并唔可以无限制地将尺寸和吨位做大，佢首先会失去经济上嘅可承受性，继而又会好快失去技术上嘅可能性。

空间站尺寸嘅主要限制因素，是发射火箭体积和形状。考虑呢一点，大型空间站嘅最优总体设计，就是采用多个圆筒结构嘅舱体进行「太空拼积木」。

火箭整流罩内嘅天和号核心舱，已经是国内能发射嘅最大嘅航天器 | Vivo

采用圆筒结构嘅优势有好多，包括更容易做嘅又轻巧又结实，并能最有效率嘅利用运载火箭嘅内部空间。呢啲唔同嘅舱体喺地面先后发射到太空以后，会喺轨道上进行组装，并最终形成完整嘅太空站系统。

既然采用‌分体设计，噉样唔同组件喺发射秩序上，就必然有先有后。而且，唔同舱体承担嘅功能也各有侧重——因为将所有舱体都做成一样嘅，必然带来极大嘅浪费，并将总体性能拉低到一个非常凄惨嘅水平。

和平号空间站代表‌现代大型空间嘅主流成熟设计，「圆筒插圆筒」是最显著嘅外观特征之一 | NASA

所以，喺空间站呢个「太空积木」度，必须有第一块到位嘅积木，作为成个系统完整组装嘅基点。佢就是核心舱。

咁样嘅地位决定‌核心舱也必然是成个空间站嘅核心舱室。后续嘅功能舱室都要围绕佢建设，佢必须能够支持呢啲舱室嘅运转；作为第一个上天嘅舱室，佢需要具备宇航员嘅维生能力。

而家，我哋对佢嘅认识已经越来越多。

2016 年 4 月，中国载人航天工程办公室发布‌《空间站工程研制进展》，详细介绍‌中国空间站嘅发展动态。2018 年，中国空间站核心舱喺第 12 届珠海航展上首次对外公开展出。

来源：《中国航天》

借由呢啲信息，我哋得以窥探天和核心舱和未来空间站嘅技术特点。

天和号有边啲特点？

中国未来嘅空间站被命名为「天宫」。成个空间站采用水平对称T形构型，将由核心舱和 2 个实验舱组成。设计寿命 10 年，额定乘员 3 人，新旧乘员组轮换时可支持 6 人。

中国空间站嘅基本构型 |《我国空间站工程总体构想》

作为核心舱嘅天和号是空间站嘅主控舱段，是管理和控制中心，都系航天员生活嘅主要场所。佢要负责成个空间站嘅电源电路、环境控制、生命保障功能，包括气体压力、成分、温度、湿度嘅调节，水嘅回收管理，微生物控制和废弃物管理等等，可以满足航天员长期太空飞行嘅生活需求。

来源：《中国载人空间站方案嘅变迁》

天和号核心舱带有一个大型机械臂，佢前方较为细长嘅部分是节点舱。天和号核心舱尾部可以连接货运飞船，而节点舱嘅前部有一个转位基座，可以连接载人飞船、两个实验舱，仲有一个对天方向嘅出舱口，用于航天员出舱活动。

喺空间站嘅建造过程度，天和号核心舱嘅节点舱端口嘅对接口，会首先完成同实验舱嘅对接；然后通过转位基座或者机械臂嘅操作，将实验舱转移到节点舱左/右侧嘅两个停泊口，实现长期停靠。

载人航天工程办公室发布嘅《空间站工程研制进展》清楚呈现‌未来空间站嘅组建过程》

按照现有资料，中国空间站核心舱和实验舱均为 20 吨级，合体质量（唔含飞船）约 66 吨。乍睇起来，同重达 400 多吨嘅国际空间站有较大差距。

唔过，以天和号核心舱为代表，国产空间站采用‌模块化嘅总体设计思路，预留‌额外嘅机电热接口。佢可以再对接一个新嘅带节点舱嘅核心舱，呢意味住，能够扩展出一个总规模翻倍嘅空间站。

最大构型下，国产空间站可以扩展到 2 核心舱、4 实验舱、4 舱外实验平台、并同时连接 3 艘飞船。此时成个空间站系统规模达到 180 吨，可以支持 6 名长期乘员。

基本构型同最大构型对比 |《我国空间站工程总体构想》

喺得到天和号核心舱嘅支持后，中国空间站嘅实验舱就能充分发挥作用嘎啦，佢们主要用于空间科学实验、空间应用和空间技术实验。

其度，实验舱 I 最为重要，佢除咗存放用于进行科学实验嘅设备材料、航天员嘅消耗品和补畀货物外，仲要承担‌天和号核心舱一部分功能嘅备份任务。一旦核心舱嘅相关设备出现故障，佢就会挺身而出、保障空间站嘅正常运转。

天和号意味住乜嘢？

1992 年，中国载人航天发展正式确立‌「三步走」嘅战略。

第一步是先将人送入太空并安全返回。这已喺 2003~2005 年期间，由神舟系列飞船搭载杨利伟、费俊龙、聂海胜等航天员实现。

第二步是突破空间站建造嘅一啲关键技术，包括航天员出舱活动，飞船同空间实验室嘅交会对接，并解决一定规模较小、需要航天员短期照料嘅空间应用问题。这已喺 2011~2019 年期间，由天宫一号、二号空间实验室实现。

中国载人航天嘅第三步，是建造真正意义上嘅空间站，解决较大规模、需要航天员长期照料嘅空间应用问题。啱啱发射嘅空间站核心舱「天和」号，正系第三步嘅关键所喺。

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按照目前嘅计划，今明两年，中国将接续实施 3 次空间站舱段发射，4 次货运飞船及 4 次载人飞船发射，于 2022 年，即载人航天工程正式启动整整三十年之际，完成空间企喺轨建造。

天和号嘅发射，预示住国产空间站嘅建造即将喺较短嘅时间内建成。中国喺世界航天领域中嘅地位和影响力，将会踏入一个全新嘅阶段。

参考文献：

[1] ‍中国载人航天工程办公室. (2016). 空间站工程研制进展.

[2] 周建平. (2013). 我国空间站工程总体构想.

载人航天, (02): 1-10.

[3] 张雪松. (2016). 中国载人空间站方案嘅变迁.

太空探索, 000(007): 28-33.

[4] 毛新愿. (2019). 中国空间站点解要咁样设计?

卫星同网络, No.198(11): 52-57.

[5] 厄思斯特・梅瑟施米德, 莱茵霍尔德・伯特兰, 梅瑟施米德, 伯特兰, & 周建平. (2013).

空间站系统和应用, 中国宇航出版社.