天气空间站在轨道上运行（示意图）。图片/人们的视野

进入天堂宫

本杂志/杜威的记者

发表于2021.7.5第1002号大会“中国新闻周刊”

6月17日，三名宇航员尼·海州（Nie ），刘（Liu ）和唐·洪博（Tang ）成功地在神经12的载人航天器上启动，开始了由中国空间站建造的第一个载人飞行。到目前为止，三个月的太空旅行也将是中国宇航员在太空中的最长住所。

4月29日，天核模块的推出为建设中国空间站开了窗帘。在接下来的两年中，九名宇航员将访问空间站，将推出3个货运航天器。中国将执行总共11项飞行任务。

太空站等同于人类太空之家。可以看到阳光在这里升起，每90分钟升起，并且必须在失重的条件下进行工作和生活。空间站构建的一个重要目的是进行大规模的太空科学和技术实验，空间应用等。这是一种航天器，在低地轨道上长时间运行，可以满足轨道上的宇航员的长期生活和工作，并寻找地面宇航员。它代表了当前航空航天领域中最全面，最复杂，科学和技术成就。

60年前，苏联使用世界上第一个载人的航天器“东方1”号航天器将加加林送到太空。十年后，世界第一个空间站 - “致敬1”。国际空间站于1990年代开始建设，并于2010年被使用。相比之下，中国的空间站并未提早开始。中国的载人太空飞行项目始于1992年，并被分为“三步”策略，空间站的建设是第三步。

Yang Hong是第五届航空航天科学与技术学院的空间站任务的首席设计师，负责该空间站的主要开发，他说：“中国的空间站正在后期。许多技术正在开发中，因此我们的建筑周期可以极大地压缩。”从以前的经验和外国太空站的经验中学习，它可以最大程度地减少组装，建筑和运营成本，并在很大程度上支持科学实验。

该国太空探测技术的首席科学传播专家庞齐豪（Pang ）向中国新闻周刊指出，尽管中国空间站的建设开始迟到，但它开始于高起点，规模不大，但它是非常经济的和适用的，但它已经达到了世界第三代空间站的水平。一些用于建造太空站的技术是国际领先的领域。

（6月23日，北京太空飞行控制中心，CPC中央委员会秘书长，中华人民共和国总裁和中央军事委员会主席XI 与在 Core 执行任务的12 12宇航员进行了交谈。照片/）

没有比较和效率的比较

在全球范围内，太空站的发展具有明确的分界线。北京大学地球和太空科学学院的航空航天专家和教授分析了中国新闻周刊，可以将太空站大致分为两种类型，即单卡宾结构和多卡宾结构。从苏联到1971年至1976年苏联发起的“致敬1”，它们都属于单卡宾结构，即一个小屋，属于第一代空间站。由中国发射的两个太空实验室，天东-1和天贡-2也可以被视为单卡宾结构空间站，但它们的重量比“致敬”的空间站更轻。

从1970年代末到1980年代初，美国和苏联推出的“ Smut ”和“ 6”和“ 7”太空站是第二代空间站。它们也是单卡宾结构，但具有两个接口，这意味着它们可以连接到更多的航天器并具有扩展的可能性。 1986年，苏联的“ MUR”空间站成立了，该空间站是第三代空间站的代表，具有多木马结构，或更加生动地理解。它可以称为组合和构建街区空间站。 “ Murm”空间站有1个核心室和5个实验隔室，并且所有5个实验室都与IT紧密整合在一起，例如通过核心隔室的接口的构建块。

中国的天气是第三代空间站。 4月29日，核心模块首先推出，这是空间站的指挥和控制中心，也是宇航员长时间停留的地方。核心室有3对界面和两个侧向停车端口。在明年的实验室I和实验舱II推出后，他们将首先与核心机舱前进，然后在索引设备的动作下移至停车端，而空间站将形成“ T形配置”。两个实验室都是用于大规模实验的支持部分。

工作人员参加了天核核心小屋的发展。

第四代空间站代表了有史以来最大的国际空间站，称为“ Big Mac”航天器。从外部，国际空间站就像一个巨大的苏打水罐，连接到末端。由美国和俄罗斯领导，由日本，欧洲和加拿大航天局的参与，共同建造和运营的16个国家。与第三代空间站相比，最明显的特征是沿垂直于美国，俄罗斯和其他国家 /地区的机舱部分以及长达109米长的桁架增加。简而言之，这相当于光束，这对于安装各种设备非常方便。

国际空间站最引人注目的设备是安装在桁架上的四双金色的太阳能电池机翼。 Pang 说，国际空间站等同于桁架型和基础类型的“混合血管”。使用桁架类型的优点是，布置的太阳能电池机翼可以集中为空间站提供动力。整体结构形成的更广阔的空间和视野也使得吸收太阳能时很难被阻止。各个国家 /地区的小屋并不那么紧凑，可以轻松安装和维修设备。但是，桁架型结构的构建更为复杂，需要大量的太空行走才能完成，而且成本也很高。在过去的20年中，建造国际空间站的成本已超过1500亿美元。

与当前的国际空间站相比，未来建造的中国太空站的总重量比它更轻，而且规模不像它那样大。杨洪解释说，中国太空站的好处高于国际空间站。

“例如，就体重比例而言，我们科学实验中使用的设备的重量比整个车站的重量要好得多。”乔·韦克森（Jiao ）告诉中国新闻周刊，国际空间站的重量为420吨，而这个“庞然大物”在地球上投射的区域相当于标准足球场的大小，接近8,000平方米；中国空间站是根据一个核心室和两个实验室计算的，其面积仅为几百平方米。在国际空间站，美国，俄罗斯，日本和欧洲航天局中，每个都有一个实验室，主要用于实验工作。用于实验的机舱占整个空间站重量的20％。

除了两个实验性的小木屋外，天和空间站的核心机舱还可以进行一些实验性工作。就体重而言，科学实验中使用了至少三分之二的中国空间站。由于国际空间站是各个国家 /地区的机舱细分市场的总体，因此机舱细分市场通过节点隔室相互连接，俄罗斯机舱部门包括多个小屋，例如“ Star”服务室和黎明功能性的货物舱。换句话说，国际空间站包含随附的结构，例如多个节点隔室。 Pang 说，由于国际空间站是由各个国家建造的，因此在协调和整合的考虑和效率方面，它不如中国空间站。

一个例子是，在2001年，在美国将“搜索”气锁机舱连接到国际空间站之前，俄罗斯宇航员只能在其“星”服务机舱中穿太空服，而当班车停靠时，美国宇航员只能在航天飞机上穿太空西装。气锁小屋是宇航员在离开机舱之前穿上太空服的地方。

Pang 解释说，目前，位于 Core隔室前端的节点隔室将扮演空气锁室的角色，其上方有一个舱口。未来的实验舱还将配备专用的气闸机舱，供宇航员执行宇航员。 实验舱具有自动进入和退出机舱的能力，并配备了一个用于货物入口和出口的气闸机舱。随着未来需求的增长，天和空间站的规模可能会进一步扩大。 “现在，它是一种'T'形状，可以根据需要将其扩展到'干燥'形状，也就是说，添加一个核心隔间并启动两个实验隔室。” Pang 说。

田he正在开发的核心小屋。

“三间卧室和两个客厅”

对于那些长期以来一直驻扎在这种组合中的人来说，拥有宽敞舒适的工作和生活空间，保持健康的身体是每天应对太空挑战的重要因素。

与大约8.5吨重量的天冈1和天甘-2实验室相比，天海核心机舱已经是中国最大的航天器。它的总长度为16.6米，长度超过五层以上，最大直径为4.2米，比火车的车厢宽得多，并且比国际空间站的任何机舱都要宽。宇航员在深圳7号航天器上的活动空间约为7立方米，天和1的数量约为15立方米，田尼核心机舱为50立方米。除了接下来的两个实验室外，总体容量还可以达到110立方米。如果将神上航天器与汽车进行比较，那么天和1和天和2等于一居室和单人间的房间管室，而空间站就像三卧室，两间生活的房间和储藏室。

在失重的环境中，空间站中最常见的情况是货袋和物体在机舱中漂移，而您不知道它会降落在哪里。杨洪说，在国际空间站发现了100多种物品。宇航员斯科特·凯利（ ）四次在天堂和地球之间旅行，连续340天住在国际空间站，并与他的兄弟一起参加了NASA Twin Mars实验计划。他写道，在他的《 2015年国际太空旅行》（ Trip）的记录的《我的太空年》一书中：由于没有重力，我将无法抓住很多东西，因此经常扔掉物品。地面人员经常发送的电子邮件中有丢失的物品的公告。有时，有人会发现工具或一些损失多年的设备。重新发现失落物体的最长记录是8年。这经常发生在太空站：一些食物从我们这里滑落，几天后成为另一个人的意外小吃。有些人吃了他们认为是糖果的东西，但是很长一段时间后，他们意识到这实际上是垃圾。

中国空间站利用国内物流巨头的先进货物管理技术建立了物流管理系统，宇航员可以通过扫描QR码来识别货物位置和产品信息，并动态控制产品库存的数量。

宇航员唐·洪博（Tang ）展示了有关扫描包装的信息。

在国内航天器中首次使用的再生生命支持系统也是天和空间站的亮点。以前，当家养宇航员驻扎在太空中时，水和氧气就从地面上抬起。这次，天和将在国际空间站采用一种常用的方法 - 宇航员呼出的水蒸气将通过冷凝液回收，尿液排出将被回收和纯化，并将再次用作饮用水和家用水。电解水会产生氧气和氢。多余的氢与宇航员呼出的二氧化碳反应，并进一步产生氧气，这也可以减少氧气供应需求。 Jiao 告诉中国新闻周刊，从经济角度来看，这是一种更具成本效益的方式。每公斤有效载荷的“快速”有效载荷的成本为20,000美元，用于运输到地球的低地球轨道。

从生命安全和健康的角度来看，该系统也具有重要意义。当空间站机舱中的二氧化碳浓度太高时，它会引起头痛，灼热的眼睛，感觉压力并降低认知敏感性。尤其是当货物航天器无法按时飞行，供应缺乏资源，并且多个宇航员留在机舱中时，这种困境将更加紧迫。

一些太空食物。

机器人手臂和电池翼

机器人臂是宇航员这次进入空间的关键技术。它也是宇航员离开机舱的右手助手。它的凉爽抓握能力吸引了该行业的关注。

机器人臂的长度为10.2米，位于小柱截面以下。它有7个关节和两个末端执行器，7度的自由度，可承受25吨的重量。爬行过程有点像人们玩耍的爪子机器，只是爬行物体是一架以惊人的速度运行的高价飞机。乔·韦克森（Jiae ）解释说，所谓的7度自由度意味着机器人手臂具有与人臂相同的灵活性。这两个终端执行机制通常被理解为等同于人的手。在空间站客舱的表面上，目标适配器遍布整个表面，这是机器人臂降落并连接到机舱的界面。当一端连接到机舱时，整个手臂都可以旋转。

两端交替连接到界面，机器人臂在机舱表面爬行。机器人手臂的肘部和手腕还配备了相机，可以观察机舱的表面状态并监视外部飞机。数据和信息将通过连接到目标适配器的连接回到机舱，并且通过连接到界面来完成机器人臂的电源。

机器人臂的功能远不止于此。当宇航员的外舱操作点远离舱口时，机器人手臂可以充当“分流卡车”。宇航员站在连接到机器人臂末端的平台上，并被机器人臂发送到工作表面，这比简单的太空行走要高得多。机器人手臂还可以捕获并捕获来访的飞机。当两个实验隔室到达时，机器人臂必须与在两个实验隔室上排列的索引机器人臂配合使用，以帮助实验隔室完成索引和与核心隔室的索引。

如果您认为此机器人臂还不够长，实验舱I也配备了一个小的机器人手臂，该手臂长5米，承重能力为3吨。将两个机器人臂组合在一起，形成长达15米长的机器人手臂。 实验室将配备机舱外的一些暴露实验设施，机器人臂可以充当搬运工。乔·韦克森（Jiae ）说，机器人手臂也可以发射小型卫星。当货物航天器发送一颗小卫星时，机器人的手臂将其抓住并将其扔到空中，从而节省了用火箭发射卫星的成本。

去年，一部美国政治喜剧包括一个场景，中国空间站机器人手臂削减了美国卫星面板。在这方面，乔·魏克森（Jiao ）解释说这是不可能的。中国机器人武器从其他国家捕获飞机的前提是它们具有相同的界面。在月球探索和火星探索期间，机器人ARM技术的未来应用前景用于采样，抓取，运动等。

太空机器人臂最初是由加拿大Spar设计和开发的。自1980年代以来，它已安装在美国航天飞机上。它被称为加拿大机器人手臂。它长约15米，具有6个自由度，只有一个最终执行结构。

国际空间站的美国区配备了加拿大MDA开发的加拿大机器人ARM 2系统。具有双端执行结构的7度自由机器人臂从6个自由度演变，长度为17.6米，最大承重负荷为110吨。

在国际空间站，日本和俄罗斯分别拥有自己的机器人武器。前者具有6个自由度，最大负荷为7吨，而后者具有7度的自由度和8吨的负载，其负载能力不如中国那么好。 Pang 说，尽管中国机器人臂的控制和加拿大机器人2系统的控制精度需要进一步比较，但至少可以说，中国空间站的机器人臂技术已经达到了国际高级级别。

中国空间站在轨道上运行至少10年，核心模块设计寿命为15年。为了长时间将其保持在轨道上，有必要提供稳定的能量。太阳能目前是太空中唯一可用的能源。那天及以上的核心小屋，太阳能电池机翼是中国空间站最大的木制外产品，逐渐在40分钟内展开。

这是在中国第一次将大区域柔性太阳能翼用作航天器能量的来源。此“太空电站”电池翼位于核心隔室的小列部分中。拉伸机制的几个部分又逐渐向外推，驱动了太阳的翅膀完全展开，就像手风琴慢慢拉开一样。太阳能电池翼具有多个扩展和结束性能，并且可以在轨道上执行至少20个扩展和关闭动作。

柔性太阳能电池机翼的另一个主要特征是它们是轻，大扩散区域，并且重量比高功率。单面翅膀扩散到67平方米，毕竟，它们只是一本书的厚度，这仅是传统刚性太阳翼的厚度的1/15，而能量转换效率可以达到30％。传统硅材料的刚性太阳能的转化率仅为14％。天海空间站的单翼太阳能发电可以达到9千瓦。两组太阳能电池机翼在早期阶段具有超过18千瓦的发电能力，用于整个机舱，并为电池存储能量。当空间站进入太阳无法发光的阴影区域时，电源取决于锂离子电池。

国际空间站太阳能电池机翼曾经是刚性太阳能电池板的代表。自2000年安装了第一对太阳能翼以来，它已经使用了20年。这次取代了相同的柔性太阳能电池翼，光电转换率为30％。

一个负责航空航天科学技术学院的相关人员说，中国空间站太阳能电池翼的重复收集技术，整体替换技术，灵活的电缆传输技术等都接近或超过了国际空间站太阳能电池翼的技术系统。

进入太空力量

建造空间站的主要目的之一是使其成为国家太空实验室，并获得主要的科学研究和应用结果。 2019年4月发布的“中国空间站科学实验资源手册”提到，该空间站已计划并安排了11个太空科学和应用研究方向，包括航空航天医学，太空生活科学和生物技术，太空天文学和天体物理学，并部署了基于这些方向和这些方向的十几个科学实验柜，也是7个空缺的实验型柜。 2019年6月，中国载人太空工程办公室还共同发布了9个实验项目，以与联合国外国航天局进行国际合作。在微重力条件下，可以进行许多实验，例如开发更准确的原子钟，这可以使未来的卫星导航系统更准确，进行蛋白质晶体分析，组装多肽药物等。

中国空间站系统中还有另一个大个子 - 天空调查太空望远镜，预计将在2024年左右运行。这是一种“宇宙之眼”，直径为两米，分辨率为望远镜，并且视野的视野是的300倍以上。如果您在轨道上呆了10年，则可以观察到天堂区域的40％以上。 Sky 望远镜在Sky 摄像头上安装了30个探测器，总像素达到25亿。其中，有18个探测器配备了不同的过滤器，以获取不同带中宇宙天体的图像。其他12个用于观察无缝光谱，每次暴露都可以获得至少1,000个天体的光谱信息。

乔·韦克辛（Jiao ）说，天空仪望远镜将以光学舱的形式分别推出，并将与天海空间站的共同轨道运行。这样做的优点是，当天空仪望远镜需要维护，推进剂补货和装载设备升级时，它可以连接到空间站并单独操作而不会受到其他小屋的影响。这样，天海空间站已成为为其他飞机提供服务的“太空家园”，这是国际空间站没有的形式。与哈勃（）相比，哈勃（）需要五个特殊的家庭维护，用于运行30年并需要20吨以上的航天飞机，而天空检查模型不仅可以满足实际需求，而且可以更经济。

宇航员本身也是非常重要的科学研究对象。过去，最著名的研究是太空环境对凯利基因和他的双胞胎兄弟马克的影响。凯利在书中说，当他来回旅行时，从太空和行星上的任务多次旅行时，他的视力在太空期间恶化，返回地球后的症状消失了。他仍在观察自己的愿景，以了解是否会变得更糟。他写道：“如果长期的太空飞行可能会严重损害宇航员的视野，那么这是一个问题，必须在我们到达火星之前就解决。

（6月17日，在北京太空飞行控制中心，工作人员正在为进入蒂安·核心小屋的载人的宇航员拍照。照片/）

实际上，空间站的建立在为深空探索（例如月球探索和火星探索）提供技术验证和积累经验的作用。 NASA在其官方网站上写道：空间站是美国“ ” Moon 计划的跳板，这是一个用于测试人类深空探索和未来火星任务的先进技术平台。

对于即将在2024年到期的国际空间站，NASA更重要的趋势是将其商业化，这也为太空旅行提供了土壤。从2001年到2009年，共有7名乘客被派往太空，并在国际空间站停留了7至16天。

根据中国航空航天科学技术研究所发布的“ 2017-2045太空运输系统开发路线图”：2025年左右，可重复使用的亚轨道载体将成功开发，轨道太空旅游可以成为现实；大约在2030年，将实现具有低地球轨道容量的重型承运人，为人载月的登陆提供了支持，并为火星采样和返回提供了足够的承载能力；大约在2040年，将使用未来的发射车；在2045年，进出空间的运输方式将发生破坏性的变化，并且预计梯子，地球站和太空站的建设将成为现实。

乔·韦克森（Jiao ）告诉中国新闻周刊，商业载人太空飞行只是未来发展的一个方向。目前，最重要的是通过太空站建设进行各种科学实验。空间站本身的建设技术的所有进步也用于科学实验，必须出现原始和独特的成就以及新的技术应用。 “这是我们的主要目标，也是我们从空间力量转变为太空力量的基本方向。”