给我一个支点,我将飞向深空!——人类空间站科普 | 科普系列

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2017年4月24日，是第二个“中国航天日”，就在这天，每次说话都能搞出大新闻的中国航天相关人员向外界披露了关于中国空间站的最新消息。

我国空间站系统总指挥王翔在接受央视采访时表示，我国将在2022年前后建成中国人的第一个空间站，目前研制进展顺利。中国的空间站在完全建成之后，是一个大的组合体，总重量将接近100吨。它的主体是核心舱和两个实验舱。载人飞船和货运飞船会定期地运送人员和物资上去，然后在上面开展各种实验工作。



资讯菌掰着手指头算了算，还有5年时间哎，今天不蹭蹭热度，岂不是要等到5年后？



资讯菌一摸脑袋，那今天就搞个空间站科普来蹭波热点吧！

空间站概念的诞生

空间站概念的提出可以追溯到1869年，当时埃弗雷特·希尔（Everett Hale）为《大西洋月刊》撰写了一则关于“用砖搭建的月球”的文章。此后，康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（苏联）和赫尔曼·奥伯特（德国）也对空间站进行过设想。（人类航天学的三大先驱：苏联的康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基、美国的罗伯特·戈达德以及德国的赫尔曼·奥伯特）



埃弗雷特·希尔的“用砖搭建的月球”



康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基



罗伯特·戈达德



赫尔曼·奥伯特

1929年澳大利亚工程师赫尔曼·波托西尼克（Herman Potočnik）的著作The Problem of Space Travel（《太空旅行的问题》）出版并风靡了30多年，该书共188页，并包含了100张插图，描述了Herman Potočnik关于进入太空的详细计划，除了进入太空的计划外，该著作还包含了空间站的设计细节，苏联和美国的航天历史学家都将该著作认为是太空建筑学的开山之作，并将赫尔曼·波托西尼克奉为这一领域的鼻祖。



赫尔曼·波托西尼克







《太空旅行的问题》中关于空间站的插图

导弹之父沃纳·冯·布劳恩（V2火箭总设计师）也曾对空间站进行过设想，并于1951年在矿工周刊中刊登了他带有环状结构的空间站设计。不过环状设计在发射和建筑上存在许多问题，因此该设计最终没被实现，但其设计后来被用于科幻电影《2001：太空漫游》中。



沃纳·冯·布劳恩



电影《2001：太空漫游》中的空间站

除了各位航天大家的设计外，历史上还出现过各种各样的空间站设计方案。



这个空间站设计是出现在美国宇航局1959年发行的《太空新国界》宣传册中的。根据宣传册的介绍，这个空间站可以容纳50人，还包括有一个实验室，主要用于研究长时间的太空飞行对宇航员的身体产生的影响。



这是美国空军在20世纪60年代对空间站的设想，其主要用于军事用途，但由于经费不足，该项目被放弃。



这是根据20世纪60年代阿波罗计划所提出的概念进行设计的国际空间站概念图，其由四个模块组成，与现代的空间站非常相似。



该空间站的设计是在1969年阿波罗计划执行的过程中被提出来的，其理念是

围绕一个中心轴旋转，以制造出人造重力，从而模仿出和地球重力环境相类似的场景。



这个国际空间站设计是由美国宇航局约翰逊航天中心于在1984年提出的。空间站呈V字型，有5个太空舱，表面全部由太阳能电池板组成，可提供120千瓦的电能。

以上的空间站设计不乏酷炫的，但所有这些空间站设计最终都是没有被实现┑(￣Д ￣)┍，除了受技术水平限制外，经费、建筑难度都是阻碍这些设计变为现实的障碍。

虽然空间站建设过程繁琐复杂，建设成本大，但在人类历史上，成功上天的空间站不少于十个，下面我们就来盘点一下已经成功实现的人类空间站吧！

礼炮号系列空间站（苏联）

礼炮系列空间站由苏联设计建造，其中礼炮一号是人类的第一个空间站。这个系列的空间站在1971年到1985年间服役，期间一共发射了1至7号，分为民用的DOS（Durable Orbital Station）型（代号DOS）和军用的Almaz型（代号OPS）两种。

军用的Almaz型是先于礼炮号计划设计的，其设计工作早在1964年10月就由弗拉基米尔·切洛梅的苏联第52特种设计局负责，在礼炮号计划出炉后，Almaz型经过了对接接口的改进，以方便联盟号飞船与其进行对接。



弗拉基米尔·切洛梅

民用的DOS型由谢尔盖·帕夫洛维奇·科罗廖夫的苏联第1特种设计局负责设计，当时是为苏联登月计划服务的，后被放到了礼炮号计划中。其设计基于Almaz型船体进行，但在1969年最终设计完成后，其外观与Almaz型有很多的不同。



谢尔盖·帕夫洛维奇·科罗廖夫

礼炮一号（DOS型）

礼炮—1号空间站（DOS-1）（俄语：Салют-1）是苏联首个空间站，也是人类历史上首个空间站，于1971年4月19日发射升空。苏联曾想借由联盟—10号运送航天员进入礼炮1号，不过由于对接口的机械问题，联盟10号并没有成功。随后，苏联派出第二艘载人飞船联盟11号与太空站对接，宇航员在太空站内逗留了23天。不过令人意外的是，在联盟11号返回地球的时候，返回舱的均压均衡阀过早开启，导致舱内3位宇航员身亡。1971年10月11日，礼炮—1号空间站坠轨在大气层中被烧毁。





礼炮1号

DOS-2

DOS-2号只有代号没有正式的名称，在1972年7月29日发射，是苏联的第二个民用空间站，其设计与礼炮一号一样，据传闻称是为礼炮一号发射失败所准备的备份。虽然是为礼炮一号失败准备的备份，但DOS-2在发射时却失败了，DOS-2在发射飞行过程中由于二级运载火箭发生错误，导致没能进入预定轨道，最终坠毁在太平洋上。

礼炮二号（ALMAZ型）

礼炮2号 (OPS-1) (俄语:Салют-2) 是苏联礼炮计划的一部分，该空间站于1973年发射升空。是苏联发射升空的第一艘金刚石军事空间站。在发射升空后的两天内，空间站失去了控制并发生减压，据分析报道，失败的原因很可能是空间站与火箭分离时受到碎片撞击所致。升空7天后，礼炮2号的太阳能组件发生松动，空间站电源被切断，苏联彻底放弃了该空间站，于1973年5月28日再入大气烧毁，飞行期间没有宇航员造访。



礼炮2号

礼炮三号（ALMAZ型）

礼炮3号（OPS-2）（俄语：Салют-3），是礼炮2号的继任者，也是第二艘军事侦查用空间站，第一艘被成功发射此类空间站，对外宣称属于礼炮计划。礼炮3号于1974年6月25日升空，轨道高度为219到270千米。礼炮3号先后与联盟14号和联盟15号飞船对接，其中联盟14号成功对接，但两名乘员中只有一名宇航员进入礼炮3号。联盟15号因对接接口机械故障导致对接失败。礼炮3号于1975年1月24日重返大气层时烧毁。



礼炮3号（与礼炮2号外观一致）

科斯莫斯557（DOS型）

科斯莫斯557（DOS-3）是苏联的第三个民用空间站，于1973年5月11日秘密发射升空，但由于发射后飞行控制系统发生了错误，导致其进入错误轨道，被西方国家雷达侦测到，苏联伪装的发射计划被暴露，在升空一周后再入大气烧毁。



设想中的科斯莫斯557号

礼炮四号（DOS型）

礼炮4号（DOS-4）（俄语：Салют-4）隶属于"礼炮"号空间站系列，于1974年12月26日发射入轨。空间站在轨运行时，接待过两艘联盟号飞船对接。其中联盟17号两名航天员进站工作30天，联盟18B飞船的两名航天员进站工作63天。1975年11月17日无人驾驶的联盟20号飞船曾给其运送燃料，从而延长了其在轨时间达768天。空间站于1977年2月2日脱离轨道陨落。







礼炮4号

礼炮五号（ALMAZ型）
礼炮5号（OPS-3）（俄语：Салют-5），是苏联的第三艘军事侦查用空间站，也是最后一艘军事侦查用空间站，对外宣称属于礼炮计划。礼炮5号于1976年6月22日升空，轨道高度为269到223千米，轨道倾角51.6°。礼炮5号共有4次对接计划，四次对接任务都由联盟号飞船执行，其中成功两次（联盟21号和联盟24号），失败一次（联盟23号），还有一次对接计划没有执行。礼炮5号于1977年8月8日重返大气层时烧毁。在礼炮5号之后，苏联军方认为，发展间谍卫星比军事空间站的用处更大，因此放弃了军事空间站的计划，将重心转移至间谍卫星的研制上。



礼炮5号（与礼炮2号和礼炮3号外观一致）

礼炮六号（DOS型）

礼炮六号（DOS-5）是苏联的第一个实用型空间站，也被认为是第二代空间站的始祖。它有两个对接口，可同时与两艘飞船对接，组成轨道联合体。如果把前五艘“礼炮号”太空站算作苏联轨道站的低级形式的话，那么“礼炮 6 号”太空站就可以看作新一代太空站的改进型。

“礼炮 6 号”太空站由过渡舱、工作舱和中间室这三个密封压力舱，以及装载了科学实验仪器的仪器舱及两个非密封舱组成。它和以往“礼炮号”太空站的不同处主要表现在下列几点：

它有两个对接机构，加强了太空站的生命力和机动性能。

“礼炮 6 号”太空站的发动机装置能接受空中加油。

添置了许多新的器材和设备，可以保障宇航员走出太空站，直接进行操作和修理工作。

苏联的“礼炮 6 号”太空站自 1977 年 9 月 29 日进入轨道，到 1982 年 7月 29 日重返大气层时烧毁，总共在天上运行了 4 年 10 个月。在这段时间里， 有 31 艘宇宙飞船与之对接，其中的 12 艘是货运飞船。它共接待了 16 批33 名苏联及东欧国家的宇航员，实际有人居住的总飞行时间达到 676 天。宇航员们在“礼炮 6 号”上完成了包括气象、生物、医学、空间加工等学科的120 多项科学实验，取得了大量的有价值的资料。





礼炮6号

礼炮七号（DOS型）

礼炮七号（DOS-6或DOS-5-2）（俄语：Салют-7），在1982年4月至1991年2月间服役。1982年4月19日，经由质子号运载火箭发射进入近地轨道。礼炮七号是礼炮计划中最后一个太空站。

“礼炮”7号空间站先后共接待11批28名航天员。空间站的构造与“礼炮”6号基本相同，还为航天员准备了新型航天服和专用修理工具，使航天员可在站上任何部位进行维修，更换部件。
驻站机组人员中包括第一位太空行走的女航天员萨维茨卡娅。此外，1984年还创造了3名航天员在太空连续飞行237天的最高记录。“礼炮”7号在载人运行的1250天中曾先后与TKS-3和TKS-4无人货运飞船、“联盟”T5号至“联盟”T15号等10艘载人飞船实现了航天器太空“三位一体”的对接航行。
“礼炮”7号于1986年8月停止载人飞行，与TKS-4号无人货运飞船组成“两位一体”轨道复合体，转移到更高的轨道上飞行，并继续自动地收集、发回站上各系统工作数据，为研制未来的宇宙复合体、轨道平台提供依据。“礼炮”7号空间站创造了最终工作寿命达8年之久的最高纪录。

1991年2月7日礼炮7号的轨道达到了再入点，重返地球，最终坠落在太平洋南部，标志着礼炮号计划的终结。







礼炮7号

天空实验室（美国）

天空实验室是美国第一个环绕地球的试验性空间站 。全长36米，直径6.7米，重82吨。轨道高度约435公里，运行周期93分钟，轨道倾角50度。由轨道工作舱、过渡舱、多用途对接舱、太阳望远镜和“阿波罗”飞船5部分组成，全长36米，最大直径6.7米，重约80吨。

天空实验室使用土星INT-21火箭发射。同年还先后发射了3艘阿波罗飞船与天空实验室对接，这3艘飞船分别称为天空实验室-2、3、4号。

1974年2月8日执行第三次天空实验室飞行任务的航天员着陆，此后天空实验室关闭，虽然NASA曾计划使用航天飞机为天空实验室加注燃料重启空间站，但由于空间站轨道降低，且受到的大气阻力超过预期，放弃了该计划。

1979年7月11日，地面操作人员向天空实验室发出最后一次指令，使它安全地飞过北美大陆上空人口稠密地区然后返回地球。天空实验室接到指令后，便象一条火龙划破长空，穿过大气层，最后化成无数碎片坠落在澳大利亚西部地区和南印度洋。









和平号空间站（苏联）
和平号是前苏联设计建造的空间站，为礼炮计划的后继项目。它于1986年发射升空，并在接下来的十年间陆续追加了众多功能模块，一直被运用到2000年。它是人类首个可长期居住的空间研究中心，同时也是首个第三代空间站，苏联解体后该空间站归属俄罗斯。苏联与美国在这里进行过多次宇航事业合作，许多不同国家的宇航员也曾到访和平号进行工作。它被废弃后于2001年受控再入大气层烧毁。原本为其后继项目和平2号准备的星辰号服务舱随后被合并至国际空间站的项目中。











国际空间站（国际合作）
国际空间站（英语：International Space Station，简称ISS）是一个由六个国际主要太空机构联合推进的国际合作计划。这六个太空机构分别是美国国家航空航天局、俄罗斯联邦航天局、欧洲航天局、日本宇宙航空研究开发机构、加拿大国家航天局和巴西航天局。参与该计划的共有16个国家或地区组织，以美国、俄罗斯和其他4个重要成员欧空局、日本、加拿大和巴西组成 。欧空局成员国中参与到国际空间站计划的国家有：比利时、丹麦、法国、德国、意大利、挪威、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士和英国，其中英国是项目开始之后参与进来的。

中国曾申请参与国际空间站建设，但美方以太空空间站技术有军事用途为由，反对中国的加入。

组装成功后的国际空间站成为了科学研究和开发太空资源的手段，为人类提供一个长期在太空轨道上进行对地观测和天文观测的机会。国际空间站能给研究生命科学、生物技术、航天医学、材料科学、流体物理、燃烧科学等提供比地球上好得多、甚至在地球无法提供的优越条件，这直接促进这些科学的进步。

国际空间站的建成和应用，也标志着人类向着建造太空工厂、太空发电站，进行太空旅游，建立永久性居住区（太空城堡）向太空其他星球移民等载人航天的远期目标迈近了一步。

国际空间站的退役时间为2020年，但NASA考虑到为火星探测计划铺路，将退役时间延长至2024年，并有计划将其延迟至2028年，但后者尚未有定论，因为延迟到2028年退役将严重影响美国火星计划的预算。













（KSP中模拟的国际空间站建设过程）



天宫一号（中国）
天宫一号（Tiangong-1或Heavenly Palace 1）是中国首个目标飞行器和空间实验室。高10.4米、重8.5吨。于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射，由长征二号FT1火箭运载发射。天宫一号设计在轨寿命两年 。

2011年11月，天宫一号与神舟八号飞船成功对接，中国也由此成为世界上第三个自主掌握空间交会对接技术的国家。2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号成功实现自动交会对接，中国3位航天员首次进入在轨飞行器。 2013年6月13日，神舟十号飞船与天宫一号顺利完成了自动交会对接。

2016年3月21日据中国载人航天工程办公室的消息，已在轨工作1630天的天宫一号在完成与三艘神舟飞船交会对接和各项试验任务后，由于超期服役两年半时间，其功能已于近日失效，正式终止了数据服务。不过地面跟踪观测显示，天宫一号目前仍在其设计轨道飞行。









天宫二号（中国）
天宫二号是在天宫一号目标飞行器备份的基础上，根据天宫一号的任务时改装研制而成。规模与天宫一号基本一致，也是一个长期在轨自动运行、短期载人的飞行器，是中国建造长期在轨空间站之前进行技术验证的重要阶段。天宫二号将携带国际首个专用的高灵敏度伽马射线暴偏振测量仪器。这项中国－瑞士合作开展的“伽马暴偏振探测项目”（POLAR）是中国空间天文“黑洞探针”计划的组成部分。

天宫二号较大的改进是装备更豪华、装载量提高、内部环境更好。值得一提的是，天宫二号的系统设计是模块化的，也就是说它出现问题时可以快速更换和在轨维修，这在国内空间领域属于首创。

其中一个新安装的设备是机械臂，将测试开展舱外搬运和维修。这个机械臂由中国航天科技五院自主研发。这种设备目前在国际空间站上已经使用，但在中国航天领域仍处于试验阶段。

目前，天宫二号已与神舟十一号飞船和天舟一号飞船成功进行了自动交会对接任务，为中国航天后续的空间站项目打下了坚实的基础。







空间站的未来发展
中国空间站

当前国际上最受瞩目的空间站项目当属中国的“天宫三号”（暂定名）项目，由于国际空间站离退役时间越来越近，中国的天宫三号很可能（对，只是可能）成为人类唯一服役的空间站。据美国科研资讯网站“世界科技研究新闻资讯网”的报道，“天宫三号”将在2020年至2022年建成，它将包括一个核心模块和两个实验模块，并可以进一步扩容。目前中国已与联合国外层空间事务厅（UNOOSA）达成协议，同意今后向联合国成员国提供使用中国载人空间站的机会。



“天宫三号”构想图

毕格罗商业空间站

毕格罗太空科技公司是一个以建设空间站为目标的太空公司，由于近年SpaceX公司名声大燥，以至于掩盖了该公司的曝光。罗伯特·毕格罗是该公司的创始人，以房地产起家，其最初建立毕格罗太空科技公司的目标就是要建立一个太空旅馆。

早在2006年，毕格罗太空科技公司就已经向国际空间站发射了一个名为创始1号的充气式的空间站舱段，并在2007年发射了创始2号。这种充气式的太空舱易于发射，但其缺点是航天员无法进入这种空间舱中。

该公司计划在2017年发射其设计的鹦鹉螺号可充气空间站，体积达到330立方米（天宫二号只有16立方米），不过最大的问题就是该空间站无法入驻航天员，离成为真正的空间站还很远。在充气式空间站的思路下，毕格罗太空科技公司还在鹦鹉螺号的基础上设计了太阳舞者号，体积将达到2800立方米，不过目前是否已经在造以及何时发射仍未有消息。如果能解决航天员驻留问题，可充气空间站将会是未来空间站设计的主流。







俄罗斯空间站

俄罗斯计划在国际空间站退役前发射一个代替国际空间站的太空实验平台，其设计可以说是国际空间站俄罗斯部分的复制品，除了既有功能外，一个极其重要的工作内容便是支援可能的载人登陆火星或是重新载人登月。不过目前该空间站尚未落实到合同上，目前来看要赶在国际空间站退役前发射存在一定的难度。



好啦，讲了那么多关于人类空间站的事情，可以说目前中国的空间站技术与国际相比仍然是有很大差距的，中国航天要加油呀！

今天就到这里了，大家拜拜ヾ(•ω•`)o！

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