空间站

长期在太空停留的载人航天器

空间站(英語:Space Station)也作“太空站”,是運行在外太空的人造船,廣義上為航天器的一種。和宇宙飛船相比,太空站並不一定會搭载着航天员发射升空,也不一定会具备推进和着陆用的设备,但太空站有適合人類长时间居住的设计,可以作为宇航员在太空停留和工作的场所。太空站能提供地面实验设施所不能提供的低重力、宇宙环境等条件,主要被用于各种科学研究(尤其是研究长期滞留宇宙对人体的影响)。目前為止,人类的全部太空站都是建造在地球卫星轨道上,为了对太空站进行人员和物资的补给和输送,需要其它太空飛行器配合。

人类现有的两座在轨空间站:国际空间站(左)和天宫空间站(右)
国际空间站天宫空间站和平号空间站天空实验室计划天宫二号禮炮1號礼炮2号礼炮四号禮炮6號禮炮七號
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在轨和已退役的空间站大小对比

現在近地球軌道上有國際太空站天宫空间站正在運作;其中,国际空间站预计将于2031年退役[1]。而中國正在建設的天宫空间站首个舱段天和核心舱已于2021年4月发射入轨,整个空间站的一期工程已經完工,並開始投入運作。另外,美國太空總署計劃2024年在月球軌道建設太空站,而中國及俄羅斯在2021年3月亦宣佈合作在月球軌道或表面興建一個研究站

历史 编辑

 
赫爾曼·波托奇尼克的1929年著作《太空旅行的问题》中的插图,描绘了旋輪太空站的概念。

空间站概念的提出可以追溯到1869年,当时艾德華·艾弗雷特·海爾英语Edward 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[2]。此后,康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基赫尔曼·奥伯特也对空间站进行过设想。1929年赫爾曼·波托奇尼克的著作《太空旅行的问题》(The Problem of Space Travel)出版并风靡了30多年。1951年沃纳·冯·布劳恩在《礦工周刊英语Collier's》中刊登了他带有环状结构的空间站设计[2]二战期间德国科学家曾研究过使用太阳能的轨道兵器,即所谓的“太阳炮”。按照设想,它将是运行在高度在5,100英里(8,200公里)的地球轨道的空间站的一部分[3]

 
礼炮4号空间站结构图
 
和平号空间站,拍摄于STS-91任务期间
 
国际空间站,拍摄于STS-133任务发现号航天飞机

阿波罗11号飞船在1969年抢先登陆月球后,前苏联在与美国登月的太空竞赛中落败,因此转向了其他方向(如空间站)来展示他们的航天实力[4]礼炮一号于1971年成功发射升空,它是人类历史上首个空间站。但不幸的是三名宇航员在返回時因阀门故障造成座舱失压全部窒息死亡。美国聽聞風聲後亦紧随其后,在1973年也學著发射了空间站“天空实验室”,它携带了一系列的望远镜,科学家在上面做了许多关于医药地质天文等方面的科学实验。前苏联在1986年发射了模組化的“和平号”空间站,并在接下来的十年间不断对其进行扩充完善,服役至2001年。期间有包括美国在内的许多国家的航天员拜访过这个世界著名的空间站。1998年11月国际空间站的第一个部件曙光号功能货舱发射升空,随后陆续发射的模块对其逐渐进行扩充。它由多个国家分工建造、联合运用,成为国际合作进行太空开发的标志。自2000年11月之后,国际空间站上就保持至少三名乘员至今。

居住性 编辑

目前已有的太空站内部狭窄的密闭空间、高辐射和失重等问题让它们在可居住性上受到很大限制。在其中生活的太空人面临着身体不适、心理障碍和长期健康问题的挑战。拿辐射举例:地球的生物在范艾伦带以下生息,受到地球磁场的保护免受太阳风的伤害,但太空站的乘员则得不到地球磁场的庇护。而长期在失重环境下生活会让宇航员面临肌肉流失和骨钙质流失的问题。

构造 编辑

太空站是一个由许多相互关联的子系统构成的复杂系统,一个功能完备的空间站通常会具备以下的模块。

  1. 主体结构
  2. 电源供应系统
  3. 温度控制系统
  4. 姿势控制系统
  5. 轨道操作和推进系统
  6. 自动化和机器人系统
  7. 计算机和通信系统
  8. 环境与生命支持系统
  9. 乘员生活设施
  10. 乘员和货物运输系统

发展 编辑

空间站可分为以下几代[5][6]

列表 编辑

  • 礼炮系列空间站(Salyut)(苏联,1971年-1986年)
    • 礼炮一号(1971年,1名乘员,1次失败对接)
    • DOS-2(1972年,无人,发射失败)
    • 礼炮二号/Almaz(1973年,无人,发射后不久失效)
    • 宇宙557号(1973年,无人,发射11天后再入大气层)
    • 礼炮三号/Almaz(1974年,1名乘员,1次失败对接)
    • 礼炮四号(1975年,2名乘员,1名预定乘员无法到达轨道)
    • 礼炮五号/Almaz(1976年-1977年,2名成员,1次失败对接)
    • 礼炮六号(1977年-1981年,16名乘员,其中5位长期停留,11位短期停留,1次失败对接)
    • 礼炮七号(1982年-1986年,10名乘员,其中6位长期停留,4位短期停留,1次失败对接)
    礼炮系列空间站由苏联建造,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)型和军用的Almaz型[7]。礼炮2号、3号和5号空间站便属于军事用途的Almaz型[8]
  • 天空实验室空间站(Skylab)(美国,1973年-1974年,3名乘员)
    天空实验室是美国的空间站计划,在1973年到1974年间一共进行了1至4号任务,除1号任务中发射的空间站核心部件外其余皆为往返于空间站的太空船任务。
  • 和平号空间站(Mir)(前苏联/俄罗斯,1986年-2000年,28名乘员,全部长期停留)
    和平号是前苏联设计建造的空间站,为上述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。苏联与美国在这里进行过宇航事业合作,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号-2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(International Space Station, ISS)(美国/欧盟/日本/俄罗斯/加拿大,2000年-至今,2011年4月为止共有27名长期停留乘员)
    国际空间站是由美国国家航空航天局(NASA)俄罗斯联邦航天局(RFSA)、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)加拿大太空局(CSA)欧洲空间局(ESA)共同建造的空间站项目。它在1998年开始建造,各功能模块在其后被陆续送入轨道装配,目前它的建造还未完成。国际空间站是目前人类拥有过的规模最大的空间站。
  • 天宮系列太空站
    • 天宫一号(Tiangong 1)(中国,2011年-2017年)
      天宫一号目标飞行器是中国建造并发射运用的小型试验性空间站,它于2011年发射升空。天宫一号计划将与随后发射的神舟八号至十号飞船进行对接,成为中国第一个空间实验室。神舟八号已于2011年11月1日发射,并在11月3日和15日两次成功与天宫一号对接[9][10]。2012年6月18日中午,神舟九号携三名航天员和天宫一号对接成功,航天员成功进入到天宫一号内部。2013年6月13日13时18分,神舟十号携三名航天员再次和天空一号对接成功,航天员进入到天宫一号内部,将开展为期15天的在轨生活和科研活动。2013年6月20日10时,中国女航天员王亚平在天宫一号上进行了一次50分钟的太空授课。2016年3月21日,中国载人航天工程办公室宣告其完成任务。天宫一号已于2018年4月2日上午8時15分坠入大气层销毁。
    • 天宫二号(Tiangong 2)(中国,2016年9月15日-2019年7月19日)
      天宫二号空间实验室是中国设计建造并发射运用的正式的中型空间站,它于2016年9月15日晚间发射升空。天宫二号与随后发射的神舟十一号飞船进行对接,成为中国第一个正式的空间实验室。神舟十一号于2016年10月中下旬发射,并与天宫二号对接。2018年9月15日完成在轨两年的任务目标,2019年7月19日21时06分,受控离轨再入大气层销毁,少量残骸落入南太平洋。
    • 天宫空间站(中国,2021年4月29日-至今)
      中国设计建造的第三个、也是中国第一个第三代模块化空间站,核心舱段天和核心舱于2021年4月29日发射升空,并分别于2022年7月、10月分别发射了两个实验舱段(问天实验舱梦天实验舱),目前“T”字基本构型已在轨组装完成[11]神舟载人飞船天舟货运飞船被用于运输航天员和货运补给,目前将继续进行空间站建造和开展太空实验工作。
空间站 乘员
上限
发射时间 烧毁时间 运作天数 访问人次 访问次数 质量
加压舱
容积
名字 图片 在轨 有人 载人 无人
礼炮一号
 
3 1971年4月19日
01:40:00 UTC
1971年10月11日 175 24 3 2 0 18,425公斤(40,620英磅) 90 m³
(3,180 ft³
DOS-2
 
  0 1972年7月29日
入轨失败
1972年7月29日 0 0 0 0 0 18,000公斤(40,000英磅)[12] 90 m³
(3,180 ft³
礼炮二号
(Almaz 1)
 
  0 1973年4月4日 1973年5月28日 54 0 0 0 0 18,500公斤(40,800英磅)[13]
宇宙557号
 
  0 1973年5月11日 1973年5月22日 11 0 0 0 0 19,400公斤(42,800英磅)[12]
天空实验室
 
  3 1973年5月14日
17:30:00 UTC
1979年7月11日
16:37:00 UTC
2,249 171 9 3 0 77,088公斤(169,950英磅) 283 m³
(10,000 ft³
礼炮三号
(Almaz 2)
 
  2 1974年6月25日
22:38:00 UTC
1975年1月24日 213 15 2 1 0 18,900公斤(41,700英磅)[7]
(发射重量)
90 m³
(3,180 ft³
礼炮四号
 
  2 1974年12月26日
04:15:00 UTC
1977年2月3日 770 92 4 2 1 18,900公斤(41,700英磅)[7]
(发射重量)
90 m³
(3,180 ft³
礼炮五号
(Almaz 3)
 
  2 1976年6月22日
18:04:00 UTC
1977年8月8日 412 67 4 2 0 19,000公斤(42,000英磅)[7]
(发射重量)
100 m³
(3,530 ft³
礼炮六号
 
3 1977年9月29日
06:50:00 UTC
1982年7月29日 1,764 683 33 16 14 19,000公斤(42,000英磅) 90 m³
(3,180 ft³
礼炮七号
 
3 1982年4月19日
19:45:00 UTC
1991年2月7日 3,216 816 26 12 15 19,000公斤(42,000英磅) 90 m³
(3,180 ft³
和平号
  /  
  3 1986年2月19日
21:28:23 UTC
2001年3月23日
05:50:00 UTC
5,511 4,594 137 39 68 124,340公斤(274,120英磅) 350 m³(12,360 ft³
国际空间站
  /   /   /   /  
  6 1998年11月20日 目前在轨 9287 8576 230 88 94 417,289公斤(919,965英磅) 907 m³(32,030 ft³
天宫一号
 
  3 2011年9月29日
13:16:03.507 UTC
2018年4月2日 2377 22 6 2 1 8,506公斤(18,753英磅) 40.5 m3(1,430立方英尺)
天宫二号
 
  3 2016年9月15日
21:04:12.428 UTC+8
2019年7月19日 1037 29 2 1 1 8,506公斤(18,753英磅) 40.5 m3(1,430立方英尺)
天宫空间站
 
  6[14] 2021年4月29日
11:23:15.613 UTC+8
目前在轨 1091 961 18 6 8 100,000公斤(220,000英磅)[15][16](最大构型) 340 m3(12,000立方英尺)[15]

年表 编辑

天宫空间站天宫二号天宫一号创世纪2号创世纪1号国际空间站和平号礼炮七号礼炮六号礼炮五号礼炮四号礼炮三号天空实验室宇宙557号礼炮二号DOS-2礼炮一号OPS 0855
 
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空间站发展时间轴,原型机以*标记。
  中国
  苏联/俄罗斯
  美国
  多国合作


長期工作人員 编辑

桂海潮朱杨柱景海鹏张陆邓清明费俊龙蔡旭哲刘洋陈冬 (航天员)叶光富王亚平翟志刚汤洪波刘伯明聂海胜陈冬 (航天员)景海鹏王亚平张晓光 (航天员)聂海胜刘洋刘旺景海鹏嘉芙蓮·魯賓斯大西卓哉阿纳托利·伊万尼申Jeffrey Williams奥列格·斯克里波奇卡阿列克谢·奥夫奇宁Timothy PeakeTimothy Kopra尤里·马连琴科艾登·艾姆别托夫Andreas MogensenSergey Volkov凱爾·林格倫油井龜美也奥列格·科诺年科Scott Kelly米哈伊尔·科尔尼延科根纳季·帕达尔卡Terry W. Virts薩曼塔·克里斯托福雷蒂安东·什卡普列罗夫Barry E. Wilmore叶莲娜·谢罗娃亚历山大·萨莫库佳耶夫Alexander GerstGregory R. Wiseman马克西姆·苏拉耶夫Steven R. Swanson奥列格·阿尔捷米耶夫Aleksandr Skvortsov若田光一Richard A. Mastracchio米哈伊尔·秋林Michael S. Hopkins谢尔盖·梁赞斯基奥列格·科托夫卢卡·帕尔米塔诺Karen L. Nyberg费奥多尔·尤尔奇欣Christopher J. Cassidy亚历山大·米苏尔金帕维尔·维诺格拉多夫Thomas H. Marshbur罗曼·罗曼年科克里斯·哈德菲爾德叶夫根尼·塔列尔金奥列格·诺维茨基Kevin A. Ford星出彰彥尤里·马连琴科蘇妮塔·威廉斯谢尔盖·列温根纳季·帕达尔卡约瑟夫·M·阿卡巴Donald PettitAndré Kuipers奥列格·科诺年科Daniel C. Burbank阿纳托利·伊万尼申安东·什卡普列罗夫古川聰Michael E. Fossum谢尔盖·亚历山德罗维奇·沃尔科夫Ronald J. Garan亚历山大·萨莫库佳耶夫安德烈·鲍里先科Paolo NespoliCatherine G. Coleman德米特里·孔德拉季耶夫奥列格·斯克里波奇卡Aleksandr KaleriScott Kelly (astronaut)费奥多尔·尤尔奇欣Shannon WalkerDouglas H. WheelockTracy Caldwell Dyson米哈伊尔·科尔尼延科亚历山大·斯克沃尔佐夫野口聪一Timothy Creamer奥列格·科托夫马克西姆·苏拉耶夫Jeffrey WilliamsNicole Stott罗伯特·瑟斯克罗曼·罗曼年科Frank De WinneTimothy KopraMichael R. Barratt根纳季·帕达尔卡若田光一Sandra Magnus尤里·隆恰科夫Michael FinckeGregory Chamitoff奥列格·科诺年科Sergey VolkovGarrett Reisman利奥波德·埃亚尔茨Daniel Tani尤里·马连琴科佩吉·惠特森Clayton Anderson奥列格·科托夫费奥多尔·尤尔奇欣蘇妮塔·威廉斯米哈伊尔·秋林迈克尔·洛佩斯-阿莱格里亚Thomas ReiterJeffrey Williams帕维尔·维诺格拉多夫瓦列里·托卡列夫William McArthurJohn Philips谢尔盖·康斯坦丁诺维奇·克里卡廖夫萨利占·沙里波夫焦立中Michael Fincke根纳季·帕达尔卡亚历山大·卡列里Michael Foale盧傑 (太空人)尤里·马连琴科Donald Pettit尼古拉·布达林Kenneth Bowersox谢尔盖·特列晓夫佩吉·惠特森瓦列里·科尔尊Carl WalzDaniel BurschYury Onufrienko弗拉基米尔·杰茹罗夫米哈伊尔·秋林Frank CulbertsonJames VossSusan HelmsYuri Usachev尤里·吉德津科谢尔盖·康斯坦丁诺维奇·克里卡廖夫William ShepherdAleksandr Kaleri谢尔盖·扎廖京让-皮埃尔·艾涅尔维克托·阿法纳西耶夫谢尔盖·阿夫杰耶夫根纳季·帕达尔卡尼古拉·布达林塔尔加特·穆萨巴耶夫Andrew ThomasDavid Wolf帕维尔·维诺格拉多夫Anatoly SolovyevMichael Foale亚历山大·拉祖特金瓦西里·齐布利耶夫Jerry LinengerJohn BlahaAleksandr Kaleri瓦列里·科尔尊珊农·露茜德尤里·乌萨切夫尤里·奥努夫里恩科Thomas Reiter谢尔盖·阿夫杰耶夫尤里·吉德津科尼古拉·布达林Anatoly Solovyev诺曼·萨加德根纳季·斯特列卡洛夫弗拉基米尔·杰茹罗夫叶莲娜·孔达科娃亚历山大·维克托连科塔尔加特·穆萨巴耶夫尤里·马连琴科瓦列里·波利亚科夫尤里·乌萨切夫维克托·阿法纳西耶夫亚历山大·谢列布罗夫瓦西里·齐布利耶夫亚历山大·波列修克根纳季·马纳科夫谢尔盖·阿夫杰耶夫Anatoly SolovyevAleksandr Kaleri亚历山大·维克托连科Aleksandr Volkov谢尔盖·康斯坦丁诺维奇·克里卡廖夫谢尔盖·康斯坦丁诺维奇·克里卡廖夫阿纳托利·阿尔采巴尔斯基穆萨·马纳罗夫维克托·阿法纳西耶夫根纳季·斯特列卡洛夫根纳季·马纳科夫Aleksandr BalandinAnatoly Solovyev亚历山大·谢列布罗夫亚历山大·维克托连科谢尔盖·康斯坦丁诺维奇·克里卡廖夫Aleksandr Volkov瓦列里·波利亚科夫Aleksandr Panayotov Aleksandrov穆萨·马纳罗夫弗拉基米尔·格奥尔基耶维奇·季托夫亚历山大·亚历山德罗夫尤里·罗曼年科亚历山大·拉维金Vladimir Solovyov列昂尼德·基济姆Vladimir Solovyov列昂尼德·基济姆Alexander Volkov弗拉基米尔·瓦休京弗拉基米尔·贾尼别科夫维克托·萨维内赫Oleg AtkovVladimir Solovyov列昂尼德·基济姆亚历山大·帕夫洛维奇·亚历山德罗夫弗拉基米尔·利亚霍夫瓦连京·列别杰夫阿纳托利·别列佐沃伊维克托·萨维内赫弗拉基米尔·科瓦廖诺克瓦列里·留明列昂尼德·波波夫Georgi Ivanov (cosmonaut)瓦列里·留明Vladimir Lyankhov亚历山大·伊万琴科夫弗拉基米尔·科瓦廖诺克Gerogi Grencho尤里·罗曼年科尤里·格拉兹科夫維克托·戈爾巴特科维塔利·若洛博夫鲍里斯·沃雷诺夫维塔利·谢瓦斯季亚诺夫彼得·克利穆克阿列克谢·古巴列夫格奧爾基·格列奇科帕维尔·罗曼诺维奇·波波维奇尤里·阿尔秋欣爱德华·吉布森威廉·波格Gerald CarrOwen Garriot杰克·洛斯马艾伦·宾Joeseph KerwinPaul Weitz皮特·康拉德Vladislav Volkov维克托·帕察耶夫Georgi Dobrovolski

前景 编辑

目前为止的太空站皆属于公共组织所有,多用于科研用途,而现在有不少组织开始筹划商用的太空站项目,提供太空旅馆、可出租的实验室等服务。[17]为了解决上述章节里提及的可居住性问题,研究人员提出了许多设想。辐射问题可以通过更厚的舱壁来提供更好的保护。空间不足问题可以通过建造空间更大的舱体改善。而针对失重问题,国际太空站原本预定会带有一个可以旋转的舱体,用离心力来制造人工重力,但这个计划最终被取消了。目前的太空站皆为刚体结构,笨重因而发射费用过于高昂,上述设想短期内都将无法实现。因此自2000年起NASA和毕格罗宇航等组织开始研究柔性舱壁的膨胀型舱体。[18]俄罗斯正在推进的OPSEK项目将包含一个轨道组装厂,用来在轨道上建造那些若在地面建造发射会过大过重的部件。[19]

參見 编辑

参考文献 编辑

  1. ^ 星空筑巢不怕路遥. 新京报. 2012-06-17 [2021-06-18]. (原始内容存档于2012-06-20) (中文(简体)). 
  2. ^ 2.0 2.1 Inc, Boy Scouts of America. Boys' Life. Boy Scouts of America, Inc. 1989-09: 20 [2022-07-07]. (原始内容存档于2022-07-07) (英语). 
  3. ^ Science: Sun Gun. Time Magazine. 1945-07-09 [2011-09-30]. (原始内容存档于2013-05-21). 
  4. ^ Ivanovich, p.5
  5. ^ 天宫一号须进行3次“天宫之吻” 互联网档案馆存檔,存档日期2014-12-05.
  6. ^ 空间站:人造的“天宫”. [2013-04-07]. (原始内容存档于2014-12-20). 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 D.S.F. Portree. Mir Hardware Heritage (PDF). NASA. 1995 [2010-11-30]. (原始内容 (PDF)存档于2008年4月10日). 
  8. ^ Russian Space Stations (Wikisource)
  9. ^ 中國神舟八號成功對接天宮一號. BBC. [2011-11-03]. (原始内容存档于2011-11-05) (中文(繁體)). 
  10. ^ 天宫一号与神舟八号第二次交会对接成功 (组图). 新浪网. 2011-11-14 [2011-11-14]. (原始内容存档于2020-04-02) (中文(简体)). 
  11. ^ 空间站梦天实验舱顺利完成转位 中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成-新华网. www.news.cn. [2022-11-30]. (原始内容存档于2022-11-09). 
  12. ^ 12.0 12.1 Salyut. Encyclopedia Astronautica. [2010-11-30]. (原始内容存档于2017-05-23). 
  13. ^ Saylut 2. NASA. [2010-11-30]. (原始内容存档于2017-04-24). 
  14. ^ 神舟十五号3名航天员顺利进驻中国空间站 两个航天员乘组首次实现“太空会师”_新闻中心_中国网. news.china.com.cn. [2022-11-30]. (原始内容存档于2022-11-30). 
  15. ^ 15.0 15.1 【知识点·航天】“天和”核心舱、“天宫”空间站和新一代载人飞船的最新知识点(干货版). 知乎专栏. [2021-05-03]. (原始内容存档于2022-06-11) (中文). 
  16. ^ 马帅莎; 高瑜. “问天”来了!一文读懂“体型大、功能全、能发电、可出舱”的实验舱. 中国新闻网. 2022-07-24 [2022-07-26]. (原始内容存档于2022-07-26). 
  17. ^ Bigelow Aerospace — Next-Generation Commercial Space Stations: Orbital Complex Construction 互联网档案馆存檔,存档日期2010-07-10., Bigelow Aerospace, accessed 2011-01-10.
  18. ^ David Shiga. NASA sets sights on inflatable space stations. New Scientist. 2010-02-23 [2010-02-24]. (原始内容存档于2015-04-23). 
  19. ^ Russia could build orbital assembly complex after 2020 - Energiacorporation. Interfax. 2009-08-18 [2009-08-18]. (原始内容存档于2009-08-18).