空间站是一种能够支持航天员长时间在轨飞行的航天器,以前没有空间站的时候,载人飞船单次飞行时间可能只有几天或者十来天,在空间站出现以后,航天员单次飞行时间可以达到几个月,甚至可以达到一年时间。之所以会有这样的差异,一方面是载人飞船的空间很小,能够搭载的食物、水、氧气都是非常有限的,而空间站的情况不同,能够通过货运飞船进行补给,自然就能够飞得更长时间了;另一方面是航天员“蜗居”在狭小的飞船内也是很艰苦的,时间越长对航天员的影响越大,而空间站的空间很大,航天员在空间站内就像在家里那么舒适,能够执行更长时间的飞行任务。

虽然空间站的空间非常大,住起来更舒适,但是建造空间站的难度要比载人飞船大得多。例如一艘飞船的重量可能只有几吨重,而空间站的重量可能高达上百吨,甚至达到几百吨,尺寸也达到几十米。在现阶段,我们的火箭运载能力显然是没法将重达上百吨的空间站一次发射到太空,只能把空间站的不同舱段分别发射升空,然后在太空完成空间站的组装工作。目前已经运行了好多年的国际空间站就是这样建造的,我国的空间站也是如此。

天和号核心舱是我国空间站的第一个舱段,至今它已经在太空运行了差不多1年时间了,自发射升空以后,天和号核心舱就迎来了多艘飞船,包括2艘神舟载人飞船、2艘天舟货运飞船,其中神舟十二号飞船的3名航天员在空间站内驻留了3个月,神舟十三号的3名航天员在空间站内驻留了6个月。目前这2批6名航天员的任务都已经结束返回地球有一段时间了。按照计划,在今年将会有6次发射任务来完成空间站的建造工作,其中就包括发射2个实验舱。

问天实验舱已整装待发!

现在我国空间站的舱段只有天和号核心舱,不过今年会有新的变化,因为另外2个实验舱要发射升空与空间站核心舱完成对接,形成三舱结构的空间站。当空间站完成在轨建造工作以后,问天和梦天两个实验舱都会成为航天员在轨主要的工作场所。这对于航天员来说,意义相当大,其中一个就是生活、工作的空间要更大了。问天实验舱的配置和天和号核心舱是相似的,有3个睡眠区、1个卫生区和厨房等设施,可以保障航天员生活。这样一来,就能够满足6名航天员在轨轮换了。

问天实验舱是我国空间站“天宫”的组成部分,和天和号核心舱的重量差不多,舱段规模也是20吨级,一枚长征五号火箭就能轻轻松松将其发射到近地轨道了。虽然与天和号核心舱的重量差不多,但是问天号实验舱尺寸略大一些,轴向全长17.9米,差不多与6层楼的高度相当,比天和号核心舱还要长1.3米,也比国际空间站的任意一个舱段都要长,它将会是当今世界上轴向长度最长的单体载人航天器。尺寸大只是问天实验舱的一个亮点,它还有很多亮点,比如说它还具备核心舱对于组合体管理控制功能的备份舱段,这意味着如果天和号核心舱的功能出现了故障,就能够切换到问天实验舱来行使组合体控制和管理功能,这样一来空间站的可靠性就大大提高了。

目前这2个实验舱在地面的研制工作进展都很顺利,其中问天实验舱已经可以说是整装待发了,完成了整舱的集成组装、测试等一系列工作。而梦天实验舱也已经完成了集成总装、试验工作,正在开展地面的测试工作。

我们为何不造航天飞机?

现在我们的空间站建造工作稳步推进,预计在今年就会完成空间站的在轨建造工作,这是其他很多国家想都不敢想的事情,而我们已经做到了。可能有一些朋友感到好奇,既然我们都能够建造、发射这么大的空间站了,为什么没有制造可以重复使用的航天飞机呢?大家也知道,航天飞机的运载能力很强,货舱能够轻轻松松将一些巨大的航天器送上空间站,如果我们有航天飞机,在建造空间站的时候岂不是更加得心应手了吗?

以美国的航天飞机为例,美国航天飞机的中段有一个巨大的货舱,长达18.3米、直径达到4.6米,可以运载24吨的有效载荷到太空,或者将19.5吨货物从太空带回地球。这个运载能力是比较强的,能够轻轻松松将人造卫星、飞船、探测器送上太空,将空间站的一些舱段送上太空也不是什么难事。除了运载能力很强以外,航天飞机的货舱还有一个功能,那就是可以对回收的航天器进行维修,历史上美国也确实是用航天飞机对一些航天器进行过维修,例如就曾经多次维修过哈勃望远镜。虽然运载能力相当强,我们却不造航天飞机,连美国都将自己的航天飞机退役了,这是为什么呢?

由于发射飞船、探测器的成本很高,美国希望制造一种可以重复使用的航天器,以此来降低航天器的制造成本,降低太空探索的成本。航天飞机就是在这样的情况下诞生的,在确定航天飞机的设计布局时,科学家认为航天飞机每次发射费用不超过600万美元,但实际的情况并非如此。美国一共有5架航天飞机投入使用,每架航天飞机的研制成本为20亿美元,前前后后进行了100多次飞行任务,每次飞行任务的费用高达5亿美元,整个航天飞机计划共花费了1137亿美元。可见,虽然航天飞机可以重复使用,但是并没有将成本降下来,远远超出了设计的预期。这么高的使用成本,连美国都难以承受。

使用成本高,只是让航天飞机加快退役的一个原因而已,还有一个很重要的原因就是安全性、可靠性的问题。美国前前后后一共有5架航天飞机投入使用,其中就有2架航天飞机在执行任务的时候发生了事故,航天飞机内的宇航员因此失去了宝贵的生命,美国的悲剧不能忘。如果仅仅是成本高,勒紧裤腰带勉勉强强还是可以维持下去的,安全性的问题就没法“忍”的,只能让航天飞机退役了。

虽然航天飞机已经退出了历史舞台,但它的出现表明,重复使用的飞船理论上来说是可以实现的,如果能够降低成本、提高安全性,重复使用的飞船就能大展拳脚。事实上,在航天飞机退役以后,美国研制了新的重复使用的载人飞船,那就是载人龙飞船,我们国家也在研制新一代载人飞船,也是可以重复使用。与航天飞机相比,新一代可以重复使用的载人飞船成本显然是要低很多,安全性也高很多。

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