今天11點20分左右，“天和”號核心艙發射，8分多鐘后成功入軌。“天和”號全長16.6米，最大直徑4.2米，發射質量22.5噸，可支持3名航天員長期在軌駐留，是我國目前研制的最大航天器。
實際上，這只是拉開中國建設空間站的序幕，按照我國空間站建造任務規劃，今明兩年我國將實施11次飛行任務，包括3次空間站艙段發射、4次貨運飛船以及4次載人飛船發射，2022年我國將完成空間站在軌建造。根據規劃，今年我國還將發射兩次載人航天任務。
4月29日，中國空間站總設計師楊宏對《中國航天報》表示，“中國空間站既是為中國科學家，也是為全球科學家提供的科學探索平臺。這一初衷，注定了中國空間站是開放的”。
事實上，今年也是人類建設空間站的第50周年。從1971年，蘇聯率先建成第一個空間站到現在，人類在探索太空之路上越走越遠。
撰文 | 龐之浩（中國空間探測技術首席科學傳播專家）
1961年4月12日，蘇聯發射了世界第一個載人航天器——“東方1號”飛船，把航天員加加林送上了太空。
把人送上太空的目標實現了，人們很自然會產生下一個目標——讓人在太空中“待得住”、“待得久”。這不僅僅是為了爭勝好奇，還有很多實際的意義。比如，很多需要在太空中進行的科研、生產和服務等活動，都是需要很長的時間和很大的空間來完成的。建造能讓航天員在太空中長久居住、生活和工作的空間站的想法便應運而生。
“禮炮1號”空間站與“聯盟11號”飛船組合體在軌飛行示意圖
“天空實驗室”側面的太陽電池陣在發射過程中被剮掉，上面的“簾”是航天員在艙外活動時安裝上的“遮陽傘”，以節省電能。
由于空間站猶如一座空中樓閣，是一種可供多名航天員巡訪、長期居住和工作的大型航天器，具有體積大、壽命長、功能強和載人多等優點，所以，在與美國競爭載人登月失敗后，蘇聯就放棄了載人登月計劃，開始全力打造空間站。經過艱苦的努力，蘇聯終于在1971年4月19日用“質子號”火箭成功發射了世界第一座空間站——“禮炮1號”，它標志著人類進入太空的一個新階段的開始。
“禮炮1號”質量約18噸，總長16米，最大直徑4.1米，可居住空間85立方米，由對接過渡艙、軌道艙和服務艙3個部分組成，其中位于頭部的對接過渡艙用于對接“聯盟號”飛船，航天員和物資由此對接艙口進出空間站。位于中部的軌道艙是“禮炮1號”的“心臟”，由直徑各為2.9米和4.1米的兩個圓筒組成，供航天員工作、進餐、休息和睡眠。位于尾部的服務艙為非密封艙，裝有機動變軌發動機、姿態控制發動機和推進劑等。
蘇聯發射了“禮炮1號”后，對美國產生了很大的刺激，于是美國馬上用“阿波羅”工程的剩余材料研制了一個名叫“天空實驗室”的空間站，并于1973年5月14日升空。它是迄今為止世界上最大的單個載人密封艙，壓力艙容積達316立方米，在里面可以洗澡，曾創下了連續載人航天84天的世界紀錄。此后美國便“喜新厭舊”研制航天飛機去了。
而蘇聯對空間站一直格外青睞，在先后發射了7座“一居室”的“禮炮”系列空間站后，蘇聯從1986年開始發射由多個艙段組成的“和平號”空間站。它由1個核心艙和5個實驗艙組成，因而大大擴展了航天員的活動空間，提高了空間站的工作能力。
到了20世紀80年代初，美國逐漸發現在空間站領域已大大落后于蘇聯。1984年1月25日，美國時任總統里根批準建造一個以美國為主、與盟國合作的長久性空間站計劃——“自由號”。這個方案比“和平號”還先進，采用桁架掛艙式構型。但由于技術復雜，費用極高，風險很大，所以在研制過程中幾乎夭折。
就在“自由號”空間站的命運岌岌可危時，世界空間站大國蘇聯于1991年解體，這給了美國一個發展國際型空間站的絕佳機會。因為隨著蘇聯的解體，俄羅斯已不再是美國爭奪太空優勢的競爭對手了，但其在空間站建造方面仍有豐富的經驗和先進的技術。
于是在1993年，美國對“自由號”空間站建造方案進行了“大手術”，其中最主要的措施是吸收俄羅斯為正式合作伙伴，采用了很多蘇聯空間站的成熟技術，目的是節省費用、少走彎路、降低風險和縮短時間，最后終于在2011年在軌建成了“國際空間站”。它實質上是一個既采用了類似“和平號”的積木式構型，又采用了桁架掛艙式構型的“混血兒”。
空間站具有自主補給消耗品、檢修和更換設備的能力，以及變更和擴大其功能的性質。它先入軌后上人的特征，既提高了安全保障，又簡化了研制過程。
至今，全球已發射了10座空間站。從總體結構上講，這些空間站可分為以下兩種：
第一種是單艙式空間站。已發射的蘇聯“禮炮1號”至“禮炮7號”和美國“天空實驗室”都是單艙式空間站。這種只有一個艙段的空間站用運載火箭一次就能送上太空。其優點是所用硬件少、成本低和技術簡單，不需要航天員出艙等，因而早期的空間站都采用這種設計。它的缺點是容積小、太死板和工效低，因而影響了許多科學實驗活動的進行，并且很難長期載人航天。
第二種空間站是多艙式空間站。目前已發射的多艙式空間站有蘇聯/俄羅斯的“和平號”及16國聯合研制的“國際空間站”。這種空間站是由陸續發射的多個艙段在軌道上組裝而成的。其優點是航天員的生活和工作空間大，靈活性強，運行時間長；缺點是技術復雜，投資和風險都大。
這兩種空間站還可細分為四代，蘇聯的“禮炮1號”至“禮炮5號”和美國的“天空實驗室”是第一代空間站，蘇聯的“禮炮6號”“禮炮7號”為第二代，蘇聯/俄羅斯的“和平號”為第三代，“國際空間站”為第四代。
第一代空間站也叫試驗性空間站，其主要特征是站上均只有一個對接口，因而只能接納一艘客貨兩用飛船，運送往返人員和少量物品。其科研儀器和主要物品均是發射前就裝入了空間站內，無法及時補給，這就限制了載人航天的時間和空間站在軌運行壽命。
不過，這一代空間站解決了許多載人航天相關的重大科技問題。例如，證實了在太空也和地面一樣，有必要把臥室、工作間等按各自的特點分別建造，以免相互束縛和影響；人在太空待上若干天，可用輪換航天員的辦法，使空間站利用率大為提高。
第二代空間站也叫實用性空間站，它們分別于1977年9月29日、1982年4月19日入軌。其主要特點是均有兩個對接口，即可同時接納兩艘飛船，這樣就能把載人與運貨分開，從而大大延長了空間站壽命和航天員在軌時間。
第三代空間站也叫長久性空間站。“和平號”采用積木式構型，于1986年2月20日開始在太空建造。其最大特點是率先升空的核心艙不僅能用于航天員生活居住，控制整個空間站正常運行，還有6個對接口，它像搭積木一樣先后對接了5個專用實驗艙及“聯盟”載人飛船、“進步”貨運飛船，形成了龐大的空間復合體。
第四代空間站也叫永久性空間站。它采用桁架掛艙式構型，即以上百米的組裝式桁架為基礎結構，然后將多個艙段和設備安裝在桁架上。其優點是：集中供電、靈活性強、工作效率高、使用維修方便；缺點是：費用大、技術復雜。“國際空間站”是世界第一座永久性空間站，它包括13個增壓艙，其中6個用于科學實驗，3個供航天員居住，1個為多功能貨艙，3個為對接用的節點艙，容積約1000立方米，質量400多噸。
未來空間站有兩個重要發展方向，一是建造舒適的太空旅館；二是建造月球空間站。
太空旅館比空間站觀光更愜意、更享受。其內部裝修按酒店方式設計，游客可選擇垂直床或者水平床，并有全密閉式的淋浴、雙筒望遠鏡和相機，食物更加精細、豐富，但花費很大，每天要幾百萬美元。現有充氣式太空旅館和空間站式太空旅館兩種方案，其中空間站式太空旅館與目前空間站的基礎結構差不多，最大的不同就是內部裝修按酒店樣式設計。
充氣式太空旅館將由若干個可充氣膨脹的軟殼太空艙組裝而成。與傳統剛性太空艙相比，充氣式太空艙有三個優勢：一是發射成本較低，這些軟殼太空艙發射到軌道上后會像氣球那樣自行充氣“鼓”起來，這是由于采取了膨脹結構；二是居住空間寬大，這是以往所有的航天器所不及的；三是采用新的多層結構外殼設計和使用新材料，充氣的軟殼表面有一定彈性，比起傳統含鋁材料的航天器外殼，能為居住者提供更好的空間防護，可以抵御太空垃圾、宇宙粒子等的撞擊，為其內核提供保護。
美國正聯合一些國家合作研制月球空間站——“深空門戶”，預計2024年以后投入使用。月球空間站既可成為前往月面、小行星甚至火星的載人飛船的出發平臺，又能作為月球車的中繼通信平臺，還是前往維修日地L2軌道上的空間望遠鏡的中轉站。
它分三步實施：第一步是建造“航天發射系統”重型火箭；第二步是用“航天發射系統”把“深空門戶”的主要部件發射到月球軌道上；第三步是用“獵戶座”飛船把其他部件推到合適的位置，為人類居民準備好“深空門戶”。
更遠的未來，有可能建造龐大的太空城。由此可見，空間站的前景是十分廣闊的。
載人航天是一項高投入、高風險、高技術的系統工程，至今只有俄羅斯、美國和中國三個國家獨立掌握載人航天技術。我國在1992年就制定了宏偉的載人航天“三步走”的發展戰略。
至今，我國已完成了前兩步的任務，即成功研制和發射了6艘“神舟”載人飛船、2座“天宮”空間實驗室和1艘“天舟”貨運飛船，掌握了太空行走、交會對接、在軌加注和中期駐留等載人航天的關鍵技術，已把11名航天員送上了太空。
中國空間站示意圖
這些都為完成第三步任務——建造空間站奠定了堅實的基礎，讓我們在空間站建設上擁有更加廣闊的發展空間。
注：本文首發于“北京日報”，經作者授權轉發。
