【材制｜视角】空间站：航天员的天上宫阙

2022-10-15 15:56 作者:青春材制 0人读过 | 我要投稿

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2022-10-14

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天上宫阙+

空间站

　　北京时间2022年9月30日12时44分，经过约1小时的天地协同，问天实验舱完成转位，天宫空间站由“I”型转为“L”型。这意味着天宫空间站建设进入了新阶段。

那么“I”型与“L”型是什么？空间站的架构到底是怎样的呢？下面让我们来一探究竟。

空间站的发展

空间站的历史最早可追溯到1896年，在当时爱德华·艾弗雷特·海尔（Everett Hale）设想“用砖搭建的月球”。1929年，赫尔曼·波托奇尼克（Herman Potočnik）的《太空旅行的问题》出版，并在全球引起了轰动。1951年沃纳·冯·布劳恩发表了《带有环状结构的空间站设计》。直到1971年，苏联成功发射了人类历史上第一个空间站——礼炮一号。至今，人类共发射了10个空间站，空间站也已经经历了四次迭代。现在，让我们回到20世纪80年代，一同回顾空间站构型的发展历程吧！

第一代空间站

礼炮一号的建成标志着第一代空间站的诞生，礼炮系列的一到五号都属于第一代空间站。

由于它所具有的实验性质，礼炮一号又被称为实验飞行器。其特点是整个航天器仅有一个对接口，这意味着它一次仅能对接一艘飞船。因此礼炮一号所搭载的科研仪器和主要物品均在发射前就装入了空间站内, 且无法在轨补给许多重要物资, 这就限制了航天员的在站时间以及空间站在轨运行寿命。

第1代空间站解决了许多重大科技问题。例如, 证实了在太空和在地面一样，有必要把住宿、工作场所与交通工具等按各自的特点分别建造，这样才能解除相互间的束缚，提高效率；为在太空中驻留较长时间，可用轮换航天员的办法使空间站的利用率提高。试验性空间站虽然是短暂性的，但也比其他航天器有较大进步。我国的天宫一号和二号也具有类似功能，主要用来验证交会对接、出舱行走、长期在轨驻留等技术，不能作为长期在轨空间站使用。

第二代空间站

在意识到第一代空间站的不足后，苏联在第一代空间站的基础上设计了礼炮六号和七号，产生了第二代空间站构型。第二代空间站带有两个对接口，可一次对接两艘飞船，使其具有长期驻留的能力。

第一代空间站主要是为了验证当时的技术是否满足建造空间站的基本需求。在此之后的第二代空间站则搭载了更多配件，具备了更多功能，进行了诸多如：对地观测、空间材料加工、生命科学、天文和地球物理学等科学研究。

第三代空间站

在美国发射了天空实验室之后，由于军事和政治压力，苏联决定升级空间站技术，建造新一代空间站，这就是和平号空间站的设计背景。

作为当时最大的空间站，和平号空间站由礼炮七号改装而来，其最大的特点是采用了模块化组装技术。这意味着和平号的建设可以通过近地轨道集合的方式建造，这大大降低了单次航天发射的载重需求，每一个模块可以在接口一致的情况下具有完全不同的独立功能。

和平号空间站是礼炮号系列空间站的技术结晶，作为国际空间站发射前全球最重要的空间站，它奠定了多舱模块化组装、积木式结构方式搭建长期可驻留空间站的技术基础，将主体结构和生命保障、空间站控制等其他模块优化布局，糅合或分列在不同舱段内，使效率大大提升。值得一提的是，我国的天宫空间站也是第三代空间站。

第四代空间站

在苏联解体后，美国邀请俄罗斯共同建设一个国际化的空间站。二者一拍即和，决定共同发起一个空间站建设计划，同时接受世界上其他主要国家加入该计划。这项工程的成果便是自1998年运行至今的国际空间站（ISS），它被认为是第四代空间站。

ISS的主要特点之一是使用了桁架结构。比起第三代空间站，桁架结构的使用使得整个空间站结构更大、功能更加复杂。但由于体量过大，国际空间站的建设比起和平号复杂许多，它需要的组合部分更多，对航天器的性能要求更高。其桁架部件单体重约14吨，甚至比大多数飞船的质量还大，只能使用航天飞机运输，大幅增加了技术需求与成本。虽然桁架式结构较第三代空间站结构有所优化，但是基于多方面的考虑，天宫空间站仍选择采用第三代空间站的基本结构。