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新知问答|中国空间站和国际空间站有什么区分?

编者按:开阔新视野,分享好知识!《新知问答》是新华网客户端和知乎联合出品的知识类问答栏目,致力在互联网海量信息中发现、聚合和传播高品质原创内容。人类目前共有四代空间站,中国要建设的是一个相当于第三代空

编者案:开阔新视线,分享好知识!《新知问答》是新华网客户端和知乎联合出品的知识类问答栏目,致力在互联网海量信息中发现、聚合和传布高品质原创内容。

人类目前共有四代空间站,中国要建设的是一个相当于第三代空间站水平的天宫空间站,预计在2022年完成,寿命十年,亦可通过保护延期。相较而言,它比起目前420吨级的第四代空间站国际空间站的确要小一圈,但天宫空间站对于我国而言已是最好方案。

先说一下前三代空间站的历史和特色。

1.基本背景

上世纪60年代末,苏联在登月项目的竞争中落败于美国后,便掀起了新一波的竞争:空间站建设。长时间以来的载人航天试验、特别是阿波罗登月的胜利,验证了人类可长期生存在太空中的可能性。在假想中,通过树立长时间驻人的空间站,可以实现覆盖全世界的军事侦查乃至潜伏的作战目的。苏联于是将航天发展重心押在长时间可驻人空间站,可发射大型任务的质子系列火箭也完整成熟。

2.第一代和第二代空间站

早在美国还在进行阿波罗登月的1971年,苏联便把极度军事秘密的礼炮一号(Salyut)送入太空,并在后续项目中尝试装载武器。

在1971-1982年期间,苏联总计发射了9个重达18-20吨的空间站,其中7个获得胜利,技术上分为两代。

第一代为试验飞行器性质,仅有一个对接口,象征着一次仅能对接一艘飞船,我国的天宫一号和二号也是相似功能。它们主要用来验证交会对接、出舱行走、长时间在轨驻留等试验,用完就没有太大意义了。

第二代为长时间驻留空间站,此时已经带有两个对接口,可一次对接两艘飞船。其中,三个军用的礼炮空间站还进行了秘密的武器实验,例如在礼炮三号上安装了图-22轰炸机自卫航炮作为袭击武器,无奈因为没法解决武器发射时致使的旋转问题被迫抛却。

苏联的第二代空间站已经相当强大,礼炮6和7号都迎来了巨大胜利。

在苏联压力下,美国方面也决然转向空间站建设,因为庞大登月火箭土星五号的存在,他们只需将其中一级。俄罗斯独立后,两者的空间站方案一拍即和,抉择共建一个空间站,同时接受世界上主要国家加入的申请,这个方案便是自1998年运行到今天的国际空间站,它已是个标准的第四代空间站。相比较第三代空间站,桁架结构的使用则使得整个空间站结构更大、功能更为繁杂。随着和平号的殒落,国际空间站成为整个人类载人航天的宠儿。

时至本日,国际空间站已经成长为一个宽109米、长73米、高20米、重达419吨、内部容积916立方米的空间巨无霸,相当于一栋七层楼高的小型运动场。自从2000年11月2日首次载人任务以来,它已经连续维持了19年载人飞行,驻扎国际空间站的宇航员被叫作远征队(Expedition)成员,每一批维持在6位。目前国际空间站还有每一年8次左右货运对接和4次左右载人对接,一个批次的宇航员停留时间大概半年左右。

20年来的运转,国际空间站完成为了数不清的科学试验,为人类科技进步和航天技术发展做出了巨大贡献。它是人类载人航天的最高技术体现,也孕育了各个国家的各种载人航天相关用具,例如美国的航天飞机(载人/货运)、龙飞船(货运)、龙-2飞船(载人)、天鹅座(货运),俄罗斯的进步号(货运)和联盟号(载人),欧盟的ATV(货运),日本的HTV(货运)。它的特殊环境也促使了国际上关于天文观测、对地遥感、航天医学、植物育种等多方面技术的快速进步,成为一个唯一无二的科研平台。目前它仍然处在很好的运营状况,除了役时间在逐步延期。

5.我国天宫空间站和国际空间站为何设计方案不同?

a.相对于于第一和二代空间站,第三代空间站已是一个无比大的逾越,全方位的。第四代空间站的确可以依赖桁架势结构做到更大更强,但并无巨大的优势。

b.大型空间站常常需要更为强力的运载用具,但这也致使它的建造费用爆增,20年来总费用超过了2000亿美元!我国目前最强的长征五号与质子K是同一级别火箭,不足以建设大型桁架势的结构(体积问题),或者强行改第四代空间站方案建造费用将是个天文数字;

c.国际空间站的运营费用已经极高,例如国际空间站常年维持6人在轨生存,半年左右进行轮换。目前俄罗斯联盟号载人飞船是独一运载工具,一张船票就需要8100万美元,太贵了!而保持运行也需要大量货运飞船前往,费用极为昂扬。每一年单美国就需要花费15亿美元预算在国际空间站,这个价格基本足够中国完成嫦娥探月工程。

因此,对于我国而言,选择树立一个第三代空间站已经足够完成绝大部份任务目标。长时间维持3人在轨运行,用现有的长5(重型建设工作)、长7(天舟货运飞船)和长2F(神舟载人飞船)火箭便可支持,性价比显然要高不少。如果顺利,2020年开建,2022年就可建成并投入不亚于10年的运营。

实际上,天宫空间站方案也很灵便。在运行中,天宫空间站将同一个光学舱段共轨飞行。该光学舱是一个十几吨的大型巡天望远镜,在不少指标上都接近乃至超过哈勃太空望远镜,视场角是哈勃的300多倍。这类方案减少了对望远镜的干扰,同时如果望远镜出相似哈勃曾经经的质量问题时,也利便保护进级。

同时,核心舱还保有备用对接口等,如有需要可以将天宫空间站进一步进级成更大版本,这些设计理念是无比先进实用的。

我国航天仍然处在追逐阶段,有太多处所需要花钱,即使再如何多快好省也要防止航天人“巧妇难为无米之炊”的困境,天宫空间站维持一个超高性价比建设和运营方案,对于我国是最优解。

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