空間站

空間站概念的提出可以追溯到1869年，當時Everett Hale為《大西洋月刊》撰寫了一則關於“用磚搭建的月球”的文章。此後，康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基和赫爾曼·奧伯特也對空間站進行過設想。1929年Herman Potočnik的著作The Problem of Space Travel（《太空旅行的問題》）出版並風靡了30多年。1951年沃納·馮·布勞恩在礦工周刊中刊登了他帶有環狀結構的空間站設計。二戰期間德國科學家曾研究過使用太陽能的軌道兵器，即所謂的“太陽炮”。按照設想，它將是運行在高度在5100英里（8200千米）的地球軌道的空間站的一部分。

阿波羅11號飛船在1969年搶先登陸月球后，蘇聯在與美國登月的太空競賽中落敗，因此轉向了其他方向（如空間站）來展示他們的航天實力和開發太空資源。禮炮1號於1971年成功發射升空，它是人類歷史上首個空間站。但不幸的是3名航天員於1971年乘禮炮1號上的聯盟號飛船返回過程中，由於返回艙上平衡閥異常打開造成返回艙失壓，導致3名航天員全部死亡。美國緊隨其後在1973年發射了天空實驗室號空間站，它攜帶了一系列的望遠鏡，科學家在上面做了許多關於醫藥、地質和天文等方面的科學實驗。蘇聯在1986年發射了和平號空間站的核心艙，並在接下來的10年間不斷運送新的模塊在空間組裝，1996年建成了由6個模塊組成的和平號空間站，該空間站服役至2001年。期間有包括美國在內的許多國家的航天員拜訪過這個世界著名的空間站。1998年11月國際空間站的第一個模塊（曙光號功能貨艙）發射升空，隨後陸續發射的模塊對其逐漸進行擴充。它由多個國家分工建造、聯合運用，成為國際合作進行太空開發的標誌。自2000年11月至2017年3月，國際空間站上保持至少3名乘員。

中國在2011年9月29日發射了天宮1號目標飛行器。天宮1號將分別與隨後發射的神舟8號、神舟9號、神舟10號飛船交會對接，從而使中國掌握了交會對接技術，為開展中國的空間站建設奠定了基礎。

單模塊空間站的基本組成是以一個載人生活艙為主體，再加上有不同用途的艙段，如工作實驗艙、科學儀器艙等。空間站外部必須裝有太陽能電池板和對接艙口，以保證站內電能供應和實現與其他航天器的對接。

單模塊空間站一般由下列系統組成：

● 結構與機構系統

● 電源與供配電系統

● 溫度控制系統

● 制導、導航與控制系統

● 推進系統

● 機械臂系統

● 測控和通信系統

● 環境控制與生命保障系統

● 乘員系統

● 對接機構系統

● 儀錶與照明系統

● 數據管理系統

空間站特點是體積比較大、結構複雜，在軌道飛行時間較長，有多種功能，能開展的太空科研項目也多而廣。

空間站的特點之一是經濟性。例如，所有的空間站都不具有返回地面的功能而是在太空接納航天員進行實驗，可以使載人飛船成為只運送航天員的工具，從而簡化了空間站的結構，既能降低其工程設計難度，又可減少航天費用。另外，空間站在運行時可載人，也可不載人，只要航天員啟動並調試后它可照常進行工作，定時檢查，到時就能取得成果。這樣能縮短航天員在太空的時間，減少許多消費，當空間站發生故障時可以在太空中維修、換件，延長航天器的壽命。增加使用期也能減少航天費用。因為空間站能長期（數個月或數年）的飛行，故保證了太空科研工作的連續性和深入性，這對研究的逐步深化和提高科研質量有重要作用。

空間站可分為以下幾代：

● 第一代空間站：特點：單模塊，一個對介面（禮炮1號、禮炮2號、禮炮3號、禮炮4號、禮炮5號）

● 第二代空間站：特點：單模塊，兩個對介面（禮炮6號、禮炮7號）

● 第三代空間站：特點：多模塊，積木式結構（和平號空間站）

● 第四代空間站：特點：多模塊，衍架結構和積木式的混合結構（國際空間站）型號

● 禮炮號系列空間站（Salyut）

禮炮系列空間站由前蘇聯建造，其中禮炮1號是人類的第一個空間站。這個系列的空間站在1971年到1985年間服役，期間一共發射了禮炮1號至禮炮7號共7個空間站。它們的任務是完成天體物理學、航天醫學、航天生物學等方面廣泛的科研計劃，考察地球自然資源和進行長期失重條件下的技術實驗。

● 天空實驗室號空間站（Skylab）

天空實驗室號是美國的空間站，1973年由兩級的土星5號運載火箭發射入軌，同年，先後發射了3艘阿波羅號飛船（即阿波羅號飛船）的指揮-服務艙與其交會對接，每次送去3名航天員。

● 和平號空間站（Mir）

和平號是前蘇聯設計建造的空間站，為上述禮炮計劃的後繼項目。它於1986年發射升空，並在接下來的十年間陸續對接了5個模塊，一直被運用到2000年。蘇聯與美國在這裡進行過航天項目的合作，許多不同國家的航天員也曾到訪過和平號進行工作。它被廢棄後於2001年受控在再入大氣層中燒毀。

● 國際空間站（International Space Station, ISS）

國際空間站是由美國國家航空航天局（NASA）、俄羅斯聯邦航天局（RFSA）、日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）、加拿大太空局（CSA）和歐洲空間局（ESA）等共同建造的空間站項目。它在1998年開始建造，各功能模塊在其後被陸續送入軌道裝配，2011年2月國際空間站組裝工作全部結束。國際空間站是目前人類擁有過的規模最大的空間站。

● 天宮1號目標飛行器（Tiangong 1）

天宮1號是中國獨立設計建造併發射運用的目標飛行器，它於2011年發射升空。天宮1號與隨後發射的神舟8號至10號飛船進行對接，使中國成為掌握交會對接技術的國家。神舟8號已於2011年11月1日發射，並在11月3日和15日兩次成功與天宮一號對接。2012年6月18日中午，神舟9號攜3名航天員和天宮1號對接成功，航天員成功進入到天宮1號內部。2013年6月13日13時18分，神舟10號攜3名航天員再次和天宮1號對接成功，航天員進入到天宮1號內部，共開展為期15天的在軌生活和科研活動。2013年6月20日10時起，中國女航天員王亞平在天宮1號上進行了一次50分鐘的太空授課。

● 天宮2號空間實驗室（Tiangong 2）

天宮2號空間實驗室是中國第一個空間實驗室，其規模比空間站要小，但可做一些為建造空間站服務的關鍵技術研究項目，如推進劑在軌加註技術。2016年9月15日天宮2號發射成功，經過變軌進入了等待與神舟11號載人飛船交會對接的軌道。10月19日實現了神舟11號與天宮2號的交會對接任務，航天員進入天宮2號內工作和生活，完成了30天的太空駐留任務。預計2017年4月中下旬將發射天舟1號貨運飛船，在天宮2號配合下，完成在軌推進劑加註試驗。

空間站是在近地軌道長時間運行、可滿足航天員長期在軌生活、工作以及地面航天員尋訪的載人航天器。

首先，它是航天員的“太空之家”、航天器的“太空母港”，提供在軌服務，未來還有望成為人類邁向深空的“前哨所”“補給站”。按計劃，中國空間站將有一個乘組3名航天員長期在軌飛行，乘組定期輪換。輪換期間，最多可有6名航天員同時在站工作。

空間站天然的高真空、微重力等獨特條件，可充分帶動空間科學、生命科學等前沿學科研究，推動原材料、元器件、智能製造等多領域先進技術發展，是開展科學研究的“太空實驗室”。

“極端物理條件下，物質的運動規律、物理化學過程、生命過程等都可能會發生變化，這意味著重大科學突破的可能。”中國科學院空間應用中心總體室主任、空間應用系統副總設計師鍾洪恩告訴記者，中國空間站作為國家級太空實驗室，在艙內、外部署了許多重大科學設施。這些設施支持在軌實施空間天文、空間材料科學等9個學科30餘個主題的科學研究；空間站在軌運營10年以上，預計可滾動實施近千項實驗項目。

目前，空間應用系統在空間站三個艙段內共安排了13個科學實驗櫃，每個實驗櫃都相當於一個小型太空實驗室；空間站艙外還安排了若干暴露實驗平台。空間站建造完成後，還會單獨發射“巡天”空間望遠鏡，與空間站共軌飛行，進行高解析度天文觀測，開展天體物理和空間天文學研究。

建設和運營空間站是衡量一個國家經濟、科技和綜合國力的重要標誌。在近地軌道建造和運營空間站，可以長期開展有人參與的、大規模的空間科學實驗和技術試驗，能夠極大地促進空間科學、生命科學等空間技術發展，輻射帶動相關領域技術創新。

中國預計2016年後將推出天空3號空間實驗室，屆時將在2020年前推出三座模塊化的60噸空間站。項目921-2是中華人民共和國計劃建造載人空間的工作名稱站。公眾被要求提交名稱和符號建議，以裝飾計劃中的中國太空站。

美國公司Bigelow Aerospace正在開發一個私人軌道綜合體Bigelow商業空間站。 Bigelow建議使用BA 330可擴展航天器模塊以及中央對接節點，推進，太陽能陣列和附加的船員艙來構建空間站。計劃在2014年初步推出空間站組件，部分站點早在2015年就可以租用。Bigelow於2010年10月開始公開將第一台Bigelow車站的初始配置 - 兩個Sundancer模塊和一個BA-330模塊參考為Space Complex Alpha。第二個軌道站 - 太空複合體布拉沃 - 計劃在2016年開始發射。截至2017年6月，阿富汗太空複合體的發射已經從2020年開始在阿納特V和Falcon 9號運載火箭發射，從卡納維拉爾角開始。

2008年4月，俄羅斯航天局提出建造太空太遠的軌道建設場地（OPSEK），不能直接從地球發射。國際空間站退役后不會開始建設或完成。該計劃已由Anatoly Perminov於2009年6月17日向ISS合作夥伴介紹。

軌道技術商業空間站是俄羅斯公司（Orbital Technologies）的一個項目。 CSS旨在適應不同的功能，例如：

實現基於空間的微重力研究。

提供商業人類航天，太空旅遊和國家贊助的人類航天計劃的目的地。

作為國際空間站及其船員的備用和緊急避風港。

促進產品開發。

促進衛星維修和維護。

為人類太空飛行任務提供了一個分期的前哨基地，超出了低Åarth軌道。

提供獨特的遙感平台。

開發和銷售車站的業務安排最近由俄羅斯的Orbital Technologies公司澄清，該公司正在與Rocket and Space Technology Corporation Energia（RSC Energia）合作開發車站。

2011年12月，波音公司提出將節點4作為勘探網關平台的核心，在國際空間站上建造，並通過空間拖船重新定位到月球拉格朗日點（EML-1或2）。該平台的目的是在前兩次SLS航班之後支持使用可重複使用的月球著陸器的月球著陸任務。它也將繞過需要用於月球任務的L1推進劑倉庫。其他硬體將包括氣鎖，“國際模塊”和基於MPLM的棲息地模塊。

2012年2月，花花公子與維珍銀河聯合提出了一個軌道“空間俱樂部”。他們的計劃包括餐廳和零重力舞蹈俱樂部。

印度計劃升級其ISRO軌道車輛，在計劃印度的人類航天計劃之後進行會合和對接。

從2015年開始，美國航空航天局正在為“超空間軌道（BEO）空間和轉運車輛的下一代空間技術探索夥伴關係（NextSTEP）”開發深空棲息地（DSH）。

早在1992年，中國政府就制定了載人航天工程“三步走”發展戰略，建成空間站是發展戰略的重要目標。在突破載人天地往返、空間出艙活動、交會對接、推進劑在軌補加等一系列載人航天關鍵技術的基礎上，經過十年的攻關研製，空間站已進入到在軌組裝建造階段。

總體看，中國空間站功能齊全、技術先進、規模適度，在可靠性安全性、舒適宜居性、綜合效能、兼容拓展以及信息、能源、動力技術和運營費效比等方面具有顯著優勢。在空間應用方面，有望取得若干具有重大價值的科學發現和技術創新成果。