“空间站”这个词大家也许并不陌生,我们在诸多的新闻报道中读到过和它有关的知识。但大部分人对这个概念还是不甚了解。空间站到底是什么,它的作用和工作原理又是什么?让我们带着这些疑问,一起去揭开空间站的神秘面纱。
空间站,又叫航天站、太空站、轨道站,是一种在近地轨道长时间运行,可以供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。它是人类出于想要更好地探索太空的需求,在太空中建立长期生活和工作的基地。空间站的基本组成是以一个载人生活舱为主体,再加上其他不同用途的舱段,如工作实验舱、科学仪器舱等。空间站外部必须装有太阳能电池板和对接舱口,以保障站内电能供应和实现与其他航天器的对接。与其他载人航天器相比,空间站能有效节约航空成本。例如,空间站在太空接纳航天员进行实验,可以使载人飞船成为只运送航天员的工具,从而简化了载人飞船的内部结构,减少了它在太空飞行时所需要的物质。这样既可以降低载人飞船的工程设计难度,又可以减少航天费用。此外,空间站在运行时既可以载人,也可以不载人,只要航天员将它启动并调试好,它就可以照常进行工作,然后经过定时检查,到了预定时间就可以取得工作成果。这样就大大缩短了航天员在太空中停留的时间。当空间站发生故障时,还可以在太空中维修、换件,以延长航天器的寿命。增加空间站的使用期是可以减少航天费用的,因为空间站能长期(数个月或数年)地飞行,因此保证了太空科研工作的连续性和深入性,这对研究的逐步深化和提高科研质量都具有非常重要的作用。一般来说,空间站分为单一式和组合式两种。单一式空间站可由航天运载器一次性发射入轨,组合式空间站则需要由航天运载器分批将组件送入轨道,然后在太空组装而成。
作为在近地轨道运行的航天器,一般对轨道没有特殊要求。通常,空间站运行在高度为数百千米的倾斜轨道上,发射空间站的发射场不同,其轨道倾角可能会有所不同。前苏联的“和平号”空间站在发射初期,运行在一条高度为324×352千米、倾角为51.6°的轨道上。目前太空中唯一的空间站──国际空间站运行在近地点379.7千米、远地点403.8千米,倾角为51.6°的轨道上,绕地一圈用90分钟。根据任务的需要,空间站的轨道高度、倾角等可以进行一些调整。
近年来,我国在空间站建设上也取得了骄人的成绩。在第十二届珠海航展上,我国空间站工程首次对公众开放。据了解中国空间站额定乘员3人,乘组轮换时最多可达6人,基本构型包括核心舱、实验舱I和实验舱II,每个舱段规模20吨级。核心舱包括节点舱、生活控制舱(分为大柱段和小柱段)和资源舱三部分,有3个对接口和2个停泊口。对接口用于载人飞船、货运飞船及其他飞行器访问空间站,停泊口用于两个实验舱与核心舱组装形成空间站组合体,另有一个出舱口供航天员出舱活动。核心舱轴向长度16.6米,大柱段直径4.2米,小柱段直径2.8米,主要用于空间站的统一控制和管理,以及航天员生活,具备长期自主飞行能力,能够支持航天员长期驻留,支持开展航天医学和空间科学实验。中国空间站建设工作是我国航天工程的一次飞跃式发展。它采用转位机构和机械臂结合,进行舱段转移、对接,也就是说在航天员和机械臂协同下,可以完成复杂舱外建造和操作活动。我国自主研究开发的空间站建造规模适度,预留了舱段和舱外载荷平台扩展能力,最大可扩展3个舱段;设计新型平台装载大型光学设施,开展巡天和对地观测,与空间站共轨飞行,必要时可停靠空间站进行维护和补给,开辟了分布式空间站体系架构的创新模式,同时还规划了密封舱内的科学实验柜、舱外暴露实验平台等,支持在轨实施空间科学、空间生命科学与生物技术、微重力基础物理、空间材料科学等众多领域的科学研究和应用项目。按计划我国空间站将于2022年左右完成在轨建造,建成后将成为我国长期在轨运行的国家太空实验室。