空间站

更新时间:2024-11-02 11:43

空间站(space station)又称太空站、航天站。是一种在近地轨道长时间运行、可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。空间站分为单模块空间站和多模块空间站两种。单模块空间站可由航天运载器一次发射入轨,多模块空间站则由航天运载器分批将各模块送入轨道,在太空中将各模块组装而成。在空间站中要有人能够生活的一切设施,空间站不具备返回地球的能力。

历史沿革

空间站概念的提出可以追溯到1869年,当时Everett Hale为《大西洋月刊》撰写了一则关于“用砖搭建的月球”的文章。此后,康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基赫尔曼·奥伯特也对空间站进行过设想。1929年Herman Potočnik的著作The Problem of Space Travel(《太空旅行的问题》)出版并风靡了30多年。1951年沃纳·冯·布劳恩在矿工周刊中刊登了他带有环状结构的空间站设计。二战期间德国科学家曾研究过使用太阳能的轨道兵器,即所谓的“太阳炮”。按照设想,它将是运行在高度在5100英里(8200千米)的地球轨道的空间站的一部分。

阿波罗11号飞船在1969年抢先登陆月球后,苏联在与美国登月的太空竞赛中落败,因此转向了其他方向(如空间站)来展示他们的航天实力和开发太空资源。礼炮1号于1971年成功发射升空,它是人类历史上首个空间站。但不幸的是3名航天员于1971年乘礼炮1号上的联盟号飞船返回过程中,由于返回舱上平衡阀异常打开造成返回舱失压,导致3名航天员全部死亡。美国紧随其后在1973年发射了天空实验室号空间站,它携带了一系列的望远镜,科学家在上面做了许多关于医药地质天文等方面的科学实验。苏联在1986年发射了和平号空间站的核心舱,并在接下来的10年间不断运送新的模块在空间组装,1996年建成了由6个模块组成的和平号空间站,该空间站服役至2001年。期间有包括美国在内的许多国家的航天员拜访过这个世界著名的空间站。1998年11月国际空间站的第一个模块(曙光号功能货舱)发射升空,随后陆续发射的模块对其逐渐进行扩充。它由多个国家分工建造、联合运用,成为国际合作进行太空开发的标志。自2000年11月至2017年3月,国际空间站上保持至少3名乘员。

1992年,中国政府就制定了载人航天工程“三步走”发展战略,建成空间站是发展战略的重要目标。

中国在2011年9月29日发射了天宫1号目标飞行器。天宫1号将分别与随后发射的神舟8号、神舟9号、神舟10号飞船交会对接,从而使中国掌握了交会对接技术,为开展中国的空间站建设奠定了基础。

2021年4月29日,据中国载人航天工程办公室消息,长征五号B遥二运载火箭已完成推进剂加注,计划于29日中午11时许发射空间站天和核心舱。

2021年4月29日11时,长征五号B遥二运载火箭搭载空间站天和核心舱,在海南文昌航天发射场发射升空。

2021年6月17日,中国载人航天工程副总设计师陈善广在直播中透露,在这次的空间站关键技术验证和建造阶段,女航天员刘洋、王亚平都会参与到飞行任务中,此外第三批航天员已经选拔完成,其中也有女性航天员。

2021年9月17日13时30分许,神舟十二号载人飞船返回舱反推发动机成功点火后,安全降落在东风着陆场预定区域。这是神舟飞船首次在东风着陆场着陆。

北京时间2021年9月18日10时25分,天舟二号货运飞船从空间站天和核心舱后向端口分离,并绕飞至前向端口完成自动交会对接,整个过程历时约4小时。

北京时间2021年10月16日,神舟十三号载人飞船发射取得圆满成功。这是我国载人航天工程立项实施以来的第21次飞行任务,也是空间站阶段的第2次载人飞行任务。

北京时间2022年1月8日7时55分,经过约2小时,神舟十三号航天员乘组在地面科技人员的密切协同下,在空间站核心舱内采取手控遥操作方式,圆满完成了天舟二号货运飞船与空间站组合体交会对接试验。

北京时间4月20日5时02分,天舟三号货运飞船从空间站天和核心舱后向端口分离,绕飞至前向端口,并于9时06分完成自动交会对接。空间站天和核心舱和天舟三号组合体状态良好,后续将迎接天舟四号货运飞船、神舟十四号载人飞船和问天实验舱的到访。

2022年5月10日01时56分,由火箭院抓总研制的长征七号遥五运载火箭(简称“长七火箭”)在海南文昌航天发射场点火起飞,成功将天舟四号货运飞船送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。2022年我国空间站建造大幕正式拉开。

据中国载人航天工程办公室消息,在神舟十四号载人飞船与空间站组合体成功实现自主快速交会对接后,航天员乘组从返回舱进入轨道舱。按程序完成各项准备后,航天员陈冬成功开启天和核心舱舱门,北京时间2022年6月5日20时50分,航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲依次全部进入天和核心舱。后续,航天员乘组将按计划开展相关工作。

2022年7月17日10时59分,天舟三号货运飞船完成全部既定任务,已撤离空间站组合体。 北京时间2022年11月1日4时27分,空间站梦天实验舱成功对接于天和核心舱前向端口,整个交会对接过程历时约13小时。天舟五号货运飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接,中国航天员首次在空间站迎接货运飞船来访。

北京时间2022年11月29日23时08分,搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,神舟十五号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,飞行乘组状态良好,发射取得圆满成功。飞船入轨后,将按照预定程序,与空间站组合体进行自主快速交会对接,神舟十五号乘组将与神舟十四号乘组进行在轨轮换。在空间站工作生活约6个月期间,将进行多次出舱活动,完成舱内外设备安装、调试、维护维修、组合体管理、空间科学与技术实(试)验等各项任务。

2022年12月,铜川籍小卫星智星三号A星顺利进入预定轨道,成为我国首颗由空间站系统释放的商业微小卫星。

2023年5月11日5时16分,天舟六号货运飞船入轨后顺利完成状态设置,成功对接于空间站天和核心舱后向端口。交会对接完成后,天舟六号将转入组合体飞行段。

2023年5月29日,执行神舟十六号发射任务的长征二号F遥十六运载火箭开始推进剂加注。神舟十六号载人飞行任务是载人航天工程今年的第二次飞行任务,也是空间站应用与发展阶段首个载人飞行任务。

2023年5月30日9时31分,搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约10分钟后,神舟十六号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,航天员乘组状态良好,发射取得圆满成功。飞船入轨后,将按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接,神舟十六号航天员乘组将与神舟十五号航天员乘组进行在轨轮换。在空间站工作生活期间,神舟十六号航天员乘组将进行出舱活动,开展空间科学实(试)验,完成舱内外设备安装、调试、维护维修等各项任务。

2023年6月6日3时10分,天舟五号货运飞船完成与空间站组合体再次交会对接。

据中国载人航天工程办公室消息,北京时间2023年9月11日16时46分,已完成全部既定任务的天舟五号货运飞船,顺利撤离空间站组合体,转入独立飞行,将按计划于9月12日受控再入大气层,货运飞船绝大部分器件将在再入大气层过程中烧蚀销毁,少量残骸将落入南太平洋预定安全海域。

2023年10月26日下午,神舟十七号载人飞船成功对接于空间站天和核心舱前向端口。

北京时间2024年1月17日22时27分,搭载天舟七号货运飞船的长征七号遥八运载火箭,在我国文昌航天发射场点火发射,天舟七号货运飞船将与在轨运行的空间站组合体进行交会对接。

莫斯科时间2024年2月13日5时9分,“进步MS-24”货运飞船与国际空间站俄罗斯舱段“星辰”号分离。8时17分,其推进系统开始启动,飞船脱离轨道并在大气层中解体。

据中国载人航天工程办公室消息,北京时间2024年10月30日4时27分,搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约10分钟后,神舟十九号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,航天员乘组状态良好,发射取得圆满成功。飞船入轨后,将按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接,神舟十九号航天员乘组将与神舟十八号航天员乘组进行在轨轮换。在空间站工作生活期间,神舟十九号航天员乘组将进行多次出舱活动,开展微重力基础物理、空间材料科学、空间生命科学、航天医学、航天技术等领域实(试)验与应用,完成空间站碎片防护装置安装、舱外载荷和舱外平台设备安装与回收等各项任务。

基本组成

单模块空间站的基本组成是以一个载人生活舱为主体,再加上有不同用途的舱段,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,以保证站内电能供应和实现与其他航天器的对接。

单模块空间站一般由下列系统组成:

主要特点

空间站特点是体积比较大、结构复杂,在轨道飞行时间较长,有多种功能,能开展的太空科研项目也多而广。

空间站的特点之一是经济性。例如,所有的空间站都不具有返回地面的功能而是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,从而简化了空间站的结构,既能降低其工程设计难度,又可减少航天费用。另外,空间站在运行时可载人,也可不载人,只要航天员启动并调试后它可照常进行工作,定时检查,到时就能取得成果。这样能缩短航天员在太空的时间,减少许多消费,当空间站发生故障时可以在太空中维修、换件,延长航天器的寿命。增加使用期也能减少航天费用。因为空间站能长期(数个月或数年)的飞行,故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有重要作用。

世代划分

空间站可分为以下几代:

具体型号

礼炮系列空间站由前苏联建造,其中礼炮1号是人类的第一个空间站。这个系列的空间站在1971年到1985年间服役,期间一共发射了礼炮1号至礼炮7号共7个空间站。它们的任务是完成天体物理学、航天医学、航天生物学等方面广泛的科研计划,考察地球自然资源和进行长期失重条件下的技术实验。

天空实验室号是美国的空间站,1973年由两级的土星5号运载火箭发射入轨,同年,先后发射了3艘阿波罗号飞船(即阿波罗号飞船)的指挥-服务舱与其交会对接,每次送去3名航天员。

和平号是前苏联设计建造的空间站,为上述礼炮计划的后继项目。它于1986年发射升空,并在接下来的十年间陆续对接了5个模块,一直被运用到2000年。苏联与美国在这里进行过航天项目的合作,许多不同国家的航天员也曾到访过和平号进行工作。它被废弃后于2001年受控在再入大气层中烧毁。

中国空间站是中华人民共和国建设中的一个空间站系统,预计在2022年前后建成。空间站轨道高度为400~450公里,倾角42~43度,设计寿命为10年,长期驻留3人,总重量可达180吨 ,以进行较大规模的空间应用。

(图片来源:)

国际空间站(International Space Station, ISS)

国际空间站是由美国国家航空航天局(NASA)、俄罗斯联邦航天局(RFSA)、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)、加拿大太空局(CSA)和欧洲空间局(ESA)等共同建造的空间站项目。它在1998年开始建造,各功能模块在其后被陆续送入轨道装配,2011年2月国际空间站组装工作全部结束。国际空间站是人类拥有过的规模最大的空间站。

天宫1号是中国独立设计建造并发射运用的目标飞行器,它于2011年发射升空。天宫1号与随后发射的神舟8号至10号飞船进行对接,使中国成为掌握交会对接技术的国家。神舟8号已于2011年11月1日发射,并在11月3日和15日两次成功与天宫一号对接。2012年6月18日中午,神舟9号携3名航天员和天宫1号对接成功,航天员成功进入到天宫1号内部。2013年6月13日13时18分,神舟10号携3名航天员再次和天宫1号对接成功,航天员进入到天宫1号内部,共开展为期15天的在轨生活和科研活动。2013年6月20日10时起,中国女航天员王亚平在天宫1号上进行了一次50分钟的太空授课。

天宫2号空间实验室是中国第一个空间实验室,其规模比空间站要小,但可做一些为建造空间站服务的关键技术研究项目,如推进剂在轨加注技术。2016年9月15日天宫2号发射成功,经过变轨进入了等待与神舟11号载人飞船交会对接的轨道。10月19日实现了神舟11号与天宫2号的交会对接任务,航天员进入天宫2号内工作和生活,完成了30天的太空驻留任务。预计2017年4月中下旬将发射天舟1号货运飞船,在天宫2号配合下,完成在轨推进剂加注试验。

发展规划

中国

中国预计2016年后将推出天宫三号空间实验室,不过,为了节省经费,天宫三号和二号合并,前者的实验在后者上完成,天宫三号的建造和发射计划被取消。届时将在2020年前推出三座模块化的60吨空间站。项目921-2是中华人民共和国计划建造载人空间的工作名称站。公众可以提交名称和符号建议,以装饰计划中的中国太空站。

中国空间站总体构型为3个舱段,包括天和核心舱以及问天实验舱梦天实验舱,整体呈T字构型,能够容纳3-6名航天员在轨工作生活,建成后整体空间达到110立方米。

2022年9月30日12时44分,问天实验舱完成转位,空间站组合体由两舱“一”字构型转变为两舱“L”构型。后续,空间站组合体将以“L”字构型在轨飞行,等待梦天实验舱发射、交会对接后,还将转位形成空间站三舱“T”字构型组合体。11月3日,空间站梦天实验舱顺利完成转位,空间站“T”字基本构型在轨组装完成。11月12日10时03分,搭载天舟五号货运飞船的长征七号遥六运载火箭,在我国文昌航天发射场准时点火发射,约10分钟后,天舟五号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道,飞船太阳能帆板顺利展开工作,发射取得圆满成功。后续,天舟五号货运飞船将与在轨运行的空间站组合体进行自主快速交会对接。

2023年3月2日消息,神舟十五号飞行乘组入驻空间站三个月来,配合完成了多次空间站货物出舱任务,空间站科学实验项目正在按计划稳步推进,已取得阶段性成果。在地面科研人员和航天员协同配合下,梦天舱燃烧科学柜中的实验系统成功执行首次在轨点火测试,验证了空间站燃烧科学实验系统功能的完备性,以及整体实验流程的准确性与科学性,为后续项目顺利实施打下良好基础。

2023年5月11日5时16分,天舟六号货运飞船入轨后顺利完成状态设置,成功对接于空间站天和核心舱后向端口。交会对接完成后,天舟六号将转入组合体飞行段。北京时间2023年10月26日11时14分,搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约10分钟后,神舟十七号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,航天员乘组状态良好,发射取得圆满成功。在载人飞船与空间站组合体成功实现自主快速交会对接后,神舟十七号航天员乘组从飞船返回舱进入轨道舱。北京时间2023年10月26日19时34分,神舟十六号航天员乘组顺利打开“家门”,欢迎远道而来的神舟十七号航天员乘组入驻“天宫”。

据中国载人航天工程办公室消息,北京时间2024年1月12日16时02分,天舟六号货运飞船顺利撤离空间站组合体,转入独立飞行阶段。将于近期择机受控再入大气层,货运飞船绝大部分器件将在再入大气层过程中烧蚀销毁,少量残骸将落入南太平洋预定安全海域。

北京时间2024年1月17日22时27分,搭载天舟七号货运飞船的长征七号遥八运载火箭,在我国文昌航天发射场点火发射,约10分钟后,天舟七号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道,之后飞船太阳能帆板顺利展开,发射取得圆满成功。后续,天舟七号货运飞船将与在轨运行的空间站组合体进行交会对接。天舟七号货运飞船入轨后顺利完成状态设置,于北京时间2024年1月18日1时46分,成功对接于空间站天和核心舱后向端口。交会对接完成后,天舟七号将转入组合体飞行段。

2024年4月,中国载人航天工程新闻发言人表示,将抓紧研究推动国外航天员以及太空游客参与空间站飞行。

北京时间2024年4月25日20时59分,搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约10分钟后,神舟十八号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道。目前,航天员乘组状态良好,发射取得圆满成功。飞船入轨后,将按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接,神舟十八号航天员乘组将与神舟十七号航天员乘组进行在轨轮换。在空间站工作生活期间,神舟十八号航天员乘组将进行多次出舱活动,开展微重力基础物理、空间材料科学、空间生命科学、航天医学、航天技术等领域实(试)验与应用,完成空间站碎片防护加固装置安装,舱外载荷和舱外平台设备安装与回收等各项任务。

神舟十八号载人飞船入轨后,于北京时间2024年4月26日3时32分,成功对接于空间站天和核心舱径向端口,整个自主交会对接过程历时约6.5小时。在载人飞船与空间站组合体成功实现自主快速交会对接后,神舟十八号航天员乘组从飞船返回舱进入轨道舱。4月26日05时04分,在轨执行任务的神舟十七号航天员乘组顺利打开“家门”,欢迎远道而来的神舟十八号航天员乘组入驻“天宫”。随后,两个航天员乘组拍下“全家福”,共同向牵挂他们的全国人民报平安。

美国

从2015年开始,美国航空航天局正在为“超空间轨道(BEO)空间和转运车辆的下一代空间技术探索伙伴关系(NextSTEP)”开发深空栖息地(DSH)。

2023年3月2日,“龙”飞船搭乘“猎鹰9”火箭从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空。这次任务是载人“龙”飞船第6次为国际空间站运送轮换宇航员。2023年3月3日,搭载4名宇航员的美国太空探索技术公司“龙”飞船飞抵国际空间站,并与之对接。参与这次代号“Crew-6”航天任务的4名宇航员分别是美国宇航员斯蒂芬·鲍恩、沃伦·霍伯格、阿联酋宇航员苏丹·奈亚迪和俄罗斯宇航员安德烈·费佳耶夫。

俄罗斯

2008年4月,俄罗斯航天局提出建造太空太远的轨道建设场地(OPSEK),不能直接从地球发射。国际空间站退役后不会开始建设或完成。该计划已由Anatoly Perminov于2009年6月17日向ISS合作伙伴介绍。

轨道技术商业空间站是俄罗斯公司(Orbital Technologies)的一个项目。CSS旨在适应不同的功能,例如:实现基于空间的微重力研究;提供商业人类航天,太空旅游和国家赞助的人类航天计划的目的地;作为国际空间站及其船员的备用和紧急避风港;促进产品开发;促进卫星维修和维护;为人类太空飞行任务提供了一个分期的前哨基地,超出了低Åarth轨道;提供独特的遥感平台。

开发和销售车站的业务安排最近由俄罗斯的Orbital Technologies公司澄清,该公司正在与Rocket and Space Technology Corporation Energia(RSC Energia)合作开发车站。

2023年2月13日,据塔斯社报道称,俄罗斯“能源”火箭航天公司副总设计师科热夫尼科夫表示,俄罗斯计划于2027年发射空间站能源舱以组建俄罗斯自己的空间站。在2028年至2030年,将陆续发射连接舱、出入过渡舱、基础舱和专用舱。

印度

印度计划升级其ISRO轨道车辆,在印度的人类航天计划之后进行会合和对接。

2022年1月,印度原子能和太空发展部长吉滕德拉·辛格在议会上宣布,印度的第一个空间站将于2030年建成。

企业

2011年12月,波音公司提出将节点4作为勘探网关平台的核心,在国际空间站上建造,并通过空间拖船重新定位到月球拉格朗日点(EML-1或2)。该平台的目的是在前两次SLS航班之后支持使用可重复使用的月球着陆器的月球着陆任务。它也将绕过需要用于月球任务的L1推进剂仓库。其他硬件将包括气锁,“国际模块”和基于MPLM的栖息地模块。

2012年2月,花花公子维珍银河联合提出了一个轨道“空间俱乐部”。他们的计划包括餐厅和零重力舞蹈俱乐部。

美国公司Bigelow Aerospace正在开发一个私人轨道综合体Bigelow商业空间站。 Bigelow建议使用BA 330可扩展航天器模块以及中央对接节点,推进,太阳能阵列和附加的船员舱来构建空间站。计划在2014年初步推出空间站组件,部分站点早在2015年就可以租用。Bigelow于2010年10月开始公开将第一台Bigelow车站的初始配置 - 两个Sundancer模块和一个BA-330模块参考为Space Complex Alpha。第二个轨道站 - 太空复合体布拉沃 - 计划在2016年开始发射。截至2017年6月,阿富汗太空复合体的发射已经从2020年开始在阿纳特V和Falcon 9号运载火箭发射,从卡纳维拉尔角开始。

社会影响

2022年11月21日,“汉语盘点2022”启动仪式上,主办方推荐“空间站”等为国内词。

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