新天工開物 中國人，你是懂基建的。 2 週年了，聊聊中國空間站到底是如何建成的？

這是你平時點燃的蠟燭 這是你平時看到的水滴 但有沒有一種可能它們是這樣的 這看上去似乎和你習以為常的大不相同 那是因為此時你所在的 是距離地表約400公里的中國天宮空間站 就在剛剛過去的2022年 歷時一年多的搭建 中國空間站終於全面建成 這意味著這座由天河核心艙 問天夢天實驗艙所構成的空間站 將和神州載人飛船 天州貨運飛船一起 共同組成一座能讓人類長期停留的太空家園 這同樣意味著中國成為了繼美蘇之後唯一的 僅憑一國之力建成空間站的國家 然而作為一座將在太空中運行至少十年之久的空間站 要建成它 就註定面臨著重重考驗 那麼在你眼前的飛船和艙段背後 還隱藏著怎樣的故事 我們究竟該如何才能真正擁有一座空間站呢 首先作為一座太空家園 這座空間站必須能夠保證自身的安全 因此除了裝備特殊的防護層外 這座重達90多噸的龐然大物 還能主動避讓太空碎片和微流星體的撞擊 並始終將軌道保持在400公里左右的安全高度上 能做到這些得益於安裝在它艙體上的上百臺發動機 其中的30臺位於天河核心艙上 它們大多和火箭推進器一樣通過燃燒推進劑 產生高速噴射氣流推動空間站前進 但更為特別的則是另外4臺發動機 它們並不進行燃燒 而是利用電磁場中漂移的電子將推進器電力為帶電的離子 再在電場的加速下 令離子以至少每秒16公里的速度噴出 發出科幻般的藍光 人稱霍爾推進器 相比傳統推進器 這種電力推進系統只需要五分之一的推進器質量 就能達到相同的推進效果 可以想象 未來它必將在人類的星際航行中發揮至關重要的作用 而中國空間站便是起點 不過儘管省下了燃料 但電又從何而來呢 答案就在這裡 這個厚度僅為0.7毫米的薄片 當它全部展開 便是長度達到近13米的核心艙太陽翼 而位於問天、夢天實驗艙尾部的太陽翼規模更加龐大 雙翼展開長度超過55米 有效發電面積相當於一整個籃球場 而這些龐然大物不僅可以通過360度旋轉始終朝向太陽 還能隨時收攏 由核心艙上的大機械臂與航天員一起進行拆卸、轉移、安裝 從而避免受到遮擋影響發電 而實際上太陽翼產生的電力 更多則需要供給空間站內部使用 比如核心艙內至關重要的生命保障系統 它通過電解水產生氧氣和氫氣 又將氫氣和人體呼出的二氧化碳反應重新滲成水 同時還能將人體產生的尿液和水蒸氣 淨化為可供使用的淡水 數據顯示倘若沒有這套循環系統 完全使用飛船補給物資 那麼航天員每停留一個月就要消耗約400公斤的物資 相應的火箭發射重量將增加近20噸 如此高昂的成本基本無法實現長期逐流 除此以外核心艙中還配有一個餐廳 兩個健身區 一個衛生間和三個臥室 其中每個臥室都配有一個閑窗 可謂是一套名副其實的囚禁房 而穿過核心艙經由節點艙相連的 是承載著科學使命的問天和夢天實驗艙 它們共裝配有十餘個科學實驗櫃 可進行微重力材料醫學生命科學等多個領域的實驗工作 當然種菜也是不能例外的 其中在問天實驗艙 還裝配有與核心艙相同的臥室 衛生間和生命保障系統 這也是為何從2022年底 最多可有六位航天員同時在軌工作 甚至在緊急情況下 問天實驗艙還能直接作為核心艙的備份 至此 我們終於建成了一座全新的太空家園 太空觀景臺 太空實驗室 截至目前 已有來自17個國家的9個科研項目通過申請 即將入駐中國空間站 而未來 也必將有更多人類科學技術誕生在這座天空之中 不過 如果只是如此 依然不足以支持這座空間站 持續運行至少10年 我們還缺點什麼呢 時間回到2003年10月15日 這一天 第一位中國航天員楊立偉 在神舟五號飛船上 向全世界展示了中國國旗和聯合國旗 他曾說那是他最酷的時刻 而這一畫面 也永遠地留在了人類的航天史中 不過 我們之所以能看到這個畫面 是因為在地表之上 還有一雙雙緊盯飛船的眼睛 今天 他們是北京 西安和東風三大航天控制中心 是位於喀什 東風 渭南 青島 廈門的五個固定測控站 位於新疆和田 內蒙古主著陸場附近的兩個機動測控站 以及坐落在巴基斯坦 肯尼亞 納米比亞 智利等全球多個國家的國外測控站 他們還是遠航在大洋之上的四艘遠望號測量船 正是他們在地表之上 拉開了一張航天測控網 不僅能對火箭 衛星 飛船 空間站等 進行跟蹤 遙測和遙控 還能讓天地通信成為現實 然而 我們的空間站 要地球一圈 只需要1.5小時 遠快於地球的自轉 這也是為何 身居太空的航天員們 既能看到陽光之下的山川江河 也能看到黑夜之中的文明燈火 但這同樣意味著 空間站將飛越地球上很大的範圍 如果僅靠現有的地面和海上測控站 只有18%的軌道能被覆蓋 通信時長也僅能維持不過10分鐘 因此 若要進一步完成航天員出艙 這類需要時刻保持通訊的人物 我們還必須在已有的地網之上 架起一張天網 這張天網 位於一條距地表約3.6萬公里的軌道上 這裡運行的衛星 可以始終與地球保持相對靜止 這就是地球靜止軌道 因此在這裡 最少只需要3顆衛星 就能實現全球近100%的覆蓋 從而在天地之間 架起一座時刻不斷的橋樑 這就是中繼衛星 天鏈 2008年4月25日 天鏈1號01型發射 將我們的測控覆蓋率 從18%提升到了50% 成功為5個月後 中國航天員的第一次出艙 保駕護航 4年後 3顆天鏈衛星完成燭光 實現了近100%的覆蓋 隨後 天鏈1號第一次開課 無數孩子們在教室裡 看到了來自中國天宮的太空直播 此外 再加上發射場 著陸場 火箭 飛船 空間應用 航天員等多個系統的配合 一座能夠安全往返 實時通信 長期運行的太空家園 才終於建成了 一半 那麼 剩下的那一半 又是什麼呢 這是黑河 中國第二大內陸河 它還有一個古老的名字 若水 它從祁連山發源 在甘肅和內蒙的交界處 流經一座小城 東風 然而 在60多年前 這裡並沒有城 只有茫茫的戈壁荒漠 直到1958年 一支剛從朝鮮戰場歸來的志願軍兵團 和來自全國的鐵道兵 工程兵 通信兵等 總共十萬大軍 用僅僅兩年 便讓一座擁有公路 鐵路 機場 發射臺 觀測站等的航天城 拔地而起 這就是我國首座航天發射場 九泉衛星發射中心的前身 正是在這裡 發射了我國的第一枚東風導彈 第一顆人造衛星 所有的神舟飛船 以及天宮一號二號空間實驗室 雖然在那個特殊的年代 這支十萬大軍 自始至終都不能透露他們的使命 但今天 大漠中靜靜佇立的烈士陵園 無骨流淌的黑河水 他們沒有言語 卻依然訴說著那段黃沙中的歲月 而就在航天城建成的第二年 千里之外的上海 三名剛剛畢業的大學生 被分配到一項特殊的任務 他們沒有圖紙 沒有零件 沒有參數 一切只能從零摸索 而這項任務 就是在地球上復刻宇宙 簡單來說 就是造一臺空間環境模擬器 簡稱KM 用它模擬太空中的真空 冷黑環境 甚至包括太陽的輻射等等 從而確保航天器真正進入太空時 足夠可靠 足夠安全 三年後 第一代KM誕生 成功完成了東方紅一號的測試 而今天你眼前的 已經是它的第八代 它高35米 直徑達17米 能容納整座核心艙 整艘神舟飛船 甚至未來的載人登月航天器 而從KM1到KM8 已是50多年歲月 當年的大學生 也已經80歲高齡 但當我們回首過去 會發現這樣的故事還有很多 今天看來 它們無疑不是驚天動地 但在曾經很長一段時間裡 它們又是那麼的默默無名 但正是無數這樣頻繁的歲月 讓我們終於在今天 建成了一座真正的空間站 一座在未來至少十年裡 都將作為人類太空家園的空間站 而如果這一刻 註定會被載入人類航天的歷史 那麼記錄這段歷史的文字 便註定是由無數你聽過的 沒聽過的人共同書寫的 它們不僅是無聲到來 又無聲離開的建設者 也是在大漠中堅守的後勤團隊 是預備了一生沒有飛天的航天員 是千千萬萬仰望星空的普通人 就像有人說 這個星空有很多星星沒有名字 可它們比太陽還要光輝 還要熾熱 正是這些無名的 和有名的星星在一起 才組成了最燦爛的星空