科學

縱身星海，共舞天河——空間站的發展歷史

文/張雨晨

一 踏入星空之門

1964年10月16日，我國成功試爆了屬于自己的第一顆原子彈，一聲東方巨響，讓我們在冷戰時代具備了對美蘇霸權“掀桌”的籌碼；2003年10月16日，神舟五號飛船的返回艙載著航天英雄楊利偉平穩落地，圓了中國人的飛天夢想；2021年10月16日，神舟十三號飛船載著“接班”的三名航天員再次入駐天宮空間站，開展預期長達半年的工作，標志著我國的太空探索能力進入了前所未有的全新高度。

載人航天技術，不僅是一個國家綜合國力的反映與象征，也是將技術成果不斷轉化惠及大眾民生的“科技噴泉”，更是人類不滿足于現狀、追求自由的意志體現。因此，能夠長期駐留太空的空間站，就成了人類探索太空的關鍵基石。今天，我們就從空間站的歷史入手，一同領略人類挑戰星海的卓絕精神。

二 犧牲與榮耀

在空間站出現之前，載人航天技術的重心一直都是宇宙飛船。

1961年4月12日，蘇聯宇航員尤里·加加林乘坐東方一號飛船，從拜科努爾發射場飛上太空。人類首次“征天”的偉大突破，距今已經過去了整整一甲子。而彼時正與蘇聯進行冷戰爭霸的美國，也急忙將“水星計劃”的飛船提前發射，進行了一次略顯倉促的亞軌道飛行。

不過，在隨后的登月競賽中，美國的航天工程體系開始全力發威。他們先是通過“雙子座”計劃的數次載人航天飛行任務，熟練掌握了飛船在軌飛行、姿態控制和對接等技術，隨后啟動了彪炳史冊的“阿波羅”計劃。盡管在計劃初期，美國航天人遭受了三名宇航員在地面測試任務中因阿波羅一號指令艙起火而全體犧牲的慘痛打擊，但人類的“征天精神”以及和蘇聯競爭人類文明先鋒的驅動力，鼓舞著“阿波羅”計劃的參與者們重整旗鼓。最后，在經過一連串謹慎的測試和繞月飛行任務后，1969年7月20日，阿波羅十一號飛船的“鷹”號登陸艙降落月面。經過詳細的檢測與準備后，次日2:56:15，飛船指令長阿姆斯特朗代表整個地球生物圈踏上月球表面，說出了那句銘刻人類文明豐碑的豪邁宣言：

“這是個人的一小步，卻是人類的一大步。”

全球有六億觀眾通過電視直播見證了這一人類文明有史以來最偉大的時刻，觀看量幾乎等于當時全球有條件收看電視直播的人數總和。

而同時期的蘇聯，雖然在探月項目上和美國并駕齊驅甚至一度領跑，但到了載人登月階段，卻發展得非常不順利。因此，在確認蘇共中央已經取消載人登月計劃后，耗費甚巨的阿波羅登月計劃也在1972年提前結束了。

從如今“站著說話不腰疼”的后人視角看，“阿波羅”計劃雖然極具冒險精神，但多少有些好高騖遠。登陸月球確實堪稱人類文明史上的第一壯舉，但除了在冷戰中博取壓制競爭對手的巨大聲望以及轉化大量技術應用之外，其實沒法帶來更多的短期直接收益。

進入二十世紀七十年代后，從登月大賽中冷靜下來的雙方，都開始把目光從地球三十八萬千米之遙的明月，撤回到頭頂上方并不遙遠的天穹。

其實，宇宙離我們并不遙遠。按照國際標準，距離海平面一百千米的卡門線，就是航空和航天領域的分界線。人類發射的應用類航天器，主要都集中在與地面垂直距離兩千千米以內的近地軌道上。它們中的大多數，比如空間站軌道高度更是只有三四百千米，換在平地上，就只相當于高鐵全速飆車兩個小時的路程。日本宇航員毛利衛甚至因此調侃道，距離亞洲足有萬里之遙的南極，才是“比宇宙更遠的地方”。早在十九世紀末，人類航天事業的先驅者——齊奧爾科夫斯基，就已經設想了人類在太空長期駐扎的愿景。在老爺子浪漫的想象中，空間站與地面的交通方式，正是至今依然只能在《高達OO》和《皇牌空戰》等科幻作品中出場的“太空電梯”。

回到現實，在面對“太空住人”這個問題時，擁有登月經驗的美國，其實一開始還是略占上風的——畢竟一次登月任務，就要在地月之間三十八萬千米的漫長虛空中跑一個來回，再加上在月球表面甚至可以待上三天的登陸任務，阿波羅飛船從發射到落地完整跑一趟的留空時間，最長可以持續十二天。

不過這次，賭著一口氣的蘇聯，還是努力跑在了美國前面。1971年，人類第一個空間站——禮炮1號發射升空。以此為標志，人類的第一代空間站開始陸續出現在近地軌道上。不過，受限于技術條件，第一代空間站都只有一個主艙段和一個對接口。因此，它們與載人飛船對接以后，就無法再額外對接貨運飛船獲得補給了。宇航員在第一代空間站的駐留時間，也就嚴格受限于載人飛船一次性捎帶上天的物資數量，很難維持太久。

作為第一個先驅者的禮炮1號，飛行任務很不順利。在發射升空后，第一次與載人飛船對接時，因為技術故障，宇航員無法打開它僅有的一個對接艙門，只得在望門興嘆一番后打道回府。而第二次任務，雖然三名宇航員成功進駐空間站并逗留了二十三天，但在返航的過程中，由于飛船返回艙過于狹小而沒有讓宇航員穿上艙內航天服，艙內失壓導致三名宇航員犧牲。這三位航天英靈的名字，連同到當時為止犧牲的總共十四位航天英雄一起（包括死于后續飛行訓練的加加林以及阿波羅一號機組），被做成一張銘牌，由同年稍晚時間登月的阿波羅十五號飛船放置于月球表面上，成為航天精神永存星海的豐碑。

盡管載人航天工程必然伴隨著致命的風險，甚至在探索階段看起來像是“宰人航天”，但這個領域其實最無法容忍隨意地揮霍生命。因此，鑒于技術上的不成熟，禮炮1號在完成技術探索與驗證的使命后，于1971年當年就被廢棄，墜入大氣層燒毀，機體的留空時間甚至不滿半年。

美國則在提前終止了阿波羅計劃后，將多余出來的巨型運載火箭“土星五號”進行了“轉職”。于是，原本用于運載阿波羅飛船的三級艙體，被直接改造為美國第一個空間站“天空實驗室”，于1973年發射升空。它雖然是人類迄今為止發射的最大單體航天艙段，長達三十六米、最大直徑六點七米、重約七十噸，但同樣只具備一個主艙段和一個對接口。因此，看似巨大的天空實驗室，其實多少有點“大而無當”，龐大空洞的內部空間非但沒能發揮額外的作用，反而給空間站的環境維持系統平添了大量壓力。在它看似漫長的留空服役期內，真正執行載人任務的有效運行時間，累計起來也只有一百七十一天。

蘇聯也從1973年開始，陸續發射了禮炮計劃的后續機體。其中的禮炮2至5號，都是相當于太空觀察哨的軍用空間站。其中，禮炮3號甚至搭載了一門原本裝備于轟炸機尾部自衛炮塔的二十三毫米口徑機炮，算是人類迄今為止帶上天的最強武器了——當然，在失重環境中貿然開炮，后坐力很可能會導致空間站的姿態與軌道失控，而禮炮3號顯然沒有科幻機甲那樣的強悍機動性。因此，這門看著很科幻的“太空大炮”，其實從未在宇航員駐扎禮炮3號的任務期間開火試射，更多是作為一個威懾道具，嚇唬嚇唬人而已。

隨著航天熱的持續發酵，二十世紀七十年代前后的這一批科幻作品，也把目光從太空歌劇的“星辰大海”，逐漸轉向更加“現實系”的近地軌道空間。身為“黃金時代三巨頭”之一的阿瑟·克拉克，就曾在1968年的科幻經典《2001：太空漫游》中，極為嚴謹地描繪了利用自轉形成人造模擬重力的太空站和飛船。電影中出現在穿梭機與空間站對接場面的《藍色多瑙河》舞曲，并不像很多影評人以為的那樣，只是在反襯太空航行的寂靜無聊，相反，這一幕其實是在用圓舞曲的形式，浪漫地渲染著航天器對接時，那超越人類舞者極限的精準“輪舞”。隨后，在《與羅摩相會》中，克拉克爵爺干脆直接構思了一艘有著完整內部生態系統的巨型滾筒式外星飛船。

身為物理學家的杰拉德·奧尼爾，更是在克拉克的肩膀上更進一步，將科學與幻想進一步融合，構想了更加嚴謹的巨型太空站——“奧尼爾圓筒”。在這種直徑七千米、全長三十千米的巨大圓筒內壁上，人類可以如同在地表一樣建立起城市和農田，而在圓筒的外側，巨大的太陽能電池板則會為內部的萬千居民們提供持續的能源。1977年出版的《高邊疆》一書中，奧尼爾向公眾們熱情洋溢地介紹了殖民太空的輝煌前景，引發了歐美大眾的廣泛關注。隨后于1979年播出的《機動戰士高達0079》中，作為關鍵劇情設定的“殖民衛星”，幾乎完全照搬了他的壯麗設想。而除了“高達”以外，《星球大戰》《星際迷航》《超時空要塞》等影響力延續至今的太空科幻品牌，也紛紛在二十世紀七十年代的空間站熱潮中誕生。

回到現實中，在1977年和1982年，蘇聯分別發射了禮炮6號和7號。它們作為第二代空間站，雖然依舊是單一主艙體，但增加了一個對接口，因此可以同時與載人飛船和貨運飛船對接，一下子延長了持續載人運轉的時限，都在天上執行了好幾年任務才光榮退役。禮炮7號甚至在1985年發生了與地面失聯的嚴重故障后，被兩名英勇的蘇聯宇航員成功對接重啟。之后，這哥倆還在空間站上分別駐留了一百多天才先后返回地面，充分展示了蘇聯航天人的實力與自信。這段精彩的航天故事，在2017年被俄羅斯拍成了電影《太空救援》（原名直譯就是《禮炮7號》）。

隨著蘇聯后期航天技術的愈發成熟，在禮炮7號的基礎上，蘇聯啟動了多段艙體對接組合的第三代大型空間站——和平號。

三 巨人時代

有趣的是，當和平號的核心艙在1986年進入軌道時，它的“前輩”——禮炮7號在經過一次重啟后，依然在發揮余熱。也就是說，蘇聯曾經一度同時維持著兩個大型載人空間站的在軌運轉。這還不算，當兩名蘇聯宇航員在1986年3月15日乘坐飛船進入和平號之后，先是在新家一口氣住到了過完勞動節的5月5日，隨后二人登上飛船，脫離和平號，直奔禮炮7號，然后帶著從“老家”拆下來的三百多公斤“細軟”儀器設備，在6月26日又乘飛船回到了和平號。布置好新家后，兩位航天英雄于7月16日平安返回。這次在人類航天史上都堪稱精彩的“太空搬家”任務，全程歷時四個月，完成了三次對接和三次脫離。蘇聯的地面中心，則完成了同時監控三個載人航天器在軌運行的復雜任務，堪稱蘇聯航天人精湛技藝的集大成展示。

隨著蘇聯的崩潰解體，俄羅斯繼承了和平號，并將其開放給其他航天合作者。和平號的核心艙，一段連接著“量子一號”擴展段，作為一個“太空港”，用來對接進步號貨運飛船。核心艙的另一端，裝備了一個集成了五個對接端口的轉換艙，除了可以對接聯盟號載人飛船，還接上了“量子二號”“晶體號”“光譜號”和“自然號”四個擴展艙段，共同構成一個全重一百二十三噸的太空堡壘。如果美國的航天飛機也跑來對接，那么“合體”后的總重量更是可以達到驚人的二百三十三噸。

和平號也不負眾望，在長達十五年的運行時間里，接待了全世界十二個國家共計一百三十五名宇航員，并完成了兩萬多項科學實驗。遺憾的是，因為種種原因，我國雖然在1992年啟動了載人航天計劃，但始終未能參與到和平號的任務中。至于和平號，也因為大量的故障積累和俄羅斯捉襟見肘的經濟實力，在2001年3月，被剛上任不久的普京總統下令徹底放棄，反推減速后，墜入稠密的下層大氣，殘骸劃過斐濟群島上空，最終墜入了空曠幽冷的南太平洋海底。

雖然和平號最終迎來了“以我殘軀化烈火”的悲壯結局，但早在它墜落之前三年的1998年，國際空間站就已經開始在軌道上組裝，而它的核心艙“星辰號”，正是和平號核心艙的姊妹備份。這一次，隨著規模的進一步擴大，傳統的“拼積木”式艙段設計也無法再滿足結構擴展的需求了。因此，作為第四代空間站，國際空間站上搭建起了巨大的桁架結構，用來支持多個大型艙段以及巨大的太陽能帆板。很快，它的規模就遠遠超越了和平號，如今的總重量已經達到了驚人的四百一十七噸，內部容積九百多立方米。

同時，在進入新世紀之后，一直在空間站發展中缺席的中國，終于后來居上。我國先是在2011年和2016年先后發射了單艙段的天宮一號和二號，隨后，在2021年4月29日，還發射了計劃如和平號一般形成多艙段布局的天宮空間站天和號核心艙。6月17日，聶海勝、劉伯明、湯洪波三位航天員，乘神舟十二號載人飛船，順利對接入駐了天和號核心艙，進行了兩次成功的雙人出艙太空行走任務，并在三個月后的9月17日勝利返航。一個月后，2021年10月16日，神舟十三號飛船，又載著翟志剛、王亞平、葉光富三位航天員一飛沖天，再次入駐“天宮”，開展計劃長達半年的太空任務。可以相信，在他們之后，我國還會向天宮空間站發射更多的艙段、派出更多的航天員，繼續建設我們自己的“天宮”，絕不會停下前進的腳步。

畢竟，探索太空這件事，就像“老祖師爺”齊奧爾科夫斯基當年所言：

“地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠被束縛在搖籃里。”

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