中国空间站会“越住越大”

本文转自：长江日报

航天科普作家郭睿、高芫赫：

中国空间站会“越住越大”

2023年10月31日，“神舟十六号”乘组返回地球前由桂海潮教授拍摄了中国空间站太空全家福，这是中国人首次拍摄到的以地球为背景的空间站全貌图。

“从房车到别墅”演化升级图。 时光 绘

《中国空间站：我们的太空家园》

郭睿 高芫赫 时光 著

湖南科学技术出版社

□ 长江日报记者李煦

半个月前，中国刚刚成功完成了一次“太空交接”。3名航天员乘神舟十八号飞船奔赴中国空间站，与已经在空间站“出差”半年的3名神舟十七号航天员会合，随后神舟十七号航天员返回地面。在太空，两个乘组完成了一个极有仪式感、极富象征意义的环节：移交空间站钥匙。

把钥匙交给新“住户”，这很容易让人联想到地面上的“住房”。而在郭睿、高芫赫看来，空间站就像一座房子，有地段选择、有软装硬装、有空调地暖，需要收纳安排；他们写的书，名字就叫《中国空间站：我们的太空家园》。

郭睿、高芫赫都是来自航天一线的航天科普作家。上周，他们俩接受了长江日报《读+》周刊专访。

■ 空间站也要“选地段”

选房首先看什么？当然是地段、地段、地段！

空间站也要选地段。中国空间站运行在距离地球表面约400km高度的轨道上。选取这个高度涉及两条重要的线——卡门线和范艾伦辐射带，卡门线规定了空间站距离地面最近的距离，范艾伦辐射带规定了空间站距离地面最远的距离。

卡门线是美国航天工程学家冯·卡门提出的，中国著名科学家钱伟长、钱学森、郭永怀都是他的亲传弟子。根据冯·卡门的计算，在距离地球100km以上的空间，因为大气过于稀薄，无法产生足够的升力，飞机将无法飞行。目前，国际航空联合会已经将100km的高度定义为大气层和太空的界线，距地面100km就是“卡门线”。

空间站选址必须大于100km，但也不是越高越好：空间站不能超过600km的范艾伦辐射带。

范艾伦辐射带是美国物理学家詹姆斯·范艾伦于1958年发现并以他的名字命名的，分为内带和外带，内带为距离地球600—5000km的外层空间，外带为距离地球13000—20000km的外层空间。其中存在着大量被地球磁场俘获的高能粒子，这些高能粒子会对飞行器造成较大的危害，为了保证空间站和航天员的安全，空间站不宜建在600km以外的宇宙环境中。

在100—600km的范围内如何选择？需要结合任务目标综合考虑火箭运力、航天器质量等因素。

首先，轨道不是越高越好。轨道越高，同样运力的火箭能够分给“乘客”的质量越小，意味着能携带的实验设施越少。轨道也不是越低越好。在600km以下的轨道空间中依然存在稀薄的大气，距离地球越近，大气密度越大。而且依据万有引力原理，距离地球越近，地球对于空间站的引力也就越大。在过低轨道停留时间过长，空间站受到大气阻力和地球引力的共同作用，轨道就会降低，这样就需要使用更多的燃料来维持轨道的高度，从而影响空间站的运行寿命。

因此，设计师综合考虑后的“最佳选址”是距离地球表面约400km的近地轨道，历史上各国的空间站和中国空间站都处在基本一致的轨道高度。目前，中国空间站的“邻居们”包括低轨遥感卫星、以美国“SpaceX”公司“星链”为主的低轨通信卫星以及国际空间站。

■ 中国空间站从“房车”到“别墅”

中国“在太空建家”分为三个阶段：“房车”阶段，“经济适用房”阶段，“太空别墅”阶段。

2003年10月15日，航天员杨利伟乘坐“神舟五号”载人飞船，在轨飞行21小时23分后安全返回，“神舟五号”便成了中国人在太空的第一个家。在长达21小时的飞行过程中，杨利伟以屈腿斜躺的状态始终居住在返回舱中。此时的“神舟”载人飞船既是天地往返的交通工具，也是航天员在轨居住的生活场所，类似地球上的房车。在“神舟六号”任务中，航天员费俊龙和聂海胜完成了“从一人一天到多人多天”的创举，在轨时间5天。虽然在这一阶段的居住条件跟地面相比实在算不上舒适，但由于解决了天地往返这一重要问题，使之后的一切发展成为可能。

此后，中国航天突破了一项关键技术——空间交会对接。这项技术使得两个航天器可以在空间轨道上会合连成一个整体，通过组接的方式不断扩展，是建设空间站和实现回收、补给、维修、航天员营救等在轨服务的先决条件。2012年6月16—29日，航天员景海鹏、刘旺、刘洋乘坐“神舟九号”载人飞船与“天宫一号”目标飞行器完成了我国首次载人交会对接任务，成功实现了航天员首次手控交会对接试验、航天员首次进驻目标飞行器、我国女航天员首次进入太空。

“经济适用房”阶段从此开始。“天宫一号”目标飞行器采用实验舱和资源舱两舱构型，活动空间相较“神舟”载人飞船大幅提升，有15m3，相当于一个7㎡房间大小，而且设有睡眠区和健身区，极大地丰富了太空居住环境。

此后，我国还突破和掌握了航天员中期驻留、货运飞船补加等空间站关键技术，为后续空间站的建造奠定了基础。

2021年4月29日，中国空间站第一个舱段——“天和”核心舱成功发射，同年6月17日，“神舟十二号”乘组进入核心舱，中国人首次进入了自己的空间站，这一年共有2艘“天舟”货运飞船和2艘“神舟”载人飞船先后与核心舱对接。2022年7月24日，“问天”实验舱发射成功，同年10月31日“梦天”实验舱发射升空，二者与核心舱成功对接，其间“天舟”货运飞船、“神舟”载人飞船周期性执行任务，组合体构型不断变化，形成中国空间站“T”字型组合体，随着“T”字型组合体的建成，航天员活动空间扩展到约110m3。“太空别墅”由此建成。

“太空别墅”不但配备了各类先进的科学实验机柜、仪器设备；还有独立的睡眠区、卫生区、锻炼区，配置了太空厨房和就餐区，以及太空跑台和太空自行车；舱内外均设置无线Wi-Fi网络，通过智能手机、平板电脑，实现智能家居管理、智能物资管理和天地网络通话。此外，通过各类娱乐设备、App等，让航天员“在外出差”也能看球、追剧、听音乐，在工作之余也能放松身心。航天员在太空过上了舒适的现代生活。

【访谈】

■ 航天知识将成为生活常识

读+：怎么会想到，用地面住房装修的概念来描述空间站的？

郭睿：当时我本人的小家正在装修，看到了逯薇老师的《小家，越住越大》，那本书里面介绍了一些家的设计思路和设计理念，而我当时也在做空间站的一些相关工作，所以找到了两者的契合点。

空间站就相当于在太空建一个家，既有硬装也有软装。硬装就是整个的舱体结构，把“毛坯房”建好后还要安排水电气暖；软装就是要针对航天员在里面居住的特性，开展各种各样的设计。基于这一点，想到了整本书的总创意——“天上的家和地上的家”，还请到了逯薇老师给我们的书作序。

为什么要把天上的家和地上的家联系起来呢？关注航天其实是关注人类的未来生活。“航天之父”齐奥尔科夫斯基有句名言：“地球是人类的摇篮，但是人类不能永远生活在摇篮里。”人类过了约300万年“脚踏实地”的生活，如今我们有了彻底摆脱重力的机会。得益于航天技术的飞速发展，我们将太空扩展为人类活动的第四疆域，航天员将不再只限于过去万里挑一的空军飞行员，从科学家、工程师，到恰似你我的普通人，都有可能成为其中的一员。到那时，人类以往积累的科技知识和经验或被改写：风、水、浮力、重力……以往习得的物理常识在另一个空间环境下变得陌生，人类需要如同婴儿学步般重新开始研习。

空间站就是我们人类前往太空的一个前哨站，是人类未来太空生活的“练兵场”。我们在空间站先练习一下，把空间站作为一个中转，之后再前往更遥远的深空。所以我们要更加了解在太空中的衣食住行，在未来的生活中，航天知识将成为一种生活常识。

■ 戴眼镜也可以上太空

读+：普通人上太空还需要几步？您想过您自己成为空间站的乘客吗？到了那一天，您觉得自己是在做什么工作？

高芫赫：我肯定希望能够上自己建造的空间站，甚至是想去月球旅行一下、去看看，因为在太空看到的地球，是一个完全不一样的视角和景观。

离我退休还有30年，以目前科学快速发展的速度，在我退休之前这个梦想实现的概率挺大。因为我们的科技不是线性增长，而是指数增长，进步的速度越来越快。比如说我们要回看200年前和现在，会发现人类的生活已经发生了翻天覆地的变化，但200年前和400年前的人其实生活上差不太多。

等我自己能够上月球或者空间站那一天，我估计我们这个基地已经具备很好的生存条件了，跟我们正常的生活差不多。我们可以去体验一个更“轻”的生活状态，可以去触摸一种不一样的土壤。那时我应该是个游客，也许换一个建筑工程师、动物学家、植物学家上去，都能比我们发挥更大的作用。

今后会像科幻电影里看到的那样，一艘太空飞船上有不同身份的人，由指令长带领着去开展工作。2023年5月，北京航空航天大学的桂海潮教授乘坐“神舟十六号”飞船进入空间站，他是中国首位戴眼镜执行飞行任务的航天员。这说明，空间站使命的变化，带来了空间站上乘客身份的变化；也说明我们空间站建得越来越好，其实对于航天员本身的身体素质条件要求在逐步的降低，曾经航天员是不能戴眼镜的。这就为我们未来更多人可以上天做了探索。

郭睿：最初两批中国航天员都是从飞行员中脱颖而出，到了第三批航天员，就扩展到了工程师和科学家，桂海潮教授就不是飞行员。随着去往太空成本的不断降低，将来，我们普通人做一些针对性的调整、简单的训练，就能够前往太空，我相信这一天不会太远。

■ 航天事业不再那么神秘

读+：当最初几批航天员进入太空的时候，人们对他们的名字耳熟能详；而新一代的航天员被记住名字的可能就不那么多了，航天人对此怎么看？

高芫赫：我觉得这是好事。这就说明我们的科学已经在进步了，技术很成熟了，大家对把航天员送上天这个事已经习以为常了。当然这也给我们提出了很大的挑战，下一步我们要干什么？

现在明显大家更关注的是我们载人登月这件事，这说明我们的航天技术正在快速的发展，而且我们不断地在提出一些新的目标。我们航天人当然希望大家不断关注我们最前沿最新的航天技术，谁也不希望永远关注着自己过去已经完成的事情。

郭睿：我也觉得这是个好事，证明我们航天科学在进步，我们的发射进入了一种常态化水平，已经不再是举万众之力、一年只能造几个火箭的阶段了，所以大家现在不会那么关注我们又发射了一个火箭。

只要我们不断做出新的探索和突破，人们还会再继续关注。

我们的空间站每6个月就会进行1个乘组的更新，每个乘组都有自己的特色，但是和大家的距离其实越来越近，神秘感自然没有那么多了。这正说明了随着我们国力的强盛，航天慢慢从很神秘很尖端变成“飞入寻常百姓家”。这样的发展是很正向的。

读+：那么，我们的空间站还会有怎样的发展？它从房车升级到别墅，现在是“T”字型，能展望一下今后吗？

高芫赫：空间站肯定是会不断的升级，它会“越住越大”,从技术手段上来说是没问题的。

郭睿：2023年5月，在神舟十六号载人飞行任务的新闻发布会上，中国载人航天工程办公室有关负责同志说过，为进一步支持在轨科学实验、为航天员的工作和生活创造更好的条件，将适时发射扩展舱段，将空间站基本构型由“T”字型升级为“十”字型。

书摘>>>

■ 从“收纳四步”看

中国空间站的“家居小智慧”

在《中国空间站：我们的太空家园》里，透露了很多“家居小智慧”。比如“收纳”，曾有网友将“天和”核心舱与国际空间站的舱内照片进行对比，两者在整洁程度上的差异一目了然。有人说，“天和”核心舱内之所以整洁是因为刚刚上天，就好像刚搬的新家，比在轨十余年的国际空间站整洁也是正常的。不可否认，新家入住是中国空间站看起来干净整洁的原因之一，但其背后更加重要的原因在于合理收纳。

有过装修、买房、租房经历的人对于“收纳”一词一定不陌生，在寸土寸金的地段，多省出来的空间就是真金白银。而在距地面约400km的太空，为了开拓出空间站这样一方居住空间，付出的成本难以估量，此时通过巧妙收纳节省出空间来，其意义同样难以估量。

收纳第一步，总量控制。“扔”是收纳的秘诀，对于空间站这样一个需要“斤斤计较”的地方，舱内的物品总量要严格控制。货运飞船作为“垃圾站”，定期将空间站内多余的物品清理掉。

收纳第二步，嵌入墙体。中国空间站舱内仪器设备整体采用了嵌入式的设计。在核心舱和两个实验舱上，再生生保设备、各种实验设备被整齐地嵌入一个个机柜中，机柜又被镶嵌到四周的墙体中。同时，不同的仪器设备被设计成了抽屉式或者开门式，餐桌、置物板、跑步机等家具家电都采用了折叠设计，使得舱内空间呈现出四平八稳的长方体，最大限度地保障了航天员在“家”的活动空间。

收纳第三步，就近放置。空间站根据航天员的实际工作生活情况设计了很多收纳空间，比如在就餐区设置了保存食物的储物柜，在货船对接的后向对接口设置了归置货包的区域。

收纳第四步，巧用“神器”。货包是空间站里的收纳神器，它的规格多达26种，采用一体化方形设计，方便并排放置，可以充分利用舱内有限的空间。货包采取了抗菌、防潮、防飘等设计，能够帮助航天员高效地收纳各类物品。在空间站上有上百个货包，为了让航天员可以方便地取用、查找货物，还专门配置了“智能管家”——RFID（射频识别技术）信息管理系统。

每件货包根据不同的用途都会粘贴一个RFID标签，相比于二维码，RFID标签不但存储的数据更多，而且有内置天线，可以发射信息。这样，航天员就可以用RFID的专用读取器对一定范围内区域的货物进行识别，而不需要像二维码那样必须一对一地扫描，节约了找东西的时间。

这种技术在我们身边应用得非常广泛，物流行业的货品管理，到超市的商品管理，无人值守便利柜中货物拿出来后就自动结算，用的都是这种技术。