礼炮1号,天空实验室,天宫一号

天空实验室
美国第一个环绕地球的试验性航天站 。全长36米，直径6.7米，重82吨。它用“土星5号”运载火箭发射。轨道高度约435公里，运行周期93分钟，倾角50度。由轨道工作舱、过渡舱、多用途对接舱、太阳望远镜和“阿波罗”飞船5部分组成，全长36米，最大直径6.7米，重约80吨。
航天员由“阿波罗”飞船接送。自1973年5月到1974年2月先后接纳过3批航天员，每批3人，在站分别工作了28天、59天和84天，进行了270多项研究实验，拍摄了18万张太阳活动的照片、4万多张地面照片，还进行了长期失重人体生理学试验和失重下材料加工的试验。1979年7月11日进入大气层烧毁。
轨道工场
　　空间站的最大部分，这是一个“二层小楼”，下层供宇航员睡觉、准备食品、吃饭、整理个人卫生、处理废物，并进行一些实验工作，上层有一个大工作区和贮水箱、贮放食物箱、冷冻箱以及实验设备、用品。轨道工场外面有一个薄的铝制防护罩，发射时这个罩紧贴在轨道工场上，到大气层外自动张开，防护罩距轨道工场127毫米，它遮挡阳光使舱内保护合适的温度，并可防止微流星碰撞；
气闸舱
　　宇航员进行舱外活动的进出口；
对接接合器
　　提供与指令服务舱对接的接口；
太阳观测台
　　可载人的天文观测台； 　　前4部分合称“天空实验室1号”。
指令服务舱
　　即阿波罗飞船的指令服务舱，又称为“天空实验室2号”。
天空实验室是美国的第一个试验型空间站。是1973年5月14日，美国在肯尼迪宇宙中心发射的第一个轨道空间实验室。天空实验室是通过两次发射对接而成的。先是将运载火箭把在地面装配好工作舱、过渡舱、对接舱和太阳能望远镜送入轨道，随后再用运载火箭把乘有3名宇航员的阿波罗飞船送入轨道，使飞船和对接船对接，组成完整的实验室。工作舱是天空实验室的基本部位，是宇航员主要的工作和生活舱室。舱内设有实验室的基本部位，是宇航员主要的工作和生活舱室。舱内设有环境控制系统，它能给宇航员提供舒适的环境，保持室温为15.6～20℃。太阳望远镜是天空实验室上的一个天文台，可以拍摄太阳的紫外光线和X射线等，获得精细的日冕照片。在天空实验室里有作业室兼实验室、食堂、寝室、厕所等。　　1979年7月11日，地面操作人员向天空实验室发出最后一次指令，使它安全地飞过北美大陆上空人口稠密地区，然后返回地球。天空实验室接到指令后，便象一条火龙划破长空，穿过大气层，最后化成无数碎片，坠落在澳大利亚西部地区和南印度洋。至此，它在宇宙空间运行了2246天，绕地球3.4981万圈，航程达14亿多公里。

天宫一号 　　　　
发射时间:2011年9月29日　　发射目的:建成中国首个空间实验室，为中国航天建设空间站做准备。 　　发射项目:发射两年后与神舟八号、神舟九号、神舟十号完成对接任务。 　　 　　发射意义:标志着中国已经拥有建设初步空间站，即短期无人照料的空间站的能力。 　　运载火箭:长征二号F运载火箭
天宫一号空间实验室长约9米、最大直径3.35米、重量约8.5吨，采用两舱结构，分别是实验舱和资源舱。实验舱本体分为前锥段、圆柱段和后锥段；密封的前锥段和柱段为航天员短期驻留提供了在轨生活工作空间，可容纳3名航天员生活；后部非密封的后锥段安装再生生保设备；在前锥段前部还装有空间交会对接设备。资源舱则包括发动机和电源装置等，外部安置太阳翼，用于提供轨道与姿态控制、电力能源供应、热控环控。天宫一号目标飞行器将使用折叠式的5片太阳能电池板，这是中国低轨道航天器最复杂的太阳翼设计。

自1971年4月19日至1982年4月11日，苏联一共发射了7座礼炮号空间站。其中1～5号为第一代，与联盟号宇宙飞船对接，组成“礼炮—联盟”航天复合体，前5座只有一个对接口，即只能与一艘飞船对接飞行。因站上携带的食品，氧气，燃料等储备有限，在太空寿命都不很长。经过改进的礼炮6号和7号空间站为第二代，增加了一个对接口，除接待联盟号载入飞船外，还可与进步号货运飞船对接，用以补给宇航员生活所需的名种用品，上述三者组成航天复合体，是从事宇宙物理、地球大气现象、医学—生物学、地球资源调查等各种科学研究和工艺试验的航天实验室。1977年9月29日发射上天的礼炮6号空间站，在太空飞行近5年，共接待18艘联盟号和联盟T号载人飞船。有16批33名宇航到站上工作，累计载人飞行176天。其中1980年宇航员波波夫和柳明创造了在空间站飞行185天的纪录。1982年4月19日礼炮7空间站进入轨道飞行，接待了联盟T号飞船的11批28名宇航，其中包括第一位进行太空行走的女宇航员萨维茨卡娅。特别是1984年3名宇航员基齐姆，索洛维约夫和阿季科夫在空间站创造了237天的飞行纪录。礼炮7号空间站载入飞行累计达800多天，直到1986年8月才停止载人飞行。 　　
空间站与地球资源遥感有关的活动主要有： 　　 1.礼炮4～5号，轨道高度245公里，倾角51.6°。载有KATE—140航天摄影机，其焦距为144毫米，像幅18×18厘米2，覆盖地面450×450公里2，地面分辨率30米，使用黑白全色、彩色和两层彩色红外胶片，获得东起千岛群岛、远东，西至中亚，面积达2200万公里2的地面照片，用于编制1：10万比例尺的专题地图和进行自然资源与环境研究； 　　2.礼炮6～7号，轨道高度260公里，倾角65°。载有MKF—6型多光谱摄影机，焦距125毫米，像幅55×81毫米2，覆盖地面114.4×168.5公里2，采用的6个波段分别为0.45～0.52、0.52～0.60、0.57～0.65、0.63～0.72、0.69～0.77、0.75～0.94微米。地面分辨率在可见光波段为16～22米，在近红外波段为40～48米。仅礼炮6号在1977年9月至1981年1月，就获得5万多幅航天遥感像片，覆盖了4860万公里2。1978年，礼炮6号开始用KATE—140航天摄影机对地面进行交向摄影，获取立体影像，用于立体测图。
苏联的第一代空间站包括礼炮1号到5号共5艘。 　　礼炮1号由3个直径不同的柱形舱段组成，总长约14.5米，总重约18.3吨。主要基本分系统包括主控制系统，它既可自动进行，亦可由宇航员手控或地面遥控进行；方位和运动控制系统，用于对接操纵；发动机姿态与机动控制系统，用于轨道机动和交会操纵；无线电指令与电视控制系统；远距离通信系统；无线电遥测系统，用于探测进步号目标飞船；电源系统；生命保障系统以及生物医学装置。这些基本系统与后继的礼炮号大致相同。礼炮1号于1971年4月19日发射，运行期间只接待了一批宇航员。 　　礼炮2号属于军用型，1973年4月3日发射升空，但入轨后不久就发生了爆炸。 　　礼炮3号于1973年5月11日发射了。不知是运载火箭问题还是其他原因，它的初始轨道很低，只运行了11天便于5月22日坠入大气层烧毁。 　　礼炮4号空间站于1974年12月26日发射。1975年1月10日，联盟17号飞船发射。在同礼炮4号对接后，宇航员开始进站工作，5月24日，联盟18载两名宇航员进入轨道。他们在礼炮4号上工作了62天。这两组宇航员在礼炮4号上工作生活共计90多天，进行了大量研究和实验活动，取得了很大成功。礼炮4号于1976年2月16日坠入大气层。 　　4个月后，军用型礼炮5号空间站于6月22日发射入轨。期间它只接纳了两批宇航员。2月26日，礼炮5号的回收舱分离并安全回收。它在轨道上进行了多次调整，最后于1977年8月28日再次进入大气层。 　
苏联第二代空间站包括礼炮6号和7号。这两座空间站要解决的问题除进一步提高安全性和可靠性外，另两项重大的变化是长寿命和扩展应用领域。 　　如果轨道高度保持在250千米，每年消耗推进剂为4.75吨；如果轨道提高到350千米，则推进剂消耗只有600千克。礼炮6号和7号正是采用这种较高的轨道。 　　另外，为更大限度地提高轨道运行寿命，第二代空间站具有两个对接口，一个用于联盟号载人飞船对接，另一个用于不载人货运飞船对接，用于轨道加油和往返运送试验设备、试验物品。 　　礼炮6号1977年9月29日由质子号运载火箭送入轨道。礼炮6号在轨运行共达58个月。在宇航员进站工作期间，完成了大量科学观测、地球资源观测、人体生物医学研究和技术实验。更具有应用意义的工作则是进行了大量半导体、晶体生长实验和用结晶炉及合金炉进行了金属冶炼实验。宇航员还首次熔化了玻璃，这使苏联科学家十分兴奋。这项工作对于制造高性能的光导纤维有重大意义。 　　1982年4月19日，礼炮7号空间站发射入轨道。5月13日，联盟T-5号飞船载宇航员别列祖瓦和列别多夫进入轨道并于14日与礼炮7号对接成功，开始了新空间站的运行和使用。它在运行期间，取得了许多重大成绩。宇航员基茨姆、索洛维耶夫和阿特科夫创造了在轨时间的新纪录237天。宇航员进行了6次舱外活动，累计时间近23小时。另外重要的活动还有：联盟6号的宇航员通过气闸舱释放了两颗重28千克的业余无线电爱好者卫星，联盟13号的宇航员在舱外对礼炮7号的对接口进行了修理，空间站内宇航员最多时有6人。其他活动包括继续进行礼炮6号的任务。宇航员共进行了涉及各个方面的120多项实验，拍摄了1万张地球和天空照片，极大地丰富了空间科学宝库，取得了非凡的成就。

和平号是苏联/俄罗斯的第3代空间站，亦为世界上第一个长久性空间站(设计成在轨多模块组装，站上长期有人工作。世界上第一个非长久性空间站是苏联于1969年1月弗拉基米尔·沙塔洛夫 驾驶的“联盟 4 号”飞船同“联盟 5 号”飞船实行了接近和对接。“联盟 5 号”上的宇航员阿列克谢·叶利谢耶夫和叶夫根尼·赫鲁诺夫穿上宇宙服进 入了“联盟 4 号”。苏联人把对接后的组合飞船称为“世界上第一个宇宙空间站”。和平号空间站的轨道倾角为51.6度，轨道高度300~400千米。自发射后除3次短期无人外，站上一直有航天员生活和工作。和平号核心舱于1986年2月20日发射，它提供基本的服务、航天员居住、生保、电力和科学研究能力。联盟-TM载人飞船为和平号接送航天员，进步-M货运飞船则为和平号运货。航天飞机和平号核心舱共有6个对接口，可同时与多个舱段对接。到1990年，苏联只为和平号核心舱增加了3个对接舱：即1987年与核心舱对接的量子-1(载有望远镜和姿态控制及生命保障设备)、1989年对接的量子-2(载有用于舱外活动的气闸舱、2个太阳电池翼、科学和生命保障设备等)、1990年对接的晶体舱(载有2个太阳电池翼、科学技术设备和一个特别的对接装置，它可与美国航天飞机对接)。俄罗斯自1995年起发射了3个舱，先后与和平号对接，这3个舱是：1995年发射的光谱号(载有太阳电池翼和科学设备)和一个对接舱(停靠在晶体号特别对接口上，用于与航天飞机对接)以及1996年4月26日发射的和平号的最后一个舱体--自然号(载有对地观测和微重力研究设备)。自此和平号在轨组装完毕。全部装成的和平号空间站全长87米,质量达175吨(如与航天飞机对接则达223吨),有效容积470立方米。

　　作为美俄国际空间站合作计划的一部分，美国航天飞机与和平号空间站实施了交会和对接，在轨对接期间，进行了设备和航天员的交换。1995年2月6日发现号航天飞机与和平号在太空交会，两航天器相距仅11.3米。同年6月29日，和平号空间站与亚特兰蒂斯号航天飞机在轨首次对接成功，美俄航天员在太空相逢，联合飞行了5天。美国女航天员露西德1996年3月22日在航天飞机第3次与和平号对接后进入空间站，到1996年9月26日才返回地面，在太空度过了188天，创造了妇女太空飞行新记录。在这项合作中，航天飞机与和平号共进行了9次对接，为建造和运营国际空间站积累了经验。

20世纪 70年代初到80年代中期，苏联曾发射了两代7艘礼炮号空间站。它们采用舱段式结构，由几个不同形状和尺寸的舱段组成，所有的仪器设备只能装在舱段内和舱段外表面。这种设计思想使礼炮号空间站外形简单，容易实现，所有硬件少，造价较低，可以用质子号运载火箭一次发射入轨。它除了有投入工作迅速的优点外，不需要在轨道上对接组合或装配大型系统的复杂过程，因而风险和难度都比较小，安全性较高。但它的缺点也十分明显，规模小，不易扩展，从而大大限制了有效载荷的规模。由于所有仪器设备只能布置在舱段内，因此很难合理地布置站上的分系统和有效载荷，不同性质的载荷不能做到相互独立，不可避免地造成不期望的影响。而且由于各种载荷的安装十分紧凑，也使得出现重大故障时系统很难修理或更换。基于上述原因，苏联又发展了第三代和平号空间站。
　　和平号空间站计划正式制定是在1976年。它采用组合式积木结构。空间站主体仍然是一个舱段结构。它的总长13.13米，最大直径4.2米，总重20.4吨。它由4个基本部分组成：球形增压转移舱，直径2.2米，上面装有5个直径0.8米的对接口，径向1个，侧部对称4个 ；增压工作舱，这是空间站的主体，总长为7.67米，两个柱形段的直径分别为2.9米和4.2米，不增压服务-动力舱，位于空间站尾部，除装有主发动机和推进剂外，还装有天线、探照灯、无线电通信天线等；增压转移对接器，长1.67米，直径2米，位于服务－动力舱中央，提供第6个对接通道。1986年2月20日凌晨，一枚三级质子号运载火箭将和平号空间站主体发射升空。1986年3月13日，苏联发射了联盟T－15飞船。宇航员基齐姆和索洛维耶夫驾驶飞船于15日同和平号对接，并成为新空间站的第一批乘员。他们的主要任务是对空间站进行全面检查。1987年2月5日，联盟TM－2发射，两名宇航员是罗曼年科和拉维金。1987年3月31日，苏联用质子运载火箭发射了第一个实验舱——量子1号，开始了和平号积木空间站的正式组装工作。量子专业实验舱共有5个，分别是天文物理舱、服务舱、晶体舱、光学舱和自然舱，用于天文观测、对地观测、材料实验与加工、生物医学实验等。量子1号发射后于4月12日同和平号硬对接成功。其余各舱分别于1989年11月26日、1990年5月31日、1995年5月20日、1996年4月23日发射，它们与和平号对接后，组装工作全部完成。完整的和平号空间站全长达87米，质量达123吨，有效容积470立方米。它作为世界上第一个长期载人空间站，自诞生之日起，共在轨道上运行了15载，大大超过了5年的设计寿命。它绕地球飞行8万多圈，行程35亿公里，进行了2.2万次科学实验，完成了23项国际科学考察计划。共有31艘联盟号载人飞船、62艘进步号货运飞船与其实现对接，还9次与美国航天飞机对接和联合飞行。宇航员从这座“人造天宫 ”进行了78次太空行走，舱外活动的总时间达359小时12分钟。先后有28个长期考察组和16个短期考察组在上面从事考察活动，共有12个国家的135名宇航员在空间站上工作。宇航员在空间站上进行了大量生命科学实验、空间材料学和医学实验，取得极为宝贵的成果和数据。拍摄了许多恒星、行星的照片，进行了基本粒子和宇宙射线的探测，大大扩展了人类对宇宙的认识，还探索了从太空预报地震、火山爆发、水灾及其他自然灾害的可能性。
　　和平号空间站创下了多个世界第一：它是在太空工作时间最长、超期服役时间最长、工作效率最高、接待各国宇航员最多的太空站，俄罗斯宇航员波利亚科夫创造了单人连续在太空飞行438天的最高纪录 。此外，和平号空间站还在试验人造月亮、空间商业化等方面进行了许多有益的探索，获得了大量数据及具有重大实用价值的成果，为开发利用太空和人类在太空长期生活积累了丰富的经验。在医学领域，研究了在太空使用的药物处方、宇航员飞行后的体力恢复方法。在生物学领域，研究了蛋白质晶体生长、高效蛋白质精制、特殊细胞分离、特种药品制备等。在材料和空间加工领域，进行了600多种材料实验，制造了半导体、玻璃、合金特35种材料。在对地观测方面，发现了10个地点可能有稀有金属矿藏，117个地点可能有油脉存在。在天文观测方面也做出了许多重大发现。此外，还开发了大量空间新技术。 和平号空间站原设计寿命5年，到1999年它已在轨工作了12年多，除俄罗斯的航天员外，还接待了其他国家和组织的航天员，他们在和平号空间站上取得了丰硕的研究成果。但由于和平号设备老化，加之俄罗斯资金匮乏，从1999年8月28日起，和平号进入无人自动飞行状态，准备最终坠入大气层焚毁，完成其历史使命。它的完成体现了苏联当时强大的经济实力和航天业的实力。

国际空间站的设想是1983年由美国总统里根首先提出的，即在国际合作的基础上建造迄今为止最大的载人空间站。经过近十余年的探索和多次重新设计，直到苏联解体、俄罗斯加盟，国际空间站才于1993年完成 设计，开始实施。该空间站以美国、俄罗斯为首，包括加拿大、日本、巴西和欧空局（11个国家，正式成员国有比利时、丹麦、法国、德国、英国、意大利、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士和爱尔兰）共16个国家参与研制。其设计寿命为10~15年，总质量约423吨、长108米、宽（含翼展）88米，运行轨道高度为397千米，载人舱内大气压与地表面相同，可载6人。国际空间站结构复杂，规模大，由航天员居住舱、实验舱、服务舱，对接过渡舱、桁架、太阳能电池等部分组成，建成后总质量将达438吨，长108米。其主要结构是：
　　（1）基础桁架。它用来安装各舱段、太阳能电池板、移动服务系统及站外暴露试验设施等。
　　（2）居住舱。它主要用于航天员的生活居住，其中包括走廊、厕所、淋浴、睡站和医疗设施，由美国承担研制和发射到太空。
　　（3）星辰号服务舱。它内含科学仪器设备等服务设施，也含一部分居住功能，由俄罗斯研制并发射。
　　（4）曙光号多功能货舱。它内设有航天员生命保障设施和一部分居住功能（如厕所、卫生设施等），以及电源、燃料暂存地等，舱体外部设有多向对接口，由俄罗斯研制并发射。
　　（5）多个实验舱。其中美国1个命运号、欧空局1个哥伦布号、日本1个希望号、俄罗斯3个。美国、日本和欧空局的3个实验舱将提供总计为33个国际标准的有效载荷机柜；俄罗斯的实验舱中也有20个实验机柜。另外，日本的实验 舱还连有站外暴露平台，用于对空间环境直接接触实验。
　　（6）3个节点舱。它们由美国和欧空局研制，是连接各舱段的通道和航天员进行舱外活动的出口。此外，节点1号舱还可作为仓库，用于存储；节点2号舱内有电路调节机柜，用于转换电能，供国际合作者使用；节点3号舱为空间站的扩展留有余地。
　　（7）能源系统和太阳能电池帆板。它们由美国和俄罗斯两国提供。
　　（8）移动服务系统(具体是遥操纵机械臂）。它由加拿大研制。 第一阶段，从1994年至1998年，美、俄两国完成航天飞机与俄罗斯“和平”号空间站的9次对接飞行。美国宇航员累计在“和平”号空间站上工作2年，取得了航天飞机与空间站交会对接以及在空间站上长期进行生命科学、微重力科学实验和对地观测的经验，可降低国际空间站装配和运行中的技术风 险。
　　第二阶段，从1998年至2001年，国际空间站达到有3人在轨工作的能力。1998年11月20日，俄罗斯从哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场用“质子”号火箭将国际空间站的第一个部件“曙光”号多功能货舱（FGB）发射入轨，从而拉开了国际空间站在轨装配的序幕。同年12月4日，美国“奋进”号航天飞机将国际空间站的第二个部件“团结”号节点舱送入轨道，并于12月6日成功地与“曙光”号对接；2000年7月12日，国际空间站的核心组件、俄罗斯建造的“星辰”号服务舱发射入轨，同年11月2日，首批3名宇航员进驻空间站，国际空间站开始长期载人，11月30日，美国“奋进”号航天飞机为国际空间站送去两块翼展达72米、最大发电量为65千瓦的大型太阳能电池帆板；2001年2月7日，美国的“命运”号实验舱由“亚特兰蒂斯”号航天飞机送入轨道，4月23日，加拿大制造的遥操作机械臂与国际空间站顺利对接，7月12日，美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机又把供宇航员出舱活动的“气闸舱”送入轨道。至此，美国和俄罗斯等国经过航天飞机、“质子”号火箭等运输工具15次的飞行，完成了国际空间站第二阶段的装配工作。
　　
第三阶段，从2001年至2006年，国际空间站完成装配，达到6～7人长期在轨工作的能力。此阶段先组装美国的桁架结构和俄罗斯的对接舱段，接着发射日本实验舱和欧空局的哥伦布轨道设施等。
　　装配完成后的国际空间站长110米，宽88米，大致相当于两个足球场大小，总质量达400余吨，将是有史以来规模最为庞大、设施最为先进的人造天宫，运行在倾角为51.6°、高度为397公里的轨道上，可供6～7名航天员在轨工作，之后国际空间站将开始一个为期10～15年的永久载人的运行期。组装成功后的国际空间站将作为科学研究和开发太空资源的手段，为人类提供一个长期在太空轨道上进行对地观测和天文观测的机会。
　　在对地观测方面，国际空间站比遥感卫星要优越。首先它是有人参与到遥感任务之中，因而当地球上发生地震、海啸或火山喷发等事件时，在站上的航天员可以及时调整遥感器的各种参数，以获得最佳观测效果；当遥感器等仪器设备发生故障时，又可随时维修到正常工作状态；它还可以通过航天飞机或飞船更换遥感仪器设备，使新技术及时得到应用而又节省经费。用它对地球大气质量进行监测，可长期预报气候变化。在陆地资源开发，海洋资源利用等方面，也都会从中受益。国际空间站在天文观测上要比其他航天器优越得多，是了解宇宙天体位置、分布、运动结构、物理状态、化学组成及其演变规律的重要手段。因为有人参于观测，再加上空间站在太空的活动位置和多方向性，以及机动的观察测定方法，因而可充分发挥仪器设备的作用。通过国际空间站，天文学家不仅能获得宇宙射线，亚原子粒子等重要信息，了解宇宙奥秘，而且还能对影响地球环境的天文事件（如太阳耀斑、暗条爆发等）作出快速反应，及时保护地球，保护在太空飞行的航天器及其成员。
　　 国际空间站上的生命科学研究，可分为人体生命与重力生物学两方面：人体生命科学的研究成果可直接促进航天医学的发展，例如，通过多种参数来判断重力对航天员身体的影响，可提高对人的大脑、神经和骨骼及肌肉等方面的研究水平。重力生物学和材料科学的研究与应用有广阔的前景，而国际空间站的微重力条件要比和平号空间站和航天飞机优越得多，特别是在材料发展上可能起到一次革命性的进展。
　　仅就太空微重力这一特殊因素来说，国际空间站就能给研究生命科学、生物技术、航天医学、材料科学、流体物理、燃烧科学等提供比地球上好得多、甚至在地球无法提供的优越条件，直接促进这些科学的进步。

天宫的征途：中国载人空间站规划浅析中国载人航天官方网站10月27日宣布中国载人空间站工程启动，明年将发射天宫一号目标飞行器和神州八号飞船，新闻还提到载人空间站工程分为“空间实验室”和“空间站”两个阶段，2016年前发射空间实验室，2020年前后进行载人空间站建设。中央电视台、新华网和中国新闻网等官方媒体也进行了报道。沉寂已久的载人航天工程再次发力，航天站的建设正式启动。读者需要注意的是，新闻中的“空间实验室”就是指明年发射“天宫一号”目标飞行器，及后续的天宫二号、天宫三号。
其实对于关注中国航天的爱好者来说，这个新闻颇有旧闻的味道。1992年正式启动的921工程中，就明确提出了载人航天三步走的发展战略。三步走战略的第一步是掌握载人航天技术，使中国成为具备独立研制、成功发射和顺利回收载人航天器的国家；载人航天第二步的目标是突破航天员出舱活动和航天器空间交会对接技术，实施空间实验室工程；载人航天第三步的目标是建造大规模、长期有人照料的空间站。近日的新闻重提了这个规划，给出了更确切的时间表。中国载人航天工程自2003神舟五号顺利发射和成功返回后，已经实现了第一步的目标；2008年神舟七号出舱活动后，第二步的目标已经部分实现。明年发射天宫一号目标飞行器和与之对接的神州八号飞船后，将逐步实现第二步的目标。第三步的大型长期有人照料的空间站将在2020年前后实现，此时中国载人航天领域将具备全面的工程技术能力，达到国际先进水平。
天宫一号的结构和技术特点
2008年神舟七号飞行中提前进行了航天员出舱活动(EVA)，2009年春节联欢晚会上天宫一号目标飞行器亮相。天宫一号目标飞行器是为了满足中国载人航天第二步第一阶段任务而研制的新型航天器，要求具备进行交会对接试验、提供航天员在轨工作生活空间、开展空间科学技术试验等能力，并为空间站系统建设积累经验。天宫一号目标飞行器由实验舱和资源舱两部分组成，实验舱是密封舱，用于航天员驻留期间在轨生活和工作，资源舱为非密封环境，安装发动机、电源装置并外接太阳能电池板，为飞行器提供轨道维持能力和电力供应。天宫一号将为后继的空间实验室和空间站进行新技术验证，采用了一系列新技术新工艺，实现电子设备的小型化和多功能化，还将验证近地轨道航天器长期在轨的能力，在技术上是一个很大的跨越。天宫一号作为一种大质量平台，还将改进为货运飞船，甚至作为大型天文和对地观测平台使用。
天宫一号实验舱前段安装了一个交会对接结构，这是天宫一号目标飞行器和神舟飞船进行对接联通的关键所在。2002年起上海航天技术研究院就开始研制对接装置，已经进行了大量的地面试验，2009年进入初样研制阶段，从天宫一号的视频和图片看，中国的对接装置仿制俄罗斯APAS-89对接装置，公开报道中和APAS-89一致的0.8米内部直径也验证了这一猜测。从现有资料看，中国的交会对接将使用高精度的激光雷达测量相对姿态，这是俄罗斯并未投入实用、欧日在ATV/HTV中开始使用的新技术，这说明中国载人航天技术并不仅是学习俄罗斯的成熟技术，而是着眼技术前沿，博采众家之长。
天宫一号将与三艘神舟飞船进行对接试验
天宫一号设计寿命2年，将分别在2011年下半年、2012年完成神舟八号、神州九号和神舟十号飞船的交会对接试验。2011年首次对接试验的神州八号将是无人飞船，神舟十号则确定为有人飞船，神州九号是否载人将根据神州八号对接试验的具体结果确定。天宫一号寿命主要的制约因素是轨道维持，由于不具备和货运飞船对接的能力，天宫一号只能靠发射时自带的推进剂维持轨道。目前太阳活动进入了新一轮的活跃期，近地轨道的大气密度将大大增加。8吨级的天宫一号维持在340公里高度的神舟飞船轨道上，较极端的情况下轨道维持需要1.6吨推进剂，若在400公里高度轨道，则同等条件下只需要800多千克。
天宫一号发射已经一再延期
由于天宫一号目标飞行器设计制造的技术跨度和空间交会对接的技术难度，或许还有保证后继神舟飞船按时发射的因素，使天宫一号的发射一再延期，2010年8月18日天宫一号完成总装，发射则确定为2011年上半年，发射仍将使用现有的长征二号F型火箭。2011年载人航天技术领域还有一次重要发射，那就是空间机械臂卫星的发射。空间机械臂将成为大型空间站的重要组成部分，此外空间机械臂还是空间自主交会与在轨服务的必要技术。2007年《航天器工程》刊物上就刊登了《空间机械臂技术及发展建议》的论文，2008年中国公开了空间机械臂的信息并计划2011年发射，空间机械臂由科工九院的湖北红林厂生产。
天宫二号将同时与两艘神舟飞船对接
按照规划，在正式发射构建空间站之前，除了天宫一号，还要发射2个空间实验室对所有技术进行验证，这就是天宫二号和天宫三号。从目前的资料看，天宫二号和天宫三号在设计上与天宫一号大同小异，都是8.5吨级的空间实验室，不过后继的空间实验室可能增加一个对接装置，为大型空间站核心舱的双对接装置进行技术验证。2013年左右中国将发射天宫二号空间实验室，并分别发射两艘载人的神舟飞船与其进行交会对接，天宫二号将主要开展地球观测、空间应用技术和航天医学等试验，天宫二号任务期间还将与伴星二号伴飞，公开的消息中，天宫二号没有货运飞船在轨试验，它的轨道寿命恐怕仍然是2年。
天宫三号将首次与货运飞船对接
天宫三号将2015年左右发射，天宫三号空间实验室将主要验证再生生保关键技术、航天员中期在轨驻留、飞行器长期在轨自主飞行和货运飞船在轨试验等技术，还将开展部分空间科学和航天医学试验。天宫三号空间实验室很可能具备两个对接装置，它在轨飞行期间总计与两艘载人神舟飞船和一艘货运飞船对接。货运飞船将输送补给，并为天宫三号提升轨道，它以天宫一号为平台改进而来，总质量13吨，上行运货能力不大于5.5吨，货运能力两倍于俄罗斯现有的进步号货运飞船，但略小于日本的HTV和欧洲的ATV飞船。
货运飞船将使用新型长征2F/H火箭发射
由于中国货运飞船的质量大于现有发射神舟飞船的长征二号F火箭的运载能力，将使用新的长征二号F/H运载火箭发射。根据载人航天官方网站的介绍，长征二号F/H运载火箭使用YF-100液氧煤油发动机代替了原有的肼类发动机，发动机比冲更高，火箭起飞推力也更大，因此具有更大的运载能力，近地轨道运载能力分别为货运13吨和客运12.5吨。
中国载人空间站的结构特点
天宫一号到天宫三号的空间实验室验证了空间交会对接、航天器长期飞行、再生式生保、货运飞船补给和航天员中期驻留的技术后，2016年至2022年中国将建成一个大型载人空间站，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，总质量可达60吨，以进行较大规模的空间应用。建设大型空间站是中国载人航天三步走战略的第三步，这个阶段中国将掌握近地轨道空间组装、近地轨道长时间有人驻留等技术。大型空间站的舱室将由正在开发的长征五号火箭发射，核心舱和两个实验舱都是密封加压舱，核心舱前部的5个对接口平时与一艘神舟飞船对接，最后留有2个对接口备用。
中国官方在2008年和2009年的国际宇航联合会公布文档的想象图中，货运飞船多与核心舱另一端的对接口对接，这可能是方便货运飞船进行轨道维持的缘故，中央电视台《飞天之路》纪录片中，就有货运飞船与核心舱前部对接的片段，根据这段视频，除了核心舱和实验舱，空间站上还有两艘神舟飞船和两艘货运飞船，此时空间站总质量超过100吨。想象图和相关视频中，还出现空间机械臂的身影，但和国际空间站用于对接的机械臂不同，从视频看中国的机械臂并没有用于对接，而是用于实验舱的转移，不知道是否意味着核心舱前部只有一个对接装置具有完整的对接能力。
对苏联载人航天的复制和超越
官方资料想象图还有很有趣的一个地方，实验舱的两侧都有很明显的桁架结构，不过并没有附着太阳能电池板等功能器件，这预示着这个空间站并不是”目标站”，中国载人航天网载人空间站的文章结尾有这么一句话“在实现空间站建设目标后，我们将以此为新的起点，追求更高的目标”，或许中国航天人的目标是国际空间站类型的大型桁架式空间站，当然那肯定是2030年以后的事情了。
展望中国载人空间站的发展规划，会发现一个现象：从天宫一号到载人空间站的发展，基本就是复制苏联时代礼炮一号到和平号的发展史，这与中国缺乏与其他先进国家的技术交流，只能接触俄罗斯的航天技术有关。不过中国航天并没有停止对更高水平的追求，从30多年前根据公开资料仿制双子星飞船的曙光号飞船，到现在激光雷达系统、新型货运飞船的开发，还有将来可能的大型桁架式空间站，无不体现了追赶世界先进水平的雄心，当然更高的技术水平肯定需要更多的投资来支撑。
空间站没有不可替代的作用
对于投资巨大的航天事业，长久以来世界各国的公众都颇有微词。载人航天领域投资直接的费效比很低，除了研究太空长期工作生活对人体的影响，载人航天站目前没有不可替代的作用。无论是对地观测、天文观测还是工业技术研究，都可以通过其他手段以更低的成本实现。好事者曾讽刺国际空间站说它最大的价值就是证明人类具备了组装400吨级空间站的能力，辛辣的讽刺揭示了国际空间站科研上的尴尬地位。
中国空间站计划直接推动长征五号火箭的研制
同样中国的载人空间站也不会成为“下金蛋的鸡”，但就中国具体国情来说，载人空间站的发展还是有其不可替代的作用。921工程明确提出了三步走的战略，第三步的空间站需要开发大型运载火箭，直接推动了新一代长征五号运载火箭的发展。目前长征五号可预见的三个用途是发射载人空间站20吨级舱室，发射探月工程的取样返回探测器，发射大质量的东方红五号通信卫星，后两项都是近期才确定的目标，可以说如果没有当年载人空间站计划的推动，中国航天事业与先进国家的差距将进一步扩大。
在载人航天站的研制中，中国将掌握诸多航天发展不可缺少的技术如空间交会对接、客运货运飞船、在轨组装和长期运行、人类长期空间驻留，这些技术短期内看不到经济价值，但航天长期发展来说是不能回避的。此外空间站建设中开发的货运飞船，大型舱段，也将为中国提供新的太空平台，发展出类似KH-9/11的大型对地观测卫星以及大型天文观测卫星，如天宫二号空间实验室将搭载观测GRB偏振的POLAR载荷，以天宫为平台2018年左右中国将发射15吨级的X射线时变和偏振探测卫星(XTP)。
从中国目前载人航天的发展规划来看，包括载人空间站在内的载人航天项目本身着眼于技术的积累与突破，总体投资不算太高，也没有苛求进度。美国曾有20个月发射10艘双子星飞船，实现从双人成员组到交会对接的规模与进度记录。竞赛中苏联实力不足，但14年发射40艘联盟飞船，其中22艘与礼炮号对接，也是令人叹为观止的。相比之下中国空间站建设6年多的准备阶段预计只会发射3个空间实验室、2艘无人飞船和5艘载人飞船外加1艘货运飞船，尽量做到好省的原则，和美苏冷战期间的疯狂发展与重复建设不可同日而语，就是对比欧洲和日本未来的载人航天发展，费效比也要高得多。
另外，载人空间站毕竟是一项投资上百亿的大型航天工程，能否顺利建成是公众目光的焦点，但我们同时也应该对“能否用好”给予足够的关注。当然，对空间站“能否用好”已不仅仅是“航天口”的事情，更多的责任将落在中国科学院及各大学的空间科学研究人员身上。

太好了，这个太好了

太好了，这个太好了

空间站的一个很重要作用就是某个帖子我提出的也是被大家嘲笑的作用和目的……避难

ck7543 发表于 2011-10-16 21:20
天宫的征途：中国载人空间站规划浅析中国载人航天官方网站10月27日宣布中国载人空间站工程启动，明年将发射 ...
系统学习了，好贴！顶......................

很详细....谢谢科普！

对空间站的发展脉络有了一个很清晰的描述。

毛子还做过一次太空摆渡飞行！
和平号发射升空后，礼炮-7号还没有坠毁。俄国人从和平号上乘坐太空船，飞往礼炮-7号，将上面的科学仪器拆下来，装入太空船，然后再飞回和平号。

后来国际太空站发射的时候，和平号也没有坠毁。俄国人想把和平号上的一些设备搬到国际太空站上，但是美国人不同意，这个事情也就告吹了。

毛子还做过一次太空摆渡飞行！
和平号发射升空后，礼炮-7号还没有坠毁。俄国人从和平号上乘坐太空船，飞往礼炮-7号，将上面的科学仪器拆下来，装入太空船，然后再飞回和平号。

后来国际太空站发射的时候，和平号也没有坠毁。俄国人想把和平号上的一些设备搬到国际太空站上，但是美国人不同意，这个事情也就告吹了。

空间站空间观测材料实验什么的价值很小。
真正重要的就是研究并实践如何用更少的物资供给给航天员长期在归生存提供更高的生存质量。这是对人类来说必修的课程，其他什么科学仪器，那是给科学家解闷的。

美国的天空实验室本来就是利用阿波罗计划的多余物资做的。

发射的时候就损失了一侧的太阳能电池板。后来还是靠人上去装了个遮阳伞才降低了温度。

一共也没上去几批宇航员，有点失败

2011年载人航天技术领域还有一次重要发射，那就是空间机械臂卫星的发射。空间机械臂将成为大型空间站的重要组成部分，此外空间机械臂还是空间自主交会与在轨服务的必要技术。2007年《航天器工程》刊物上就刊登了《空间机械臂技术及发展建议》的论文，2008年中国公开了空间机械臂的信息并计划2011年发射，空间机械臂由科工九院的湖北红林厂生产。

没听说有这次发射啊？

ck7543 发表于 2011-10-16 20:56
天空实验室
美国第一个环绕地球的试验性航天站 。全长36米，直径6.7米，重82吨。它用“土星5号”运载火箭 ...
天空实验室其实只运行了几个月，就因为美国后续能力无法支持，变成了太空垃圾了

严格说，其是一个失败的产物

央视似乎报道过天空实验室发射上天就太阳能电池板无法展开，导致舱内温度高达四十度以上，根本无法长期工作

roach1234 发表于 2011-10-17 11:01
美国的天空实验室本来就是利用阿波罗计划的多余物资做的。

发射的时候就损失了一侧的太阳能电池板。后来 ...
没上去太多宇航员是因为你所说的这本来就是利用阿波罗计划剩余物资搞的一个计划， 可以用来发送宇航员的土星火箭和阿波罗飞船的数量是有限的， 送了三次宇航员到天空实验室后物资用的差不多了。  接下来是要封存后等待80年代初的航天飞机送新的宇航员，只不过人算不如天算，天阳黑子爆发猛烈，天空实验室提前坠落，航天飞机没能赶上给它送宇航员和燃料提升轨道。

pmz123 发表于 2011-10-17 16:20
天空实验室其实只运行了几个月，就因为美国后续能力无法支持，变成了太空垃圾了

严格说，其是一个失败 ...
不是无力支持，这个在发射时就是算计好的事情，一下子打到接近500公里高的轨道，维持到80年代初航天飞机送来新的燃料， 这之前先用阿波罗计划剩余的飞船和火箭送三批宇航员

隔夜茶 发表于 2011-10-17 18:21
没上去太多宇航员是因为你所说的这本来就是利用阿波罗计划剩余物资搞的一个计划， 可以用来发送宇航员的土 ...
太阳黑子的什么都是用遮羞的借口

太阳黑子活动有固定的周期，十一年一个周期，这些如果都不能预料到，也就不必搞航天了

苏联的礼炮六号，礼炮七号能支持，美国不行，那只能说明在空间站技术上，美国不行

天空实验室只是运行了几个月就废弃成了漂浮的太空垃圾，完全成了面子工程，要和苏联抢，但最终成了断尾巴蜻蜓

真要有能力，再打一个就行了

之所以无法后继，归根结底还是技术能力没有达到的情况，打肿脸充胖子，结果形成三十年的空间站空档期，最后和俄罗斯合作才有了国际空间站

中国的才真叫面子工程，火箭技术不行，小的可怜，不做好基础就要跑

destiny19840204 发表于 2011-10-17 20:43
中国的才真叫面子工程，火箭技术不行，小的可怜，不做好基础就要跑
那中国就什么都不要做了？空间站是很多科学研究非常好的地方。

destiny19840204 发表于 2011-10-17 20:43
中国的才真叫面子工程，火箭技术不行，小的可怜，不做好基础就要跑
您来说说啥叫基础？

中国的空间站设想图的太阳能电池板好像少了点啊。这么几块电池板能满足需要么...

kaka22 发表于 2011-10-17 23:18
中国的空间站设想图的太阳能电池板好像少了点啊。这么几块电池板能满足需要么...
和平号的电池板是多次太空行走装起来的，基础也就每个舱2片

材料科学空间观测都是忽悠人的，美帝靠这个骗欧洲日本分担ISS的经费用的。
但是不知道如何在宇宙生存，那么我们作为一个物种就一文不值。
空间站最大的也是最不可替代的科研对象就是上面的宇航员，日欧那些不参与在轨管理的太空游客根本是不能理解的。

啥时候才会有月光之旅里面那样的巨型太空站啊

好！加油！{:soso_e182:}

支持航天  不能鼠目寸光 地球资源不足  为了子孙后代的星际移民开发  航天技术是必须要发展的  我们失去大航海时代 不能再失去大航天时代了

还有欧洲空间实验室，由美国航天飞机携带，能重复升空100次。。。

前蘇聯`美國`中國載人空間實驗室, 以技術`規模 `投入時間論都不在同一水平, 前蘇聯第一代空間站1971年"禮炮一號"就是一個質量18噸 ,未來和平號空間站核心艙前身, 美國1973年發射的"天空實驗室" ,全重達到78噸, 運作時間6年, 更開創大型單一式空間站先河, 中國"天宮一號"則是一個8噸飛船級實驗室, 運時間只有2年, 其中可以看到中國空間站建設由於受到沒有大型火箭影響, 第一代空間實驗室已未能具有20噸級規模, 並且將來還要重頭研製20噸空間站組件, 做成研究資源浪費, 8噸"天宮號"亦不能作為運貨飛船使用(未來運貨飛船需要13噸級), 只能說"天宮號"除外形有參考性和純試驗製造性質, "天宮一號"都只能作過渡產物, 因此中國若不具有20噸級空間站核心艙前, 大型空間站還是很遙遠的事情

隔夜茶 发表于 2011-10-17 18:21
没上去太多宇航员是因为你所说的这本来就是利用阿波罗计划剩余物资搞的一个计划， 可以用来发送宇航员的土 ...
这个其实是md本来就没有太空站的计划。实验室也是为了对抗苏联临时搞的。本来计划就不完整。

说起来天宫虽然小但从计划角度讲师完整的，成体系的。

技术上虽然没有太大的创新，但最终掌握了技术，完成既定任务就可以了

vabdsgt4yt43t 发表于 2011-10-18 10:38
前蘇聯`美國`中國載人空間實驗室, 以技術`規模 `投入時間論都不在同一水平, 前蘇聯第一代空間站1971年"禮炮 ...
这话是有道理的，苏联当年也从礼炮1到礼炮7，搞了那么多年才搞出和平号。才有后面的国际号

中国天宫还是以实验技术为主，并不急着把人长期放到天上。

F44 发表于 2011-10-18 10:07
还有欧洲空间实验室，由美国航天飞机携带，能重复升空100次。。。
航天飞机已经....

百臂巨人 发表于 2011-10-17 23:20
和平号的电池板是多次太空行走装起来的，基础也就每个舱2片
本来人不常住再生系统就不用一直开着，其实能源消耗不大

环境控制和生命保障系统是空间站各系统中较为复杂的一个系统，其结构复杂，功能强大，系统方案的选择是否合理、正确，将直接影响到别的系统以致于整个空间站的功耗、成本和质量，也将影响到地面后勤保障系统的补给周期和补给量。一般来说，环境控制和生命保障系统的选择，应根据空间站的规模、乘员人数、空间站工作寿命及天地往返系统的补给周期来决定其最终的方案。
　　从载人航天的发展历史来看，空间站环境控制和生命保障系统一般可划分为以下四种类型：开式系统、改进型开式系统、半闭式系统和闭式系统。
　　1.开式系统
　　开式系统是指航天员的代谢产物不作回收再生，而是抛出舱外或封闭起来带回地面，消耗性物质通过天地往返运输系统的周期性输送和补给来保障。载人飞船、航天飞机和早期的空间站的环境控制和生命保障系统都是采用这种类型。
　　美国的载人飞船和航天飞机采用液态超临界压力储存主氧和高压气态储存辅助氧供航天员呼吸，航天员呼出的二氧化碳由消耗性氢氧化锂吸收。前苏联的载人航天器上则采用超氧化物吸收二氧化碳并同时放出氧气，使用氢氧化锂来调整吸收二氧化碳和产生氧气的比例关系。这些都是典型的开式系统。
　　开式系统的消耗性物质都是靠天地往返运输系统进行补给，这对于长期飞行的空间站来说将是一个沉重的负担。以三名航天员为例，在90天的补给周期内的耗氧量达227公斤，消耗氢氧化锂500公斤，按每人每天3.5公斤的用水标准，需耗水约1吨重，按每人每天1.1公斤的食物供给量，将消耗297公斤的食物，同时产生540公斤左右的代谢废物需带回地面。这么大的后勤补给量是难以承受的。如果能对一些消耗性物质进行再生，对一些生理废物进行回收处理，将能大大降低后勤补给量，减少补给运输飞船的发射次数，节约发射经费，减少天地往返运输系统的负担。
　　2.改进型开式系统
　　改进型开式系统是在开式系统的基础上加以改进，让二氧化碳的净化系统采用再生方案。如用分子筛或固态胺代替消耗性氢氧化锂，降低物质补给量，减轻发射重量。不过水、氧气和食物等物质还不能再生，需要天地往返运输系统给以保障。
　　3.半闭式系统　　
　　半闭式系统是在改进型开式系统的基础上进一步加以改进，使水和氧形成闭合回路，使系统无需补给这些消耗性物质，仅供应含水食物和补给舱体泄漏损失所消耗的气体，在系统设计上主要解决舱内大气的再生和废水的回收处理技术。大气的再生技术是将座舱内航天员代谢产生的二氧化碳进行收集和浓缩，收集到的二氧化碳供给萨巴蒂尔反应系统进行加氢还原成水，水再供给电解系统进行电解产氧。废水的回收处理技术是将座舱内大气中的冷凝水、航天员生活用水和生理废水进行回收处理，作为电解水，水电解产生的氧供给系统，作为航天员的消耗，产生的氢气可供给萨巴蒂尔反应系统进行还原反应。采用半闭式系统将可大大降低消耗性物质的补给量，水、氧和二氧化碳吸收剂基本上形成了闭环回路，不再需要地面给予支持，只需供给乘员食物。这就大大延长了补给周期，降低了消耗性物质的补给量，降低了成本，使乘员在轨工作时间更加延长。
　　4.闭式系统　　
　　闭式系统是在空间站内部氧、水和碳形成全闭环回路，生物和非生物系统在内部边界上进行物质和能量的交换，形成闭式生态系统。生态系统闭合的三个过程是：首先植物接受太阳辐照能把二氧化碳和其它营养成分合成复杂的有机物，其次植物以食物的形式供乘员食用，最后以人的氧化废物作为无机营养供给植物而形成闭环。闭式系统又称闭路生态生命保障系统，也称受控生态生命保障系统或生物工程生命保障系统。闭式系统在空间站发射后就不再需要地面保障系统的支持，消耗性物质均能完全再生，乘员可长期在站内工作和生活，这使得长期载人航天和行星探测在低成本的条件下成为可能。
　　上述四种系统方案均有优缺点，下表是以1人30天任务为基础进行质量、功耗等方面的分析计算得出的结果。从表中可见，开式系统和改进型开式系统初始质量较小、功耗较小，但消耗性物质需要量大，分别适合于小于25天和25～75天的短期载人航天；半闭式系统结构较复杂，初始质量较大，功耗和散热量均很大，但由于实现了氧和水的闭合，大大减少了消耗性物质的携带量，适合于飞行时间不超过80天的中长期载人航天；闭式系统由于实现了氧、水和食物的全闭环，结构质量较大，技术复杂，功耗也较大，但几乎不需要后勤补给，更适合于长期载人航天，如火星探测和月球开发等航天活动采用此种方案效果最佳。
　　图1是环境控制和生命保障系统采用上述四种方案类型时系统质量和电源系统的等效质量与载人飞行时间的关系曲线。
　　 考虑到空间站的发展趋势和我国现有的技术基础以及与国际接轨的需要，半闭式系统应是我们大家所关注的方案。下面将重点论述半闭式技术。
　　三、半闭式系统的构成
　　半闭式系统方案中主要包括氧和水的两个闭合。在满足系统功能要求的前提下达到重量轻、功耗小、系统简单的目的。系统的主要构成如下：
　　1.二氧化碳收集系统
　　二氧化碳收集系统是采用吸附床吸附舱内的二氧化碳，以控制二氧化碳分压保持在安全范围之内。二氧化碳收集系统见图2。
　　 系统中包括两个用以去除空气中所含水气的干燥床和两个用以吸附二氧化碳的吸附床，两组除湿干燥床和二氧化碳吸附床交互工作维持二氧化碳的连续净除，以使舱内二氧化碳浓度保持在所要求的水平上，交替对两个吸附床的吸附剂进行加热解吸，解吸出的二氧化碳经过二氧化碳泵连续输入二氧化碳贮箱，以供萨巴蒂尔反应系统进行还原反应。二氧化碳吸附床中的吸附剂有分子筛和固态胺两种。分子筛曾在苏、美航天器上使用过，目前正在建造的国际空间站就有使用分子筛作吸附剂的。分子筛是较为成熟的技术，其缺点是再生寿命短，吸附率较小；固态胺吸附剂是近几年才发展起来的新型材料，具有较长的再生寿命，吸附率较大，具有较为广阔的发展前景，只是在航天上的应用技术不太成熟。
　　2. 萨巴蒂尔反应系统
　　萨巴蒂尔反应系统见图3。
　　系统的核心部件是萨巴蒂尔反应器。从二氧化碳收集系统的二氧化碳贮箱输送来的二氧化碳与水电解系统产生的氢气在萨巴蒂尔反应器内在570～580K的高温下，在钌催化剂的作用下反应，生成水和甲烷，水被送往饮用水系统供航天员饮用，甲烷被排放到舱外或供给轨道维持系统或姿态控制系统作为推进剂。由于萨巴蒂尔反应是放热反应，系统中还设有一个热交换器用以冷却反应产生的水和甲烷，同时还有一个水气分离器用以分离水和甲烷，使水和甲烷分别被送往各自的收集器。
　　3.水电解系统
　　水电解系统见图3。系统的主要部件是电解槽。电解槽由许多电解单元组成，系统将从尿处理系统输送来的水进行电解产氧，氧被输送到舱内供航天员呼吸，同时产生的氢气被送往萨巴蒂尔反应系统进行还原反应。
　　4.冷凝水收集系统　　
　　冷凝水收集系统见图4。
　　空气中的水蒸气经过冷凝热交换器后冷凝下来，经过两级水气分离后通过正负离子过滤器及中性离子过滤器后加入有机盐，再通过细菌及微量污染物过滤器后输入水箱供航天员饮用。
　　5.尿处理系统
　　尿处理系统见图5。
　　尿液从尿收集器中被抽出来后，经过水气分离后，气体回到舱中。尿液经过泵被输送到尿处理系统中被抽真空的蒸发室，在真空条件下尿液被热流体加热至300～320K时蒸发气化，蒸气通过气体透过性膜进人惰性气体室，实现一次过滤，然后再通过水蒸气透过性膜在冷凝室被冷流体冷凝成水，然后通过正负离子及微生物过滤器进入水收集箱，没能透过气体透过性膜的废液收集到废物收集箱中。
　　图6是以一名航天员为例，说明半闭式系统的物质平衡关系。
　　四、系统的工作描述
　　二氧化碳收集系统将航天员代谢产生的二氧化碳经吸附床吸附、加热解吸及压缩浓缩后浓度达98％。浓缩后的二氧化碳被送到萨巴蒂尔反应系统进行反应，萨巴蒂尔反应器将氢气与二氧化碳在570～580K和钌催化剂的作用下进行反应生成水和甲烷，生成的水可供航天员饮用，甲烷被送到甲烷收集器中作轨道维持系统或姿态控制系统的推进剂用。尿处理系统将航天员排除的尿液经蒸发、冷凝、过滤及去离子及杀菌处理后能达到饮用水的标准，处理后的水被送到水电解系统进行电解产氧。水电解产生的氧气供给航天员呼吸，氢气供给萨巴蒂尔反应系统还原二氧化碳。多余的部分水被送到饮用水箱供航天员饮用。冷凝水收集系统是在冷却液回路的冷流体的作用下将舱内空气中的水蒸气冷凝收集起来，经卫生处理后供航天员饮用。在再生系统出现故障时，启用备用氧、备用水及备用二氧化碳净化罐，以维持航天员的生命安全及使其能够返回地面。
　　图7为半闭式系统方块图。

　　五、空间站环境控制和生命保障技术的发展趋势
在载人航天器上，环境控制和生命保障系统占据着极为重要的地位，因为它直接关系到航天员的生命安全及能否完成航天任务。随着载人航天的发展，环境控制和生命保障系统已从早期的完全补给的方式发展成具有一定再生能力的方式，比如在空间站上已实现的水的再生，部分氧的再生以及二氧化碳吸附剂的再生等。随着航天事业的发展，人类需要在太空建造一种永久式的空间站，使航天员能长久地在站内进行各种科学试验、材料加工以及对天对地观测等，甚至于实现月球定居和火星探测等。这种长时间的空间飞行如果仍需地面补给的话，将给地面后勤补给系统带来极大的负担，补给发射费用将成为无法承受的巨额咯支。
　　新的生保系统应不需要地面进行补给，本身的碳、氧和水能形成一个闭式循环，人体需要的这三种物质在空间站内能循环不止，为航天员提供食物、氧气和水，这便是当前各航天大国都在进行研究的受控生态生保系统。受控生态生保系统是在站内种植一种能在太空环境下生长，却生长周期短，营养成分高，同时能利用光合作用吸收掉二氧化碳，放出氧气的植物。目前认为可行的植物有红萍、藻类等低等植物。受控生态生保系统的实现，将使人类的月球定居、建立永久空间站的梦想成为现实。

天宫一号是目标飞行器吧，天宫3好像才是实验室？

百臂巨人 发表于 2011-10-17 11:00
空间站空间观测材料实验什么的价值很小。
真正重要的就是研究并实践如何用更少的物资供给给航天员长期在归生 ...
你的第一句话足够让天文学家和材料学家跨省追捕你

xtal 发表于 2011-10-18 12:29
你的第一句话足够让天文学家和材料学家跨省追捕你
哈哈！

其实各个学科都需要太空这个失重环境。任何学科加上“太空”两个字就是全新的学科了，你说没科学家眼红，打死我也不行。现在优先的肯定如下：

太空医学（包括生理、药理、心理....)
这是为太空人长期生活进行的研究，看似简单的密闭失重，但对人的影响是无法衡量的。苏联人第一次上天前还考虑过太空人由于失重发疯的可能性....

太空工程（材料、机械....)
这是为太空设计建造大型建筑而进行的研究。这个不多说，很重要。

其余都是利用太空特殊环境进行的研究的学科。比如

太空育种（利用辐射）：对中国的重要性不言而喻
太空制造（利用失重）：比如特殊合金、晶体生长、蛋白质合成.....

“空间实验室”是欧洲研制的第一种载人航天设备，由密封科学实验舱和托盘两种标准构件组成。长度分别为7米和3米，宽4米。这种空间站自身没有动力装置，不能自主飞行，只能装在航天飞机的货舱中，随航天飞机一起升空，完成预定任务后，再随航天飞机返回地面。

　　1983年11月28日，“空间实验室1号”由美国哥伦比亚号航天飞机携带，进入高250公里、倾角57°的近地圆形轨道，作为期10多天的飞行。完成了由14个国家提出的73项有关大气物理、地球观测、天文、太阳物理、太空等离子物理、医学、生物学和冶金等的数百次实验和观测。

　　以后它又曾由“挑战者”号航天飞机3次带入太空进行科学实验。它是欧空局首次飞入太空的大型载人航天器。在以后由“挑战者”号航天飞机送上太空的3次航行中，它还进行了特殊材料加工，晶体生长，流体力学，生命科学，大气物理和天文方面的许多实验，也获得满意结果。