今日發射！_風聞

　　原作：AMY SHIRA TEITEL

　　翻譯：崔玉靜

　　校譯：周學雲  遊小波

　　編排：姚順儀

　　後台：庫特莉亞夫卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳

　　參考鏈接：

　　https://www.popsci.com/brief-history-space-stations-before-iss/

　　引      言

　　據有關新聞報道，中國空間站“天和”核心艙預計今日發射升空。“天和”核心艙的發射，將正式拉開中國空間站建設的序幕，是中國載人航天史上又一個重要的里程碑。另外，據中國載人航天工程辦公室消息，在今明兩年內，我國將接續實施11次飛行任務，包括3次空間站艙段發射、4次貨運飛船以及4次載人飛船發射，於2022年完成空間站在軌建造，實現中國載人航天工程“三步走”發展戰略第三步的任務目標。我們中國人馬上要擁有屬於自己的真正意義上的空間站了，從此將不再受制於人！同時，有消息稱國際空間站已經嚴重老化，近幾年可能就要退役，屆時我國的空間站將成為唯一在軌運營的空間站。

　　人類對太空的探索曲折而艱辛，借今天的機會，我們就來一起簡要回顧一下人類歷史上早期空間站（國際空間站ISS之前）的發展歷史（原文主要講的是美國的歷史），或許對我們今天的中國些許借鑑意義。

　　ISS之前的美國空間站簡史

　　4月23日，空間站“天和”核心艙與長征五號B遙二運載火箭組合體已轉運至發射區。

　　來源：新華社 | 拍攝：郭文彬

　　人類歷史上的空間站建設開始於上世紀七十年代，1971年開始，蘇聯將禮炮系列送入太空，直到1991年，禮炮七號結束使命。1973年，美國發射其第一個空間站——天空實驗室，1979年，進入大氣層銷燬。1986年蘇聯在禮炮號的基礎上打造了和平號空間站，2001年受控進入大氣層燒燬。國際空間站是由美國宇航局（NASA）主導，俄羅斯聯邦航天局（RFSA）、日本航天局（JAXA）、加拿大太空局（CSA）和歐洲空間局（ESA）等共同建造的空間站項目，由NASA在1993年牽頭，16個國家共同參與，於1998年開始建造，2006年正式運行至今。

　　早在阿波羅（Apollo）宇航員在月球上行走的一個世紀之前，科幻小説就已經告訴公眾未來將會有月球前哨站，並繞地球高空飛行。在隨後的幾十年中，這些最早的空間站概念演變成可以向月球和火星發射載人飛行任務的軌道平台。NASA成立之後，重拾科幻小説家的夢想，在建造今天的國際空間站之前，曾對小説中設想的各種佈局和功能的空間站進行了大量研究，從磚月亮到諾登之輪，到充氣輪，再到雙龍骨空間站等等，科學家和工程師們的不懈努力最終讓人類的幻想從小説變成了現實。

　　一、科幻小説中的最早概念

　　諾登之輪

　　奧地利赫爾曼·諾登（Herman Noordung）於1929年提出的環形空間站的概念，它通過旋轉產生人造重力。

　　在1869年10月至1870年2月之間，愛德華·埃弗雷特·希爾（Edward Everett Hale）的科幻小説《磚月亮》（The Brick Moon）向《大西洋月刊》的讀者介紹了在地球之外生活的幻想。希爾的故事講述了一個直徑200英尺（約61米）的磚球，設計作為海上船隻的導航輔助設備繞地球飛行，但是磚月亮意外地載着人進入了軌道。哈爾（Halle）為這個故事寫了續集——《磚月裏的生活》（Life in the Brick Moon），續集中的人物找到了在新家中生存的方法。他們不僅生活在這個人造衞星中，而且還與地球進行通信，從而將磚月亮變成了通信衞星。

　　五十多年之後，羅馬尼亞火箭先驅赫爾曼·奧伯特（Hermann Oberth）創造了“空間站”一詞。他在1923年撰寫的論文中設想了一個繞地球軌道運行的平台，該平台將成為執行月球和火星任務的起點。這個想法得到了奧地利人赫爾曼·諾登的認可，他於1928年發佈了一個空間站的藍圖，該空間站由多個模塊組成，每個模塊都有其獨特的功能。

　　奧伯特和諾登都幻想他們的空間站將由大型火箭發射，而美國工程師羅伯特·戈達德（Robert Goddard）正在大力發展這些火箭。戈達德是率先成功進行液體燃料推進實驗的人之一，其反應力遠強於當時流行的黑火藥火箭。同期，在德國一個名為太空旅行學會（Verein für Raumschiffahrt）的業餘火箭小組在液體燃料火箭方面的研究也取得了一定的成功。1932年，該學會的一名成員沃納·馮·布勞恩（Wernher von Braun）被德國陸軍選中，為軍隊研製液體火箭。

　　馮·布勞恩的空間站

　　馮·布勞恩在華特迪士尼（Walt Disney）的《明日世界》（Tomorrowland）電視節目中展示了他的環形空間站構想。

　　第二次世界大戰之前和期間，來自德意志帝國的軍事資助使早期導彈技術日趨成熟，到戰爭結束時，馮·布勞恩的團隊手握V-2導彈技術，美國和蘇聯科學家都採用了這項技術，但1945年，大部分剩餘的硬件和主要團隊成員移居了美國，這其中就包括馮·布勞恩，不久之後他就在簡歷中加入了“太空飛行普及者”的稱號。

　　通過與《科利爾雜誌》（Collier’s Magazine）和華特迪士尼合作製作的《明日世界》電視節目，馮·布勞恩向公眾展示了他對環形空間站的構想，該軌道平台將成為地球觀測站、微重力實驗室以及天文台，這也將是執行月球和火星任務的起點，為人類探索內太陽系奠基。

　　NASA的充氣輪

　　美國宇航局在1960年代初期研究了充氣環形空間站。

　　二、新航天局的空間站

　　這些具有未來主義意義的空間站概念從1958年NASA被重組創立後開始逐漸變為現實，創立NASA目的是管理所有的太空飛行項目，其首要目標是趕在蘇聯之前讓一名美國宇航員進入太空，伴隨着對這個目標的期望，1959年，NASA已經在考慮第二個項目了——建立空間站，這將有助於NASA學會如何在太空中生活和工作，然後再作為載人登月任務的起點。但是，美國在與蘇聯的第一場太空競賽的交鋒中失敗了，前蘇聯宇航員尤里·加加林成為第一個進入太空的人類，打破了美國的長期規劃。約翰·肯尼迪總統充分考慮了美國在太空中可能採取的所有後續措施，並最終確定大力發展登月任務，他認為其比空間站能更好地展示技術上的主導地位。

　　在整個1960年代，NASA雖然一直專注於登月目標，但從來沒有真正放棄空間站。在對阿波羅計劃的高額資助以及國家對太空飛行日益增長的興趣的刺激下，為了給載人探月提供一個前哨站，空間站建造計劃又提上了日程。

　　太空基地

　　1969年，NASA提出了一個可容納100人的太空站的設想，稱為太空基地。它的設計初衷是作為實驗室和太空生活區，可以兼作核動力太空拖船的母港，從而將宇航員運送到月球。

　　1969年，NASA提出了一個可容納100人的太空站，稱為太空基地。這個想法的目的是建立一個平台，該平台可以用作科學和微重力（由企業贊助）實驗室，以及用作運送宇航員往返月球前哨基地的核動力拖船的母港。原定於1975年完成軌道組裝的NASA很快就意識到，使用一次性火箭（例如將阿波羅號發射到月球的土星號系列火箭），其建造和發射的成本將超過空間站本身的建造成本，唯一的解決辦法是設計可重複使用的運載工具，這就是後來的太空運輸系統，通俗地説就是航天飛機。

　　但是航天飛機是後話了。當時，NASA從三個被取消的登月任務中獲得了多餘的阿波羅硬件，並選擇將其轉變為一個名為“天空實驗室”（Skylab）的短期空間站計劃。該站本身是經過改建的S-IVB上層結構，於1973年5月搭載最後的土星五號發射。隨後的一年，天空實驗室接待了三組共九名宇航員，最終證明人類不僅可以在太空中生活和工作，也可以在大規模的軌道建設中發揮作用。天空實驗室的第一批乘組人員進行了緊急出艙行走，成功釋放了被卡住的太陽能電池板，從而拯救了空間站。

　　天空實驗室

　　“天空實驗室”是美國的第一個空間站。它於1973年發射升空，在被廢棄之前，曾經接待了三組九名宇航員。它於1979年重返大氣層並墜毀。

　　“天空實驗室”從未打算成為長期的空間站，所以不具備加油、補給和變軌能力。在1974年2月最後一批宇航員離開後，該站被廢棄了，其軌道也開始逐步降低。之後NASA曾短暫考慮過使用航天飛機的軌道器將其提升到更高的軌道並重新訪問它，但太陽活動的增強擴展了地球大氣層，使得上層大氣對空間站的阻力遠超過預期，NASA根本無法及時準備航天飛機。1979年7月，天空實驗室在澳大利亞西部重返地球大氣層並墜毀。

　　三、真正空間站的開端

　　隨着“天空實驗室”計劃的展開，NASA推出了可重複使用的航天飛機，有助於建造和維護長期運行的空間站。但是，NASA最初設想的項目由於其在阿波羅後的預算縮減而顯得過於雄心勃勃。1970年代初期的經濟、政治、社會和文化景象再也無法支撐另一個與阿波羅計劃同等規模的項目。NASA被迫在空間站或建造它的運載工具之間進行選擇，後者獲勝，NASA研發了航天飛機，空間站建造被擱置。

　　由於空間站的前途未卜，NASA開始探索與國際合作夥伴共同支付其費用的可能性。1973年，美國和歐洲正式合夥，歐空局將向美國宇航局提供名為太空實驗室（Spacelabs）的小型模塊，從航天飛機的貨艙發射，並作為實驗設施在軌道上運行長達三週，為以後的空間站提供概念證明。1983年，STS-9（航天飛機第九次任務，哥倫比亞號第六次任務）將第一個太空實驗室發射至太空。

　　四、從夢想到現實

　　里根總統在1984年1月25日發表的國情諮文中，呼籲NASA與國際夥伴合作，在十年內建立一個空間站，這是空間站計劃急需的政治支持。在國會的支持和總統正式的授權下，NASA於4月成立了空間站項目辦公室（Space Station Program Office），同年秋天向行業領袖發出了提案請求。兩年後，日本和歐洲簽署了貢獻模塊的協議，加拿大同意提供機械臂。空間站的佈局也隨之敲定，採用雙龍骨加中央桁架的佈局，可容納主要的生活和工作區以及太陽能電池板。

　　雙龍骨空間站

　　NASA的雙龍骨空間站佈局。

　　但挫折似乎勝過前進的每一步，問題之一便是成本穩步上升。NASA最初計劃對三個獨立設施（主要的起居空間和兩個自動化實驗室平台）投資80億美元，後來才發現簡直杯水車薪。挑戰者號的災難也給空間站造成了損失，七名宇航員的死亡引發了人們對安全的擔憂，NASA最終決定給空間站上的宇航員提供一些逃生系統。這種強制性的設計更改反過來增加了空間站的重量。

　　自由號

　　這個1991年創作的概念藝術圖展示了在地球軌道上運行的自由號空間站。它被設計為月球和火星任務的發射點，同時也為宇航員在太空軌道中生活和工作提供空間。

　　解決方案是用單個桁架設計代替雙龍骨佈置，並使實驗室模塊整體更小。這項新設計於1987年完成。里根在1988年給該空間站起了個名字——自由號。

　　五、布什將美國宇航局推上了通往火星的道路

　　1989年7月，就職六個月後，喬治·布什總統試圖擁有自己的“肯尼迪時刻”。在紀念阿波羅11號飛行任務20週年的演講中，他呼籲美國在三十年內再次將人類送上月球，並將宇航員送往火星。他同意將自由號空間站作為這項長期計劃的基石。這個計劃大約分三步：NASA需立即展開自由號空間站的建設，並將其作為整個1990年代的主要工作；21世紀初恢復登月任務，並建立月球基地；在2010年代末執行載人火星飛行任務，最終目標是在這個紅色星球上建立永久性前哨基地。

　　布什發表關於登陸火星的呼籲後，NASA進行了為期90天的研究，以進一步論證該計劃的預期時間表、目標和成本。這個想法是為了讓自由號與人類登陸火星的計劃一起發展。它可以作為軌道試驗平台，在那裏，NASA將研究出支持長時間深空任務所需的技術，由於宇航員們飛往火星需要在飛船上待長達6個月的時間，空間站將是NASA瞭解人類在相對安全的近地軌道上在太空中生存的一種方式。

　　宇航員擺渡飛船

　　創作於1989年的概念藝術作品展示了用於在空間站與月球以及可能的火星之間擺渡的航天器。

　　之後的月球任務將在很大程度上依賴於自由號。乘組人員、飛船和補給品將發射到空間站，並在那裏裝載到擺渡飛行器中。然後，該擺渡飛行器將駛向月球低軌道，在那兒會遇到轉運飛行器，該飛行器要麼在停泊軌道上等待，要麼從月面發射升空以迎接到達的擺渡飛行器。然後，轉運飛行器會將乘組人員帶到月球表面，而擺渡飛行器將返回自由號進行維護和補給。宇航員們可以在月球上停留長達一年之久，由同一輛往返於自由號和月球之間的擺渡飛行器提供服務。火星任務也有類似的安排。

　　六、從自由號到國際空間站

　　隨着1990年代的到來，不斷增加的需求使得自由號變得越來越重和複雜。自由號的成本上升至383億美元，這個數字雖然包括了航天飛機的發射，但與最初的80億美元的估算值相差甚遠。1993年，比爾·克林頓總統呼籲重新設計空間站，以降低成本並引進更多的國際夥伴。在三個重新設計的空間站中，白宮選擇了名為α的方案。

　　α方案

　　這張1995年的概念圖展示的是α空間站，也就是國際空間站早期版本。

　　α使用了自由號75％的硬件，不久之後俄羅斯就提供了其未飛行的和平2號空間站的零件，以降低總體成本。這個新的空間站發展成為一個比自由號更加強大的空間站。在重新定義的過程中，α獲得了“國際空間站”的綽號。NASA的約翰遜航天中心成為該計劃背後的牽頭部門，波音公司簽約成為總承包商。

　　國際空間站的項目始於航天飛機-和平號計劃，這是自1975年阿波羅-聯盟號測試項目以來美國和俄羅斯的首次合作。1994年2月，宇航員謝爾蓋·克里卡列夫（Sergei Krikalev）成為第一位與STS-60乘組人員一起乘坐航天飛機飛行的俄羅斯宇航員。一年後，在STS-63任務中，發現號航天飛機軌道器與和平號在太空相遇。1995年3月，美國宇航員諾曼·薩加德（Norman Thagard）博士與兩名宇航員一起登上聯盟-TM21號飛船前往和平號，進行了為期三個月的考察。任務結束後，亞特蘭蒂斯號軌道飛行器與和平號對接，將乘組人員接回家。1995年11月，執行STS-74任務的亞特蘭蒂斯號航天飛機向和平號交付了一個由俄羅斯製造的對接艙，這是第一次向在軌運行的空間站添加一個對接艙。這些航天飛機-和平號的任務使NASA的宇航員首次接觸到自太空實驗室以來的長期太空飛行，也讓兩國在合作和建立空間多模塊空間站方面獲得了寶貴的經驗。

　　國際空間站（ISS）於1998年正式形成。11月20日，俄羅斯質子火箭搭載“曙光”號功能艙（Zarya Control Module）發射升空，它是空間站的第一部分，是電池電源和燃料存儲單元，後來的模塊陸續添加到上面。“團結”號節點艙隨後於12月發射升空，1999年5月，“發現”號航天飛機為空間站儲備了大量物資，提供了了後勤保障。在2000年5月、7月、9月和10月的四次裝配任務中，增加了“星辰”號服務艙，安裝了Z1桁架、第三個加壓匹配適配器和Ku波段天線。這些任務同時也向空間站運送了物資並進行了維護，它終於為人類進駐做好了準備。

　　國際空間站結構

　　來源：中國航天科技集團 | 製圖：郭牧

　　2000年10月30日，聯盟號火箭搭載遠征一號三名宇航員發射升空，威廉·薛佛、尤里·吉德津科、謝爾蓋·克里卡列夫成為首批在國際空間站生活和工作的人。在希爾的故事激發了人們的想象力近一個半世紀後，人類通過不懈地探索和努力，建造空間站的夢想終於得以實現。

『天文時刻』 牧夫出品

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　　上圖：網友用遊戲坎巴拉太空計劃模擬建造的中國天宮號空間站

　　下圖：中國空間站的規劃結構

　　圖片來源：

　　上圖：https://bbs.sinofsx.com/forum.php?mod=viewthread&tid=187656

　　下圖：https://mil.huanqiu.com/article/9CaKrnK7Z96