空間站是怎麼發展起來的？最初還帶了機關炮上去？ | 科技袁人_風聞

​　　導讀

　　2021年4月29日，中國空間站核心艙“天和”發射成功，我和我的朋友中科院國家空間科學中心研究員周炳紅、孫志斌做了一場直播。

　　這期視頻是錄播的第一集，共有三集。

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　　本視頻發佈於2021年5月11****日，觀看量已超5萬

　　精彩呈現：空間站是怎麼發展起來的？最初還帶了機關炮上去？

　　袁嵐峯

　　歡迎大家來到《科技袁人》的直播，我們請的兩位嘉賓是中國科學院國家空間科學中心的兩位研究員：周炳紅老師和孫志斌老師。孫老師還是剛剛從海南的發射現場回來，所以帶來了很多前線的信息。

　　袁嵐峯：我們首先來做一個歷史的回顧，以前歷史上有過哪些空間站呢？它們都是由哪些國家建設的呢？現在在天上飛的是什麼空間站呢？

　　孫志斌：空間站經歷了五代的發展。第一代空間站是由禮炮1號到禮炮5號；第二代空間站是由禮炮6號到禮炮7號；第三代空間站是和平號；第四代是國際空間站；第五代就是以中國人為主建設的中國空間站。

　　它們分別經歷了幾個時代，第一代空間站是由1971年到1976年，也就是上個世紀70年代；第二代空間站是上世紀80年代；到第三代空間站是上世紀90年代到2001年；第四代空間站是2001年到現在；第五代空間站就是中國空間站的核心艙“天和”號，這是世界上空間站的發展的基本的一個歷程。

　　袁嵐峯：可以總結一下，看來那前三代都是蘇聯發的是吧？然後到第四代是國際空間站是美國主導的、16個國家參與，現在這個是我們的這個是最新的。

　　孫志斌：對，是。

　　周炳紅：我補充兩個有趣的事情，確實在早期蘇聯是出於這樣一個背景來做這個空間站的。就是因為美蘇爭霸在載人登月競賽中蘇聯它的登月火箭是爆炸了，他們放棄了登月的競賽，它就提出來它要做一個新的方向，它就轉向做這個空間站，以是蘇聯人最早做空間站的，這是第一點。

　　那麼因為它最早做，所以也出現了幾個有趣的事情：第一個事情就是蘇聯第一個空間站很有意思，他們上去三個人，應該叫禮炮1號，上去三個人回來的時候，它的密閉艙結果分離的時候沒有密閉好，就是返回大氣層的過程中漏氣，所以很慘，他們第一次就是説死了三個航天員，這是非常慘痛的一個教訓。

　　他們空間站當時建來用來幹什麼？其實認識是不是很清楚的，因為畢竟他們最早做嘛。其中很有意思的一個，就是好像是禮炮3號，他們叫金剛石計劃，真的是把一個機炮給搬到空間站上去了，就是説早期建設空間站的目標到底幹什麼，其實是不是很明確，經過了各種摸索，所以他們當時是準備在上面真的是跟別人打仗的。

　　袁嵐峯：那這個機關炮他們嘗試了發射嗎？朝哪兒打呀？

　　周炳紅：真的是發射了，大概是為了試驗他們在上面發射的時候會不會對這個空間站本身的姿態造成影響，別把炮彈打出去了，自己的姿態也翻了，翻了個個兒。

　　袁嵐峯：還有後坐力啊。

　　周炳紅：對，試驗還是應該説是成功了，據我掌握的消息。

　　袁嵐峯：但是這讓我想起一點，就是説美國在登月計劃結束之後，它很快的就把土星5號就轉去搞那個Skylab了——天空實驗室。這個Skylab算不算一個空間站呢？

　　周炳紅：是空間站，這是美國的第一個空間站。蘇聯是因為放棄登月所以第一個建空間站。後來是，美國是用登月剩下的材料建了Skylab這個空間站。

　　到後來90年代蘇聯開始解體，美蘇開始合作，他們的和平號空間站，美國的航天飛機是多次去停靠在和平號空間站上進行載人送到和平空間站上去。所以美蘇是在空間站上早期就有合作的。

　　**袁嵐峯：**那個是一個很不錯的、表現人類和平的這麼一個大團結的合作。現在天上飛的那個空間站就是國際空間站，那個是美國為主導，俄羅斯也出了很大的力是吧，就在發射過程中，俄羅斯也發了好多火箭上去，總共有16個國家聯合建造。但是中國沒有進去，因為中國是想申請但是被美國拒絕了。那我們現在這個空間站有沒有其他國家來合作呢？

　　周炳紅：這個我來講一下，從技術上來講我們國家的空間站建設基本上都是由我們國家獨立來承擔的，就是它的幾個部分：第一個是火箭的發射；第二個是航天員的培養；第三個就是貨運飛船。航天員的培養以及載人的發射、貨運飛船的發射，還有最重要的技術，就是空間站的核心艙的建設。這些大的方面都是我們國家獨立完成的。

　　那麼國際空間站就不是這樣了，它是歐洲、日本、俄羅斯都會提供發射，其中俄羅斯是提供載人發射，日本和歐洲是提供貨運飛船，這是一個。另外就是這個實驗艙，就科學實驗艙也是各個國家共同完成的。日本有個Kibo艙實驗艙，歐洲有個哥倫布艙應該講紀念他們的哥倫布，美國自己有一個實驗艙，另外像加拿大是提供了一個組裝空間站的機械手。國際空間站它是一個桁架式的，它因為是一個萬國聯盟，所以它做了一個很大的桁架來把各個部分各個國家提供的艙段給發射上去、組裝進去。其中這個核心艙就是俄羅斯提供的，它其實是當時的和平二號空間站等於它已經都設計好了，它自己要建一個空間站。後來是美國聯合俄羅斯來共同建造空間站，所以核心艙的這個部分是俄羅斯提供的。

　　中國的話就是核心艙、科學實驗艙、航天員、貨運飛船都是我們自己來完成的，各種火箭都是我們自己的，所以這是我們國家跟外國的區別。簡直就是，用一句話來説就是，中國與外國描述的框架。

　　**袁嵐峯：**所謂的外國是一個國家，我們中國之外的所有國家叫做外國。這麼看起來可以説是俄羅斯對國際空間站應該感到很自豪是吧。他們提供了非常核心的服務：既有核心艙也有很多載人的服務。美國最大的貢獻是出錢是吧。

　　周炳紅：是的。

　　**袁嵐峯：**那麼在中國的空間站上面將來會有什麼其他國家的元素在參與？

　　孫志斌：我們國家目前的話有歐洲的、俄羅斯的，這些是我們主要的一些國家合作對象，也就是ESA和俄羅斯。不光是在空間站上開展過合作，在之前的話，中國和ESA、法國這些國家以及荷蘭也開展了一系列的，包括空間生命材料，還有這些航天員等等相關的科學實驗的國際合作。

　　周炳紅：孫老師就去歐洲做過科學實驗，對吧？

　　孫志斌：我們當初是2006年在ESA所在的法國，法國一個波爾多這個地方有一個A380，叫拋物線飛機，這個拋物線飛機的時候是2006年的話，是我在物理所的時候代表中國做顆粒物質的團隊到他們那兒做拋物線飛機飛行實驗。飛行的過程中我有幸到裏面去了幾次，這幾次的話作為親身的感受也是中國到目前為止，國內也僅有幾位科學家做過這樣的一個實驗。在這幾位科學家中，我也有幸的參與了一下。

　　我最大的感受就是什麼？它失重了以後，你就感覺飄起來了，然後飄起來以後，當你再次恢復重力的時候，你會感到一下子身體就打到飛機的地板上壓着你，但是這個時候它還有一個加速度，把你加速一下，你感覺到你的身體貼在地板上的時候你的加速度就會達到了好幾倍，這樣的話你就感覺你這兩隻胳膊就撐不起來了，所以我們就必須貼在飛機的地板上。這是我自己的感受。

　　但是在這個時候有個俄羅斯的一個宇航員，不是，俄羅斯的一個科學家實驗員，他來做實驗，他是必須是站着的，還要在蹬着運動的器材，然後頭上戴着各種電傳感器測心臟，測什麼樣的生命的各種的信號。我當時看到他以後，我就看到了：哦，他比我強壯，他怎麼嗷嗷亂吐啊？把我們拋物線飛機，就是失重飛機吐得到處亂飛。但是當時他有準備，就給了他一個袋子，他對着那個袋子嗷嗷亂吐。這個時候我就發現，其實這個宇航員也挺不容易，確實是一個很辛苦的職業。

　　在這一次我們發射的空間站，也就是“天和”號，一樣的。我們也會有我們過去一直和我們合作的這些老朋友科學家，一直在這裏面我們合作。

　　**袁嵐峯：**我來註釋一下，剛才孫老師講的這個做拋物線飛機的故事。如果有觀眾沒聽明白這是個啥東西，拋物線飛機這是實現失重的一種實驗儀器，對吧？因為我們在太空面臨的問題，我們是一個失重的環境，然後你在地上怎麼去模擬失重呢？最最簡單的辦法莫過於泡在水裏，就是利用這個浮力。但是這個東西是不可能模擬得很好，因為浮力它總是不均勻的，你不可能在全身各個地方都感到同樣的失重。所以真正模擬得好的，就是在一個拋物線的飛機先飛起來，然後讓它自由往下落，在這個時候你是可以體驗一個真正的失重。但是那個持續的時間比較短，否則的話你總得拉起來，要不然那飛機就直接掉到地面上了，所以那是一個非常寶貴的實驗的機會。我非常有興趣聽到孫老師真的去做過全失重的實驗。

　　孫志斌：當然這個拋物線飛機，它既能夠實驗出你的失重的狀態，同時還可以讓你有超重的狀態，因為它恢復加速度的時候，它的加速度就特別大。

　　這個時候也能不限火箭發射的時候，然後讓你產生了那種超重的這種狀態。超重的狀態的時候，你就感覺到你的心臟整個都重了，胳膊相當於10倍的重量，就是一個人的重量。那個時候的話我只能貼着地板，如果我要站起來，我想我和那個俄羅斯的飛行員是一樣的，我也會嗷嗷亂吐，所以這是一個正常的。因為它把你的心臟直接往下壓，壓到了你的最低部位置的時候，你的胃就承受不了，你就會吐的。所以我們在那個時候，上飛機一般讓第一要少吃，第二要喝一個藥，要防失重的，就是降低你的這種敏感度。所以宇航員在太空中也經常要吃一些藥來保證他自己的一個身體狀態。

　　**袁嵐峯：**這是非常有意思的經驗。請問那個拋物線飛機它實現失重的時間有多長？幾秒嗎？

　　孫志斌：30秒。30秒一個週期。

　　**袁嵐峯：**現在這個空間站上已經有17個國家加入了，但是沒有美國，這是為什麼？

　　因為去年我就回答過這個問題，因為我們是舉行了一個向世界各國科學家的遴選，讓他們自己來提交科研的項目，然後美國也有提交，但是經過評選我們認為美國科研他提交那項目的科學創新不夠，所以沒有選上，這是我們官方的説法。但是我不知道你們兩位老師有沒有這方面更多的信息？

　　周炳紅：我來講一下。我有一些體驗，有時候我們在遴選項目的時候，對方可能是來自於一個實力背景很強的單位，但是我們這個項目設計的背景由於它其實是非常明確的目標、限制得很清楚，所以經常會出現這種實力很強的隊伍被淘汰的情況。我覺得這個是正常的。

　　**袁嵐峯：**你這個回答真是充滿了政治正確啊！

　　周炳紅：不，事實上是這樣。因為它那個領域，就是説我限制了，我就是來做這個實驗，這就是一般人有經驗的人，他就能做得很好，你再多的智慧也發揮不出來，限定的問題上。

　　孫志斌：其實並不是説，美國人在國際空間站上沒有中國人的實驗，也是有中國人的實驗。在前幾年的時候，中國人也在把中國的一個實驗設備放到他們美國上面。2000年之前和物理所也有一個GAS桶，也就是搭載實驗艙，也到了國際空間站上去做，是航天飛機送上去。

　　**袁嵐峯：**但是您説的2004年我們還能夠上國際空間站，大概是因為那時候美國還沒有通過一個法案説不許跟中國合作吧？因為那個法案是前幾年才出來的嘛，在那時候可能它還是允許跟中國合作的，現在應該不行了，是吧？

　　孫志斌：但是私下和科學家的合作，它還是有好多的互動。

　　**袁嵐峯：**那是那是，因為科學家天生的都是喜歡國際合作的嘛。

　　國際空間站它運行這10年以來取得了什麼科學成果？實際上這個問題也是我非常關心的，因為去年我看到一篇文章説看到有好多科學家在吐槽説這個空間站花這麼多錢，但是它取得的科研方面的成果其實是非常非常少的，就很難來論證。它真的值得花這麼多錢嗎？你把這個錢花在其他地方，可能取得的成果要大得多？所以我也很想問國際空間站到底取得了什麼科學成果？

　　周炳紅：這個問題確實是很難回答的一個問題。10年主要的科學成果，因為我是這麼理解的，建設空間站的一個主要的目標是什麼？然後它達沒達到那個目標？因為空間站的特點，就是説第一個就是規模要大，空間站它會很大；第二就是時間要長，長期的；還要有人。它其實是這三個特點決定了它是一個空間站，就是説它本來的目標是為了我們解決我們人類長期在太空生存的能力，為這個而建的，最主要的目標應該是這個。所以如果圍繞這個來説的話，當時美國人他回答的時候，就説它暗物質那個實驗設備是滿足這個目標的，就是第一它是一個大型的設備、需要長期的實驗，因為它功率很大。

　　**袁嵐峯：**你説的是阿爾法磁譜儀，是吧？（《想參與大型對撞機之爭？先搞清基本背景 | 袁嵐峯》）

　　周炳紅：對對對。它説它這個是實驗室很滿足，這個空間站建設目標的，所以也是想砍一直都不能砍掉。就是説它很長時間工作，而且它的數據量也很大，需要空間站大規模的支持。但聽起來有點像拼體量的，這是一個，我覺得這是算一個比較大的成果。當然這個暗物質的結論還不是很明確，這是一個。

　　第二個我先講一個比較簡單的，跟我的專業領域也比較相關的，一個需要這種大規模實驗平台來研究的，而且跟我們未來的太空生存相關的，就是低温推進劑的長期的儲存與補加實驗。這個美國是在空間站上一直在進行，而且進行了三期。講一下它最近的一期是做什麼，怎麼做的？就是它做的是一個甲烷，就是液態甲烷。

　　所以它大概是90 K附近，也就是零下，應該是零下180度左右，可能比這高一點，因為我説錯了，反正零下100多度。這個液態甲烷，它想實驗目標是在上面儲存6個月，然後讓它是零蒸發。結果在中間就出問題了，它的電子設備損壞了，就那個製冷設備壞了。製冷設備壞了以後，低温推進劑就受到加熱，加熱了以後如果你這時候沒有人去幹預去處理的話，它其實那個儲箱就會爆炸了，它相當於是個高壓鍋被太陽光一照它就温度上去了就會沸騰，就爆炸。

　　那麼這時候他是緊急的，給它關閉了，而且就開始啓動它的排氣閥把甲烷就排到太空中去。我覺得這是為了人類太空旅行，太空飛行做的一個長期的實驗。符合它這個目標，就是在進行了這一系列的、在微重力條件下流體流動行為的研究，在這方面也取得了一些成果。

　　另外一個就是很重要的，其實當時就是認為這個人在太空微重力環境下，認為這個人的生存呢，擔心會發生一些很嚴重的影響。比如一個就是對骨頭的影響，也就是骨質疏鬆。當時美國有個航天員在上面是待了超過一年，他有個同卵雙胞胎是在地面上，他們可以對照。他從天上下來以後是長高了好幾釐米，這是一個。但是這個結果後面證明它不是很嚴重，他過了幾個月以後，一兩年以後他慢慢的又恢復了，這是一個。

　　第二個就是對人體的血流結構的影響，對全身的血流會有個影響。是在太空微重力環境下，待的時間很長了以後，也是半年、一年這個時間以後，大腦區域的血流量會減少，其實是對智力都會有影響的。但是呢，他回到地面以後也是恢復得比較快。所以這個結果應該説，第一我們取得了結果，這個結果是正面的。

　　事實證明我們人類是可以適應比較長期的微重力環境，一年左右人類是可以的。所以我就講一下10年的主要的科學成果來講，如果説直接推動的，確實是要説非常亮的、非常重大的科學成果，確實是很難説得上來，因為它不像基礎科學，所以確實社會有質疑，我覺得也是正常的。但是為了太空生存，確實很多你不去做就不知道了，哪個是個正面的結果，對吧？對血流影響不大、對骨頭影響也不大，甚至將來可能要去做一些，打比方在微重力環境下的生殖和繁衍，這都是等待着需要去做的重大的問題。但是現在誰能説得清楚將來會是什麼結果嗎？我想也説不清楚，但是它確實也很重大，需要長時間的在空間站上去做實驗，最後才能給出明確的科學結論。

　　**袁嵐峯：**孫老師有沒有要説的？

　　孫志斌：最主要的還是這個，人在太空的適應能力。第二個的話就是技術，技術其實在前面，在美國和蘇聯登陸月球的過程中，為什麼會發生多少次的失敗？成功率只有50%，失敗率也有50%，也就是在這麼高的失敗條件下哪些東西在這裏面是沒有驗證過的？哪些是最容易出問題的？那就是在空間站上需要把這些前面走的技術，都要得到全鏈條全方位的考核和驗證，才能為後面的實驗做好一個鋪墊。

　　我想中國現在走得這麼穩、這麼好，我們也得要感謝前面他們為中國為我們鋪的這些路。

　　**袁嵐峯：**感謝。所以我理解您的意思就是説為了中國，至少對中國來説，因為我們還沒登月呢，所以至少我們為了登月以及將來登火星，我們現在建個空間站，這個意義明顯是非常重大的。