科学
纵身星海，共舞天河——空间站的发展历史
一 踏入星空之门
1964年10月16日，我国成功试爆了属于自己的第一颗原子弹，一声东方巨响，让我们在冷战时代具备了对美苏霸权“掀桌”的筹码；2003年10月16日，神舟五号飞船的返回舱载着航天英雄杨利伟平稳落地，圆了中国人的飞天梦想；2021年10月16日，神舟十三号飞船载着“接班”的三名航天员再次入驻天宫空间站，开展预期长达半年的工作，标志着我国的太空探索能力进入了前所未有的全新高度。
载人航天技术，不仅是一个国家综合国力的反映与象征，也是将技术成果不断转化惠及大众民生的“科技喷泉”，更是人类不满足于现状、追求自由的意志体现。因此，能够长期驻留太空的空间站，就成了人类探索太空的关键基石。今天，我们就从空间站的历史入手，一同领略人类挑战星海的卓绝精神。
二 牺牲与荣耀
在空间站出现之前，载人航天技术的重心一直都是宇宙飞船。
1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林乘坐东方一号飞船，从拜科努尔发射场飞上太空。人类首次“征天”的伟大突破，距今已经过去了整整一甲子。而彼时正与苏联进行冷战争霸的美国，也急忙将“水星计划”的飞船提前发射，进行了一次略显仓促的亚轨道飞行。
不过，在随后的登月竞赛中，美国的航天工程体系开始全力发威。他们先是通过“双子座”计划的数次载人航天飞行任务，熟练掌握了飞船在轨飞行、姿态控制和对接等技术，随后启动了彪炳史册的“阿波罗”计划。尽管在计划初期，美国航天人遭受了三名宇航员在地面测试任务中因阿波罗一号指令舱起火而全体牺牲的惨痛打击，但人类的“征天精神”以及和苏联竞争人类文明先锋的驱动力，鼓舞着“阿波罗”计划的参与者们重整旗鼓。最后，在经过一连串谨慎的测试和绕月飞行任务后，1969年7月20日，阿波罗十一号飞船的“鹰”号登陆舱降落月面。经过详细的检测与准备后，次日2:56:15，飞船指令长阿姆斯特朗代表整个地球生物圈踏上月球表面，说出了那句铭刻人类文明丰碑的豪迈宣言：
“这是个人的一小步，却是人类的一大步。”
全球有六亿观众通过电视直播见证了这一人类文明有史以来最伟大的时刻，观看量几乎等于当时全球有条件收看电视直播的人数总和。
而同时期的苏联，虽然在探月项目上和美国并驾齐驱甚至一度领跑，但到了载人登月阶段，却发展得非常不顺利。因此，在确认苏共中央已经取消载人登月计划后，耗费甚巨的阿波罗登月计划也在1972年提前结束了。
从如今“站着说话不腰疼”的后人视角看，“阿波罗”计划虽然极具冒险精神，但多少有些好高骛远。登陆月球确实堪称人类文明史上的第一壮举，但除了在冷战中博取压制竞争对手的巨大声望以及转化大量技术应用之外，其实没法带来更多的短期直接收益。
进入二十世纪七十年代后，从登月大赛中冷静下来的双方，都开始把目光从地球三十八万千米之遥的明月，撤回到头顶上方并不遥远的天穹。
其实，宇宙离我们并不遥远。按照国际标准，距离海平面一百千米的卡门线，就是航空和航天领域的分界线。人类发射的应用类航天器，主要都集中在与地面垂直距离两千千米以内的近地轨道上。它们中的大多数，比如空间站轨道高度更是只有三四百千米，换在平地上，就只相当于高铁全速飙车两个小时的路程。日本宇航员毛利卫甚至因此调侃道，距离亚洲足有万里之遥的南极，才是“比宇宙更远的地方”。早在十九世纪末，人类航天事业的先驱者——齐奥尔科夫斯基，就已经设想了人类在太空长期驻扎的愿景。在老爷子浪漫的想象中，空间站与地面的交通方式，正是至今依然只能在《高达OO》和《皇牌空战》等科幻作品中出场的“太空电梯”。
回到现实，在面对“太空住人”这个问题时，拥有登月经验的美国，其实一开始还是略占上风的——毕竟一次登月任务，就要在地月之间三十八万千米的漫长虚空中跑一个来回，再加上在月球表面甚至可以待上三天的登陆任务，阿波罗飞船从发射到落地完整跑一趟的留空时间，最长可以持续十二天。
不过这次，赌着一口气的苏联，还是努力跑在了美国前面。1971年，人类第一个空间站——礼炮1号发射升空。以此为标志，人类的第一代空间站开始陆续出现在近地轨道上。不过，受限于技术条件，第一代空间站都只有一个主舱段和一个对接口。因此，它们与载人飞船对接以后，就无法再额外对接货运飞船获得补给了。宇航员在第一代空间站的驻留时间，也就严格受限于载人飞船一次性捎带上天的物资数量，很难维持太久。
作为第一个先驱者的礼炮1号，飞行任务很不顺利。在发射升空后，第一次与载人飞船对接时，因为技术故障，宇航员无法打开它仅有的一个对接舱门，只得在望门兴叹一番后打道回府。而第二次任务，虽然三名宇航员成功进驻空间站并逗留了二十三天，但在返航的过程中，由于飞船返回舱过于狭小而没有让宇航员穿上舱内航天服，舱内失压导致三名宇航员牺牲。这三位航天英灵的名字，连同到当时为止牺牲的总共十四位航天英雄一起（包括死于后续飞行训练的加加林以及阿波罗一号机组），被做成一张铭牌，由同年稍晚时间登月的阿波罗十五号飞船放置于月球表面上，成为航天精神永存星海的丰碑。
尽管载人航天工程必然伴随着致命的风险，甚至在探索阶段看起来像是“宰人航天”，但这个领域其实最无法容忍随意地挥霍生命。因此，鉴于技术上的不成熟，礼炮1号在完成技术探索与验证的使命后，于1971年当年就被废弃，坠入大气层烧毁，机体的留空时间甚至不满半年。
美国则在提前终止了阿波罗计划后，将多余出来的巨型运载火箭“土星五号”进行了“转职”。于是，原本用于运载阿波罗飞船的三级舱体，被直接改造为美国第一个空间站“天空实验室”，于1973年发射升空。它虽然是人类迄今为止发射的最大单体航天舱段，长达三十六米、最大直径六点七米、重约七十吨，但同样只具备一个主舱段和一个对接口。因此，看似巨大的天空实验室，其实多少有点“大而无当”，庞大空洞的内部空间非但没能发挥额外的作用，反而给空间站的环境维持系统平添了大量压力。在它看似漫长的留空服役期内，真正执行载人任务的有效运行时间，累计起来也只有一百七十一天。
苏联也从1973年开始，陆续发射了礼炮计划的后续机体。其中的礼炮2至5号，都是相当于太空观察哨的军用空间站。其中，礼炮3号甚至搭载了一门原本装备于轰炸机尾部自卫炮塔的二十三毫米口径机炮，算是人类迄今为止带上天的最强武器了——当然，在失重环境中贸然开炮，后坐力很可能会导致空间站的姿态与轨道失控，而礼炮3号显然没有科幻机甲那样的强悍机动性。因此，这门看着很科幻的“太空大炮”，其实从未在宇航员驻扎礼炮3号的任务期间开火试射，更多是作为一个威慑道具，吓唬吓唬人而已。
随着航天热的持续发酵，二十世纪七十年代前后的这一批科幻作品，也把目光从太空歌剧的“星辰大海”，逐渐转向更加“现实系”的近地轨道空间。身为“黄金时代三巨头”之一的阿瑟·克拉克，就曾在1968年的科幻经典《2001：太空漫游》中，极为严谨地描绘了利用自转形成人造模拟重力的太空站和飞船。电影中出现在穿梭机与空间站对接场面的《蓝色多瑙河》舞曲，并不像很多影评人以为的那样，只是在反衬太空航行的寂静无聊，相反，这一幕其实是在用圆舞曲的形式，浪漫地渲染着航天器对接时，那超越人类舞者极限的精准“轮舞”。随后，在《与罗摩相会》中，克拉克爵爷干脆直接构思了一艘有着完整内部生态系统的巨型滚筒式外星飞船。
身为物理学家的杰拉德·奥尼尔，更是在克拉克的肩膀上更进一步，将科学与幻想进一步融合，构想了更加严谨的巨型太空站——“奥尼尔圆筒”。在这种直径七千米、全长三十千米的巨大圆筒内壁上，人类可以如同在地表一样建立起城市和农田，而在圆筒的外侧，巨大的太阳能电池板则会为内部的万千居民们提供持续的能源。1977年出版的《高边疆》一书中，奥尼尔向公众们热情洋溢地介绍了殖民太空的辉煌前景，引发了欧美大众的广泛关注。随后于1979年播出的《机动战士高达0079》中，作为关键剧情设定的“殖民卫星”，几乎完全照搬了他的壮丽设想。而除了“高达”以外，《星球大战》《星际迷航》《超时空要塞》等影响力延续至今的太空科幻品牌，也纷纷在二十世纪七十年代的空间站热潮中诞生。
回到现实中，在1977年和1982年，苏联分别发射了礼炮6号和7号。它们作为第二代空间站，虽然依旧是单一主舱体，但增加了一个对接口，因此可以同时与载人飞船和货运飞船对接，一下子延长了持续载人运转的时限，都在天上执行了好几年任务才光荣退役。礼炮7号甚至在1985年发生了与地面失联的严重故障后，被两名英勇的苏联宇航员成功对接重启。之后，这哥俩还在空间站上分别驻留了一百多天才先后返回地面，充分展示了苏联航天人的实力与自信。这段精彩的航天故事，在2017年被俄罗斯拍成了电影《太空救援》（原名直译就是《礼炮7号》）。
随着苏联后期航天技术的愈发成熟，在礼炮7号的基础上，苏联启动了多段舱体对接组合的第三代大型空间站——和平号。
三 巨人时代
有趣的是，当和平号的核心舱在1986年进入轨道时，它的“前辈”——礼炮7号在经过一次重启后，依然在发挥余热。也就是说，苏联曾经一度同时维持着两个大型载人空间站的在轨运转。这还不算，当两名苏联宇航员在1986年3月15日乘坐飞船进入和平号之后，先是在新家一口气住到了过完劳动节的5月5日，随后二人登上飞船，脱离和平号，直奔礼炮7号，然后带着从“老家”拆下来的三百多公斤“细软”仪器设备，在6月26日又乘飞船回到了和平号。布置好新家后，两位航天英雄于7月16日平安返回。这次在人类航天史上都堪称精彩的“太空搬家”任务，全程历时四个月，完成了三次对接和三次脱离。苏联的地面中心，则完成了同时监控三个载人航天器在轨运行的复杂任务，堪称苏联航天人精湛技艺的集大成展示。
随着苏联的崩溃解体，俄罗斯继承了和平号，并将其开放给其他航天合作者。和平号的核心舱，一段连接着“量子一号”扩展段，作为一个“太空港”，用来对接进步号货运飞船。核心舱的另一端，装备了一个集成了五个对接端口的转换舱，除了可以对接联盟号载人飞船，还接上了“量子二号”“晶体号”“光谱号”和“自然号”四个扩展舱段，共同构成一个全重一百二十三吨的太空堡垒。如果美国的航天飞机也跑来对接，那么“合体”后的总重量更是可以达到惊人的二百三十三吨。
和平号也不负众望，在长达十五年的运行时间里，接待了全世界十二个国家共计一百三十五名宇航员，并完成了两万多项科学实验。遗憾的是，因为种种原因，我国虽然在1992年启动了载人航天计划，但始终未能参与到和平号的任务中。至于和平号，也因为大量的故障积累和俄罗斯捉襟见肘的经济实力，在2001年3月，被刚上任不久的普京总统下令彻底放弃，反推减速后，坠入稠密的下层大气，残骸划过斐济群岛上空，最终坠入了空旷幽冷的南太平洋海底。
虽然和平号最终迎来了“以我残躯化烈火”的悲壮结局，但早在它坠落之前三年的1998年，国际空间站就已经开始在轨道上组装，而它的核心舱“星辰号”，正是和平号核心舱的姊妹备份。这一次，随着规模的进一步扩大，传统的“拼积木”式舱段设计也无法再满足结构扩展的需求了。因此，作为第四代空间站，国际空间站上搭建起了巨大的桁架结构，用来支持多个大型舱段以及巨大的太阳能帆板。很快，它的规模就远远超越了和平号，如今的总重量已经达到了惊人的四百一十七吨，内部容积九百多立方米。
同时，在进入新世纪之后，一直在空间站发展中缺席的中国，终于后来居上。我国先是在2011年和2016年先后发射了单舱段的天宫一号和二号，随后，在2021年4月29日，还发射了计划如和平号一般形成多舱段布局的天宫空间站天和号核心舱。6月17日，聂海胜、刘伯明、汤洪波三位航天员，乘神舟十二号载人飞船，顺利对接入驻了天和号核心舱，进行了两次成功的双人出舱太空行走任务，并在三个月后的9月17日胜利返航。一个月后，2021年10月16日，神舟十三号飞船，又载着翟志刚、王亚平、叶光富三位航天员一飞冲天，再次入驻“天宫”，开展计划长达半年的太空任务。可以相信，在他们之后，我国还会向天宫空间站发射更多的舱段、派出更多的航天员，继续建设我们自己的“天宫”，绝不会停下前进的脚步。
毕竟，探索太空这件事，就像“老祖师爷”齐奥尔科夫斯基当年所言：
“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”
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