空间站是怎么发展起来的？最初还带了机关炮上去？ | 科技袁人_风闻

​　　导读

　　2021年4月29日，中国空间站核心舱“天和”发射成功，我和我的朋友中科院国家空间科学中心研究员周炳红、孙志斌做了一场直播。

　　这期视频是录播的第一集，共有三集。

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　　本视频发布于2021年5月11****日，观看量已超5万

　　精彩呈现：空间站是怎么发展起来的？最初还带了机关炮上去？

　　袁岚峰

　　欢迎大家来到《科技袁人》的直播，我们请的两位嘉宾是中国科学院国家空间科学中心的两位研究员：周炳红老师和孙志斌老师。孙老师还是刚刚从海南的发射现场回来，所以带来了很多前线的信息。

　　袁岚峰：我们首先来做一个历史的回顾，以前历史上有过哪些空间站呢？它们都是由哪些国家建设的呢？现在在天上飞的是什么空间站呢？

　　孙志斌：空间站经历了五代的发展。第一代空间站是由礼炮1号到礼炮5号；第二代空间站是由礼炮6号到礼炮7号；第三代空间站是和平号；第四代是国际空间站；第五代就是以中国人为主建设的中国空间站。

　　它们分别经历了几个时代，第一代空间站是由1971年到1976年，也就是上个世纪70年代；第二代空间站是上世纪80年代；到第三代空间站是上世纪90年代到2001年；第四代空间站是2001年到现在；第五代空间站就是中国空间站的核心舱“天和”号，这是世界上空间站的发展的基本的一个历程。

　　袁岚峰：可以总结一下，看来那前三代都是苏联发的是吧？然后到第四代是国际空间站是美国主导的、16个国家参与，现在这个是我们的这个是最新的。

　　孙志斌：对，是。

　　周炳红：我补充两个有趣的事情，确实在早期苏联是出于这样一个背景来做这个空间站的。就是因为美苏争霸在载人登月竞赛中苏联它的登月火箭是爆炸了，他们放弃了登月的竞赛，它就提出来它要做一个新的方向，它就转向做这个空间站，以是苏联人最早做空间站的，这是第一点。

　　那么因为它最早做，所以也出现了几个有趣的事情：第一个事情就是苏联第一个空间站很有意思，他们上去三个人，应该叫礼炮1号，上去三个人回来的时候，它的密闭舱结果分离的时候没有密闭好，就是返回大气层的过程中漏气，所以很惨，他们第一次就是说死了三个航天员，这是非常惨痛的一个教训。

　　他们空间站当时建来用来干什么？其实认识是不是很清楚的，因为毕竟他们最早做嘛。其中很有意思的一个，就是好像是礼炮3号，他们叫金刚石计划，真的是把一个机炮给搬到空间站上去了，就是说早期建设空间站的目标到底干什么，其实是不是很明确，经过了各种摸索，所以他们当时是准备在上面真的是跟别人打仗的。

　　袁岚峰：那这个机关炮他们尝试了发射吗？朝哪儿打呀？

　　周炳红：真的是发射了，大概是为了试验他们在上面发射的时候会不会对这个空间站本身的姿态造成影响，别把炮弹打出去了，自己的姿态也翻了，翻了个个儿。

　　袁岚峰：还有后坐力啊。

　　周炳红：对，试验还是应该说是成功了，据我掌握的消息。

　　袁岚峰：但是这让我想起一点，就是说美国在登月计划结束之后，它很快的就把土星5号就转去搞那个Skylab了——天空实验室。这个Skylab算不算一个空间站呢？

　　周炳红：是空间站，这是美国的第一个空间站。苏联是因为放弃登月所以第一个建空间站。后来是，美国是用登月剩下的材料建了Skylab这个空间站。

　　到后来90年代苏联开始解体，美苏开始合作，他们的和平号空间站，美国的航天飞机是多次去停靠在和平号空间站上进行载人送到和平空间站上去。所以美苏是在空间站上早期就有合作的。

　　**袁岚峰：**那个是一个很不错的、表现人类和平的这么一个大团结的合作。现在天上飞的那个空间站就是国际空间站，那个是美国为主导，俄罗斯也出了很大的力是吧，就在发射过程中，俄罗斯也发了好多火箭上去，总共有16个国家联合建造。但是中国没有进去，因为中国是想申请但是被美国拒绝了。那我们现在这个空间站有没有其他国家来合作呢？

　　周炳红：这个我来讲一下，从技术上来讲我们国家的空间站建设基本上都是由我们国家独立来承担的，就是它的几个部分：第一个是火箭的发射；第二个是航天员的培养；第三个就是货运飞船。航天员的培养以及载人的发射、货运飞船的发射，还有最重要的技术，就是空间站的核心舱的建设。这些大的方面都是我们国家独立完成的。

　　那么国际空间站就不是这样了，它是欧洲、日本、俄罗斯都会提供发射，其中俄罗斯是提供载人发射，日本和欧洲是提供货运飞船，这是一个。另外就是这个实验舱，就科学实验舱也是各个国家共同完成的。日本有个Kibo舱实验舱，欧洲有个哥伦布舱应该讲纪念他们的哥伦布，美国自己有一个实验舱，另外像加拿大是提供了一个组装空间站的机械手。国际空间站它是一个桁架式的，它因为是一个万国联盟，所以它做了一个很大的桁架来把各个部分各个国家提供的舱段给发射上去、组装进去。其中这个核心舱就是俄罗斯提供的，它其实是当时的和平二号空间站等于它已经都设计好了，它自己要建一个空间站。后来是美国联合俄罗斯来共同建造空间站，所以核心舱的这个部分是俄罗斯提供的。

　　中国的话就是核心舱、科学实验舱、航天员、货运飞船都是我们自己来完成的，各种火箭都是我们自己的，所以这是我们国家跟外国的区别。简直就是，用一句话来说就是，中国与外国描述的框架。

　　**袁岚峰：**所谓的外国是一个国家，我们中国之外的所有国家叫做外国。这么看起来可以说是俄罗斯对国际空间站应该感到很自豪是吧。他们提供了非常核心的服务：既有核心舱也有很多载人的服务。美国最大的贡献是出钱是吧。

　　周炳红：是的。

　　**袁岚峰：**那么在中国的空间站上面将来会有什么其他国家的元素在参与？

　　孙志斌：我们国家目前的话有欧洲的、俄罗斯的，这些是我们主要的一些国家合作对象，也就是ESA和俄罗斯。不光是在空间站上开展过合作，在之前的话，中国和ESA、法国这些国家以及荷兰也开展了一系列的，包括空间生命材料，还有这些航天员等等相关的科学实验的国际合作。

　　周炳红：孙老师就去欧洲做过科学实验，对吧？

　　孙志斌：我们当初是2006年在ESA所在的法国，法国一个波尔多这个地方有一个A380，叫抛物线飞机，这个抛物线飞机的时候是2006年的话，是我在物理所的时候代表中国做颗粒物质的团队到他们那儿做抛物线飞机飞行实验。飞行的过程中我有幸到里面去了几次，这几次的话作为亲身的感受也是中国到目前为止，国内也仅有几位科学家做过这样的一个实验。在这几位科学家中，我也有幸的参与了一下。

　　我最大的感受就是什么？它失重了以后，你就感觉飘起来了，然后飘起来以后，当你再次恢复重力的时候，你会感到一下子身体就打到飞机的地板上压着你，但是这个时候它还有一个加速度，把你加速一下，你感觉到你的身体贴在地板上的时候你的加速度就会达到了好几倍，这样的话你就感觉你这两只胳膊就撑不起来了，所以我们就必须贴在飞机的地板上。这是我自己的感受。

　　但是在这个时候有个俄罗斯的一个宇航员，不是，俄罗斯的一个科学家实验员，他来做实验，他是必须是站着的，还要在蹬着运动的器材，然后头上戴着各种电传感器测心脏，测什么样的生命的各种的信号。我当时看到他以后，我就看到了：哦，他比我强壮，他怎么嗷嗷乱吐啊？把我们抛物线飞机，就是失重飞机吐得到处乱飞。但是当时他有准备，就给了他一个袋子，他对着那个袋子嗷嗷乱吐。这个时候我就发现，其实这个宇航员也挺不容易，确实是一个很辛苦的职业。

　　在这一次我们发射的空间站，也就是“天和”号，一样的。我们也会有我们过去一直和我们合作的这些老朋友科学家，一直在这里面我们合作。

　　**袁岚峰：**我来注释一下，刚才孙老师讲的这个做抛物线飞机的故事。如果有观众没听明白这是个啥东西，抛物线飞机这是实现失重的一种实验仪器，对吧？因为我们在太空面临的问题，我们是一个失重的环境，然后你在地上怎么去模拟失重呢？最最简单的办法莫过于泡在水里，就是利用这个浮力。但是这个东西是不可能模拟得很好，因为浮力它总是不均匀的，你不可能在全身各个地方都感到同样的失重。所以真正模拟得好的，就是在一个抛物线的飞机先飞起来，然后让它自由往下落，在这个时候你是可以体验一个真正的失重。但是那个持续的时间比较短，否则的话你总得拉起来，要不然那飞机就直接掉到地面上了，所以那是一个非常宝贵的实验的机会。我非常有兴趣听到孙老师真的去做过全失重的实验。

　　孙志斌：当然这个抛物线飞机，它既能够实验出你的失重的状态，同时还可以让你有超重的状态，因为它恢复加速度的时候，它的加速度就特别大。

　　这个时候也能不限火箭发射的时候，然后让你产生了那种超重的这种状态。超重的状态的时候，你就感觉到你的心脏整个都重了，胳膊相当于10倍的重量，就是一个人的重量。那个时候的话我只能贴着地板，如果我要站起来，我想我和那个俄罗斯的飞行员是一样的，我也会嗷嗷乱吐，所以这是一个正常的。因为它把你的心脏直接往下压，压到了你的最低部位置的时候，你的胃就承受不了，你就会吐的。所以我们在那个时候，上飞机一般让第一要少吃，第二要喝一个药，要防失重的，就是降低你的这种敏感度。所以宇航员在太空中也经常要吃一些药来保证他自己的一个身体状态。

　　**袁岚峰：**这是非常有意思的经验。请问那个抛物线飞机它实现失重的时间有多长？几秒吗？

　　孙志斌：30秒。30秒一个周期。

　　**袁岚峰：**现在这个空间站上已经有17个国家加入了，但是没有美国，这是为什么？

　　因为去年我就回答过这个问题，因为我们是举行了一个向世界各国科学家的遴选，让他们自己来提交科研的项目，然后美国也有提交，但是经过评选我们认为美国科研他提交那项目的科学创新不够，所以没有选上，这是我们官方的说法。但是我不知道你们两位老师有没有这方面更多的信息？

　　周炳红：我来讲一下。我有一些体验，有时候我们在遴选项目的时候，对方可能是来自于一个实力背景很强的单位，但是我们这个项目设计的背景由于它其实是非常明确的目标、限制得很清楚，所以经常会出现这种实力很强的队伍被淘汰的情况。我觉得这个是正常的。

　　**袁岚峰：**你这个回答真是充满了政治正确啊！

　　周炳红：不，事实上是这样。因为它那个领域，就是说我限制了，我就是来做这个实验，这就是一般人有经验的人，他就能做得很好，你再多的智慧也发挥不出来，限定的问题上。

　　孙志斌：其实并不是说，美国人在国际空间站上没有中国人的实验，也是有中国人的实验。在前几年的时候，中国人也在把中国的一个实验设备放到他们美国上面。2000年之前和物理所也有一个GAS桶，也就是搭载实验舱，也到了国际空间站上去做，是航天飞机送上去。

　　**袁岚峰：**但是您说的2004年我们还能够上国际空间站，大概是因为那时候美国还没有通过一个法案说不许跟中国合作吧？因为那个法案是前几年才出来的嘛，在那时候可能它还是允许跟中国合作的，现在应该不行了，是吧？

　　孙志斌：但是私下和科学家的合作，它还是有好多的互动。

　　**袁岚峰：**那是那是，因为科学家天生的都是喜欢国际合作的嘛。

　　国际空间站它运行这10年以来取得了什么科学成果？实际上这个问题也是我非常关心的，因为去年我看到一篇文章说看到有好多科学家在吐槽说这个空间站花这么多钱，但是它取得的科研方面的成果其实是非常非常少的，就很难来论证。它真的值得花这么多钱吗？你把这个钱花在其他地方，可能取得的成果要大得多？所以我也很想问国际空间站到底取得了什么科学成果？

　　周炳红：这个问题确实是很难回答的一个问题。10年主要的科学成果，因为我是这么理解的，建设空间站的一个主要的目标是什么？然后它达没达到那个目标？因为空间站的特点，就是说第一个就是规模要大，空间站它会很大；第二就是时间要长，长期的；还要有人。它其实是这三个特点决定了它是一个空间站，就是说它本来的目标是为了我们解决我们人类长期在太空生存的能力，为这个而建的，最主要的目标应该是这个。所以如果围绕这个来说的话，当时美国人他回答的时候，就说它暗物质那个实验设备是满足这个目标的，就是第一它是一个大型的设备、需要长期的实验，因为它功率很大。

　　**袁岚峰：**你说的是阿尔法磁谱仪，是吧？（《想参与大型对撞机之争？先搞清基本背景 | 袁岚峰》）

　　周炳红：对对对。它说它这个是实验室很满足，这个空间站建设目标的，所以也是想砍一直都不能砍掉。就是说它很长时间工作，而且它的数据量也很大，需要空间站大规模的支持。但听起来有点像拼体量的，这是一个，我觉得这是算一个比较大的成果。当然这个暗物质的结论还不是很明确，这是一个。

　　第二个我先讲一个比较简单的，跟我的专业领域也比较相关的，一个需要这种大规模实验平台来研究的，而且跟我们未来的太空生存相关的，就是低温推进剂的长期的储存与补加实验。这个美国是在空间站上一直在进行，而且进行了三期。讲一下它最近的一期是做什么，怎么做的？就是它做的是一个甲烷，就是液态甲烷。

　　所以它大概是90 K附近，也就是零下，应该是零下180度左右，可能比这高一点，因为我说错了，反正零下100多度。这个液态甲烷，它想实验目标是在上面储存6个月，然后让它是零蒸发。结果在中间就出问题了，它的电子设备损坏了，就那个制冷设备坏了。制冷设备坏了以后，低温推进剂就受到加热，加热了以后如果你这时候没有人去干预去处理的话，它其实那个储箱就会爆炸了，它相当于是个高压锅被太阳光一照它就温度上去了就会沸腾，就爆炸。

　　那么这时候他是紧急的，给它关闭了，而且就开始启动它的排气阀把甲烷就排到太空中去。我觉得这是为了人类太空旅行，太空飞行做的一个长期的实验。符合它这个目标，就是在进行了这一系列的、在微重力条件下流体流动行为的研究，在这方面也取得了一些成果。

　　另外一个就是很重要的，其实当时就是认为这个人在太空微重力环境下，认为这个人的生存呢，担心会发生一些很严重的影响。比如一个就是对骨头的影响，也就是骨质疏松。当时美国有个航天员在上面是待了超过一年，他有个同卵双胞胎是在地面上，他们可以对照。他从天上下来以后是长高了好几厘米，这是一个。但是这个结果后面证明它不是很严重，他过了几个月以后，一两年以后他慢慢的又恢复了，这是一个。

　　第二个就是对人体的血流结构的影响，对全身的血流会有个影响。是在太空微重力环境下，待的时间很长了以后，也是半年、一年这个时间以后，大脑区域的血流量会减少，其实是对智力都会有影响的。但是呢，他回到地面以后也是恢复得比较快。所以这个结果应该说，第一我们取得了结果，这个结果是正面的。

　　事实证明我们人类是可以适应比较长期的微重力环境，一年左右人类是可以的。所以我就讲一下10年的主要的科学成果来讲，如果说直接推动的，确实是要说非常亮的、非常重大的科学成果，确实是很难说得上来，因为它不像基础科学，所以确实社会有质疑，我觉得也是正常的。但是为了太空生存，确实很多你不去做就不知道了，哪个是个正面的结果，对吧？对血流影响不大、对骨头影响也不大，甚至将来可能要去做一些，打比方在微重力环境下的生殖和繁衍，这都是等待着需要去做的重大的问题。但是现在谁能说得清楚将来会是什么结果吗？我想也说不清楚，但是它确实也很重大，需要长时间的在空间站上去做实验，最后才能给出明确的科学结论。

　　**袁岚峰：**孙老师有没有要说的？

　　孙志斌：最主要的还是这个，人在太空的适应能力。第二个的话就是技术，技术其实在前面，在美国和苏联登陆月球的过程中，为什么会发生多少次的失败？成功率只有50%，失败率也有50%，也就是在这么高的失败条件下哪些东西在这里面是没有验证过的？哪些是最容易出问题的？那就是在空间站上需要把这些前面走的技术，都要得到全链条全方位的考核和验证，才能为后面的实验做好一个铺垫。

　　我想中国现在走得这么稳、这么好，我们也得要感谢前面他们为中国为我们铺的这些路。

　　**袁岚峰：**感谢。所以我理解您的意思就是说为了中国，至少对中国来说，因为我们还没登月呢，所以至少我们为了登月以及将来登火星，我们现在建个空间站，这个意义明显是非常重大的。