摘自（原创 庞之浩 《天文爱好者杂志 》10月15日）
2021年4月29日，我国用长征五号B运载火箭成功将“天宫”空间站的第一个舱段——“天和”核心舱送入太空,从而宣告了我国开启空间站任务的新时代。2021年5月29日，天舟2号货运飞船升空，它采用全自主交会快速对接模式从后向与“天和”核心舱实现了对接。2021年6月17日，神舟12号载人飞船升空，它采用全自主快速交会对接模式从前向与“天和”核心舱实现了对接，对接后航天员聂海胜、刘伯明和汤洪波于当天进入了“天和”核心舱。
图1 神舟12号航天员进入核心舱后向全国人民敬礼。（图片来源：网络）
总体概述
为了开发取之不尽用之不竭的太空资源，人类至今已研制和发射了人造地球卫星、载人航天器和空间探测器三种航天器，其中载人航天器因为可以利用人的主观能动性，所以能完成更复杂、更全面的太空开发任务。
目前，全球共研制和发射了宇宙飞船、空间站和航天飞机三种载人航天器。它们又可分为两类：
一类是宇宙飞船和航天飞机。其优点是能进行天地往返，相当于太空巴士；不足之处是体积小，运行时间短，所以主要作为航天交通工具来接送航天员和货物。其中宇宙飞船又分载人飞船和货运飞船两种。由于航天飞机风险大、成本高，所以现在暂时不用了。
另一类是空间站。其优点是体积大、寿命长和功能强，相当于空间大厦；不足之处是无法进行天地往返，需要用宇宙飞船或航天飞机提供天地运输服务，所以主要用于科研生产、在轨服务和太空中转等。
由此可见，空间站是开发太空资源的理想基地，但在研制、发射空间站之前，必须先研制出宇宙飞船这一天地往返运输器才行。我国在1992年就高瞻远瞩地制定了宏伟的载人航天“三步走”发展战略，先后研制和发射了“神舟”载人飞船和“天舟”货运飞船，并突破和掌握了太空行走、交会对接等关键技术。这些都为今年开始完成的第三步任务——建造空间站奠定了坚实的基础。
我国空间站工程于2010年9月25日立项，主要任务是在2022年建成和运营近地载人空间站，使我国成为独立掌握近地空间长期载人飞行技术，具备长期开展近地空间有人参与科学技术试验和综合开发利用太空资源能力的国家。
图2 中国“天宫”空间站结构图。（图片来源：网络）
其任务目标是：建造并运营近地空间站，突破、掌握和发展大型复杂航天器的在轨组装与建造、长期安全可靠飞行、运营管理和维护技术，提升国家航天技术水平，带动相关领域和行业的科技进步；突破、掌握和发展近地空间长期载人航天飞行技术，解决近地轨道长期载人航天飞行的主要医学问题，实现航天员长期在轨健康生活和有效工作；建成国家太空实验室，发展具有国际先进水平的空间科学与应用能力，开展多领域空间科学实验和技术试验、空间应用，以及科普教育，获取具有重大科学价值的研究成果和重大战略意义的应用成果；开展国际（区域）合作，为人类和平开发和利用空间资源做出积极贡献；以在轨服务、地月和深空载人探测需求为牵引，试验和验证相关关键技术，为载人航天持续发展积累技术和经验。
我国“天宫”空间站的建造和运行分为三个阶段：2021年为关键技术验证阶段，先后发射“天和”核心舱以及“天舟”货运飞船、“神舟”载人飞船各两艘；2022年为在轨建造阶段，先后发射“问天”和“梦天”实验舱以及“天舟”货运飞船、“神舟”载人飞船各两艘；此后为“天宫”空间站运营阶段。
简言之，我国目前主要使用三大载人航天器：“天宫”空间站、“天舟”货运飞船和“神舟”载人飞船。
空间大厦
我国正在建造的第一座空间站“天宫”，没有走美苏先建造单舱式，再建造多舱式空间站的老路，而是一上来就采用积木式构型的多舱式空间站方案，它将达到世界第三代空间站的水平。
它通过交会对接和转位组装构成空间站本体。空间站基本构型包括“天和”核心舱、“问天”实验舱Ⅰ和“梦天”实验舱Ⅱ，这三个舱每个质量都是20吨级，采用水平对称T形构型作为空间站三舱组合体基本拓扑结构，所有舱段均位于组合体当地水平面内，其中“天和”核心舱居中，“问天”实验舱I和“梦天”实验舱II对接于两侧。
其中，最先发射的“天和”核心舱对于建造“天宫”空间站至关重要，因为该舱是空间站组合体控制和管理主份舱段，具备交会对接、转位与停泊、乘组长期驻留、航天员出舱、保障空间科学实验能力，可支持3名航天员长期在轨驻留，能装有4个科学实验柜。它全长16.6米，发射质量22.5吨，体积很大，是我国目前研制、发射的最大航天器，供航天员工作生活的空间可达50立方米。
2022年发射的“问天”和“梦天”两个实验舱均作为支持大规模舱内外空间科学实验和技术试验载荷支持舱段。同时“问天”实验舱I还作为组合体控制和管理的备份舱段，并具备乘员出舱活动能力，有3个卧室，可装有8个科学实验柜；“梦天”实验舱II则具备载荷自动进出舱能力，可装有13个科学实验柜。它们与“天和”核心舱对接后，航天员在空间站的活动空间可达110立方米。
整个空间站舱外布设67个标准暴露载荷接口，其中实验舱I提供30个、实验舱II提供37个。此外，在实验舱I工作舱迎风面预留1个扩展平台接口和1个载荷挂点接口；在核心舱大柱段尾部II、IV象限对称预留2个大型挂接载荷接口。
“天宫”的在轨运行寿命不小于10年，通过维修维护延长使用寿命，预计可以工作15年。它能长期载3人，半年一轮换。每个乘组2～3人。在航天员轮换的6～10天内，空间站最多有6个人。每个航天员乘组包括1名航天驾驶员担任指令长，其余人员构成根据任务需要，由航天驾驶员，航天飞行工程师，以及载荷专家组成。
我国空间站在组装建造阶段，采用航天员间断驻留空间站的方式访问、照料空间站，辅助完成空间站的在轨组装。空间站组装建造完成后，航天员采用乘组轮换方式，连续不间断访问、照料空间站，开展空间站应用。
图3 核心舱做热真空实验。（图片来源：网络）
其应用是以建设国家太空实验室为目标，充分利用空间站能力，开展科学前沿的创新性实验和应用研究，力争在科学和技术上取得重大突破，主要包括航天医学实验、空间科学研究与应用和航天技术试验三大类。例如，航天医学、空间生命科学与生物技术、微重力流体物理与燃烧科学、空间材料科学、微重力基础物理、空间地球科学及应用、天基信息技术、航天新技术、空间应用新技术、空间环境与空间物理、航天元器件与部件和空间天文与天体物理学等。
细说核心
“天和”核心舱主要用于统一管理和控制空间站组合体，支持实验舱、载人飞船和货运飞船等飞行器与其交会对接和在轨组装，提供航天员生活和工作场所，具备接纳航天员长期访问和物资补给的能力，同时支持部分学科的科学研究，配置大机械臂和备份气闸舱功能。
图4 核心舱结构示意图。（图片来源：网络）
它由节点舱、生活控制舱（包括大柱段和小柱段）、后端通道和资源舱组成。其最大直径4.2米（大柱段），最小直径2.65米（小柱段）。
节点舱有3个对接口和2个停泊口，可停泊2个实验舱和对接2艘载人飞船，还有1个对接口充当备用气闸舱，供早期出舱用。具体来说就是，其后向对接口与生活控制舱相连，左右两个方向的停泊口用于停泊“问天”和“梦天”实验舱，前向和对地向对接口用于对接“神舟”载人飞船，对天向对接口用于早期航天员的出舱，神舟12号航天员在2021年的两次太空行走都是从这个对接口出舱的。
生活控制舱能提供三名航天员长期生活、工作空间。其中小柱段有三个睡眠区，每名航天员都有一个独立的睡眠区，还有卫生间；大柱段是乘组工作、控制、锻炼和休闲的地方。
舱内有空间站统一控制系统、厨房、卫生间、科学仪器、通信设备、计算机系统、消防系统和空气处理系统等，当然还包括空调和WiFi等，因此环境非常舒适。3名航天员不用像此前在天宫1号和2号里的航天员那样有1个要“值夜班”，因为舱内装有新型的声光电报警系统，可以在发现情况后及时通知航天员快速处理。
图5 核心舱布局。（图片来源：网络）
在密封的生活控制舱内，配置了工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区六个区域。其中在就餐区配置了微波炉、冰箱、饮水机和折叠桌等家居，在锻炼区配置了太空跑台、太空自行车、抗阻拉力器等健身器材，以满足航天员日常锻炼。
核心舱内配置了神经肌肉刺激仪相当于“太空按摩仪”，它用于对航天员进行电脉冲刺激，协助航天员进行肌肉疲劳恢复和肌肉力量训练，防止长期飞行试验造成肌肉萎缩。
核心舱内的“太空冰箱”能隔热隔气耐刺穿。它通过特殊工艺将现有的气凝胶材料“真空化”，制备成真空绝热板，热导率降低至原有气凝胶材料的一半，既满足热导率指标要求，还具备优异的隔气性和耐刺穿性。
生活控制舱内的改进型“太空体重秤”用于精准测量航天员的体重，也可以测量食品包、尿袋和冷凝水箱等，已成为继美国和俄罗斯之后第三个能在太空中测体重的国家。
此外，舱内情景照明可由手机APP控制。舱内手机主要用于在轨航天员之间的通话和天地通话；核心舱还配了天地视频通话设备，可以实现与地面的双向视频通话；此外，也有可以支持航天员收发电子邮件的测控通信网和相关设备。中国的“太空之家”真是太舒适、太便利了！
资源舱是非密封舱，为空间站提供电力、推进燃料等必需资源。末端接口用于对接“天舟”货运飞船，以接收太空快递。
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