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出品:科普中国

制作:李会超(哈尔滨工业大学(深圳))

监制:中国科学院盘算机 *** 信息中央

凭证中国载人航天工程办公室宣布的新闻,我国空间站的焦点舱“天和”号与与长征五号B遥二运载火箭组合体已转运至发射区,正在举行发射前的准备事情。

中国空间站天和焦点舱器箭组合体转运至发射区(图片泉源见水印)

回首人类的航天史,当把人类送入太空还处于看法和想象中时,齐奥尔科夫斯基、冯・布劳恩等航天界的先驱们就已经提出了空间站的设想。从外洋载人航天手艺的生长历程看,发射和运行大型空间站,让航天员在太空与地面间穿梭成为一样平常,是载人航天手艺走向成熟的标志。

从2003年神舟五号首次将中国航天员送入太空至今,在18年的岁月中,我国的载人航天工程已经乐成举行了载人飞船和短期空间实验室的发射和运行,完成了1992年中央批准立项时提出的“三步走”设计中的前两步,即将迈向自己的“成人礼”――建设耐久有人驻留的大型空间站。

为什么各国纷纷要建空间站?别急,看完这篇,你就知道了。

具有军事化色彩的空间站

在上世纪六十年月初美苏刚刚掌握载人航天手艺时,就提出了各自的空间站设计。除了在宣传上占有先机、显示自己国家手艺实力的壮大外,那时两国设计的空间站还带有强烈的军事色彩。

苏联早期的军用空间站使用了“礼炮”的名称,甚至还将一门机炮安装到了礼炮3号空间站上,在没有航天员驻留时,在太空中真的鸣响了“礼炮”,举行了一次实弹射击试验。

美国也曾经提出过MOL项目,通过航天员的在轨操作来监视苏联的军事动态。由于那时美国尚未掌握交会对接手艺,因此MOL设想对双子星飞船举行改善,将航天员直接放入空间站内发射到太空中,完成一个月的侦查义务后返回。

礼炮3号同款机炮 (泉源: russianspaceweb.com)

不外在之后,无人侦查卫星的生长使得空间站的军事功效变得越来越没有需要。

在空间站工程手艺生长的同时,空间站存在的目的和执行的主要义务也逐步回归了航天先驱们的“初心”:人类飞往深空的前哨站,人类在太空中的大型科学实验平台。

身兼数职的空间站

若是航天员要乘坐飞船去往火星,要在太空中渡过数以年计的时间。在航行历程中,航天员们将耐久处于失重状态,心理和心理还受到林林总总晦气因素的袭击。一切在地球上习以为常的生涯方式都要发生改变,甚至包罗上茅厕――在美剧《生涯大爆炸》中,工程师霍华德就为此举行了不太乐成的事情。而当霍华德真的进入太空后,种种压力与焦虑使他近乎溃逃。

《生涯大爆炸》中国际空间站31远征队成员霍华德(图片泉源:《生涯大爆炸》,剧情为虚构)

进入太空也许是每小我私人求之不得的事情,但耐久呆在太空中可能并不是一件十分轻松的事情。未来,要让航天员愉快恬静的完成火星之旅,我们必须先搞清晰长时间的太空航行事实会对人体发生怎样的影响。

2019年,一篇揭晓在《科学讲述》(Scientific Reports)上的论文发现,当航天员在太空中生涯久了之后,航天员身体上的微生物群落情形也会响应地发生转变。更有趣的是,一旦结伴去了太空,航天员小同伴们肠道中的细菌的种类和组分会变得越来越一致。

去年,美国科学家对完发展时间航天航行的航天员大脑举行了核磁共振扫描剖析,发现航天员们的大脑的体积有所膨胀,某些结构的形状还发生了改变。

国际空间站 (泉源:NASA)

这两项研究是耐久太空航行效应研究的一个缩影,而研究工具都是曾经在国际空间站上事情的航天员。现在,国际空间站是唯逐一个可供航天员耐久驻留太空的航天器,航天员在空间站上的平均事情时间约莫为6个月。

除了考察太空航行对人的影响外,空间站还可以测试未来可能用于太空航行的种种手艺装备。

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现在,正在空间站上使用的ECLSS系统可以将种种使用过的水,甚至是航天员的尿液举行搜集处置,并再次发生清洁的、可供饮用的水。手艺职员们希望这个系统在国际空间站上测试改善后,未来能够用到火星上。

固然,耐久“喝尿”会不会让航天员心理溃逃,可能也是需要研究的课题之一。

空间站也有望成为航天器飞向深空或下降行星前的中转站。美国正在设计建设的“深空门户”月球轨道空间站,就将在未来肩负起这一职能。

总之,人类若是想亲自飞往更遥远的太空,空间站一定是第一站。

虽然空间站运行在低地球轨道上,与地面的距离不外几百公里,相比于月球火星等天体与地球的距离,显得“近在咫尺”。然则这里已经进入了太空,可以获得微重力环境,也就是我们俗称的“失重”环境。这种在地面上难以长时间获得的稀奇环境,让空间站成为了理想的科学实验平台。

好比说,在太空中,原子团由于重力的消逝会获得差其余运动形态,科学家们可以行使这一转变,在空间实验室中对加倍准确的冷原子钟举行试验。原子钟是北斗等卫星定位系统的焦点元件,高精度的原子钟未来有望让卫星定位变得加倍准确。

同时,由于重力的“消逝”,再也不会有“水往低处流”的征象,可以对流体力学问题睁开新的研究。

而脱离了大气层的阻挡和滋扰,观察仪器还可以吸收到伽马波段的天体辐射信号。伽马射线虽然对人体有害,但却携带了宇宙中最猛烈的发作征象的信息,通过伽马波段的观察,科学家们可以领会黑洞和中子星等天体转变的纪律,以及太阳耀斑发生的纪律。在太空中培育农作物,不只可以为未来在月球或者火星种菜做一些探索,还能对重力影响植物生长的情形作出研究。

以上这些实验内容,都已经在“天宫二号”空间实验室开展过。作为我国大型空间站的“初代型号”,在轨运行时代,天宫二号已经显示出了作为太空稳固大型实验平台的优势。

实在,在航天飞机尚未退役的年月,类似的实验还可以通过航天飞机货舱中安置的SpaceLab实验舱来完成,我国的实践十号返回式卫星,也是一个理想的空间微重力实验平台。

然而,航天飞机和返回式卫星在太空停留的时间无法和空间站相提并论,无法举行耐久连续的实验。而卫星中的实验装置不只体积规模受限,还无法由航天员操作完成一些庞大的操作。

从国际空间站二十年来运行的情形看,其搭载的科学实验不只发生了不少重大的科学发现,还“反哺”了地球,将不少功效应用到了国计民生中。

建成后的中国空间站 (泉源:参考内容1)

未来,在我国的大型空间站完成建设后,将有两个专门的实验舱承载科学实验设施,开展规模更大、加倍厚实的科学实验,中国科学院空间应用工程与手艺中央等多家科研单元在其中将饰演主要角色。

在设计的十余年运行时代,获得的实验样品可以由航天员在返回地球时捎带回地面,新的实验装备也可以由货运飞船上送到空间站中,不停为我国的科学研究产出新的功效。

此外,对于国际上愿意和我们互助的国家,我们不只可以将外洋的实验装置载入我国的空间站举行实验,还能够在空间站规模扩大时直接融入外洋研制的相符我国空间站尺度的舱段。

下一代航天人的启明星

2013年6月天宫一号义务时代,航天员王亚平在太空举行了我国首次太空授课。那时听讲的中小学生,可能有不少都已经进入了大学,有些可能正在航天和空间科学相关的专业学习,将要成为未来航天生长的主力军。

王亚平正在举行太空授课 (泉源:中国载人航天工程网)

当我国的空间站建成后,太空授课的频率可能大幅增添,说不定孩子们每个学期都能体验,考察空间站划住宿空时的场景也可能会成为不少学校课外流动的选项。

仰面看,空间站在那里,我们的航天员在那里。能够凝聚下一代瞻仰太空的眼光,使他们由衷地为我们这个壮大而进取的国家感应自豪,并启示他们取得更新颖的科学发现、缔造更先进的工程手艺,除了实着实在的利益,这可能是建设空间站更大的意义。

参考文献:

[1]周建平.我国空间站工程总体构想[J].载人航天,2013,19(02):1-10.

[2] Voorhies, A.A., Mark Ott, C., Mehta, S. et al. Study of the impact of long-duration space missions at the International Space Station on the astronaut microbiome. Sci Rep 9, 9911 (2019)

[3] MRI reveals long-term effects of space travel on the brain, https://physicsworld.com/a/mri-reveals-long-term-effects-of-space-travel-on-the-brain/

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