今日发射！

　　原作：AMY SHIRA TEITEL

　　翻译：崔玉静

　　校译：周学云  游小波

　　编排：姚顺仪

　　后台：库特莉亚夫卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳

　　参考链接：

　　https://www.popsci.com/brief-history-space-stations-before-iss/

　　引      言

　　据有关新闻报道，中国空间站“天和”核心舱预计今日发射升空。“天和”核心舱的发射，将正式拉开中国空间站建设的序幕，是中国载人航天史上又一个重要的里程碑。另外，据中国载人航天工程办公室消息，在今明两年内，我国将接续实施11次飞行任务，包括3次空间站舱段发射、4次货运飞船以及4次载人飞船发射，于2022年完成空间站在轨建造，实现中国载人航天工程“三步走”发展战略第三步的任务目标。我们中国人马上要拥有属于自己的真正意义上的空间站了，从此将不再受制于人！同时，有消息称国际空间站已经严重老化，近几年可能就要退役，届时我国的空间站将成为唯一在轨运营的空间站。

　　人类对太空的探索曲折而艰辛，借今天的机会，我们就来一起简要回顾一下人类历史上早期空间站（国际空间站ISS之前）的发展历史（原文主要讲的是美国的历史），或许对我们今天的中国些许借鉴意义。

　　ISS之前的美国空间站简史

　　4月23日，空间站“天和”核心舱与长征五号B遥二运载火箭组合体已转运至发射区。

　　来源：新华社 | 拍摄：郭文彬

　　人类历史上的空间站建设开始于上世纪七十年代，1971年开始，苏联将礼炮系列送入太空，直到1991年，礼炮七号结束使命。1973年，美国发射其第一个空间站——天空实验室，1979年，进入大气层销毁。1986年苏联在礼炮号的基础上打造了和平号空间站，2001年受控进入大气层烧毁。国际空间站是由美国宇航局（NASA）主导，俄罗斯联邦航天局（RFSA）、日本航天局（JAXA）、加拿大太空局（CSA）和欧洲空间局（ESA）等共同建造的空间站项目，由NASA在1993年牵头，16个国家共同参与，于1998年开始建造，2006年正式运行至今。

　　早在阿波罗（Apollo）宇航员在月球上行走的一个世纪之前，科幻小说就已经告诉公众未来将会有月球前哨站，并绕地球高空飞行。在随后的几十年中，这些最早的空间站概念演变成可以向月球和火星发射载人飞行任务的轨道平台。NASA成立之后，重拾科幻小说家的梦想，在建造今天的国际空间站之前，曾对小说中设想的各种布局和功能的空间站进行了大量研究，从砖月亮到诺登之轮，到充气轮，再到双龙骨空间站等等，科学家和工程师们的不懈努力最终让人类的幻想从小说变成了现实。

　　一、科幻小说中的最早概念

　　诺登之轮

　　奥地利赫尔曼·诺登（Herman Noordung）于1929年提出的环形空间站的概念，它通过旋转产生人造重力。

　　在1869年10月至1870年2月之间，爱德华·埃弗雷特·希尔（Edward Everett Hale）的科幻小说《砖月亮》（The Brick Moon）向《大西洋月刊》的读者介绍了在地球之外生活的幻想。希尔的故事讲述了一个直径200英尺（约61米）的砖球，设计作为海上船只的导航辅助设备绕地球飞行，但是砖月亮意外地载着人进入了轨道。哈尔（Halle）为这个故事写了续集——《砖月里的生活》（Life in the Brick Moon），续集中的人物找到了在新家中生存的方法。他们不仅生活在这个人造卫星中，而且还与地球进行通信，从而将砖月亮变成了通信卫星。

　　五十多年之后，罗马尼亚火箭先驱赫尔曼·奥伯特（Hermann Oberth）创造了“空间站”一词。他在1923年撰写的论文中设想了一个绕地球轨道运行的平台，该平台将成为执行月球和火星任务的起点。这个想法得到了奥地利人赫尔曼·诺登的认可，他于1928年发布了一个空间站的蓝图，该空间站由多个模块组成，每个模块都有其独特的功能。

　　奥伯特和诺登都幻想他们的空间站将由大型火箭发射，而美国工程师罗伯特·戈达德（Robert Goddard）正在大力发展这些火箭。戈达德是率先成功进行液体燃料推进实验的人之一，其反应力远强于当时流行的黑火药火箭。同期，在德国一个名为太空旅行学会（Verein für Raumschiffahrt）的业余火箭小组在液体燃料火箭方面的研究也取得了一定的成功。1932年，该学会的一名成员沃纳·冯·布劳恩（Wernher von Braun）被德国陆军选中，为军队研制液体火箭。

　　冯·布劳恩的空间站

　　冯·布劳恩在华特迪士尼（Walt Disney）的《明日世界》（Tomorrowland）电视节目中展示了他的环形空间站构想。

　　第二次世界大战之前和期间，来自德意志帝国的军事资助使早期导弹技术日趋成熟，到战争结束时，冯·布劳恩的团队手握V-2导弹技术，美国和苏联科学家都采用了这项技术，但1945年，大部分剩余的硬件和主要团队成员移居了美国，这其中就包括冯·布劳恩，不久之后他就在简历中加入了“太空飞行普及者”的称号。

　　通过与《科利尔杂志》（Collier's Magazine）和华特迪士尼合作制作的《明日世界》电视节目，冯·布劳恩向公众展示了他对环形空间站的构想，该轨道平台将成为地球观测站、微重力实验室以及天文台，这也将是执行月球和火星任务的起点，为人类探索内太阳系奠基。

　　NASA的充气轮

　　美国宇航局在1960年代初期研究了充气环形空间站。

　　二、新航天局的空间站

　　这些具有未来主义意义的空间站概念从1958年NASA被重组创立后开始逐渐变为现实，创立NASA目的是管理所有的太空飞行项目，其首要目标是赶在苏联之前让一名美国宇航员进入太空，伴随着对这个目标的期望，1959年，NASA已经在考虑第二个项目了——建立空间站，这将有助于NASA学会如何在太空中生活和工作，然后再作为载人登月任务的起点。但是，美国在与苏联的第一场太空竞赛的交锋中失败了，前苏联宇航员尤里·加加林成为第一个进入太空的人类，打破了美国的长期规划。约翰·肯尼迪总统充分考虑了美国在太空中可能采取的所有后续措施，并最终确定大力发展登月任务，他认为其比空间站能更好地展示技术上的主导地位。

　　在整个1960年代，NASA虽然一直专注于登月目标，但从来没有真正放弃空间站。在对阿波罗计划的高额资助以及国家对太空飞行日益增长的兴趣的刺激下，为了给载人探月提供一个前哨站，空间站建造计划又提上了日程。

　　太空基地

　　1969年，NASA提出了一个可容纳100人的太空站的设想，称为太空基地。它的设计初衷是作为实验室和太空生活区，可以兼作核动力太空拖船的母港，从而将宇航员运送到月球。

　　1969年，NASA提出了一个可容纳100人的太空站，称为太空基地。这个想法的目的是建立一个平台，该平台可以用作科学和微重力（由企业赞助）实验室，以及用作运送宇航员往返月球前哨基地的核动力拖船的母港。原定于1975年完成轨道组装的NASA很快就意识到，使用一次性火箭（例如将阿波罗号发射到月球的土星号系列火箭），其建造和发射的成本将超过空间站本身的建造成本，唯一的解决办法是设计可重复使用的运载工具，这就是后来的太空运输系统，通俗地说就是航天飞机。

　　但是航天飞机是后话了。当时，NASA从三个被取消的登月任务中获得了多余的阿波罗硬件，并选择将其转变为一个名为“天空实验室”（Skylab）的短期空间站计划。该站本身是经过改建的S-IVB上层结构，于1973年5月搭载最后的土星五号发射。随后的一年，天空实验室接待了三组共九名宇航员，最终证明人类不仅可以在太空中生活和工作，也可以在大规模的轨道建设中发挥作用。天空实验室的第一批乘组人员进行了紧急出舱行走，成功释放了被卡住的太阳能电池板，从而拯救了空间站。

　　天空实验室

　　“天空实验室”是美国的第一个空间站。它于1973年发射升空，在被废弃之前，曾经接待了三组九名宇航员。它于1979年重返大气层并坠毁。

　　“天空实验室”从未打算成为长期的空间站，所以不具备加油、补给和变轨能力。在1974年2月最后一批宇航员离开后，该站被废弃了，其轨道也开始逐步降低。之后NASA曾短暂考虑过使用航天飞机的轨道器将其提升到更高的轨道并重新访问它，但太阳活动的增强扩展了地球大气层，使得上层大气对空间站的阻力远超过预期，NASA根本无法及时准备航天飞机。1979年7月，天空实验室在澳大利亚西部重返地球大气层并坠毁。

　　三、真正空间站的开端

　　随着“天空实验室”计划的展开，NASA推出了可重复使用的航天飞机，有助于建造和维护长期运行的空间站。但是，NASA最初设想的项目由于其在阿波罗后的预算缩减而显得过于雄心勃勃。1970年代初期的经济、政治、社会和文化景象再也无法支撑另一个与阿波罗计划同等规模的项目。NASA被迫在空间站或建造它的运载工具之间进行选择，后者获胜，NASA研发了航天飞机，空间站建造被搁置。

　　由于空间站的前途未卜，NASA开始探索与国际合作伙伴共同支付其费用的可能性。1973年，美国和欧洲正式合伙，欧空局将向美国宇航局提供名为太空实验室（Spacelabs）的小型模块，从航天飞机的货舱发射，并作为实验设施在轨道上运行长达三周，为以后的空间站提供概念证明。1983年，STS-9（航天飞机第九次任务，哥伦比亚号第六次任务）将第一个太空实验室发射至太空。

　　四、从梦想到现实

　　里根总统在1984年1月25日发表的国情咨文中，呼吁NASA与国际伙伴合作，在十年内建立一个空间站，这是空间站计划急需的政治支持。在国会的支持和总统正式的授权下，NASA于4月成立了空间站项目办公室（Space Station Program Office），同年秋天向行业领袖发出了提案请求。两年后，日本和欧洲签署了贡献模块的协议，加拿大同意提供机械臂。空间站的布局也随之敲定，采用双龙骨加中央桁架的布局，可容纳主要的生活和工作区以及太阳能电池板。

　　双龙骨空间站

　　NASA的双龙骨空间站布局。

　　但挫折似乎胜过前进的每一步，问题之一便是成本稳步上升。NASA最初计划对三个独立设施（主要的起居空间和两个自动化实验室平台）投资80亿美元，后来才发现简直杯水车薪。挑战者号的灾难也给空间站造成了损失，七名宇航员的死亡引发了人们对安全的担忧，NASA最终决定给空间站上的宇航员提供一些逃生系统。这种强制性的设计更改反过来增加了空间站的重量。

　　自由号

　　这个1991年创作的概念艺术图展示了在地球轨道上运行的自由号空间站。它被设计为月球和火星任务的发射点，同时也为宇航员在太空轨道中生活和工作提供空间。

　　解决方案是用单个桁架设计代替双龙骨布置，并使实验室模块整体更小。这项新设计于1987年完成。里根在1988年给该空间站起了个名字——自由号。

　　五、布什将美国宇航局推上了通往火星的道路

　　1989年7月，就职六个月后，乔治·布什总统试图拥有自己的“肯尼迪时刻”。在纪念阿波罗11号飞行任务20周年的演讲中，他呼吁美国在三十年内再次将人类送上月球，并将宇航员送往火星。他同意将自由号空间站作为这项长期计划的基石。这个计划大约分三步：NASA需立即展开自由号空间站的建设，并将其作为整个1990年代的主要工作；21世纪初恢复登月任务，并建立月球基地；在2010年代末执行载人火星飞行任务，最终目标是在这个红色星球上建立永久性前哨基地。

　　布什发表关于登陆火星的呼吁后，NASA进行了为期90天的研究，以进一步论证该计划的预期时间表、目标和成本。这个想法是为了让自由号与人类登陆火星的计划一起发展。它可以作为轨道试验平台，在那里，NASA将研究出支持长时间深空任务所需的技术，由于宇航员们飞往火星需要在飞船上待长达6个月的时间，空间站将是NASA了解人类在相对安全的近地轨道上在太空中生存的一种方式。

　　宇航员摆渡飞船

　　创作于1989年的概念艺术作品展示了用于在空间站与月球以及可能的火星之间摆渡的航天器。

　　之后的月球任务将在很大程度上依赖于自由号。乘组人员、飞船和补给品将发射到空间站，并在那里装载到摆渡飞行器中。然后，该摆渡飞行器将驶向月球低轨道，在那儿会遇到转运飞行器，该飞行器要么在停泊轨道上等待，要么从月面发射升空以迎接到达的摆渡飞行器。然后，转运飞行器会将乘组人员带到月球表面，而摆渡飞行器将返回自由号进行维护和补给。宇航员们可以在月球上停留长达一年之久，由同一辆往返于自由号和月球之间的摆渡飞行器提供服务。火星任务也有类似的安排。

　　六、从自由号到国际空间站

　　随着1990年代的到来，不断增加的需求使得自由号变得越来越重和复杂。自由号的成本上升至383亿美元，这个数字虽然包括了航天飞机的发射，但与最初的80亿美元的估算值相差甚远。1993年，比尔·克林顿总统呼吁重新设计空间站，以降低成本并引进更多的国际伙伴。在三个重新设计的空间站中，白宫选择了名为α的方案。

　　α方案

　　这张1995年的概念图展示的是α空间站，也就是国际空间站早期版本。

　　α使用了自由号75％的硬件，不久之后俄罗斯就提供了其未飞行的和平2号空间站的零件，以降低总体成本。这个新的空间站发展成为一个比自由号更加强大的空间站。在重新定义的过程中，α获得了“国际空间站”的绰号。NASA的约翰逊航天中心成为该计划背后的牵头部门，波音公司签约成为总承包商。

　　国际空间站的项目始于航天飞机-和平号计划，这是自1975年阿波罗-联盟号测试项目以来美国和俄罗斯的首次合作。1994年2月，宇航员谢尔盖·克里卡列夫（Sergei Krikalev）成为第一位与STS-60乘组人员一起乘坐航天飞机飞行的俄罗斯宇航员。一年后，在STS-63任务中，发现号航天飞机轨道器与和平号在太空相遇。1995年3月，美国宇航员诺曼·萨加德（Norman Thagard）博士与两名宇航员一起登上联盟-TM21号飞船前往和平号，进行了为期三个月的考察。任务结束后，亚特兰蒂斯号轨道飞行器与和平号对接，将乘组人员接回家。1995年11月，执行STS-74任务的亚特兰蒂斯号航天飞机向和平号交付了一个由俄罗斯制造的对接舱，这是第一次向在轨运行的空间站添加一个对接舱。这些航天飞机-和平号的任务使NASA的宇航员首次接触到自太空实验室以来的长期太空飞行，也让两国在合作和建立空间多模块空间站方面获得了宝贵的经验。

　　国际空间站（ISS）于1998年正式形成。11月20日，俄罗斯质子火箭搭载“曙光”号功能舱（Zarya Control Module）发射升空，它是空间站的第一部分，是电池电源和燃料存储单元，后来的模块陆续添加到上面。“团结”号节点舱随后于12月发射升空，1999年5月，“发现”号航天飞机为空间站储备了大量物资，提供了了后勤保障。在2000年5月、7月、9月和10月的四次装配任务中，增加了“星辰”号服务舱，安装了Z1桁架、第三个加压匹配适配器和Ku波段天线。这些任务同时也向空间站运送了物资并进行了维护，它终于为人类进驻做好了准备。

　　国际空间站结构

　　来源：中国航天科技集团 | 制图：郭牧

　　2000年10月30日，联盟号火箭搭载远征一号三名宇航员发射升空，威廉·薛佛、尤里·吉德津科、谢尔盖·克里卡列夫成为首批在国际空间站生活和工作的人。在希尔的故事激发了人们的想象力近一个半世纪后，人类通过不懈地探索和努力，建造空间站的梦想终于得以实现。

『天文时刻』 牧夫出品

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　　上图：网友用游戏坎巴拉太空计划模拟建造的中国天宫号空间站

　　下图：中国空间站的规划结构

　　图片来源：

　　上图：https://bbs.sinofsx.com/forum.php?mod=viewthread&tid=187656

　　下图：https://mil.huanqiu.com/article/9CaKrnK7Z96