中國2020大型空間構型圖，根據目前規劃，2020大型空間站由1個(gè)核心艙、2個(gè)實(shí)驗艙組成，加上神舟載人飛船及貨運飛船，共5個(gè)模塊。
在先后掌握了載人飛船和貨運飛船、空間對接與航天器長(cháng)時(shí)間自主運行、航天員中期駐留等技術(shù)后，中國將在2017年以后開(kāi)展大型、長(cháng)期有人照料的空間站的建設工作，預計2020~2022年建成。但目前沒(méi)有對2020大型空間站計劃的詳細介紹，官方只公布一些簡(jiǎn)單的介紹。
由1個(gè)核心艙、2個(gè)實(shí)驗艙組成
空間站主要艙段將使用新一代的長(cháng)征五號運載火箭發(fā)射，因此質(zhì)量限制大為放寬，空間站將由1個(gè)21噸核心艙和2個(gè)20噸級實(shí)驗艙組成，總發(fā)射重量超過(guò)60噸?？臻g站核心艙長(cháng)18.1米、最大直徑4.2米，分為節點(diǎn)艙、生活控制艙和資源艙，是航天員的主要活動(dòng)場(chǎng)所，也是空間站的管理控制中心。核心艙的節點(diǎn)艙段擁有5個(gè)對接口，用于對接實(shí)驗艙和載人飛船，是空間站的聯(lián)系樞紐，另外在資源艙尾部還有一個(gè)對接口，用于對接貨運飛船。兩個(gè)實(shí)驗艙長(cháng)度均為14.4米最大直徑4.2米，是開(kāi)展空間實(shí)驗的主要艙所，也可供航天員臨時(shí)生活，其中實(shí)驗艙I還有部分控制功能。
各艙段具備自主飛行能力
類(lèi)似于蘇聯(lián)的和平號空間站，中國的空間站各個(gè)艙段均為獨立的航天器，具備自主飛行能力，這種設計增加了艙段本身的設計制造成本，從技術(shù)上說(shuō)要遜色于國際空間站的設計。國際空間站俄羅斯的主要艙段具備自主飛行能力，但美國、歐洲和日本的艙段使用航天飛機運輸并交大型機械臂安裝，本身沒(méi)有自主飛行能力。美國設計的CBM通用對接機構也更為簡(jiǎn)單，省去了自主飛行控制和精密對接機構的成本。不過(guò)從另一方面來(lái)說(shuō)，具有自主飛行能力的航天器艙段雖然設計制造上較為復雜和昂貴，但避免了使用航天飛機這種復雜而昂貴的天地運輸工具，降低了整體的建設成本。
人類(lèi)三個(gè)大型空間站對比
前蘇聯(lián)和平號空間站擁有量子1號和量子2號、晶體、光學(xué)和自然艙共5個(gè)功能艙，外加核心艙總質(zhì)量月130噸，是中國未來(lái)空間站的2倍。
國際空間站擁有15個(gè)加壓艙段，外加桁架、4個(gè)大型太陽(yáng)能電池翼以及其他設備總質(zhì)量達到了空前的400噸以上。
人類(lèi)歷史上前后有前蘇聯(lián)和平號空間站、國際空間站兩個(gè)大型、長(cháng)期有人照料的空間站。
前蘇聯(lián)和平號空間站
和平號空間站是前蘇聯(lián)載人航天的巔峰之作，擁有量子1號和量子2號、晶體、光學(xué)和自然艙共5個(gè)功能艙，外加核心艙總質(zhì)量約130噸，是中國未來(lái)空間站的2倍。但由于和平號使用較老的多艙空間站設計，布設太陽(yáng)能電池翼上存在諸多不便，致使電力供應從來(lái)沒(méi)能滿(mǎn)足實(shí)驗艙的需求。
為此，蘇聯(lián)解體前設計了和平2號空間站，與此同時(shí)，美國也開(kāi)始規劃自由號空間站（后被國際空間站取代）。兩者都是航天飛機建設的大型桁架式空間站，通過(guò)大型桁架充分滿(mǎn)足電力供應和非加壓載荷的掛載需求。
國際空間站
前蘇聯(lián)解體后，此前美蘇的太空爭霸轉變?yōu)楹献?，美俄決定聯(lián)合建造國際空間站，同樣使用桁架式空間站設計。國際空間站規模龐大技術(shù)先進(jìn)，不過(guò)整個(gè)系統也極為復雜并且建設極為依賴(lài)美國航天飛機。國際空間站擁有15個(gè)加壓艙段，外加桁架、4個(gè)大型太陽(yáng)能電池翼以及其他設備總質(zhì)量達到了空前的400噸以上。國際空間站具有分屬美、俄、歐、日的4個(gè)大型試驗艙，可以滿(mǎn)足各類(lèi)空間科學(xué)、天文與對地觀(guān)測以及空間生命科學(xué)和航天醫學(xué)需求。
中國未來(lái)空間站屬于“小字輩”
中國在2020年前后建成的大型空間站核心艙和兩個(gè)試驗艙總計約60多噸，加上1艘8噸級的神舟飛船和1艘13噸級的貨運飛船也不過(guò)是80多噸，這個(gè)質(zhì)量不僅小于目前400多噸的國際空間站，也小于早已再入墜毀的約130噸的和平號空間站，甚至不如美國當年的空間實(shí)驗室重。
盡管在規模上有所不足，不過(guò)中國空間站艙段性能上并不遜色。而且中國的空間站僅需要長(cháng)征五號發(fā)射3次即可完成基本建設，不會(huì )陷入國際空間站那樣早期10年大多數時(shí)間用于建設空間站以至于空間科研成果聊聊的尷尬。對比國際空間站的規模，中國自主建設獨立運行的空間站上兩個(gè)實(shí)驗艙足以滿(mǎn)足多數空間科學(xué)實(shí)驗的需求。未來(lái)中國多項空間科學(xué)尤其是天文觀(guān)測項目將以空間站為載體實(shí)施。
波音747-400客機、國際空間站、和平號空間站與中國規劃中的未來(lái)空間站同比例比較。大型復合式空間站功能全面，同時(shí)也意味著(zhù)建造開(kāi)支、周期與風(fēng)險的成倍增加。和平號空間站經(jīng)歷蘇聯(lián)解體風(fēng)波，歷時(shí)10年方才完工，國際空間站則經(jīng)歷了更多的拖沓，兩者實(shí)際工程進(jìn)度都比最初預計落后嚴重。但中國未來(lái)空間站則相對簡(jiǎn)單，僅需3次發(fā)射即可完成建設，貫徹了經(jīng)濟至上的原則。
中國空間科學(xué)研究水平較為落后
中國航天工業(yè)最早也是起源于東風(fēng)4號、東風(fēng)5號遠程、洲際導彈的研制。圖為早期長(cháng)征2號運載火箭發(fā)射，這枚長(cháng)征2號火箭箭體直接采用東風(fēng)5號洲際導彈，而此時(shí)東風(fēng)5號尚未完成研制。
空間站的主要作用是基礎科學(xué)研究
在談到載人航天工程時(shí)，有一點(diǎn)是常常為人所忽略的，這就是我們建造空間站、發(fā)射載人飛船的目的究竟是什么？
在載人航天發(fā)展之初，軍用是首要目的，美國和前蘇聯(lián)都曾設想過(guò)或實(shí)際應用過(guò)載人飛船進(jìn)行對地成像、電子偵察。但隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，照相和電子偵察及其它軍用航天任務(wù)都可以由無(wú)人衛星去完成，載人航天逐漸演變成美蘇之間展示國力的政治性競爭。在前蘇聯(lián)解體后，美蘇合作建設國際空間站，載人航天的主要目的已轉變?yōu)榛A科學(xué)性質(zhì)的空間科學(xué)研究，主要是在空間站上進(jìn)行前沿的空間科學(xué)實(shí)驗。
中國空間科學(xué)研究水平較為落后
說(shuō)到空間站項目的實(shí)際科學(xué)應用，中國空間科研的落后和能力的匱乏是無(wú)需諱言的。中國工業(yè)基礎薄弱工業(yè)水平較低，自身工業(yè)發(fā)展缺乏發(fā)展高端基礎科研的需求。這種形勢下中國缺乏對基礎科學(xué)研究的投入，同時(shí)長(cháng)期以來(lái)缺乏對基礎科研價(jià)值的認識?？臻g科學(xué)研究作為耗資巨大而收效緩慢的領(lǐng)域很難得到投資。
載人航天項目開(kāi)始前，中國利用少數衛星進(jìn)行了空間環(huán)境探測，如空間物理探測的實(shí)踐一號和實(shí)踐四號。此外還利用返回式衛星進(jìn)行了空間生命科學(xué)、空間材料科學(xué)、空間微重力科學(xué)、航天新技術(shù)等一系列實(shí)驗，但多為返回式衛星的富余能力搭載、規模有限。在空間天文上，第一顆專(zhuān)用天文衛星硬X射線(xiàn)調制望遠鏡提出十多年但命運多舛直到今年才立項?？梢哉f(shuō)中國空間科學(xué)研究不論是空間環(huán)境探測還是空間天文，或是微重力條件下的空間材料、空間生命和航天醫學(xué)的研究上，對比發(fā)達國家都相對落后，尤其是相關(guān)載荷設備的技術(shù)水平有很大差距。
中國空間科學(xué)在人員上也有很大缺口，2007年國防科工委系統工程一司副司長(cháng)張偉接受訪(fǎng)談時(shí)提到“空間科學(xué)研究人員數百人，與國外相比，隊伍規模明顯偏小”。
中國航天工業(yè)首要滿(mǎn)足國防需求
制約中國空間科研發(fā)展的另一個(gè)障礙是中國航天工業(yè)曾長(cháng)期由國防部門(mén)分管，長(cháng)期以來(lái)主要滿(mǎn)足第二炮兵的需求，一直到現在航天工業(yè)首要的目標也是滿(mǎn)足國防需求，對軍事任務(wù)毫無(wú)關(guān)系的空間科研項目興趣寥寥。而進(jìn)行科研的中科院等系統本身資金有限而且更傾向投入自己掌握的項目，因此中國空間科研的落后也就不足為奇了。
空間站為中國空間科學(xué)發(fā)展帶來(lái)契機
神舟三號搭載的空間材料多工位晶體生長(cháng)爐，開(kāi)展了二元/三元半導體材料、金屬/非金屬合金及非晶合金材料制備及其相關(guān)工藝的研究，為開(kāi)發(fā)新型材料提供了理論依據。
神舟、天宮擁有更好的搭載能力
載人航天工程的啟動(dòng)，為中國追空間科學(xué)研究趕發(fā)達國家先進(jìn)水平提供了一個(gè)很好的契機，因為載人飛船、空間實(shí)驗室比起返回式衛星有著(zhù)更好的搭載能力。在神舟一號到神州六號飛船任務(wù)期間，中國以空間探測和空間科學(xué)實(shí)驗為中心開(kāi)展了數十項科學(xué)課題研究，進(jìn)行了以高層大氣為主的空間環(huán)境探測，對地觀(guān)測、空間天文觀(guān)測，還進(jìn)行了以空間材料科學(xué)、空間生命科學(xué)和微重力流體物理學(xué)為主的數十項課題研究。
神舟二號的γ射線(xiàn)探測、神舟三號的多工位晶體生長(cháng)爐、神舟四號的微重力流體物理實(shí)驗室都取得了不錯的成果。神舟七號任務(wù)期間除了進(jìn)行了出艙行走，還進(jìn)行了伴星一號飛行實(shí)驗和固體潤滑材料空間暴露試驗?？梢哉f(shuō)，載人航天中的空間科學(xué)實(shí)驗擴展了中國空間科研范圍，提升了空間科研水平。
另外，神舟八號飛船任務(wù)中還將包括中國載人航天項目的第一個(gè)國際合作項目SIMBOX，這個(gè)空間微重力生命科學(xué)實(shí)驗項目里中德科學(xué)家合作將進(jìn)行17項實(shí)驗，天宮二號任務(wù)期間還將進(jìn)行國際合作的POLAR探測項目，用于γ射線(xiàn)偏振測量。中國在航天領(lǐng)域的優(yōu)勢是載人飛船、運載火箭等航天器技術(shù)較為成熟，并有較為充裕的資金保障。所以，利用航天器平臺優(yōu)勢來(lái)展開(kāi)國際合作，是提升國內空間科學(xué)研究水平的一條捷徑。
由于外太空輻射強烈、溫差變化激烈，航天器結構老化速度很快，所以國際空間站計劃于2020年退役。
國際空間站退役為中國帶來(lái)契機
受政治因素影響，美國一直拒絕中國參與國際空間站項目，空間科學(xué)項目對外交流合作也受到限制。但國際空間站將在2020年退役，中國未來(lái)空間站卻計劃于2020年建成，這一時(shí)間上的巧合也帶來(lái)了契機。
美國在布什總統時(shí)代曾決定2014年左右放棄國際空間站，而國際空間站要到2011~2012年才能建成，屆時(shí)歐洲和日本的實(shí)驗艙只使用了幾分之一的設計壽命而已，更不要說(shuō)他們發(fā)展的貨運飛船無(wú)處可去?，F任美國總統奧巴馬因此決定延長(cháng)國際空間站壽命到2020年，但這個(gè)時(shí)間點(diǎn)恰好與日本和歐洲設想的首次載人飛船發(fā)射時(shí)間沖突，歐日的載人飛船以后飛向何處去，將是個(gè)有趣的話(huà)題。
不管?chē)H空間站是否進(jìn)一步延壽到2025甚至2028年，由于艙體的老化，中國2020年后建立的空間站都將是一個(gè)很有競爭力的空間科學(xué)研究平臺。在手握核心資源的條件下，中國可以進(jìn)行更廣泛的國際合作，在合作中也將得到更多的實(shí)際利益，神舟八號的SIMBOX項目將是中國載人航天工程國際合作的開(kāi)端。
結語(yǔ)
中國運載火箭專(zhuān)家、工程院院士龍樂(lè )豪在接受采訪(fǎng)時(shí)曾表示，中國航天戰略發(fā)展的原則是安全第一、可靠為要、經(jīng)濟至上，航天發(fā)展要具備可持續性?？梢哉f(shuō)，中國載人航天工程很好地貫徹了這些原則。
按照目前規劃，中國2020大型空間站僅有3個(gè)艙段，總發(fā)射質(zhì)量60多噸，與目前總發(fā)射質(zhì)量400多噸的國際空間站相比，實(shí)屬小字輩，甚至不如前蘇聯(lián)在上世紀90年代建成的和平號空間站。但中國的空間科學(xué)研究水平較為落后，目前來(lái)看，60噸級的空間站是夠用的。在國際空間站退役后，中國空間科學(xué)將迎來(lái)很好的國際合作契機，未來(lái)再發(fā)展出一個(gè)規模適度、注重應用的載人航天系統是可以期待的。（文/張雪松 黃治茂）
天宮尋夢(mèng)系列策劃專(zhuān)題
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