新浪航天讯 今年10月27日，中国载人空间站工程正式启动实施。珠海航展上，中国航天展示了空间站模型，令参观者印象深刻。

　　中国国家级空间站尚没有命名，在此称为“国家空间站”。这是中国载人航天921工程第三步规划需要的目标，2020年前发射核心舱和实验舱，在轨组装成载人空间站雏形，随后发射各个舱段与空间站对接、组装，构成国家空间站。规模不超过俄罗斯和平号空间站，遵循适度发展原则，以节约开支。即便如此，国家空间站的规模也很大，结构十分复杂，加上目前披露的信息非常少，对其科普和报道具有是十足的挑战。

　　2016年前，是空间实验室的实施阶段，2016年后才投入空间站建设。空间实验室和空间站是既有联系又有很大区别的两个概念。空间实验室的寿命不大于五年，空间站拥有五到十年的寿命，甚至更长。空间实验室规模较小，对接口少，缺乏扩展能力，空间站至少两个对接口，能同时对接载人飞船和货运飞船、各舱段。航天员在空间实验室短期逗留，最多几十天，而航天员在空间站长期工作，多在百天以上。空间实验室补给物资一次携带，空间站定期利用货运飞船补给。空间实验室携带的各种设备一般一次性使用到寿命，空间站可以多次更换设备和逐步增加设备。航天员在空间实验室展开训练、实验等方面的任务，而空间站航天员还要经常出舱，建设和维修空间站。空间实验室技术难度较少，通常作为空间站技术的实验平台而建造。

　　国家空间站的建设拥有后发优势，可以利用美国、俄罗斯的成功经验，多快好省的完成建设任务。国家空间站借鉴了和平号空间站的建设思路，多舱段对接，灵活布局，而国际空间站拥有巨大的桁架结构，组装出多个功能舱段以后才投入使用，然后积木式搭配更多舱段。国际空间站优势明显，整体规划分批建设，功能齐全，但是建设旷日持久，建设初期的很长一段时间无法使用。国家空间站布局灵活，配置方便，发射初期即可投入使用，但是受舱段功能的限制较多，功能和使用的局限较大。形象的说，建设国际空间象在荒地上建设别墅一样，先将主体建筑如卧房、客厅一起造好，然后再造厨房、车库等建筑。国家空间站在荒田上先建个茅草屋当客厅和卧室，然后在旁边续建茅草屋，这个是厨房，那个是卫生间的不断扩充，其中最重要的是尽快建一栋秦砖汉瓦排场阔绰的客厅，迎接四方宾客。

　　国家空间站拥有一个对接舱，这是空间站结构的核心。对接舱相当于一个万向接头，一个正方体有六个面，每个面都可以设一个接口，六个面可以有六个接口，对接舱外部有六个接口，内部是通道。模型显示舱段占据四个方向，飞船占据两个方向。空间站必须将为神舟载人飞船留一个接口，供航天员往返地球，必须为货运飞船留一个接口，补充空间站物资。空间站还有长期工作的航天员，也需要一艘神舟飞船往返地球，空间站其中一个舱段双向接口，一头与对接舱连接，一头连接神舟飞船。这样，国家空间站拥有1个对接舱，4个功能舱段，2艘神舟飞船，1艘货运飞船。国际空间站3名宇航员配置的时候，拥有1艘待命的联盟号飞船，飞船可以在空间站待命半年。下一艘联盟号飞船访问空间站，可以交换工作人员，或者短期访问后离开，但是返回地球的航天员必须乘坐前一艘飞船离开，将后一艘飞船留在空间站当紧急救生飞船待命。这种使用流程是因为飞船受空间限制，使用寿命只有半年，用轮替方式保证空间站航天员在紧急情况下有救生飞船逃生。国家空间站使用流程应与此相同，将两个接口分配给神舟飞船。货运飞船定期飞抵空间站，需要一个接口，理论上可以使用分配给神舟飞船的接口，但是会给长期使用的计划安排带来很大困扰，应该给一个专用接口。

　　国家空间站的四个功能舱段都是双舱体制，分为实验舱和资源舱。实验舱是短粗的圆柱型，体积、直径比飞船大，由密封的前锥段、柱段和后锥段组成，前端安装一个对接机构。资源舱一方面为轨道机动提供动力，另一方面为飞行提供能源，前部与实验舱固定连接，与实验舱一齐发射上天。圆柱型资源舱直径比实验舱小，比神舟飞船大，前部外表面有三道环状加强筋结构，后部外表面两层环状分布多个推力器喷管，中部有一对太阳能帆板提供电力能源。功能舱段在天宫一号目标飞行器的基础上发展而来，4个功能舱段的外形都有区别，分成两种结构，其中一种是天宫构型，另一种在资源舱后部加长一段，扩大了使用空间，同时将资源舱对称布置的太阳能帆板和推进装置移到增加的后部舱室上。两端都有接口的舱段应该是空间站的“客厅”，或能称为服务舱，这个舱段直径较小的资源舱与对接舱连接，而其它舱段是实验舱与对接舱连接。服务舱另一端连接一艘神舟飞船。

　　长期有人照料空间站必须要有推进装置。美国“天空实验室”轨道高度约435公里，没有轨道维持能力，主要受轨道上稀薄大气造成的阻力影响，6年后坠毁在大气层。空间站如果运行在200-300公里的轨道上，如苏联礼炮号系列空间实验室，每天下降约3公里，寿命只有几个月。在这个轨道高度，维持轨道不变，每天需要消耗15公斤推进剂，两个月就要900公斤推进剂，所以空间站轨道高度都比较高，不选择200-300公里高度。空间站轨道如果比较高，飞船要消耗更多动力才能飞抵，如果轨道位置较低，飞船消耗的动力少，但是空间站轨道维持消耗的推进剂就多。空间站可以设计成从较高轨道机动到较低轨道，迎接载人飞船，逗留一段时间，等航天员轮换完毕，神舟飞船脱离空间站以后，空间站再返回较高位置。国家空间站建站初期可以采用高低轨道切换方式，具备一定规模以后，轨道切换将给任务计划带来严重困扰，应使用较高轨道固定运行方式。根据计算，500公里高度轨道维持，每天仅需要消耗0.35公斤推进剂，国家空间站可能选择这个轨道高度，也可能在400公里以上轨道运行。国际空间站的运行高度是397公里，需要使用现有的和未来的各种运输工具，轨道高度较高会给运输工具的设计带来很多难度，国家空间站运输工具只有载人和载货飞船两种。运输工具人货分离，分别运输，现有的神舟飞船就能节约很多重量，维生消耗物资可以从空间站取得，飞船仅需要携带少量消耗品，有更多重量空间分配给推进系统，可以接受空间站较高的轨道位置。

　　根据计算，航天员每天需要消耗氧气0.8公斤，食物0.7公斤，水8.5公斤，共约10公斤。如果洗涤用水重复回收使用，每天消耗5公斤重量。如果尿液净化处理再循环使用，消耗重量还可以有较多降低。美国航空航天局(NASA)耗费巨资开发了国际空间站的尿液循环利用装置，颇让公众觉得搞笑，但是对航天界来说，这是巨大的技术进步，能够节约空间站维持费用。现在讨论国家空间站货运飞船发射间隔太早，随着技术进步，空间站日常重量消耗可以降低很多。从目前的情况来看，国家空间站需要每两个月补充一次物资，达到货运飞船三个月补充一次物资的频率应该能够有望实现。

　　当然，随着新一代大推力长征五号运载火箭投入使用，开发一种大载重量的新型货运飞船也是可以的。国家空间站模型比较简略，展示的3艘飞船其实都是拥有气闸舱段的神舟，货运飞船存在较大变数。货运飞船疑问带来一系列复杂的技术解释，直接涉及空间站的建造全过程，在此略加说明。国家空间站载人飞船是神舟，货运飞船有两种构思。第一种构思是新研制大载重量货运飞船，其中又分两种。第一种在天宫一号目标飞行器的基础上改为货运飞船，可以携带5.5吨的货物，发射重量13吨，可以使用长征七号运载火箭发射。长征七号是长征2F换用液氧煤油推进剂的型号，研制难度较低，安全性能有望达到长征2F的水平，这是最有可能的方案。第二种是使用长征五号运载火箭，研制更大重量的货运飞船。根据国外情况和国内论证，国家空间站核心舱段重20吨，并且直径在5米以上，长征七号运载能力远远不足，而长征五号低轨道运载能力达到25吨，可以运送核心舱段。可以在核心舱段的基础上改进发展出新型货运飞船，这个方案受长征五号成熟度制约。

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