空间站为什么不掉下来(空间站为什么不会飘走)

中国空间站属于什么水平,为什么国际空间站里不曾有中国宇航员?

图注:神舟十二号

昨天,中国的天和核心舱迎来了第一批客人,聂海胜、刘伯明、汤洪波算是未来中国空间站的第一批访客。

不出意外的话,到了2022年底,中国空间站将正式投入运营,我们将成为第三个拥有自己空间站的国家。

在航天技术方面,我们好像和“第三”有解不开的情结,2003年成为第三个自主实现载人航天的国家,2020年我们是第三个从月球采样回来的国家,2021年我们是第三个着陆火星的国家……

这样的“第三”数不胜数,因为我们的前面有两座大山——美国和俄罗斯,那么就现在的航天技术而言,我们处在什么水平,和两座大山还有多大差距呢?

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图注:国际空间站

我们的空间站什么水平

我们知道,空间科学研究,开发空间等都离不开空间平台,这是我们需要搭建一个空间站的原因。

关于空间站最出名的可能是国际空间站,说它是人类最伟大建筑之一一点不为过,它是由美国和俄罗斯(主要是美国)主导,总共16个国家共同参与搭建的超级项目。

国际空间站的长度达到110米,宽度88米,差不多有两个足球场那么大,总重量超过400吨。

国际空间站被称为第四代空间站,是人类有史以来最复杂的空间站结构。

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图注:空间站级别和特点

​在国际空间站之前,其实人类空间站的主要贡献者是苏联,从礼炮1号到7号,再到和平号,从第一代空间站一直建到第三代空间站。

而美国方面,真正属于他们自己的只有一个天空实验室空间站,而且是一个相对简单的第一代空间站。

而我们中国的天宫空间站属于第三代空间站,其复杂程度,以及结构上和苏联的和平号空间站差不多。

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图注:和平号空间站

​和平号的重量是129.7吨,我们中国的空间站预计会达到90吨,其实任何太空项目,你越重意味着你越贵,技术水平越高,所以和平号应该还要略优于天宫空间站。

但就时间上而言,我们比和平号晚太长时间了,和平号空间站首个模块是在1986年2月19日发射升空的,而中国空间站的核心舱是在今年4月29号才发射成功。

好在我们预计的搭建时间要比和平号短很多,和平号首个模块发射到投入运营总共花了10年时间,而我们的预计时间是不到两年(2022年底投入运营)。

其实,我们之所以能够快速搭建空间站,很大程度上是站在巨人的肩膀上了。

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图注:中国的天宫空间站

​这里涉及到一个“交会对接”技术,苏联最早发射空间站的时候,连计算机都没有,纯靠模拟技术,结果就是他们的失败率很高。

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​​而我们可以运用现代技术,特别是信息和电子技术方面,这可以大大增加我们的成功率,这是一个原因。

另外,你会发现其实我们做太空事业,很多都非常节约成本,比如去往火星的天问一号,它一口气就完成 “绕、着、巡”三步,还有探月计划,也是快速完成取样。

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​​这是因为我们的太空方面现在是处于拼命追赶阶段,所以我们的许多太空任务都是“先有了”再说,而不是说把这些技术做到多完美。

换句话说,我们的空间站在技术水平上比起苏联和美国可能还是有一定距离的,但拥有空间站,而且是第三代空间站,已经很了不起了。

其实,我们也确实只要一个第三代空间站就够了,这是一个性价比最高的建设方案,它已经完全符合我们实验需求,以及其它所有标准了。

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运载火箭是硬性要求

说到空间站的水平,其实还有一个硬性要求,那就是运载火箭。

如果我们想比较自己空间站在什么水平的话,那就必须了解自己的火箭处于什么水平,因为你要把更重、更复杂的东西送上太空,需要更好的火箭。

在火箭这一点上,有一个说法是,美俄属于第一梯队,中日欧属于第二梯队,印度和其他一些国家属于第三梯队。

估计很多印度人认为自己的火箭比我们强,其实很多印度现在做的东西都是我们十年前玩过的,不过我们确实也有点像在做美俄玩剩的东西。

但是和日本相比我们可能还稍有落后(个人认为),原因也很简单,我们的目标是做到“大而全”,要保证什么都有,而日本则不同,它们只专心做火箭,其它技术靠别的国家支持。

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图注:火箭对比,长征五号在倒数第五位

​​这次天宫空间站项目的主要运载火箭是长征五号,它的近地轨道运载能力大约为25吨,要运往更高的地方承载能力就越差,到了同步轨道长征五号运载能力只有14吨。

然而,我们是在2016年的时候才第一次发射了长征五号。

其实,在过去的是二三十年美俄的运载火箭也基本在这个“重量级”(20-30吨之间),因为这个运载能力的性价比是最高的。

不过美国在1960年的时候就第一次发射了著名的五星五号火箭,它的近地轨道运载能力是惊人的120吨。

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图注:超重型火箭

​像土星五号这样的火箭被称为超重型火箭,我们可能要到2030年的时候才会拥有,它就是长征九号,它的近地轨道运载能力会达到140吨。

估计到了2030年,我们的水平才真正能够谈挤进国际领先水平行列吧。

其实,这么分析下来的话,我们的总体航天水平并不算太弱,但是有一个非常奇怪的事实,现在的国际空间站从来没有出现过中国人的身影。

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图注:国际空间站地位游客丹尼斯·蒂托(左)

为什么国际空间站没有中国人?

最直接的回答是:我们没有参与国际空间站项目。

至于为什么我们没有参加,这个说法就太多了,老实说,我看了很多资料,没有一个官方的说法,我只能把自己认为最合理的解释分享出来。

去往国际空间站的技术门槛到底能有多高呢?

肯定不会太高,因为美国都可以让普通老百姓参与,在所有国际空间站访客中有6名是去旅游的。

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图注:王亚平太空授课

​所以很多人比较熟悉这样的桥段,我们本来想要参加国际空间站项目的,但是美国从中作梗、百般阻挠,最终我们被拒之门外。

这个说法不无道理,因为2011年的时候,美国从法律层面拒绝了任何中国国籍的人进入国际空间(这个是唯一能查到的),理由是我们的参与可能影响他们的国土安全。

不过,在此之前(2011年前),其实大家还是欢迎中国加入的,特别是欧盟。只是我们在国际空间站项目成立之初被拒绝过,理由是我们的航天局成立时间短,对空间站能够提供的帮助少。

不过,后面我们的追赶速度远超想象,之所以依然没有进入国际空间站,我想最有可能的原因是我们有自己的计划——搭建属于自己的空间站。

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​最后

在2011年,神舟八号首次完成空间交会对接的时候,载人航天工程总设计师周建平曾说过:美国NASA每年的预算是170亿到180亿美元,有一半用于载人航天,而中国近20年的花费约为350亿元人民币。

其实,我们的花费确实不是很多,航天投入是符合我们的生产水平的,但是我们的发展速度有目共睹,只能用惊人来形容。

虽然,现在我们的航天技术距离“国际一线”还有一定距离,但是确实在快速靠近。

参考资料:

[1] 中国航天在国际上达到了什么水平?杭州日报.2011.10.31

[2] 中国现役最强火箭长征五号,在国际上什么水平?科学辟谣.2019.12.27

[3] Politics of the International Space Station. wikipedia

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