编者按：《新世纪飞天梦》是中国科学院力学研究所的王柏懿和林烈两位研究员撰写的一部科普小书。它图文并茂，以通俗的语言、严谨的分析和详实的史实，展示了人类不懈追求升空飞天的艰辛历程，说明了各类航天飞行器的基本原理和主要功能，还介绍了航天大师钱学森。承蒙作者的盛意，他们同意以网络书的形式在本网站上发表全书内容。该书主要是为小学高年级和初中的学生们编写的，有些较为专深的相关知识则采用“小贴士”“知识链接”和“你知道吗？”等框图形式在文中给出。 

为什么要建造空间站（之一）

王柏懿

4.1 “探天”研究光靠实验卫星还不够

　　从1957年10月4号苏联发射第一个人造卫星以来，世界各国先后发射了数千颗人造卫星，目前仍然有将近一千颗人造卫星在不同的地球轨道上飞行着、工作着。所以，人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的一种航天器。那么，小朋友们知道它们都在干什么活儿呐？ 

　　和咱们日常生活有密切联系的是“通讯卫星”，凡是和电视转播、远程教育、移动电话、高速网络和卫星通讯有关的服务，都得依靠通讯卫星。咱们天天要知道天气预报，还有台风、海浪、暴雨、洪涝、森林大火等灾害预警，都得依靠“气象卫星”。现在人们出门开车都习惯使用GPS来定位、导航，更不用说铁路、航海、航空等公共交通了，这种全球卫星定位系统就得依靠“导航卫星”。另外，在地球外围还飞着许多的“遥感卫星”，它们能连续地对地球表面某指定地域进行监测，给出有关农业、林业、海洋、国土、环保、气象等情况的数据，其实气象卫星就是其中的一种，此外还有地球卫星（也叫地球资源卫星）、陆地卫星和海洋卫星等等。人们把上面提到的这种为人类服务的卫星，叫做“应用卫星”。 

　　除此之外，还有一大类卫星是为了进行科学研究而发射的，它们携带着各种装备和仪器，穿行于大气层和外层空间，完成科学家设定的各种任务，并返回相应的信息，所以叫做“科学实验卫星”。你问要进行什么样的科学实验吗？这范围可就非常的广泛啦！例如，“天文卫星”就是用来对太阳、月球、行星以致整个宇宙进行观测，还可以进行空间物理环境的探测（像电离层、地磁场、宇宙线等等）。再如，“生物卫星”是研究空间环境条件下生物生命的现象，对象有微生物、植物、动物以及人类本身。还有一些卫星是为了试验新技术的，像2015年发射的“悟空号”就是为了中国科学院的科学家开展暗物质探测研究的，而2016年发射的“墨子号”则是为了中国科学院的科学家开展量子通讯研究的。 

　　此外，从1971年以来，咱们中国成功发射了一系列“实践号”科学实验卫星，其中“实践一号”是中国研制发射的第二颗人造地球卫星，样子和“东方号一号”相似。虽然这两颗星上天的时间相差不到一年，但和“东方号一号”只有几十天设计寿命的情况不同，“实践一号”在太空里工作了8年之久，给科学家提供了一大批有关高空磁场、X射线、宇宙射线和外热流等空间物理环境的参数。时隔十年，1981年，中国成功实现了一箭三星的发射任务，将“实践二号”和“实践二号甲/乙”三颗卫星同时送入了预定轨道，使中国成为世界上第三个掌握“一箭多星”技术的国家。它除了探测空间物理环境参数以外，还试验了自旋稳定姿态控制方式等新技术。 

　　这里还要特别提一下2016年上天的“实践十号”。它可是咱们中国科学实验卫星系列中唯一的一颗返回式卫星，搭载了19个试验装置，完成了一系列微重力科学实验。“实践十号”采用了“双舱”结构，其中返回舱以生命科学的实验为主，而留轨舱则以物理实验为主。安排在返回舱进行的11项实验的结果和数据，可以送回到科学家的手中进行更细致的分析研究。 

　　小朋友们要知道，这里有好多项科学实验都是在国际上第一次开展的呢！例如，哺乳动物胚胎发育研究，颗粒团簇行为实验等。而且“实践十号”还引入流体回路技术，使卫星返回舱内部的热能可以有效地排到星外，确保了生物样品的温度环境。这样，温度要求保持在700度附近的空间材料实验设备和温度要求保持在36度左右的生命科学实验设备就可以一起放在返回舱里了。“实践十号”搭载的科学实验，既着眼于科学前沿，也服务于国家重大需求。例如，有一个项目叫“微重力条件下煤颗粒/煤粉燃烧及其污染物生成特性研究”，它就是要搞清楚煤燃烧机理问题，这对节能、减排具有重要意义。又如，还有一个项目叫“微重力条件下的造血干细胞和神经干细胞三维培养研究”，它可以为人类疾病的有效预防提供科学依据。 

　　总之，实验卫星为我们探测太空提供了绝好的工具。因为它们可以飞行在大气层之外，避免了大气的影响；它们可以飞达月球、火星、木星、土星、天王星、海王星附近甚至登陆，进行直接的观测；它们可以形成一个失重的环境，让科学家开展流体物理、空间生物学、空间医药学、空间生命科学以及空间材料科学的研究探索。所以，人造卫星的确不愧是科学家从事“探天”研究的好帮手。 

  

　　小朋友可能要问：既然已经发射了这么多的卫星，开展过这么多“探天”的研究，那么为什么仍然要说“光靠实验卫星还不够”呢？这里主要的原因是卫星的体积太小不能载人，而许多科学实验是需要有人参与和照料的。即使是载人飞船，它的配置也不适宜人类长期生活、工作的。这样，科学家就想到要建立空间站了。例如，苏联的“和平号”空间站里，就曾设立过一个温室。航天员在那里栽培了100多种植物，他们观察了这些植物从播种、发芽、生长、开花到结果的全过程，这些活儿就不能让航天员挤在卫星或飞船的狭窄舱段里完成啦！为了更好的探测、开发太空，人类不再满足在太空的短期停留，他们需要建立长期生活和工作的基地——太空新居所。此外，空间站的优越性还表现在它的经济性上。由于发射时不载人，这样就省去了为载人而增加的保障系统，降低了设计和制造难度，降低了发射成本。同时，由于长期有宇航员维护，可及时进行维修和更换零件，从而延长了它的寿命。 

　　“和平号”空间站在轨道上运行了15年，绕地球飞行8万多圈，行程35亿公里，进行了2.2万次科学实验，完成了23项国际科学考察计划。十余年来，先后有31艘“联盟号”载人飞船、62艘“进步号”货运飞船和它实现了对接，还有9次是和美国的航天飞机对接并进行了联合飞行；先后有28个长期考察组和16个短期考察组在“和平号”从事了考察活动，共有12个国家的135名宇航员在“和平号”工作过，宇航员进行了78次太空行走，舱外活动的总时间达359小时12分钟；俄罗斯宇航员波利亚科夫创造了单人连续在太空飞行438天的最高纪录。真不简单喔，在天上呆了一年零两个月的时间！ 

　　尽管“和平号”成就辉煌，但也经不起岁月磨难。2001年3月23日，是“和平号”寿终正寝的日子。与“和平号”对接的“进步M1-5号”货运飞船的发动机点火以后，在发动机的反推制动下，“和平号”的飞行速度陡然下降并快速向下飘落，在进入大气层后开始损坏，最后燃烧殆尽的残骸落入了南太平洋冰冷的海水中。坠落，所以选择这种销毁的方式，是由于空间站结构太复杂，体积也太大，如果滞留在太空，将会成为一堆威胁性很大的太空垃圾。 

 

　　当然，这并不会阻挡人类建造新的空间站、继续探索太空的前进步伐。2022年，中国空间站“天宫”已经正式“上岗”工作了！它将会给我们带来更多更新的成就。 

（未完待续）