今天上午，我國3名宇航員聶海勝、劉伯明、湯洪波乘坐“神舟十二號”載人飛船前往懸於地球軌道400KM的“三室一廳豪宅”——“天宮號”空間站，成為首批“常駐民”！北京時間6月17日6:30，3名宇航員參加出征儀式（右手攜帶的是給航天服通風的風機），然後進入發射塔，從左到右為：湯洪波、劉伯明、聶海勝。

北京時間6月17日7:00左右，3名宇航員在發射塔第九層等待進入“神舟十二號”飛船“返回艙”。這是聶海勝第三次參加載人發射，曾參與過“神舟六號”（2005年）、“神舟十號”（2013年）發射任務；劉伯明是第二次參與載人發射，上一次是“神舟七號”（2008年）發射任務。湯洪波是首次參與載人發射。

北京時間6月17日7:10左右，3名宇航員進入“神舟十二號”飛船“返回艙”做最後準備，再次熟悉飛船操作手冊，從左至右為：劉伯明、聶海勝（指令長） 、湯洪波。

北京時間6月17日9點22分27秒，長征二號F遙十二運載火箭點火，2.6秒後火箭騰空。預計“神舟十二號”載人飛船將在6小時內，實現與“天宮號”核心艙“天和”進行快速對接。

這次載人發射任務對我國空間站的構建至關重要，主要有4大特點。

一是驗證天地運輸的載人火箭和飛船的整體性能。

長征二號F運載火箭的可靠性和安全性不必多說，已有足夠多的實踐驗證。它是中國航天員的“專屬火箭”，綽號“神箭”，也是我國唯一的載人運載火箭，可以將8.6噸的有效載荷送入近地點200公里、遠地點350公里的近地軌道。從1999年服役至今，它幾乎沒有敗績，此前將5艘無人飛船、6艘載人飛船、1個目標飛行器和1個空間實驗室送入太空，創造了100%成功率的完美飛行記錄。

“神舟十二號”作為空間站的首艘載人飛船，相比此前神舟系列飛船，主要在交會對接技術上有所提升，能在軌停靠180天，另外返回時會首次啟用載人飛船應急救援任務模式。

神舟十二號飛船示意圖，由3部分組成，從上到下為：軌道艙、返回艙及推進艙。

宇航員去往空間站和返回地球時乘坐“返回艙”，它是飛船的控制中心，各種通訊設備都集中在此。“軌道艙”是宇航員的生活場所，攜帶300公斤載荷，包括一些科學實驗的樣品，新鮮蔬菜水果等物資。“推進艙”主要提供電源和推進劑，儲存有氧氣罐和水罐，以及2個太陽能電池陣。

神舟十二號飛船將在入軌6小時內與“天宮號”空間站核心艙進行對接，其過程示意圖。

二是驗證航天員在空長期駐留的保障技術。

這次3位宇航員們將創造新的飛行時長記錄。他們將在“天宮號”空間站駐紮3個月，與地球同步作息，每天工作8小時，大概中秋節前後返回地球。此前的記錄保持者，還是5年前乘坐“神舟十一號”飛船的景海鵬和陳冬，他們在“天宮二號”和“神舟十一號”組合體內駐留了32天。

航天員長期處於失重環境中，不僅行動不便，每天還需鍛煉至少2小時，才能緩解因微重力環境造成的骨密度降低、肌肉萎縮、紅細胞數量減少等健康問題。所以，這次也是對空間站“宜居性”的大考，尤其是水、氧氣等生存必備資源的再生生保，生活物資補給，以及航天員的健康管理等。

在5月30日發射的“天舟二號”貨運飛船，把宇航員們的“糧草”早就準備好了，包括160餘件貨包、200多件貨物、2噸推進劑等，涉及到航天員的食物、維修備件，以及一些科學實驗載荷。“天舟二號”上的貨品等三位宇航員抵達空間站之後，就能被取出安裝。等所有任務完成了，它就帶著空間站上的各種垃圾返回到預定海域的大氣層進行自我銷毀。

5月30日清晨5時左右，“天舟二號”貨運飛船在成功發射約8小時後，實現“萬里穿針”，與中國空間站天和核心艙順利實現了快速交會對接。

三是驗證航天員出艙活動的可行性。

雖然早在2008年，我國航天員就實現了出艙行走，但這次的難度不可同日而語。三位航天員的挑戰主要在於，要在復雜的近地軌道環境中，首次跟機械臂配合，進行更多的設備安裝、維修維護等操作。

近地軌道高真空、超低溫、原子氧輻照、紫外輻照、高能粒子輻照等並存，空間站外部的太陽池板很容易出現故障，另外為了延長空間站的使用壽命，空間站70%的零部件可更換，所以空間站的精細維護和保養，需要宇航員有很多艙外工作。

好在機械臂能幫助宇航員減輕一部分負擔。空間站機械臂由7個關節、2根臂桿、2套延長件、2套末端執行器及相機、1套中央控制器及肘部相機組成，按照3+1+3構型形成整臂，全長10米並可擴展到15米，產品設計壽命15年、負載能力25噸、末端定位精度45毫米。

可以說，它算是國內智能程度最高、規模與技術難度最大、系統最複雜的空間智能製造系統，核心部件全部實現國產化。它可以配合宇航員工作，以及自主監控飛行器，對目標物進行抓取，還能自己在空間站表面移動。

四是將首次檢驗東風著陸場的搜索回收能力。

這次載人飛船的返回艙著陸點將從內蒙古四子王旗調整到東風著陸場，首次開啟著陸場系統常態化應急待命搜救模式。東風著陸場緊鄰巴丹吉林沙漠，約2萬平方公里，以沙漠、山地、草湖、戈壁為主，地貌比較複雜。飛船降落後定位並不難，難的是如何快速找到、並安全地運出去。

這需要非常接地氣的地面搜索回收能力，包括沙漠駕駛、道路勘查、直升機滑降、吊車操作等。去年5月份新一代載人飛船試驗船返回艙落地東風著陸場後，酒泉衛星發射中心搜索回收分隊使用了蟒式全地形履帶車、吊車等多種運輸工具才將其連夜運回廠房。

這次“神舟十二號”載人飛船發射成功後，“天宮號”空間站將完成主體的“一字型”結構，由“天和”核心艙、“天舟二號”貨運飛船、“神舟十二號”載人飛船構成。接下來還會發射兩側的實驗艙“夢天”和“問天”，以及載人和貨運飛船。

“天和”核心艙的空間大約50立方米，主要供宇航員的生活起居，以及部分科研試驗。生活區內有獨立的睡眠區、衛生區、鍛煉區，還配有太空廚房及就餐區。未來加上兩個實驗艙後，整體空間將達到110立方米。

每位航天員都配置了一台手持終端和平板電腦，可以通過App調節艙內的照明環境、睡眠模式、工作模式、運動模式等，還能用電腦對艙內設備進行工作和監測，甚至連上“WiFi”，與我們一樣網上沖浪。

今明兩年內，我國將進行11次跟空間站相關的發射，包括3次空間站艙段發射、4次貨運飛船以及4次載人飛船發射，之後前往太空站的中國宇航員能駐留6個月之久。預計到2022年年底，中國空間站將結束構建階段，形成“T”字形構造，進入正式使用階段，使用壽命為10年以上，可以支持大量科學研究和實驗。

漫長的準備

上世紀美蘇太空競賽中，空間站一直都是競爭的主戰場。1971年蘇聯發射“禮炮1號”空間站後，在後續15年內共發射了8個空間站，包括3個軍用空間站，5個科研實驗空間站。美國的第一個“天空實驗室”空間站也在1972年成功發射，但美國當時的路線是先重點投入可重複使用的“航天飛機”，以降低昂貴的運輸成本。

蘇聯解體後，國際形勢大變。1998年美國與俄羅斯聯合其他14個國家開始共建國際空間站（ISS），並在2011年完成最後組件安裝，2024年前後退役。遺憾的是，從90年代開始，中國一直被國際空間站排斥在外，但也早有自建空間站的打算。

1992年9月21日（921工程）被國家敲定之後，就有了“載人航天”三步走戰略，空間站作為一種可以支撐人類在太空長期工作、生活的航天器，也被囊括其中。

這三步走包括：

第一步，發射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開展空間應用實驗；（199年-2005年，“神舟一號”到“神舟六號”，實現載人返回。）

第二步，突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術，發射空間實驗室，解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題；（2008年-2017年，神舟系列繼續突破載人技術， “天宮一號”、“天宮二號”實驗室進行太空艙技術驗證，“天舟一號”貨運飛船驗證補給運輸）

第三步，建造空間站，解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。（2018年至2022年，“天宮號”空間站全面構造。）

由下圖可以看到，全球比較重要的跟空間站或實驗性空間站相關的發射時間點。

“天宮號”空間站的構建看起來在今明兩年密集發射，實際上為此已做了20多年的準備。從1999年的試驗飛船“神舟1號”發射以來，逐漸突破了近地太空探索的“三座大山”：載人天地往返、宇航員出艙活動和空間站組件的交會對接。因為空間站是一個需要貨運飛船、載人飛船、空間實驗室等多方技術的綜合體，尤其是在美國空間技術封鎖的條件下，我們走得雖然走得慢了些，但還算穩健。

如果跟已經更迭到了第四代的國際空間站相比，“天宮”空間站只能算是第三代空間站。

第一代空間站是指，前蘇聯在上世紀70年代-80年代發射的“禮炮1號”至“禮炮5號”空間站。他們都屬於實驗性空間站，只配備了一個對接口，每次只能與一艘飛船對接，所以空間站只能攜帶有限的氧氣、燃料和食品等物資，宇航員無法長期駐留，運行壽命也很短。“禮炮1號”在軌運行175天就墜毀了，3位宇航員在上面只工作和生活了24天。

“禮炮1號”

第二代空間站則做了更多的改進，屬於搭積木式的實用性空間站。“禮炮6號”、“禮炮7號”就是典型的第二代空間站。它們有兩個對接口，載貨、載人分開，宇航員的在軌時長、核心艙的使用壽命大大延長。

“禮炮7號”

“禮炮6號”先後對接了35艘飛船，分16批次接待了來自9個國家的33名航天員，共工作683天，出艙活動3次。“禮炮7號”類似，對接了21艘飛船，2個空間站艙體，分12批次對接了31名航天員進站工作816天。

第三代空間站的不同之處在於，蘇聯建造了首個長久性模塊“和平號”核心艙，它就是一個大型的可居住的科學實驗室，有10多個對接口。“和平號”在1986年發射後，1996年才完成所有組件安裝，形成了一個長約87米，總重130噸的龐然大物，直到2001年墜毀，共在軌5510天。期間來自12個國家的104名宇航員曾到“和平號”駐留，完成了24個國際性科研計劃和2.2萬次科學實驗。

第四代空間站則是蘇聯解體後，由美國、俄羅斯、日本、加拿大、歐洲、巴西主導，聯合其他十多個國家共同建造的國際空間站（ISS）。它是衍架結構和積木式的“混血”結構，其構建目的不僅是建設實驗室、觀測台、工廠，還要為遠空探索提供中轉服務。在1998年發射核心艙後，又花了13年才安裝完所有組件，長88米，寬108.5米，高44米，重約440噸，相當於一座七層樓高的小型體育場。

我國即將建好的“天宮號”空間站基本規模達到66噸，雖然體量無法跟ISS相比，但“麻雀雖小、五臟俱全”。2022年之後，“天宮號”還會部署巡天望遠鏡，其視野將是哈勃太空望遠鏡的300倍，另外，空間站的規模還會再次擴展，包括核心艙、實驗艙，最大規模可達180噸左右。這對後續我國的遠空探索，如去月球勘查、火星取樣等都會帶來不少便利。

2021-2035中國大型深空探測和載人航天工程項目規劃：

2022年建成長期有人照料的載人空間站

2023年前後實施嫦娥七號極區環境與資源勘查；

2024年前後實施嫦娥六號月球極區採樣返回2024年發射巡天CSST空間望遠鏡；

2025年實施近地小行星取樣返回和主帶彗星的環繞探測；

2025年前後載人空間站二期工程2026年實施載人繞月飛行任務（技術關深）；

2027年前後實施嫦娥八號月球極區資源開發利用驗證；

2028年前後實施火星取樣返回任務（技術關深）；

2028年實施金星繞飛著陸探測任務（項目未立項方案處於預研狀態）；

2029年實施木星系及行星際穿越探測任務（技術關深）；

2030年前後實施載人登月任務（技術關深）；

2031年前後實施海王星探測及飛出太陽系（項目未立項，方案論證狀態）；

2033年前後實施天王星探測（項目未立項，方案論證狀態）；

2035年前後建成有人/無人月球科研基地。

另外，我國空間站其實還有後發優勢，隨著ISS在2024年之後逐漸退役，“天宮號”將會是全球唯一的空間站，ISS的一些商業運營經驗，也有很多可藉鑑之處。

“最貴”的實驗室

空間站最主要作用是做實驗，也是很多科學家夢寐以求的理想實驗室。去年《自然》雜誌統計，宇航員在ISS上進行了大約3000次科學實驗，主要集中在生物及生物技術、技術開發、教育活動、人類研究、物理科學、地球和空間科學這六大領域。

空間站上的大多數科學實驗旨在研究物體在微重力下的不同運作方式，如火焰燃燒的方式或小鼠細胞的發育方式，以了解這些經驗是否可以應用於地球上的新技術或藥物研發。其他實驗則利用空間站在低地軌道上的位置，俯瞰地球或眺望太空。

NASA 也統計過從1999年到2020年10月份，與ISS相關的期刊論文等共有2850篇，涉及到5000多位科學家，而且這些發表期刊論文平均年增長率為17%。

ISS自成立至2020年的學術出版文獻和引用情況

可以看出，ISS的實驗能力從2010年建造完工之後才有實質性的進展，其實主要還是受制於運載火箭的成本，以及太空環境對人體質的嚴苛要求。ISS 第一個十年（2000-2010 年）以及第二個十年（2011-2020年）相關出版文獻的主題關鍵詞分析也可以看出，最核心的關鍵詞還是微重力、基因表達相關。

“天宮號”構建完成後，相信也會在相應的科研領域取得更多突破。另外空間站是一個投入非常大的低空基礎設施，為了減輕其運營成本，NASA也有一些先行經驗。

公開數據顯示，ISS第一個10年的建造階段，各國累積投入高達1551億美元，其中美國1311億美元（直接投入724億美元，航天飛機費用587億美元），俄羅斯120億美元，歐空局50億美元，日本50億美元，加拿大20億美元。“天宮號”空間站的投入大約為600億人民幣，也是一筆不小的投入。

但從投資回報來看，目前還沒有看到太多明確的效益，不管是科研用途還是商業用途，都無法短期證明其前景。空間站的構建和正常運轉，本身就是一件了不起的成就，甚至一定程度上，遠超在裡面做科研所取得的成績。

NASA為了降低運輸成本，直接扶持了SpaceX，讓其能在洛克希德·馬丁、波音等巨頭，甚至是俄羅斯、歐空局等國家隊面前分食。這種方式為NASA能實現一次性送4-6名宇航員去往ISS（此前都是3名左右），而且每位宇航員能至少停留6個月，科研時間也能翻倍。

NASA每年在ISS上的費用高達40億美元，約佔總經費的五分之一，於是在2018年直接宣布將於2025年終止對國際空間站的直接支持，並將其交給商業公司運營。為了充分利用ISS的美國艙段，NASA委託空間科學促進中心（CASIS）面向全美的徵集各類空間科學項目和商業項目。

比如Teledyne Brown Engineering公司就在2017年在ISS上安裝了遙感平台MUSES，該平台預計將具備430億美元的市場規模，同年ISS美國艙段新增了76個載荷，其中一半以上都是由商業合作公司製造，一定程度下降低了NASA的運營成本。

總體來說，ISS也計劃在2024年後成為商業空間站，但大多還在前期探索，主要有5類商業化的嘗試：

1) 吸引商業公司合作開展醫學、生物、材料領域的研究；

2) 吸引商業公司為國際空間站開發硬件設施，如外太空研究平台、氣閘艙、遙感相機等；

3) 作為星載設備的試驗田；

4) 開發太空旅遊；

5) 構建商業空間站。

中國雖然國情不同，航天發展一直都是“集中力量辦大事”，而且航空航天體系相對比較封閉，民營企業作為承包商的機會不大，作為零部件的供應商還是有希望。目前我國空間站也有了初步的合作方式，第一批的合作項目已經有了結果，來自17個國家、23個實體的9個項目成功入選。

合作方式主要有三種：

一是外方獨立或與中方聯合研製的實驗或試驗裝置，可安裝在預留的國際合作機櫃空間內，開展實驗或試驗應用；

二是外方獨立或與中方合作提出實驗方案，利用我方已規劃研製的相關領域應用機櫃內對裝置開展實驗或試驗應用；

三是外方獨立或與中方合作研製艙外載荷，安裝在預留的艙外載荷適配器上，開展相應試驗或實驗應用。

相信在2022年“天宮號”空間站投入使用後，隨著ISS的老化，“天宮號”的重要性會逐步體現，越來越多的企業、機構、個體，都能加入到這場太空拓荒中，將近地軌道市場變成一個與普羅大眾更強相關的事情。