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“花费三十年时间，达到别人三十年前的水平，到底意义何在？”

已经过去的2021年以及刚刚到来的2022年，堪称中国航天的“丰收年”。

去年4月，空间站核心舱“天和号”顺利入轨。6月和9月，两个批次各3名航天员，成功入驻“天和号”。而在今年的6月和8月，空间站一期计划的左右两翼，“问天”和“梦天”实验舱模块也将发射升空。届时一个T字构型，总质量约70吨的中等规模空间站系统，将翱翔在地球的近地轨道之上，圆了亿万国人三十年来的空间站之梦。

但就在这多数人叫好，并满怀期待之际，上面这句颇有些年头的质疑，再度浮出水面，并很快在国内互联网平台上引发一场争论——

立项之初，中国空间站系统对标的是当时最先进的俄罗斯“和平号”，但三十年已过，唯一的第三代空间站“和平号”早已陨落，甚至被定义为“第四代”的国际空间站，也正进入其寿命之末。

所以，我们苦追了三十个年头，到头来还是在看别人的“车尾灯”吗？

载人空间站的划代

想要分辨清上面这个问题，需要从空间站的历史来入手。

载人空间站的概念，发端于51年前的冷战巅峰时代。1971年4月，史上首个载人空间站，也是前苏联标准下的第一代空间站，“礼炮一号”，在今日哈萨克斯坦的拜科努尔基地发射入轨。

此后至1976年10月4日，包括军事用途的金刚石系列，挂着“礼炮”之名的前苏联第一代太空站，又先后发射了4次。

礼炮1号与联盟号飞船组合体构造示意

“礼炮一号”的构造具有开创性，其单体质量18.6吨、拥有99立方米内部空间，配备一具对接口。由于一次只能和一艘飞船接驳，这使得入驻宇航员在任务期间，只能依靠乘坐的飞船本身携带的给养来维持。此外，单一的对接通道，使得第一代空间站缺乏极端情况下的安全冗余。

一旦唯一的对接口发生故障，轻则延误太空任务，重则发生损失航天员的惨剧。

空天实验室是阿波罗计划的衍生品

类似的问题也出现在了美国对标礼炮系列的初代空间站“空天实验室”之上。

这个重达80吨，使用土星5号火箭第三级改装的载人空间站虽然体积巨大：重达77吨，内部容积高达368立方米的巨物，但同样只具备一个对接口。

最终，上述缺点使得无论苏联还是美国的初代空间站，都只在轨运行了很短的时间。

1977年9月，充分吸取一代站经验以后，全新的“礼炮六号”空间站，被射入轨道。

作为第二代空间站的首发型号，虽然“礼炮六号”其仍属单一舱体构造，但却具有了艏艉双对接口结构，可同时接驳载人宇宙飞船“联盟号”，以及当时苏联最新锐的无人货运飞船“进步号”。

礼炮7号

二代空间站总计发射了两座。除“礼炮六号”外，还有“礼炮七号”，后者于1991年寿终正寝，坠入大气层内销毁。而此时，继任的第三代空间站“和平号”的核心舱组件DOS-7，已于5年前发射入轨。

DOS-7的基础设计，源于颇为成功的“礼炮七号”。但在原有设计基础上，DOS-7于头部安装了一个具有多点同时对接能力的六向节点舱。这使得其能够如同积木玩具那样，在四周插入4个舱段部件的同时，仍保持艏艉双飞船对接通道。而第三代空间站“积木式”称呼，也源于此设计。

1996年，当“和平号”的最后一个组件，“自然”舱段成功插入后，其成为了一个总质量137吨，内部总容量高达470立方米的大型轨道站。

和平号空间站结构示意

“和平号”曾是上世纪末国际航天界毫无疑问的“流量明星”。在相当长的一段时间内，为各国科技媒体追逐报道。同时，它也成为了中国于1992年正式启动“921工程”时，预设的追赶目标。

然而由于其诞生年代较早，在设计阶段也未充分考虑后续设备升级的需要，使得“和平号”上搭载的许多设备，在空间站于1996年完全建成时，就已经过时。

失火、电气故障、太阳能帆板遭货运飞船撞毁，在“和平号”的完全体那不算长的服役期内，这个航天界曾经的“顶流”可谓多灾多难。上世纪末曾有媒体总结称：“和平号”运行15年间，各类大小故障多达1500起，平均每年100起，每3天半一起。

最终，这座空间站也在新世纪之交正式迈入历史。

1999年，鉴于维护成本的直线升高，俄罗斯航天局在与美方商议后停用了“和平号”。两年以后，空无一人的“和平号”在俄罗斯航天局的操作下，坠入大气层烧毁。

第四代空间站

在“和平号”陨落后，便是大名鼎鼎的多国航天合作项目——国际空间站（International Space Station，缩写ISS）的时代。这是一个冷战刚刚结束之际，孕育于国际社会间短暂蜜月期里的特殊项目。

由于“和平号”证明了大型空间站的可行性和便利性，美国和俄罗斯为了能够更好地开展空间探索和实验，也是为了能够有效分摊昂贵的大型空间站的建造以及运维成本，于1993年联合发起了国际空间站计划。

时值铁幕坍塌的时代，俄罗斯对美国的敌意正处于其历史低谷，这使得其可以放手与美国阵营的各方展开合作。至上世纪90年代末，除两大发起国外，该计划先后吸收了11个欧洲航天局成员国。此后，又追加了日本、加拿大和巴西三国，总计16个国家，成为了迄今最大的跨国航天工程。

巨大的国际空间站（ISS），单就体积和质量，是“究极版”中国空间站仍不可比的

ISS的设计基础，基于“和平号”。并站在当时的视角上，汲取了从“和平号”上获得的诸多经验——例如空间站需要配备更多太阳能帆板保障电力供应有足够冗余，以及需要布置额外的大型散热板确保向阳面和背阳面温差稳定等等。

空间站的主体结构，即加压舱部分，直接沿用通过“和平号”验证的多舱段积木拼接构造。但为了满足安装更多太阳能帆板，以及配备大型外接散热板的需要，ISS在设计上特别增加了一个向两侧展开的桁架结构。

然而这副巨大的桁架，代价也是惊人的。首先是重量问题，仅仅桁架构造本身，就超过120吨。对于每一克载荷都代价不菲的航天发射而言，其魔怔程度不亚于那个奇葩之极的“上帝之杖”天基武器系统设想。而若是算上安装于桁架之上的太阳能帆板以及大型散热片，那么整个系统的总质量，将突破200吨规模。

将200吨载荷浪费在这些环节上，对于绝大部分航天项目而言都非常的不可思议，

然而仗着冷战初期的经济红利以及多国分摊的优势，ISS计划后来愣就这么干了。

自1998年11月首个组件“曙光号”功能货舱发射入轨，至2011年3月“莱奥纳尔多”号多功能后勤舱组装完毕，ISS的建造和组装工作持续了11年半的时间。最终，16国数十万航天工作者，在13年间陆陆续续通过数十次的轨道发射任务、耗费上千万工时，造就了ISS这个最大宽度达109米、在轨质量419.725吨、加压空间达916立方米的庞然大物。

也许是为了彰显其高于“和平号”，或者是为了说明各方的上千亿美元投入没有白花，许多人认为，这类积木/桁架的混合系统，定义为第四代空间站。

空间站的新老之别

本文之初那番质疑，针对的显然就是上面提到的空间站划代问题。

由于“921工程”直接对标“和平号”，旨在建设一个属于中国的第三代载人空间站，所以不少人人在对比了ISS之后，便对这个一期工程最大70吨在轨质量，拓展后也不过130吨的中国空间站，产生了较严重的心理落差。

计划中的“最大化”状态中国空间站，在轨质量也不会超过150吨

更何况，ISS预计将在2024~2028年间退役。别人的“第四代空间站”眼看都已经要退役了，我们的三代站才刚刚要建成——这简直“不能忍”。

然而这种想法是非常可笑的。下面，让我们来谈ISS的问题。

当然，在谈问题之前，笔者要强调的是，ISS对于航天界的贡献是不容抹杀的。

自2001年初步投入使用以来，21年间，上百的科学家与学者，已经在ISS上完成了数以千计的实验项目。然而贡献是贡献，设计归设计，单论ISS的设计本身，称之为“不完善”似乎也并不为过。甚至从某些角度而言，ISS实际可以被视为是一种“水多了加面、然后发现面多再兑水”式的极端化设计的产物。有些问题，实际上是无法避免的。

首当其冲的是供电问题。由于当时的光伏电池转换率仅20%左右，而ISS的供电指标又是如此之高，所以ISS那套重达120吨的桁架，实际就是为解决太阳能帆板的布局问题而配备的。

去掉桁架结构后，可见ISS的体积也并不那么的巨大

然而桁架构造毕竟只能起到强化结构和支撑的功能，并不能拓展为空间站的有效载荷，所以ISS的419.725吨总重，实际有很大部分“虚胖”的成分。甚至其庞大的投影尺寸，一旦屏蔽掉桁架构造，我们就会发现其真实体积并不是看起来那么巨大。

其次是对接装置过多的问题。ISS是一项16国合作项目，所以其存在较为严重的“内耗”问题。而为了平衡各方利益，空间站的设计方案，最终在接口问题上采取了“全都要”政策。于是，光节点舱就装上了3个，各种对接口总数多达8个。

从美国的航天飞机、俄罗斯的“进步”“联盟”、日本的HTV、欧洲的“自动转移飞行器”等，除了中国后来研发的“神舟”飞船，可以说各国的航天器方面，ISS是无所不包的。

日本的HTV和欧空局的“自动转移飞行器”，纯属打酱油的

然而在ISS迄今为止21年的服役生涯中，主要为其运送补给与输送人员的，无非主要三种平台：俄罗斯的“进步号”货运飞船、“联盟号”宇宙飞船，以及美国的航天飞机（后来由SpaceX的货运飞船“龙”接替）。

至于日本的HTV和欧洲的“自动转移飞行器”，总共才发射了几艘？

如果说桁架导致的“死重”，还算是源于技术上的无奈，那么这个节点舱和接口的毛病，只能说是“体制问题”。然而就这样一个各方凑合问题多多的设计，居然因为一套堪称失败的桁架，就将之定义为“第四代空间站”了吗？

真正的第四代空间站

谈到这里，整个事情已经非常清楚了。ISS所遭遇到的所有问题，对于靠摸着各色前辈经验“过河”的中国空间站来说，是统统不存在的。

首先还是那个供电问题。在“天和号”发射之初，我们就已经见识过其展现的柔性薄膜砷化镓光伏电池。而通过公开资料可以发现，这类柔性薄膜电池的民用型号，其转换率已经高达34%，较之ISS配备的刚性太阳能帆板超出近40%。更因柔性和薄膜化的特性，使得其支撑结构的重量与体积较之刚性帆板大幅度降低，适配难度更低。

所以，中国空间站绝不会用ISS那种桁架构造，因为完全不需要。

而对接口的问题就更不能被称为“问题”了。甚至中国航天还公开过己方的航天器交会对接技术——任何国家如果有需要，前来谈合作是中方一直欢迎的。

最终，中国空间站还具备另一项特殊优势，推进系统集成化。

无论是俄罗斯的“礼炮”系列、之后的“和平号”，抑或是今日还在运转中的ISS，实际都没有独立的轨道发动机单元。这些空间站无论是进行轨道维持，还是变轨机动操作，均仰赖接驳其上的宇宙飞船。

但这就为空间站的整体运作，带来了相当的局限性。

而中国空间站的不同之处在于，在“天和号”核心舱上，总计配置了多达30台的姿轨控发动机。空间站拥有自主推进系统，这是自“礼炮六号”坠落以后的首次。

当然，“天和号”配备的推进系统，远比“礼炮六号”这个前辈要强大得多。全部30台发动机中，有26台是采用传统推进剂的轨控发动机，可满足核心舱乃至空间站进行快速变轨的需要。此外在“天和号”大柱构造尾部，还配备了4台HET-80霍尔推进器，即所谓的“电推”。基于“电推”的特性，其主要被用于空间站的日常轨道维持控制，可节约大量宝贵的推进剂。

霍尔推进器是“天和号”的另一项法宝

空间站拥有自主机动能力的好处毋庸置疑的，首先便是响应速度快，推进控制容易这个优点。不久前，在规避马斯克的太空垃圾过程中，上述优势已经显露无疑。

由于大体构造上接近“和平号”，官方在对外宣传时，一直非常谨慎地将我国的自主空间站，称为“三代站”。然而若是考虑到使得ISS被划为“第四代”的桁架结构，实际上只是因技术局限而采取的无奈之举，那么上面那个“三代站”低于“四代站”的质疑，就显得非常具有讽刺性了。

事实上，公认的所谓“四代站”其实并不存在，反倒是建造中的中国空间站，更有资格被视为第四代空间站。而若纯以技术角度出发，现阶段有资格和中国空间站相提并论的，唯有NASA提出的环月轨道空间站而已。

然而遗憾的是，这个环月空间站，目前还只存在于PPT上。

中国航天，从筚路蓝缕走到已有建树的今天，实属不易。从长二捆、长三捆等“金牌火箭”被一些声音质疑为性能落后国际先进水平，到中国空间站被教条主义指责为不算四代空间站，“辛苦30年，继续看尾灯”的质疑一直不断。

然而如果以技术眼光客观分析，不是带着偏见去拍脑袋下结论，就会知道中国空间站比大洋对岸的PPT，起码此刻还更具备现实意义。

从父辈到我辈，奋斗数十载，只为从“遥不可及”，到“望其项背”，乃至“并驾齐驱”甚至“有所超越”。

这一次，我们不再是遥望别人的尾灯，而是首次有可能和这个世界上的最强者，有了一较高下的机会。