原标题：筑梦“天宫”｜载人体积站从近地走势深空，指标是月球和火星

　　华夏体积站的“天和”号焦点舱顺利发射升空，估计2022年达成“天宫”号体积站的在轨建设。

　　与此同一时间，世界体积站的合作方以美国为首，正好紧锣密鼓地筹备建设运转在月球轨道上的体积站——“门户”月球体积站，另外，华夏也计划建设月球载人轨道站。载人体积站正从近地轨道一步步走势深空，效劳于载人登陆月球和火星的宏伟蓝图。

　　日前，列国发射的体积站均在地球低轨道运转，随着人类走势深空步伐速度的加速，载人体积站也最初走势深空。

　　载人深空任务须要中转站

　　1971年4月19日发射的“礼炮1号”是人类的第一种载人体积站，其里面体积约99立方米，在轨重量超越18吨，赋予了人类具有了长久在轨驻留能力，美国一会儿后也发射了试验性的天空实验室，这种试验体积站的空间重量很大。从“礼炮1号”最初到此刻的世界体积站，美俄先后发射了10个体积站，但他们都位于近地轨道，而随着人类载人航天的重心调转方向深空，以载人体积站作为中转节点，扶持深空探寻的技艺路线获得了越来越多的关心和扶持。

　　美苏发射第一种体积站此前，美国“阿波罗”计划曾经实现了载人登月，但“阿波罗”飞船和登月舱只能扶持范围局限的插旗式登月运动。正如近地轨道体积站的显露，使人类在地球轨道实现了长久不间断驻留，要保持范围很大、更具持续性的载人深空探寻，不论是实行载人登月仍是登火任务，一种扶持载人深空任务的体积站用处仍是十分大的。

　　将体积站作为载人深空探测中转站其实不是21世纪显露的新点子，早在20世纪80年代，美国提议的“自由”号体积站名目中，就曾旗帜鲜明地请求这种近地轨道的体积站可行扶持深空探寻，不但可回收火星取样返回的返回舱，还将扶持载人登月和载人登火任务。这种计划宏达的“自由”号体积站将采纳双龙骨桁架式构造，大型桁架不但挂载体积站的节点舱、实验舱和生活舱，还将挂载大型“船坞”设备。航天飞机运来深空飞船的部件后，在“自由”号体积站上装配成完整载人深空飞船组合体，从近地轨道出发执行载人登月和载人登火任务。美国宇航局1989年发表的《90天汇报》中，“自由”号体积站正是在轨装配登月飞船和火星飞船的要害体积根基设备。

　　美国计划在2024年发展载人登月，“门户”月球体积站将发挥要紧效用，图为美国载人登月名目中用于发射“猎户座”载人飞船的SLS重型运载火箭。

　　冷战完毕后，“自由”号体积站名目被撤消，但相干技艺连续下去，融入后来的世界体积站名目。世界体积站的轨道倾角约51度，不符合发射登月飞船，即便如许，美俄仍提议从世界体积站出发的月球旅行构想，此中美国太空探险企业发展推销和运作，俄罗斯燃料团体负责生产月球版“联盟”号飞船，运用Block-D上面级对接飞船后达成商业环月飞行。燃料团体总经理索恩采夫称每趟环月之旅价值1.5亿美元。遗憾的是，美俄结合商业载人环月方案没能获得充足的发动定单，只能一直停留在纸面子上，但它显现了以体积站为中转的技艺路线具有庞大的进行潜力。

　　2005年，时任美国总统小布什提议重返月球的“星座”计划，“星座”计划采纳地球轨道交会方案，并未导入体积站作为中转站，这种计划源于本钱超支被以后上台的新总统奥巴马撤消，但重型火箭改头换面以SLS的名字活了下去，成为未来载人深空发射的根基。“星座”计划撤消后，美国载人航天部门一时间“拔剑四顾心茫然”，未来到底是登月仍是登火举棋不定，奥巴马又提议登陆小行星的取巧方案，这也加剧了未来进行方向的困扰。危机同样带来机缘，面临未来进行方向的不确定性，2010年，美国波音企业的Raftery提议了探寻平台的构想，探寻平台将运用世界体积站上获得认证的老练舱段，它由美国的节点（Node）舱和公共设备（Utility）舱，加拿大的机械臂，俄罗斯的“星辰”号（Zvezda）效劳舱等组合而成，并运用大型低温上面级或者电推模块运往地月L1/L2拉格朗日点轨道。波音企业工程师显示探寻平台将作为在轨装配或中转的深空体积站，载人飞船先抵达这种中转站，而深空探寻飞船组合体也将在这边汇合或装配，人货集结后从这边出发飞向月球、小行星或火星。波音企业提议的探寻平台方案获得了大伙的扶持，延续详细方案不停改良改善，最终成为此刻美国宇航局正好推行的“门户”月球体积站计划。

　　美欧日倾力塑造月球体积站

　　波音企业Raftery男士的探寻平台概念提议后，波音和赫鲁尼切夫企业都对此寄予厚望，美国宇航局也对这一方案显示兴趣。2015年，美国宇航局正规发表协议在NextSTEP计划下最初研制深空居住舱（DSH），以作为探寻“门户”月球体积站的居住舱。2016年，特朗普当选为美国总统后，美国再一次确定了重返月球的方向，从探寻门户站演变而来的“门户”月球体积站概念获得了更强有力的扶持，业界公认以“门户”月球体积站为中转站是载人登月最适合的抉择。2017年，波音、洛·马、轨道·ATK和劳拉等企业等在NextSTEP-2计划下拿到能源燃料模块（PPE）的概念研制协议，PPE源自小行星重定向计划的大功率电推飞行器，将作为深空门户站的能源舱段。美国宇航局早就最初预研的居住舱和能源舱，将成为深空门户站第一阶段建造的两个焦点舱段。

　　2018年，美国宇航局提交的2019年度预算中“门户”月球体积站正规立项并申请3.332亿美元的拨款。该名目也获得了欧洲和日本的扶持，新方案中美国负责提供燃料能源模块、公共设备舱和居住舱，欧空局提供通信和加油舱（ESPRIT），并和日本结合研制世界居住舱（I-Hab），加拿大提供新的机械臂。俄罗斯原计划提供一种气闸舱，但后来退出“门户”月球体积站计划，使这种计划成为纯西方的深空载人门户站。“门户”月球体积站的轨道改成近直线晕轨道（NRHO），轨道近月点约3000千米远月点约70000千米，近月点时符合解放登月舱执行载人登月任务，远月点时符合前往火星等深空的载人任务。“门户”月球体积站轨道周期约7天，也便是说每隔7天有一次登月窗口。不论从“猎户座”飞船和登月舱的往返，仍是通信掩盖等方位考量，“门户”月球体积站的晕轨道都很符合扶持载人登陆月球南极的探寻任务。与此同一时间，近直线晕轨道还维持了任务的灵活性，从这边出发前往小行星或火星所需速度还不大，而PPE舱段装备的大功率电推，还能把门户站转嫁到更符合飞向火星的L2晕轨道。

　　“门户”月球体积站有若干国度和组织参加。

　　世界体积站重量多达约400吨，但飞出地球轨道的代价非常庞大，“门户”月球体积站的大小和重量就要小多了。日前，美国宇航局曾经正规发表了“门户”月球体积站的能源舱段PPE和居住舱段HALO的研制协议，PPE由原劳拉现Maxar企业负责研制，而HALO舱段由原轨道ATK现诺·格企业负责。PPE能源模块将装有大型柔性太阳翼，发电能力可达60千瓦，大功率电推的总功率可达50千瓦，可提供第一大约2.5牛的推力，这种功能在电推航天器中是空前的。HALO小型居住舱由天鹅座飞船衍生而来，但装有三个对接口，除了头部可用于对接“猎户座”飞船的对接口外，侧方的两个对接口将区别用于对接登月舱和货运飞船。

　　美国宇航局原计划PPE和HALO各自区别发射，但此刻曾经打算运用“重型猎鹰”火箭一次性发射，PPE和HALO两个舱将在地面整合为一种重约15吨的全体，射入一条逃逸能量C3略小于0的低能量转嫁轨道，通过几个月飞行后映入环月的近直线晕轨道，扶持延续的载人登月任务。“门户”月球体积站未来新加的欧空局ESPRIT舱和欧日合作的I-Hab舱将在第二阶段由本国火箭区别发射，但全部的航天员往返要依托美国SLS重型火箭发射的“猎户座”飞船。美国宇航局还发表了“门户”月球体积站的货物补给协议，SpaceX企业以“重型猎鹰”火箭发射的“龙”XL飞船抢到了协议，未来门户站补给协议金额最高可达70亿美元之多。

　　支撑人类持续载人深空探寻

　　“门户”月球体积站是美欧日等西方国度未来载人航天的新重心，它将最重要的用于扶持载人登月运动。详细地说，美国宇航局计划运用大型商业运载火箭发射登月舱，在月球门户站汇合装配后，执行载人登月任务。“门户”月球体积站的存留，不但作为中转站为航天员提供了更长的驻留时间和更多的登月窗口，大大提升了载人登月任务的灵活性和平安性，还也为运用多枚大型火箭区别发射登月舱的各个构成部分提供了可能，有益于提升登月任务的灵活性，下降载人登月的全体本钱。

　　美国蓝色起源企业为首的登陆舱团队，将登月舱分为转嫁段、下调段和上升段三个部分，区别运用商业大型火箭发射，此中转嫁段和上升段还能加注后循环运用。众所周知，载人登月计划耗资极端庞大，此中重型运载火箭的研制和运用是此中第一大的一块，例如“阿波罗”登月计划的190多亿美元消费中，“土星五号”火箭占了约60亿美元之多，而依靠“门户”月球体积站作为装配站，运用商业大型火箭区别发射登月舱组件，可行摆脱对重型火箭的依赖。蓝色起源企业计划运用新格伦或者火神商业运载火箭发射登月舱，这两种火箭都非是为登月计划专门研制，他们起首用于近地轨道和静止轨道航天器的发射任务，用于登月发射不但没有需支付研制费率，还能和常规发射任务一同分摊运营本钱，极大地下降载人登月的本钱。

　　“重型猎鹰”火箭也将“门户”月球体积站建造中发挥效用。

　　另一方面，“门户”月球体积站位于月球近直线晕轨道上，也下降了对载人飞船机动能力的请求。惯例的阿波罗飞船须要独立进出近月轨道，须要超越2000米/秒的速度改变能力，而有了月球体积站作为中转，载人飞船即便只1300米/秒左右的速度增加数量，也能作为班车执行天地往返任务，把航天员运往门户站执行载人登月任务。同样，从远月点70000千米的月球晕轨道出发，前往近地小行星或者火星都不要多大的速度改变能力，美国宇航局计划发射超大功率（电推功率300千瓦+）的太阳能电推飞船，从月球体积站出发载人前往火星。假如超大功率电推载人飞船从近地轨道出发，爬出地球引力井不但须要漫长的时间，还要来回穿越范艾伦辐射带，对航天器的电子设施以及航天员的身体健康是极为不利的。另外，近地轨道上的体积站遭到地球磁场的庇护，而位于深空之间的月球体积站，辐射环境更挨近行星际环境，在上面可行发展一年或更长的长时间驻留试验，更没有问题积累长时代行星际航好的经历，为长时间的载人登火任务打好根基。

　　总而言之，随着人类探寻的脚步渐渐深入深空，为了扶持范围跟大、时间更长的载人飞行任务，载人体积站也在向深空进行。深空中的体积站将成为人类探寻深空的中转站和前哨站，使人类的深空运动更具经济性和可持续性，为人类未来实行大范围的载人登月任务，建设月球基地开发月球，以及踏足火星提供有力的支撑。