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2021年4月29日，中國空間站核心艙“天和”發(fā)射成功，我和我的朋友中科院國家空間科學(xué)中心研究員周炳紅、孫志斌做了一場直播。
這期視頻是錄播的第一集，共有三集。
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西瓜視頻：
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本視頻發(fā)布于2021年5月11日，觀看量已超5萬
精彩呈現(xiàn)：空間站是怎么發(fā)展起來的？最初還帶了機(jī)關(guān)炮上去？
袁嵐峰
歡迎大家來到《科技袁人》的直播，我們請的兩位嘉賓是中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心的兩位研究員：周炳紅老師和孫志斌老師。孫老師還是剛剛從海南的發(fā)射現(xiàn)場回來，所以帶來了很多前線的信息。
袁嵐峰：我們首先來做一個歷史的回顧，以前歷史上有過哪些空間站呢？它們都是由哪些國家建設(shè)的呢？現(xiàn)在在天上飛的是什么空間站呢？
孫志斌：空間站經(jīng)歷了五代的發(fā)展。第一代空間站是由禮炮1號到禮炮5號；第二代空間站是由禮炮6號到禮炮7號；第三代空間站是和平號；第四代是國際空間站；第五代就是以中國人為主建設(shè)的中國空間站。
它們分別經(jīng)歷了幾個時代，第一代空間站是由1971年到1976年，也就是上個世紀(jì)70年代；第二代空間站是上世紀(jì)80年代；到第三代空間站是上世紀(jì)90年代到2001年；第四代空間站是2001年到現(xiàn)在；第五代空間站就是中國空間站的核心艙“天和”號，這是世界上空間站的發(fā)展的基本的一個歷程。
袁嵐峰：可以總結(jié)一下，看來那前三代都是蘇聯(lián)發(fā)的是吧？然后到第四代是國際空間站是美國主導(dǎo)的、16個國家參與，現(xiàn)在這個是我們的這個是最新的。
孫志斌：對，是。
周炳紅：我補(bǔ)充兩個有趣的事情，確實(shí)在早期蘇聯(lián)是出于這樣一個背景來做這個空間站的。就是因?yàn)槊捞K爭霸在載人登月競賽中蘇聯(lián)它的登月火箭是爆炸了，他們放棄了登月的競賽，它就提出來它要做一個新的方向，它就轉(zhuǎn)向做這個空間站，以是蘇聯(lián)人最早做空間站的，這是第一點(diǎn)。
那么因?yàn)樗钤缱?，所以也出現(xiàn)了幾個有趣的事情：第一個事情就是蘇聯(lián)第一個空間站很有意思，他們上去三個人，應(yīng)該叫禮炮1號，上去三個人回來的時候，它的密閉艙結(jié)果分離的時候沒有密閉好，就是返回大氣層的過程中漏氣，所以很慘，他們第一次就是說死了三個航天員，這是非常慘痛的一個教訓(xùn)。
他們空間站當(dāng)時建來用來干什么？其實(shí)認(rèn)識是不是很清楚的，因?yàn)楫吘顾麄冏钤缱雎铩Ｆ渲泻苡幸馑嫉囊粋€，就是好像是禮炮3號，他們叫金剛石計劃，真的是把一個機(jī)炮給搬到空間站上去了，就是說早期建設(shè)空間站的目標(biāo)到底干什么，其實(shí)是不是很明確，經(jīng)過了各種摸索，所以他們當(dāng)時是準(zhǔn)備在上面真的是跟別人打仗的。
袁嵐峰：那這個機(jī)關(guān)炮他們嘗試了發(fā)射嗎？朝哪兒打呀？
周炳紅：真的是發(fā)射了，大概是為了試驗(yàn)他們在上面發(fā)射的時候會不會對這個空間站本身的姿態(tài)造成影響，別把炮彈打出去了，自己的姿態(tài)也翻了，翻了個個兒。
袁嵐峰：還有后坐力啊。
周炳紅：對，試驗(yàn)還是應(yīng)該說是成功了，據(jù)我掌握的消息。
袁嵐峰：但是這讓我想起一點(diǎn)，就是說美國在登月計劃結(jié)束之后，它很快的就把土星5號就轉(zhuǎn)去搞那個Skylab了——天空實(shí)驗(yàn)室。這個Skylab算不算一個空間站呢？
周炳紅：是空間站，這是美國的第一個空間站。蘇聯(lián)是因?yàn)榉艞壍窃滤缘谝粋€建空間站。后來是，美國是用登月剩下的材料建了Skylab這個空間站。
到后來90年代蘇聯(lián)開始解體，美蘇開始合作，他們的和平號空間站，美國的航天飛機(jī)是多次去?？吭诤推教柨臻g站上進(jìn)行載人送到和平空間站上去。所以美蘇是在空間站上早期就有合作的。
袁嵐峰：那個是一個很不錯的、表現(xiàn)人類和平的這么一個大團(tuán)結(jié)的合作?，F(xiàn)在天上飛的那個空間站就是國際空間站，那個是美國為主導(dǎo)，俄羅斯也出了很大的力是吧，就在發(fā)射過程中，俄羅斯也發(fā)了好多火箭上去，總共有16個國家聯(lián)合建造。但是中國沒有進(jìn)去，因?yàn)橹袊窍肷暾埖潜幻绹芙^了。那我們現(xiàn)在這個空間站有沒有其他國家來合作呢？
周炳紅：這個我來講一下，從技術(shù)上來講我們國家的空間站建設(shè)基本上都是由我們國家獨(dú)立來承擔(dān)的，就是它的幾個部分：第一個是火箭的發(fā)射；第二個是航天員的培養(yǎng)；第三個就是貨運(yùn)飛船。航天員的培養(yǎng)以及載人的發(fā)射、貨運(yùn)飛船的發(fā)射，還有最重要的技術(shù)，就是空間站的核心艙的建設(shè)。這些大的方面都是我們國家獨(dú)立完成的。
那么國際空間站就不是這樣了，它是歐洲、日本、俄羅斯都會提供發(fā)射，其中俄羅斯是提供載人發(fā)射，日本和歐洲是提供貨運(yùn)飛船，這是一個。另外就是這個實(shí)驗(yàn)艙，就科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙也是各個國家共同完成的。日本有個Kibo艙實(shí)驗(yàn)艙，歐洲有個哥倫布艙應(yīng)該講紀(jì)念他們的哥倫布，美國自己有一個實(shí)驗(yàn)艙，另外像加拿大是提供了一個組裝空間站的機(jī)械手。國際空間站它是一個桁架式的，它因?yàn)槭且粋€萬國聯(lián)盟，所以它做了一個很大的桁架來把各個部分各個國家提供的艙段給發(fā)射上去、組裝進(jìn)去。其中這個核心艙就是俄羅斯提供的，它其實(shí)是當(dāng)時的和平二號空間站等于它已經(jīng)都設(shè)計好了，它自己要建一個空間站。后來是美國聯(lián)合俄羅斯來共同建造空間站，所以核心艙的這個部分是俄羅斯提供的。
中國的話就是核心艙、科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙、航天員、貨運(yùn)飛船都是我們自己來完成的，各種火箭都是我們自己的，所以這是我們國家跟外國的區(qū)別。簡直就是，用一句話來說就是，中國與外國描述的框架。
袁嵐峰：所謂的外國是一個國家，我們中國之外的所有國家叫做外國。這么看起來可以說是俄羅斯對國際空間站應(yīng)該感到很自豪是吧。他們提供了非常核心的服務(wù)：既有核心艙也有很多載人的服務(wù)。美國最大的貢獻(xiàn)是出錢是吧。
周炳紅：是的。
袁嵐峰：那么在中國的空間站上面將來會有什么其他國家的元素在參與？
孫志斌：我們國家目前的話有歐洲的、俄羅斯的，這些是我們主要的一些國家合作對象，也就是ESA和俄羅斯。不光是在空間站上開展過合作，在之前的話，中國和ESA、法國這些國家以及荷蘭也開展了一系列的，包括空間生命材料，還有這些航天員等等相關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的國際合作。
周炳紅：孫老師就去歐洲做過科學(xué)實(shí)驗(yàn)，對吧？
孫志斌：我們當(dāng)初是2006年在ESA所在的法國，法國一個波爾多這個地方有一個A380，叫拋物線飛機(jī)，這個拋物線飛機(jī)的時候是2006年的話，是我在物理所的時候代表中國做顆粒物質(zhì)的團(tuán)隊到他們那兒做拋物線飛機(jī)飛行實(shí)驗(yàn)。飛行的過程中我有幸到里面去了幾次，這幾次的話作為親身的感受也是中國到目前為止，國內(nèi)也僅有幾位科學(xué)家做過這樣的一個實(shí)驗(yàn)。在這幾位科學(xué)家中，我也有幸的參與了一下。
我最大的感受就是什么？它失重了以后，你就感覺飄起來了，然后飄起來以后，當(dāng)你再次恢復(fù)重力的時候，你會感到一下子身體就打到飛機(jī)的地板上壓著你，但是這個時候它還有一個加速度，把你加速一下，你感覺到你的身體貼在地板上的時候你的加速度就會達(dá)到了好幾倍，這樣的話你就感覺你這兩只胳膊就撐不起來了，所以我們就必須貼在飛機(jī)的地板上。這是我自己的感受。
但是在這個時候有個俄羅斯的一個宇航員，不是，俄羅斯的一個科學(xué)家實(shí)驗(yàn)員，他來做實(shí)驗(yàn)，他是必須是站著的，還要在蹬著運(yùn)動的器材，然后頭上戴著各種電傳感器測心臟，測什么樣的生命的各種的信號。我當(dāng)時看到他以后，我就看到了：哦，他比我強(qiáng)壯，他怎么嗷嗷亂吐?。堪盐覀儝佄锞€飛機(jī)，就是失重飛機(jī)吐得到處亂飛。但是當(dāng)時他有準(zhǔn)備，就給了他一個袋子，他對著那個袋子嗷嗷亂吐。這個時候我就發(fā)現(xiàn)，其實(shí)這個宇航員也挺不容易，確實(shí)是一個很辛苦的職業(yè)。
在這一次我們發(fā)射的空間站，也就是“天和”號，一樣的。我們也會有我們過去一直和我們合作的這些老朋友科學(xué)家，一直在這里面我們合作。
袁嵐峰：我來注釋一下，剛才孫老師講的這個做拋物線飛機(jī)的故事。如果有觀眾沒聽明白這是個啥東西，拋物線飛機(jī)這是實(shí)現(xiàn)失重的一種實(shí)驗(yàn)儀器，對吧？因?yàn)槲覀冊谔彰媾R的問題，我們是一個失重的環(huán)境，然后你在地上怎么去模擬失重呢？最最簡單的辦法莫過于泡在水里，就是利用這個浮力。但是這個東西是不可能模擬得很好，因?yàn)楦×λ偸遣痪鶆虻?，你不可能在全身各個地方都感到同樣的失重。所以真正模擬得好的，就是在一個拋物線的飛機(jī)先飛起來，然后讓它自由往下落，在這個時候你是可以體驗(yàn)一個真正的失重。但是那個持續(xù)的時間比較短，否則的話你總得拉起來，要不然那飛機(jī)就直接掉到地面上了，所以那是一個非常寶貴的實(shí)驗(yàn)的機(jī)會。我非常有興趣聽到孫老師真的去做過全失重的實(shí)驗(yàn)。
孫志斌：當(dāng)然這個拋物線飛機(jī)，它既能夠?qū)嶒?yàn)出你的失重的狀態(tài)，同時還可以讓你有超重的狀態(tài)，因?yàn)樗謴?fù)加速度的時候，它的加速度就特別大。
這個時候也能不限火箭發(fā)射的時候，然后讓你產(chǎn)生了那種超重的這種狀態(tài)。超重的狀態(tài)的時候，你就感覺到你的心臟整個都重了，胳膊相當(dāng)于10倍的重量，就是一個人的重量。那個時候的話我只能貼著地板，如果我要站起來，我想我和那個俄羅斯的飛行員是一樣的，我也會嗷嗷亂吐，所以這是一個正常的。因?yàn)樗涯愕男呐K直接往下壓，壓到了你的最低部位置的時候，你的胃就承受不了，你就會吐的。所以我們在那個時候，上飛機(jī)一般讓第一要少吃，第二要喝一個藥，要防失重的，就是降低你的這種敏感度。所以宇航員在太空中也經(jīng)常要吃一些藥來保證他自己的一個身體狀態(tài)。
袁嵐峰：這是非常有意思的經(jīng)驗(yàn)。請問那個拋物線飛機(jī)它實(shí)現(xiàn)失重的時間有多長？幾秒嗎？
孫志斌：30秒。30秒一個周期。
袁嵐峰：現(xiàn)在這個空間站上已經(jīng)有17個國家加入了，但是沒有美國，這是為什么？
因?yàn)槿ツ晡揖突卮疬^這個問題，因?yàn)槲覀兪桥e行了一個向世界各國科學(xué)家的遴選，讓他們自己來提交科研的項(xiàng)目，然后美國也有提交，但是經(jīng)過評選我們認(rèn)為美國科研他提交那項(xiàng)目的科學(xué)創(chuàng)新不夠，所以沒有選上，這是我們官方的說法。但是我不知道你們兩位老師有沒有這方面更多的信息？
周炳紅：我來講一下。我有一些體驗(yàn)，有時候我們在遴選項(xiàng)目的時候，對方可能是來自于一個實(shí)力背景很強(qiáng)的單位，但是我們這個項(xiàng)目設(shè)計的背景由于它其實(shí)是非常明確的目標(biāo)、限制得很清楚，所以經(jīng)常會出現(xiàn)這種實(shí)力很強(qiáng)的隊伍被淘汰的情況。我覺得這個是正常的。
袁嵐峰：你這個回答真是充滿了政治正確啊！
周炳紅：不，事實(shí)上是這樣。因?yàn)樗莻€領(lǐng)域，就是說我限制了，我就是來做這個實(shí)驗(yàn)，這就是一般人有經(jīng)驗(yàn)的人，他就能做得很好，你再多的智慧也發(fā)揮不出來，限定的問題上。
孫志斌：其實(shí)并不是說，美國人在國際空間站上沒有中國人的實(shí)驗(yàn)，也是有中國人的實(shí)驗(yàn)。在前幾年的時候，中國人也在把中國的一個實(shí)驗(yàn)設(shè)備放到他們美國上面。2000年之前和物理所也有一個GAS桶，也就是搭載實(shí)驗(yàn)艙，也到了國際空間站上去做，是航天飛機(jī)送上去。
袁嵐峰：但是您說的2004年我們還能夠上國際空間站，大概是因?yàn)槟菚r候美國還沒有通過一個法案說不許跟中國合作吧？因?yàn)槟莻€法案是前幾年才出來的嘛，在那時候可能它還是允許跟中國合作的，現(xiàn)在應(yīng)該不行了，是吧？
孫志斌：但是私下和科學(xué)家的合作，它還是有好多的互動。
袁嵐峰：那是那是，因?yàn)榭茖W(xué)家天生的都是喜歡國際合作的嘛。
國際空間站它運(yùn)行這10年以來取得了什么科學(xué)成果？實(shí)際上這個問題也是我非常關(guān)心的，因?yàn)槿ツ晡铱吹揭黄恼抡f看到有好多科學(xué)家在吐槽說這個空間站花這么多錢，但是它取得的科研方面的成果其實(shí)是非常非常少的，就很難來論證。它真的值得花這么多錢嗎？你把這個錢花在其他地方，可能取得的成果要大得多？所以我也很想問國際空間站到底取得了什么科學(xué)成果？
周炳紅：這個問題確實(shí)是很難回答的一個問題。10年主要的科學(xué)成果，因?yàn)槲沂沁@么理解的，建設(shè)空間站的一個主要的目標(biāo)是什么？然后它達(dá)沒達(dá)到那個目標(biāo)？因?yàn)榭臻g站的特點(diǎn)，就是說第一個就是規(guī)模要大，空間站它會很大；第二就是時間要長，長期的；還要有人。它其實(shí)是這三個特點(diǎn)決定了它是一個空間站，就是說它本來的目標(biāo)是為了我們解決我們?nèi)祟愰L期在太空生存的能力，為這個而建的，最主要的目標(biāo)應(yīng)該是這個。所以如果圍繞這個來說的話，當(dāng)時美國人他回答的時候，就說它暗物質(zhì)那個實(shí)驗(yàn)設(shè)備是滿足這個目標(biāo)的，就是第一它是一個大型的設(shè)備、需要長期的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗β屎艽蟆?/p>
袁嵐峰：你說的是阿爾法磁譜儀，是吧？（《想?yún)⑴c大型對撞機(jī)之爭？先搞清基本背景 | 袁嵐峰》）
周炳紅：對對對。它說它這個是實(shí)驗(yàn)室很滿足，這個空間站建設(shè)目標(biāo)的，所以也是想砍一直都不能砍掉。就是說它很長時間工作，而且它的數(shù)據(jù)量也很大，需要空間站大規(guī)模的支持。但聽起來有點(diǎn)像拼體量的，這是一個，我覺得這是算一個比較大的成果。當(dāng)然這個暗物質(zhì)的結(jié)論還不是很明確，這是一個。
第二個我先講一個比較簡單的，跟我的專業(yè)領(lǐng)域也比較相關(guān)的，一個需要這種大規(guī)模實(shí)驗(yàn)平臺來研究的，而且跟我們未來的太空生存相關(guān)的，就是低溫推進(jìn)劑的長期的儲存與補(bǔ)加實(shí)驗(yàn)。這個美國是在空間站上一直在進(jìn)行，而且進(jìn)行了三期。講一下它最近的一期是做什么，怎么做的？就是它做的是一個甲烷，就是液態(tài)甲烷。
所以它大概是90 K附近，也就是零下，應(yīng)該是零下180度左右，可能比這高一點(diǎn)，因?yàn)槲艺f錯了，反正零下100多度。這個液態(tài)甲烷，它想實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是在上面儲存6個月，然后讓它是零蒸發(fā)。結(jié)果在中間就出問題了，它的電子設(shè)備損壞了，就那個制冷設(shè)備壞了。制冷設(shè)備壞了以后，低溫推進(jìn)劑就受到加熱，加熱了以后如果你這時候沒有人去干預(yù)去處理的話，它其實(shí)那個儲箱就會爆炸了，它相當(dāng)于是個高壓鍋被太陽光一照它就溫度上去了就會沸騰，就爆炸。
那么這時候他是緊急的，給它關(guān)閉了，而且就開始啟動它的排氣閥把甲烷就排到太空中去。我覺得這是為了人類太空旅行，太空飛行做的一個長期的實(shí)驗(yàn)。符合它這個目標(biāo)，就是在進(jìn)行了這一系列的、在微重力條件下流體流動行為的研究，在這方面也取得了一些成果。
另外一個就是很重要的，其實(shí)當(dāng)時就是認(rèn)為這個人在太空微重力環(huán)境下，認(rèn)為這個人的生存呢，擔(dān)心會發(fā)生一些很嚴(yán)重的影響。比如一個就是對骨頭的影響，也就是骨質(zhì)疏松。當(dāng)時美國有個航天員在上面是待了超過一年，他有個同卵雙胞胎是在地面上，他們可以對照。他從天上下來以后是長高了好幾厘米，這是一個。但是這個結(jié)果后面證明它不是很嚴(yán)重，他過了幾個月以后，一兩年以后他慢慢的又恢復(fù)了，這是一個。
第二個就是對人體的血流結(jié)構(gòu)的影響，對全身的血流會有個影響。是在太空微重力環(huán)境下，待的時間很長了以后，也是半年、一年這個時間以后，大腦區(qū)域的血流量會減少，其實(shí)是對智力都會有影響的。但是呢，他回到地面以后也是恢復(fù)得比較快。所以這個結(jié)果應(yīng)該說，第一我們?nèi)〉昧私Y(jié)果，這個結(jié)果是正面的。
事實(shí)證明我們?nèi)祟愂强梢赃m應(yīng)比較長期的微重力環(huán)境，一年左右人類是可以的。所以我就講一下10年的主要的科學(xué)成果來講，如果說直接推動的，確實(shí)是要說非常亮的、非常重大的科學(xué)成果，確實(shí)是很難說得上來，因?yàn)樗幌窕A(chǔ)科學(xué)，所以確實(shí)社會有質(zhì)疑，我覺得也是正常的。但是為了太空生存，確實(shí)很多你不去做就不知道了，哪個是個正面的結(jié)果，對吧？對血流影響不大、對骨頭影響也不大，甚至將來可能要去做一些，打比方在微重力環(huán)境下的生殖和繁衍，這都是等待著需要去做的重大的問題。但是現(xiàn)在誰能說得清楚將來會是什么結(jié)果嗎？我想也說不清楚，但是它確實(shí)也很重大，需要長時間的在空間站上去做實(shí)驗(yàn)，最后才能給出明確的科學(xué)結(jié)論。
袁嵐峰：孫老師有沒有要說的？
孫志斌：最主要的還是這個，人在太空的適應(yīng)能力。第二個的話就是技術(shù)，技術(shù)其實(shí)在前面，在美國和蘇聯(lián)登陸月球的過程中，為什么會發(fā)生多少次的失??？成功率只有50%，失敗率也有50%，也就是在這么高的失敗條件下哪些東西在這里面是沒有驗(yàn)證過的？哪些是最容易出問題的？那就是在空間站上需要把這些前面走的技術(shù)，都要得到全鏈條全方位的考核和驗(yàn)證，才能為后面的實(shí)驗(yàn)做好一個鋪墊。
我想中國現(xiàn)在走得這么穩(wěn)、這么好，我們也得要感謝前面他們?yōu)橹袊鵀槲覀冧伒倪@些路。
袁嵐峰：感謝。所以我理解您的意思就是說為了中國，至少對中國來說，因?yàn)槲覀冞€沒登月呢，所以至少我們?yōu)榱说窃乱约皩淼腔鹦?，我們現(xiàn)在建個空間站，這個意義明顯是非常重大的。
