第四代空间站国际空间站:人类最高科技水平工程系统代表

人类创造了地球上的文明,同样也创造了很多非常复杂、庞大及宏伟工程。到今天为止,人类创造的工程中,从科学技术水平、应用先进技术程度、工程复杂性、投资费用等维度考虑,代表人类最高科技水平有哪些呢?

国际空间站

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国际空间站全貌

航天领域一直作为人类最顶尖科学技术水平的代表,集合了物理学、生物学、材料、通信、动力、燃料、生命科学、计算机、环境、自动控制等多个学科、领域的前沿水平,可谓是集人类智慧成果的大成,国际空间站更是航天领域的最杰出者。

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从国际空间站看地球

国际空间站长度73米,宽度达109米,加压空间916m³,重量达到420吨,设计寿命10~15年,绕地球一圈92.65分钟。共由16个国家(包括美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西、法国、英国、德国、意大利、比利时、丹麦、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士)一起参与建设,1998年开始建设,2010年全面建设完成,耗时12年,花费超过1300亿美元。如果加上各种维护费用,至今已经花费近2000亿美元。

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国际空间站加压区

按照技术划分标准,空间站目前为止共划分为四代。第一代空间站特征是单模块,单接口,主要用于技术验证,人类只能在其内部进行短暂时间的居住,比如说礼炮1号到礼炮5号,美国天空实验室,我国的天宫一号、二号等。第二代空间站特征是单模块,2接口,可以实现人类较长时间居住,如前苏联的礼炮6号、7号等。

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国际空间站“俄罗斯区”

第三代空间站的特征是多模块,积木式结构,相对第一和第二代来说,第三代空间站实现了跨越式的突破。比如前苏联的和平号空间站,采用模块式组装,只要对接接口一致,可以实现不同功能的模块对接,不但便于空间站的后续升级维护,也降低了对火箭发射载荷的要求,降低风险。经过不断升级和改进,最终建成的和平和空间站达到130吨,350立方米加压空间。我国即将要发射的“天宫号”空间站,便是属于第三代空间站,其重量在80吨左右,后续可升级到100吨以上。

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空间站的“美国区”

而国际空间站则属于第四代空间站,也是目前世界上唯一一个第四代空间站,其主要特征是多模块,桁架结构和积木式的混合结构。从需求上看,第三代空间站已经能满足绝大部分人类实验需求,第四代空间站更加复杂、功能更加强大,当然费用也更加高昂,单个国家难以负担。国际空间站是美俄两国牵头建立的,为此美国还放弃发展自家的“自由号”空间站。

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美国规划的“自由号”国际空间站

相比较前面三代国际空间站,第四代空间站几乎可以实现任何需求的空间实验,对接任何功能的模块。国际空间站可以6人长期驻扎,具有完善的生活及工作区域,每年将进行8次货运对接及4次以上载人对接。由于国际空间站采用了桁架这种大型结构方式,使得它的施工难度极大,很多工作只能依靠美国的航天飞机完成。自从美国航天飞机退役以后,目前世界上已经没有能力再进行国际空间站这种级别的航天器建设了。由于不过从技术性能上来说,相比第三代,并没有突破性的优势,因此对于一个国家的空间站来说,没有能力也没有必要建造第四代空间站。

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国际空间站厕所内部

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国际空间站寝室

国际空间站主要的一个作用就是进行微重力下的科学实验,运营十几年来,国际空间站取得了巨大成就,并促进了人类天文观测、对地遥感、航天医学、植物育种等多方面技术的快速进步。国际空间站上研究的技术非常多,主要涵盖的领域有:

1)生物学与生物技术;

2)地球与空间科学;

3)物理科学;

4)技术开发与验证;

5)人体及生命科学;

6)教育活动及推广。

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空间站上日常实验

由于国家空间站工程的复杂与宏伟,对于其在现代社会的地位,有人将其比与古代埃及的金字塔、古巴比伦“空中花园”等人类历史标志性工程相提并论,其在科学史上地位可见一斑。

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古巴比伦“空花园”想象图

当然,除了国际空间站外,还有很多同样集合了人类最先进技术水平的大型复杂工程,比如曼哈顿计划、阿波罗登月计划、人类基因组计划、大型强子对撞机计划等等,后面我们继续逐个了解。

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