（五）空间物理

【空间物理学】

1957 年 10 月 4 日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪元。三十多年来，伴随着空间活动的频繁发生，逐渐形成了一门独特的综合性学科——空间科学。它主要是利用空间飞行器作为手段来研究发生在宇宙空间的物理、化学和生命等自然现象的一门前沿科学，包括了空间物理学、空间天文学、空间化学、空间地质学、空间材料科学和空间生命科学等分支。

空间物理学主要研究地球空间、日地空间和行星际空间的物理现象，是地球物理学的自然延伸。它的研究对象包括太阳、行星际空间、地球和行星的大气层、电离层、磁层，以及它们之间的相互作用和因果关系。空间物理学又包括下列分支学科：

高层大气物理学研究距地面 50 公里到 2000 公里以上的空间区域的物理现象。覆盖整个地球的大气质量约为 5.3×1021 克，其 90%聚集在离地表 15 公里高度以下，99.9%在距地面 48 公里以内。地球大气的密度、压力、组分和电磁特性都随高度而变化，按不同物理特性可分为对流层、平流层、中层、热层和外层；按组分状况可分为均匀层和非均匀层；按电磁特性可分为中性层、电离层和磁层；按化学成份特征还有臭氧层。地球大气是人类赖以生存的主要环境，与人类的空间活动、军事活动和科学研究有着密切的关系。在发展航天事业的同时，人们不能不注意到航天发射对大气层的破坏，会影响人类健康和全球生态平衡。
电离层物理学研究发生在电离层中的电离过程、动力学和光化学等物理过程。地球高层大气中的分子和原子受太阳产生的电磁辐射与粒子辐射的作用，其外层电子会脱离分子和原子的束缚而电离出来，从而使大气中出现大量的自由电子、正离子和负离子，形成从宏观上仍然是中性的等离子体区域，叫电离层，它处在离地表大约 60 公里至几千公里高度的一个确定空间。由于电子密度不同，电离层可分成 D 层、E 层和 F 层。电离层中的带电粒子在外加电磁场的作用下会发生振动，产生二次辐射，同原来的无线电波外加场矢量相加，使电波向下折射而传播。超短波（30～ 300 兆赫）的散射传播会穿透电离层，可用于地面和空间飞行器之间的跟踪定位、遥测、遥控和通信联络。等离子体技术在空间技术（例如等离子体推进）、氢弹及受控热核反应、磁流体发电等各个方面都有实际应用。
磁层物理学我们知道地球是一个磁体，地磁场与一个棒状磁体的磁场（偶极场）相似，地磁轴与地球自转轴的交角为 11°。地磁场的主要部分约占 99%的磁场，称为基本磁场，来源于地球内部；另一部分称为短期变化磁场，来源于外部，主要是由太阳风与地磁场之间相互作用和高空电流体系引起。太阳风以 350～70O 公里/秒的速度流向太阳系空间，因而把

地磁场压缩在一个空间区域，形成磁层，其边界称磁层顶。磁层顶在向阳面的边界距地心约 10 个地球半径，在背阳面形成磁尾，一直拖延到 100 个地球半径以外的行星际空间。磁层的接近地球部分，在地磁场作用下，随地球一起共转，形成等离子体层。

磁层的存在对人类进行空间活动有很大的影响。磁层中的粒子（主要成份是质子和电子）与物质发生作用时。可以引起电离、原子位移、化学反应和各种核反应。从而容易损伤空间飞行器、人体和材料等。为了确保航天飞行的安全，必须加强对磁层的研究。

行星际空间物理学行星际空间是太阳系内行星之间的空间，研究行星际物质的分布、密度、温度和磁场等物理性质，是这门学科的主要内容。它阐述太阳风（太阳抛出的高速带电粒子流）和太阳磁场的形成、运动、在行星际空间的分布以及对其他行星际物质的作用，这些对推测太阳系的起源、演化都有重要的作用。
行星大气物理学研究太阳系中行星大气层的组成结构以及物理效应。太阳系中，水星、金星、木星、火星、土星、天王星、海王星周围，都有一定的大气环绕，其分层类似地球大气分层。冥王星有无大气，至今不能断定。
行星磁层物理学由于太阳风与行星磁场的相互作用，行星磁场就被限制在一定的空间区域，形成行星磁层。行星磁层就是行星磁层物理学的研究对象。
宇宙线物理学来自宇宙空间的各种高能微观粒子——质子（氢原子核）、α粒子（氦原子核），电子、中微子和高能光子（X 射线和γ 射线）称为宇宙线。宇宙线物理学研究的是宇宙线的来源、传播及与星际空间的相互作用，它是我们研究天体演化的一个重要途径。

随着空间技术的发展，借助航天器等新的研究手段和方法，空间物理学的研究必将达到一个新的水平，吸引更多的青少年将来投身于航天事业。

【空间技术】

空间科学和空间技术合称空间科技，是一门新兴的综合性尖端科学技术。空间技术是从事空间飞行的综合性技术，指各种航天器的设计、制造、发射和应用方面的技术。它主要包括空间飞行技术，空间系统工程技术，空间控制与导航技术，空间通信跟踪与遥控技术，空间遥感与控测技术，图象与数据处理技术等等。

空间技术是火箭和启动控制两门技术结合的结果。火箭是我国古代的四大发明之一；现代火箭在技术上有了划时代的改进，成了宇宙飞行的运载工具，但其基本原理依然是喷气推进。前苏联火箭专家齐奥尔科夫斯基和美国科学家戈达德为现代火箭奠定了理论基础。德国在第二次世界大战中共发射了 4300 枚 V-2 火箭。50 年代，美国、前苏联两国研究洲际导弹

和地球卫星。70 年代以前，空间技术主要是发展火箭、制导系统和其他装置，包括对人造地球卫星、载人飞船、行星际探测器及其系统结构、设备的研制、试验。在这期间，前苏联于 1957 年 10 月发射了第一颗人造地球卫星，1961 年发射了第一艘载人宇宙飞船“东方号”，1964 年又成功地将载有 3 名宇航员的“上升一号”一举送入空间。美国则分别于 1958 年和

1960 年发射了第一颗人造卫星和第一次载人航行，并于 1969 年由推力达

3400 吨的“土星五号”运载火箭将“阿波罗号”飞船送上月球，广寒宫已

先后留下了六批 12 人的脚印。

本世纪 70 年代以来，空间技术的重点主要在两个方面：人造地球卫星的广泛应用和研制长时间在地球轨道上运行的空间站，以及集火箭、飞船、飞机于一体的航天飞机。至今为止，人类已向空间发射了 4200 多个种类繁

多的太空飞行器，共进行 140 多次载人航天，有 240 多人进入过太空。前

苏联飞行总记录超过 17300 人·小时，是美国的 3.5 倍，30 年来在账面上

的投资总额已超过 1890 亿美元。太阳系家族的成员金星、火星、木星等的秘密已被初步揭开。1977 年夏天，美国发射的“旅行者”Ⅰ号和Ⅱ号宇宙探测器正携带着“地球之音”飞出太阳系，去寻找宇宙生命。

空间技术的发展，使人类的活动进入广阔的宇宙空间，应用型空间技术的日趋成熟，为人类创造了巨大的物质和精神财富。通信卫星作为信息社会传递信息的枢纽，联结世界各地，引起了通信体制的根本改变。现在世界上三分之二的国际电话业务和几乎全部洲际电视转播业务，均由国际通信卫星承担，每年营业额高达 20 亿美元。运用地球资源卫星，可以把气象观测、资源考察、环境监测和地图绘制等工作自动化，既节约大量人力时间，又可及时得到可靠的丰富资料。通过各类应用卫星进行侦察、预警、通信、导航、广播、考察、预报、测绘等，可以获得巨大的军事价值和经济效益。空间技术的发展，使人类对地球、太阳系及宇宙的观测和探测手段发生了根本改变，拓宽了认识范围，促进了天文学和天体物理、微观物理的进展，同时也使空间生态学、空间生物医学、空间工程学、星际飞行学等一大批新学科应运而生。

经过 30 多年的发展，航天事业已日益显示出强大的生命力。90 年代以空间站为基地，人类开发空间达到了新的高潮。在能源日趋紧张的今天，人们正设想向太空要能源，建立太阳能卫星发电站，由微波送往地球，再转换成电流。人们还设想建立太空工厂，利用宇宙空间的失重，高真空、强辐射、超低温、无菌等优越条件，生产新材料、新药品。人类还将探测和研究月球以及小行星的矿物资源种类和分布，为开发太空原料作准备。太空研究也将从近地空间扩展到远地空间，从内行星扩展到外行星，对太阳系所有行星进行跟踪观察，对宇宙背景及地外文明进行探测，为认识太阳系和宇宙演化、生命起源等理论增添新内容。

【火箭技术】

火箭是一种靠发动机喷射工质产生的反作用力向前推进的飞行器，是实现卫星上天和航天飞行的运载工具，故又称运载火箭。火箭技术就是要解决火箭的制造和发射等问题。没有火箭技术的发展，就没有空间科学蓬勃发展的今天，火箭技术为人类打开了探索宇宙的大门。

火箭由结构系统、动力系统和控制系统三部分组成，外形像一支削过的铅笔。结构系统即火箭的壳体，头部装置有效载荷（即要运送的对象，如人造卫星、飞船或核弹头等），仪器舱安装控制系统，尾部安装火箭发动机，携挂推进剂贮箱。运载火箭的各部分要求连接成一个结构紧凑、外形理想的整体。动力系统是指火箭发动机和推进剂输送系统。发动机的结构主要包括燃烧室和喷管。推进剂输送系统犹如人的血管，其作用是向发动机燃烧室输送燃料，燃料燃烧后产生的高温、高压燃气以高速度从喷管排出，强大的推力使火箭拔地而起，冲向太空。控制系统包括制导系统、姿态控制系统及电源配电系统。控制系统主要设备有陀螺仪、加速度表和计算机等。通过火箭上的仪器设备进行惯性制导或地面的无线电制导，指令火箭上的控制系统产生控制力和力矩，使运载火箭保持姿态稳定并按预定弹道飞行。

我们知道，卫星或飞船环绕地球轨道运行的第一宇宙速度是 7.9 千米

/秒；飞船或星际探测器实现太阳系内的行星际航行的第二宇宙速度是

11.2 千米/秒；要使星际探测器摆脱太阳系的引力去探索宇宙的第三宇宙速度则需 16.6 千米/秒。飞机是依靠机翼上、下两面产生的压力差上升飞行的，其喷气发动机燃烧煤油，利用空气中的氧气为氧化剂，所以飞机离不开大气，而且飞机发动机的推力也不足以把飞行器加速到摆脱地球引力所需的第一宇宙速度。这就必须依靠火箭了。火箭发动机所消耗的燃烧剂和氧化剂（两者统称推进剂）都是由火箭自身携带的，因此火箭可以在真空中飞行。火箭推进剂燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒定律，火箭就获得数值相等、方向相反的动量，因而发生连续的反冲现象。随着推进剂的消耗，火箭逐步减轻，加速度增大。当燃料烧尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。

运输火箭的航程主要取决于飞行的最大速度和弹道倾角。根据俄国学

量，M2 是推进剂耗完脱落以后火箭的质量）。这就要求采用高性能的推进

剂和研制先进的发动机。但在现有技术条件下，靠提高发动机性能和多装推进剂减轻结构所受重力还很难使单级运载火箭的速度超过 5 千米/秒，也就达不到第一宇宙速度。因此，运载火箭通常为三级以上的多级火箭，其组接形式有各级首尾相接的串联式和下面两级并联、上面一级串联的串并

联混合式。各级火箭发动机可以都用液体推进剂，或都用固体推进剂，或由两者混合组成。各级火箭依次点火并在用完后自动与主体火箭分离，通过一级级加速来提高火箭速度。

火箭可应用在军用和民用两大方面。按不同飞行任务，大致可以分为三类：探空火箭，用于高空大气测量；弹导式导弹，是带战斗部的有控火箭；卫星（飞船）运载器，把卫星或飞船送上轨道。目前世界上最大的运载火箭是美国的“土星五号”，直径 10 米，高 85 米，起飞时重量近 3000

吨，第一级火箭装有五台发动机，推力 3000 多吨,点火后 150 秒即可把 2000

多吨液氧和煤油烧光。第二级装有 450 吨高能推进剂（液氧和液氢），推

力 525 吨。第三级装有 106 吨推进剂，推力 100 吨。“阿波罗”登月飞船就是由它运载并送入轨道的。

目前，虽然现代火箭技术已经发展到很高水平，但是其有效载荷只占运载火箭起飞重量的 1～2%，如发射一颗 1 吨重的卫星，运载火箭必须重50～100 吨，运输效率太低。另外，若用目前的化学推进剂，运载火箭实现恒星际载人航行，到达最近的恒星也要几万年，这对载人航行是不可想象的。科学家们正在为研制电子火箭、核火箭甚至光子火箭提出种种设想，并进行探索。

我国在 1970 年 4 月 24 日发射了第一颗人造地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己力量研制成火箭发射卫星、第三个掌握卫星回收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国家。长征号运载火箭还承担了瑞

典、美国等国发射卫星的业务。我国不仅掌握了发展空间科技的基本手段，而且培养造就了一支航天科技队伍，建立了全套卫星发射、测控设施。

【新一代火箭】

人造卫星、宇宙飞船和航天飞机的发射都离不开化学火箭，化学火箭是利用推进剂发生化学反应而得到巨大推力的。但是，如果要使宇宙飞船飞离太阳系到银河系飞行，即使载有大量燃料的大型化学火箭，也不能达到所需要的速度。为此，人类想到其他行星中去旅行，必须研制离子火箭、光子火箭、原子能火箭等新型火箭。目前，上述火箭中，有的已进入研制阶段。

离子火箭，是把铯和汞等金属原子离子化，如果施加高电压和强磁场，气体原子的阳离子和阴离子能以非常高的速度喷射出去，推动火箭飞行。离子火箭的推力远比化学火箭小，但可长时间保持其推力，适用于长时间旅行。目前有人设想利用太阳能和原子能作离子火箭的电源。这样再加上离子化装置，体积显得比较庞大，不适宜地面发射，但可用于空间站发射。

光子火箭，利用光子的粒子，使火箭速度不断加大，以接近 30 万千米每秒的光速飞行。人类的宇宙活动范围，早晚要扩大到太阳系以外而进入银河系。但是，银河系中离地球最近的恒星是人马座，它距地球 4.3 光年。据推算，如果人类要到人马座去旅行，用化学火箭路上要花几十万年，用

离子火箭也得 6000 年。如用光子火箭以接近光的速度飞行，那么只要 5 年左右就能达到。因此，一旦光子火箭诞生，其意义是很大的。但是，推动这种火箭的热源以及能耐 1 亿度以上超高温的材料能否找到，目前还很难预料。可见要使光子火箭变成现实，还很遥远。

原子能火箭有好几种。其中主要的一种是用原子反应堆加热液态氢，将产生的氢气从火箭尾部喷射出去。这种火箭的缺点是，载人旅行时，为了防护放射线，得用很厚的防护墙，火箭本身很重。不过，原子能火箭能产生巨大的推力，所以用来发射去行星旅行的巨型宇宙飞船还是合算的。目前美国正在进行开发性研究。

除了上述 3 种火箭外，人们还设想多种未来火箭，如等离子体火箭，弧光火箭。游离基火箭和太阳能火箭等。这些还仅仅是设想而已。

【航天器】

在宇宙空间按照天体力学规律运行的各类飞行器统称为航天器，又称空间飞行器。世界上第一个航天器是前苏联 1957 年 10 月 4 日发射的人造

地球卫星 1 号。第一个载人航天器是前苏联航天员加加林乘坐的“东方” 号飞船。第一个把人送到月球上的航天器是美国“阿波罗”11 号飞船。进入太空的第一位女宇航员瓦伦丁娜·V·特列什科娃乘坐的是“东方六号” 飞船。第一个在太空行走的前苏联宇航员乘坐的是“上升二号”飞船。第一个空间站是 1971 年 4 月发射的“礼炮号”。第一个兼有运载火箭、飞船和飞机特征的航天器是美国的“哥伦比亚”号航天飞机。第一个行星探测器是 1960 年 3 月射入金星轨道的“先驱者 5 号”。1988 年第一个飞离太

阳系的是 1977 年 7 月美国发射的“旅行者”号星际飞船。至今，世界各国

已发射了 4200 多个航天器。

航天器一般分为两类：无人航天器和载人航天器。具体分类见下表，它们按用途和飞行方式还可进一步分类。从分类可以看到，行星和行星际探测器是以太阳为焦点之一的椭圆轨道运行的，其他航天器基本上都是环绕地球运行的。

各类航天器是按不同需要分别发射的。但是频繁的发射，将造成地球臭氧层的重大破坏，给人类健康和全球生态平衡带来灾难。近年来，多功能多用途卫星的使用，一箭多星的发射，以及利用航天飞机放置、修理和收回卫星，提高了载荷的利用率。随着航天器设计的标准化和星体结构的积木化（像搭积木那样用一个个独立的小结构组装成大结构，特别是前苏联的空间站），根据不同的需要，换装不同科研或应用方面的有效载荷。为了进一步提高航天器的发射效益，科学家们正在研究利用浮体式石油钻

井平台作为海上移动型运载火箭发射场，这有助于保护陆地环境，确保设施的安全距离，同时可根据具体要求将发射台移到最佳地点，增加发射场地。另外，美国轨道科学公司提出采用 B-52 轰炸机携带叫做“飞马”的运载火箭到空中进行发射，也具有海上发射的优点，而且其发射价格比从地面发射降低三分之二。日本一公司设想在 90 年代末，从地下 2000 米深处，利用压缩空气发射火箭，这能节省能源，提高初速度，增加 35%的搭载量。人们还可以利用航天飞机携带的接力火箭，把飞船或卫星从太空推向更高的轨道。总之，随着航天技术的发展，航天器的发射将会走向更高的层次。

航天器在宇宙空间运动，是由于天体引力场的作用，它的速度是由发射的运载器提供的，根据不同的任务，可选择和设计不同的轨道。大多数航天器不带飞行动力装置，它一般由专用系统（有效载荷，不同用途的航天器装有不同的专用舱）和保障系统（包括结构系统、电源系统、姿态控制系统、无线电测控系统、生命保障系统、应急救生系统、返回着陆系统等）组成。航天器的诞生和使用，使人类的活动范围从陆地、海洋、大气层扩大到广阔无限的第四环境宇宙空间，引起了人类认识自然和改造自然能力的飞跃，并对社会经济和社会生活产生了重大影响。展望未来，航天器的发展和应用，主要是提高从空间获取信息和传输信息的能力，扩大应用范围；加速在空间环境条件下生产新材料和新产品，探索在空间利用太阳辐射能，建立卫星电站，向地球输送能源。同时，航天器也必将为丰富自然科学知识、探索宇宙起源和地球外文明架起桥梁。

【航天飞机】

航天飞机是一种有人驾驶的、可以重复使用的航天飞行器，是往返于地球表面和近地轨道之间运输有效载荷的空间运输工具。它像火箭一样垂直发射，进入绕地球运行的轨道后，成为一艘载人飞船；在完成宇宙空间的各项使命后，又重返大气层，靠惯性滑翔飞行，并在预定的机场跑道上像飞机一样水平着陆。航天飞机兼火箭、飞船和飞机三者之长于一身，是一种新型的空间飞行器。

美国于 1969 年就开始研究航天飞机。1972 年美国总统尼克松正式宣布开始研制航天飞机，动员了 47 个州的科技单位和工厂，投资约 70 亿美

元研制样机。1977 年 8 月 12 日，由改装的波音 747 飞机背负着第一个轨

道飞行器“企业号”试验载人滑翔着陆。1981 年 4 月 12 日，第二架航天飞机“哥伦比亚号”首次飞上太空并安全返回地面。此后，美国又研制成“挑战者号”、“发现号”、“亚特兰蒂斯号”、“奋进号”等新型航天飞机，至今已作了 50 多次飞行。虽然 1986 年 1 月“挑战者号”升空才 73 秒钟就因右侧助推火箭断裂，造成机毁人亡的悲剧，给航天飞机蒙上一层阴影，但展望 90 年代和 21 世纪，航天飞机仍将是联结地球和太空之间的桥梁和工具。

美国的航天飞机由轨道飞行器、外挂燃料箱和两个固体火箭助推器组

成。轨道飞行器是航天飞机的主要部件，外形像一架大型三角翼飞机，机长 37 米，翼展宽 24 米，高 17 米，重 68 吨。它的前部是驾驶舱，舱内可容纳 4～7 人（紧急情况下还可再增加 3 人）。具有与地面大致相同的大气环境，在室内工作可以不穿宇宙服。中段是一个货舱，货物是从顶部舱盖吊进去的，可装二三十吨货物。欧洲空间局的太空实验室就曾由此货舱运载上天。货舱内还有两只“机械手”，它在宇航员的电视监视、操纵下，能在轨道上发射卫星或回收卫星。尾部装有 3 台主发动机和 2 台变轨发动机。轨道飞行器完成任务后返回地面进场检修，又可待命再次起飞。外挂燃料箱是个尖头大圆桶，桶内贮存液氧和液氢，液氧和液氢可供轨道飞行器主发动机作推进剂用；起飞后 8 分钟，燃料烧完，它便和轨道器分离，在再进入大气层时烧毁。外挂燃料箱是唯一不可回收的部件。两个固体火箭助推器分挂在轨道器的两翼下面，它是用来帮助轨道器克服地球巨大引力的。它在起飞后两分钟烧完推进剂，并从航天飞机上分离出来，用降落伞溅落海面进行回收，可重复使用 20 次。整个航天飞机就好像一架飞机悬

挂在 3 个大圆柱上。起飞时，它同普通运载火箭一样，垂直竖立于发射台

上，三台主发动机和两台固体火箭同时点火，两分钟便把航天飞机送上 50 千米高空。抛掉助推器后，轨道飞行器在本身发动机作用下继续升高，直到进入预定的轨道。返回时，它是靠滑翔降落到预定机场的。

航天飞机的特点和优点是：第一，可重复使用 100 次左右，发射费用大约是一次性火箭的十分之一。第二，有很大的运载能力，不但能装载各种飞行器上天，而且能回收、维修卫星，延长卫星的使用寿命，并减少重新研制卫星的巨额费用。第三，可以缩短空间发射的地面准备时间，有利于空间飞行的经常化，并可用来进行空间紧急营救。第四，由于发射和返回阶段的超重较火箭发射减少一半，普通人也可以经受得住它的压力，这就为非职业宇航员进入太空创造了条件。第五，在军事上它可以进行侦察、破坏、捕捉敌方军用卫星，甚至可以把炸弹或核弹扔到敌方目标上。第六，它可以促进空间工业化的实现，试制新材料，进行生物学试验，在空间组建工厂、医院、空间站和实验基地。同时，它还可以把接力火箭带到太空，安装在卫星或宇宙飞船上，把它们推向更高的轨道，去探索宇宙的奥秘。

目前，欧洲航空局和日本都在研制航天飞机。我国的卫星发射和回收技术，也已达到世界先进水平，并已完成了宇航动物实验。专家们预计：近期就可以完成空间载人宇宙飞船的航行，1995 年可以完成小型航天飞机的实验，90 年代末可望建立小型空间站。

【空间站】

空间站是能载人进行长期宇宙飞行的航天器，又称航天站或轨道站。1961 年 4 月 12 日，前苏联宇航员加加林乘坐“东方一号”卫星式飞船环绕地球飞行一周安全返回地面，揭开了载人太空飞行的序幕，宇宙飞船技术迅速发展。前苏联相继发射了东方号系列飞船、上升号、联盟号；美国

也发射了“水星”号、“双子星座”号飞船。据统计，从 1969 年 7 月到

1972 年 12 月，先后有 6 批共 12 名宇航员乘坐“阿波罗”飞船登上月球，

耗资 250 亿美元。由于宇宙飞船体积较小，人在飞船上的行动不便，在太空停留的时间又不长，不能携带太多的科学仪器设备进行科研活动，而且一个接一个的发射也耗费了巨额资金和大量的人力、物力。这就迫使人们考虑建造体积更大、活动更自由的飞船，以便装上更多的生活用品和仪器设备，送上轨道长期运行，就像一个搬到空间去的实验室。人们称它为空间站，它是宇宙飞船发展的必然结果。

空间站一般重达数十吨，可居住空间数百立方米。它基本上由几段直径不同的圆筒串联组成，分为对接舱、气闸舱、轨道舱、生活舱、服务舱和太阳电池翼等几个部分。对接舱一般有数个对接口，可同时停靠多艘载人飞船或其他航天器，是空间站的停靠码头。气闸舱是宇航员在航道上出入空间站的通道。轨道舱是宇航员进行科研和工作的场所，装有各种必需的仪器设备。生活舱是宇航员吃饭、休息和娱乐的地方。服务舱主要用来承装动力和能源系统。太阳电池翼通常装在空间站本体的外侧，为空间站上各个仪器设备提供电源。在空间站里，可以探测天体，研究天文；观察地球，勘测资源；加工新材料，试制新药品；为人们在空间长期居住、开展航天活动、开发太空资源提供场所。目前已发射的空间站有美国的天空实验室，欧洲空间局的空间实验室和前苏联的礼炮号、和平号空间站四个。

美国在 1973 年 5 月 14 日由“土星五号”火箭发射了“天空实验室”

空间站，该空间站重 82 吨，总长 36 米，直径 6.7 米，工作容积 350 立方

米。有 3 批（每批 3 位）共 9 位宇航员在实验室分别工作了 28 天、59 天

和 84 天。他们进行空间药品、人体生理、材料物理等一系列的实验；拍摄

了大量太阳照片和地面照片。“天空实验室”共运行了 6 年多，航程 14

亿多千米，于 1979 年 7 月坠入稠密大气层焚毁。

1973 年，由法国、英国、前联邦德国、比利时、丹麦奥地利等 14 个欧洲国家组成的空间局开始制订空间实验室计划。10 年后，耗资 17 亿美元的“空间实验室一号”，由美国“哥伦比亚号”航天飞机运载，在 1983

年 11 月 28 日至 12 月 8 日成功地进行了首航。该“空间实验室”的设计使

用寿命 10 年，可重复利用 100 次。密封舱内的大气和地面上的大气一样（1 个大气压，相对湿度 70%），宇航员可以不穿航天服而在其中生活和工作。参加这次飞行的 4 名乘员中，包括 1 名前联邦德国的物理学家——U.梅鲍

尔德。在 10 天的飞行中，科学家共进行了宇宙医学、生物学、天文学、太

阳物理、等离子物理、大气物理、地球观测、空间加工等 70 余项实验，取得了丰富的资料。

在空间站这个领域，前苏联一直保持着领先地位。从 1971 年 4 月 19 日至今，已发射了 7 个“礼炮号”空间站，目前正在太空工作的“和平号” 属第三代空间站。前苏联的第一代“礼炮号”规模较简陋，居住空间只有

100 立方米，且只有一个对接舱，宇航员由“联盟号”飞船来回接送。1977

年 9 月发射的第二代空间站“礼炮 6 号”，增加了一个轴向对接口。1984

年 4 月发射的“礼炮 7 号”，重新设计了对接接合器，与“联盟号”载人

飞船和“进步号”供应飞船进行了 52 次对接，空间停留时间最短 75 天，

最长达 237 天。在“礼炮 6 号”、“礼炮 7 号”服役期间，轨道上 45%的时间内有人。1986 年 2 月前苏联发射了崭新的空间站“和平号”。它全长约 13 米，与“礼炮号”相同，重约 21 吨，最大直径 4.2 米，有 6 个对接

口可同时使用，太阳能电池帆板 80 平方米（是礼炮号的 1.8 倍），站内工

作条件和生活条件有了很大的改善。1987 年 4 月 23 日，“和平号”空间站、“量子号”天体物理实验舱、“联盟 TM-2 号”飞船与“进步 29 号” 货船 4 个航天器在空间第一次实现对接，这一航天史上的壮举为永久性空间站的建立进行了有益的尝试。“联盟 TM-15 号”还分别与“和平号”、“礼炮 7 号”联接，首次实现了两个太空站之间的联系。穆萨·马纳罗夫

创下了在空间站连续工作 1 年的纪录，并累计在空间停留时间达 515 天。

美国普林斯顿大学物理教授杰·奥尼尔设想 90 年代末在太空建造一个有山、有湖、有公园，但没有污染和疾病的大型空间站“一号岛”，并实现向太空移民，在站中生产药品、晶体和精密机械零件，逐步发展太空农业，向月球采矿。展望 90 年代的空间技术，空间站必定成为开发太空的基地。