2021 年中国开始建设自己空间站，其中有哪些技术值得我们特别关注？
2021 年是中国空间站“天宫”建设的关键一年，一系列高难度、高技术含量的任务接连成功，标志着中国载人航天工程进入了一个新的阶段。天宫空间站的建设不仅是中国航天实力的体现，更是在多项关键技术上取得了突破性进展。以下是一些值得我们特别关注的技术，并进行详细阐述：
一、 大型空间站总体设计与集成技术：
这是空间站建设的基石，也是最复杂的技术之一。
模块化设计与建造： 天宫空间站采用了模块化设计，主体由“核心舱”和“实验舱”组成，未来还将对接“问天”和“梦天”两个实验舱，以及多个载荷平台。这种设计的好处在于：
分批次发射与在轨组装： 每个模块都可以单独发射，大大降低了单次任务的风险和运载火箭的要求。在轨通过机械臂、对接机构等实现精确组装，是中国首次大规模的在轨大型构件组装。
灵活性与可扩展性： 模块化设计允许空间站根据任务需求进行配置和升级，未来可以根据需要添加更多的功能模块，实现空间站的长期发展和功能拓展。
载人货运补给的便捷性： 不同功能的舱段设计也为不同类型的载人飞船和货运飞船的对接提供了便利。
多舱段组合姿态控制与轨道维持技术： 随着空间站模块的增多，其整体结构复杂性增加，姿态控制难度也随之提升。
高精度姿态测量与控制： 需要精确测量整个空间站的姿态，并利用推进系统（如姿态控制发动机）进行精细调整，以保证太阳能帆板指向太阳，天线指向地面，以及进行轨道维持。
复杂动力学建模与仿真： 多个舱段组合体是一个复杂的动力学系统，需要精确的动力学模型来预测其运动规律，并设计出有效的控制策略。
大型推进系统与燃料管理： 为了维持轨道和进行姿态调整，空间站需要大型的推进系统和充足的推进剂。高效的燃料管理技术对于保障空间站的长期运行至关重要。
二、 空间交会对接与载人/货运运输技术：
这是空间站正常运行的生命线，保障了航天员的生活物资和科学设备的补充，以及载人任务的顺利进行。
空间站与载人飞船（如神舟系列）的高精度自主交会对接：
视觉导航与测距技术： 采用激光雷达、可见光相机等多种传感器，实现对目标飞行器位置、姿态、速度等信息的精确测量。
引导控制算法： 针对高速、高精度、低冲击的对接需求，开发了先进的引导控制算法，确保对接过程平稳可靠。
复杂对接机构设计与制造： 对接机构需要承受巨大的冲击和载荷，同时要保证高精度和可靠性，其设计和制造是核心技术之一。
货运飞船（如天舟系列）的自动对接与卸货：
更强的载货能力与更高效的装卸： 天舟货运飞船比以往的航天器拥有更大的载货量，并且在对接后能实现货物的高效自动卸载和装载，大大提高了空间站的补给效率。
空间站机械臂协同操作： 空间站的机械臂在货运飞船对接后，可以协助进行货物的转移和内部整理，进一步提升了自动化水平。
空间站机械臂技术：
大型化与高精度化： 天宫空间站配备了多条大型机械臂，其长度和载荷能力都很强。这些机械臂不仅用于在轨组装，还可以进行外部检查、设备安装、科学实验支持等多种任务。
精细化操作与遥操作技术： 机械臂的操作要求极高，需要实现精细的抓取、定位、旋转等动作，并能进行远程遥控操作。这涉及到复杂的运动学、动力学控制和人机交互技术。
舱外行走辅助： 机械臂可以为出舱活动的航天员提供支撑和移动平台，降低了航天员的工作强度和风险。
三、 航天员长期驻留与生命保障技术：
这是空间站最核心的功能之一，保障航天员在太空的健康和安全。
再生式生命保障系统： 为了实现长期驻留并降低对地面补给的依赖，天宫空间站采用了先进的再生式生命保障系统。
水再生技术： 通过回收尿液、汗液等，经过净化处理后循环利用，实现饮用水和生活用水的再生。这是保障长期任务的关键技术。
空气再生技术： 利用电解水产生氧气，并采用二氧化碳去除技术（如固体胺吸附）和二氧化碳转化技术（如甲烷化），来维持舱内空气的成分和清新度。
废弃物处理与资源化： 对固体废弃物进行处理，并探索部分资源化利用的可能性，进一步减少对地面补给的需求。
在轨锻炼与健康维护技术： 长期失重环境对航天员的骨骼、肌肉和心血管系统有不利影响。
新型太空健身设备： 配备了更先进的太空跑步机、自行车、力量训练器等，以模拟地面重力环境，有效锻炼航天员的身体。
生理监测与评估： 对航天员进行持续的生理监测，及时评估其健康状况，并采取相应的措施。
空间辐射防护技术： 太空中的宇宙射线和太阳粒子辐射对航天员健康构成威胁。
材料选择与舱段布局优化： 通过选择具有良好防护性能的材料，并合理设计舱段的布局，增加辐射防护层。
辐射剂量监测与预警： 实时监测空间站内部的辐射剂量，并在必要时发出预警，引导航天员进入防护更佳的区域。
四、 空间科学实验与应用技术：
空间站不仅仅是居住地，更是重要的太空科学研究平台。
多功能实验柜与载荷支持： 空间站配备了多个国际领先的多功能实验柜，能够支持各种类型、不同要求的科学实验。
精细的温度、湿度、压力控制： 实验柜能够提供高度精确的环境控制，满足对生命科学、材料科学、流体物理等领域实验的苛刻要求。
先进的样品处理与分析设备： 配备了微流控芯片、离心机、显微镜等设备，方便航天员在轨进行样品处理和初步分析。
可更换载荷接口： 实验柜设计有标准化的载荷接口，方便快速更换和升级实验设备，提高空间站的利用效率。
太空制造与材料科学研究：
3D打印技术： 已经实现了在轨3D打印，可以利用太空中的材料制造零部件或工具，这对于未来深空探测和太空探索具有划时代的意义。
新材料制备： 在微重力环境下，可以制备出在地面上难以获得的超纯材料、单晶体材料等，为新材料的研发提供重要支持。
对地观测与空间物理研究：
高分辨率成像技术： 空间站搭载的对地观测设备能够获取高分辨率的地球图像，用于环境监测、灾害预警、资源勘探等。
空间环境监测： 对空间站周围的空间环境进行监测，如高能粒子、磁场等，为载人航天和航天器设计提供数据支持。
五、 新一代载人航天器技术：
与空间站的建设相辅相成的是新一代载人航天器的发展。
重复使用技术： 未来有望实现载人飞船的可重复使用，这将大大降低载人航天的成本。
更高载客能力与更强适应性： 新一代载人飞船将能够搭载更多航天员，并能适应更复杂的空间环境，如深空探测任务。
总结：
中国空间站的建设是一项系统工程，涵盖了从设计、建造、发射、运行到科学应用的各个环节，涌现出众多令人瞩目的技术亮点。这些技术突破不仅是中国航天实力的体现，也为人类探索宇宙、造福未来奠定了坚实的基础。其中，大型化模块化空间站的在轨组装技术、高度自动化的交会对接与补给技术、先进的再生式生命保障系统、以及强大的空间科学实验平台与载荷支持能力，是尤其值得我们关注和深入研究的关键技术。这些技术的成熟和发展，将有力推动中国在载人航天领域的国际影响力，并为人类太空探索事业贡献中国智慧和中国力量。
一、 大型空间站总体设计与集成技术：
这是空间站建设的基石，也是最复杂的技术之一。
模块化设计与建造： 天宫空间站采用了模块化设计，主体由“核心舱”和“实验舱”组成，未来还将对接“问天”和“梦天”两个实验舱，以及多个载荷平台。这种设计的好处在于：
分批次发射与在轨组装： 每个模块都可以单独发射，大大降低了单次任务的风险和运载火箭的要求。在轨通过机械臂、对接机构等实现精确组装，是中国首次大规模的在轨大型构件组装。
灵活性与可扩展性： 模块化设计允许空间站根据任务需求进行配置和升级，未来可以根据需要添加更多的功能模块，实现空间站的长期发展和功能拓展。
载人货运补给的便捷性： 不同功能的舱段设计也为不同类型的载人飞船和货运飞船的对接提供了便利。
多舱段组合姿态控制与轨道维持技术： 随着空间站模块的增多，其整体结构复杂性增加，姿态控制难度也随之提升。
高精度姿态测量与控制： 需要精确测量整个空间站的姿态，并利用推进系统（如姿态控制发动机）进行精细调整，以保证太阳能帆板指向太阳，天线指向地面，以及进行轨道维持。
复杂动力学建模与仿真： 多个舱段组合体是一个复杂的动力学系统，需要精确的动力学模型来预测其运动规律，并设计出有效的控制策略。
大型推进系统与燃料管理： 为了维持轨道和进行姿态调整，空间站需要大型的推进系统和充足的推进剂。高效的燃料管理技术对于保障空间站的长期运行至关重要。
二、 空间交会对接与载人/货运运输技术：
这是空间站正常运行的生命线，保障了航天员的生活物资和科学设备的补充，以及载人任务的顺利进行。
空间站与载人飞船（如神舟系列）的高精度自主交会对接：
视觉导航与测距技术： 采用激光雷达、可见光相机等多种传感器，实现对目标飞行器位置、姿态、速度等信息的精确测量。
引导控制算法： 针对高速、高精度、低冲击的对接需求，开发了先进的引导控制算法，确保对接过程平稳可靠。
复杂对接机构设计与制造： 对接机构需要承受巨大的冲击和载荷，同时要保证高精度和可靠性，其设计和制造是核心技术之一。
货运飞船（如天舟系列）的自动对接与卸货：
更强的载货能力与更高效的装卸： 天舟货运飞船比以往的航天器拥有更大的载货量，并且在对接后能实现货物的高效自动卸载和装载，大大提高了空间站的补给效率。
空间站机械臂协同操作： 空间站的机械臂在货运飞船对接后，可以协助进行货物的转移和内部整理，进一步提升了自动化水平。
空间站机械臂技术：
大型化与高精度化： 天宫空间站配备了多条大型机械臂，其长度和载荷能力都很强。这些机械臂不仅用于在轨组装，还可以进行外部检查、设备安装、科学实验支持等多种任务。
精细化操作与遥操作技术： 机械臂的操作要求极高，需要实现精细的抓取、定位、旋转等动作，并能进行远程遥控操作。这涉及到复杂的运动学、动力学控制和人机交互技术。
舱外行走辅助： 机械臂可以为出舱活动的航天员提供支撑和移动平台，降低了航天员的工作强度和风险。
三、 航天员长期驻留与生命保障技术：
这是空间站最核心的功能之一，保障航天员在太空的健康和安全。
再生式生命保障系统： 为了实现长期驻留并降低对地面补给的依赖，天宫空间站采用了先进的再生式生命保障系统。
水再生技术： 通过回收尿液、汗液等，经过净化处理后循环利用，实现饮用水和生活用水的再生。这是保障长期任务的关键技术。
空气再生技术： 利用电解水产生氧气，并采用二氧化碳去除技术（如固体胺吸附）和二氧化碳转化技术（如甲烷化），来维持舱内空气的成分和清新度。
废弃物处理与资源化： 对固体废弃物进行处理，并探索部分资源化利用的可能性，进一步减少对地面补给的需求。
在轨锻炼与健康维护技术： 长期失重环境对航天员的骨骼、肌肉和心血管系统有不利影响。
新型太空健身设备： 配备了更先进的太空跑步机、自行车、力量训练器等，以模拟地面重力环境，有效锻炼航天员的身体。
生理监测与评估： 对航天员进行持续的生理监测，及时评估其健康状况，并采取相应的措施。
空间辐射防护技术： 太空中的宇宙射线和太阳粒子辐射对航天员健康构成威胁。
材料选择与舱段布局优化： 通过选择具有良好防护性能的材料，并合理设计舱段的布局，增加辐射防护层。
辐射剂量监测与预警： 实时监测空间站内部的辐射剂量，并在必要时发出预警，引导航天员进入防护更佳的区域。
四、 空间科学实验与应用技术：
空间站不仅仅是居住地，更是重要的太空科学研究平台。
多功能实验柜与载荷支持： 空间站配备了多个国际领先的多功能实验柜，能够支持各种类型、不同要求的科学实验。
精细的温度、湿度、压力控制： 实验柜能够提供高度精确的环境控制，满足对生命科学、材料科学、流体物理等领域实验的苛刻要求。
先进的样品处理与分析设备： 配备了微流控芯片、离心机、显微镜等设备，方便航天员在轨进行样品处理和初步分析。
可更换载荷接口： 实验柜设计有标准化的载荷接口，方便快速更换和升级实验设备，提高空间站的利用效率。
太空制造与材料科学研究：
3D打印技术： 已经实现了在轨3D打印，可以利用太空中的材料制造零部件或工具，这对于未来深空探测和太空探索具有划时代的意义。
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对地观测与空间物理研究：
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空间环境监测： 对空间站周围的空间环境进行监测，如高能粒子、磁场等，为载人航天和航天器设计提供数据支持。
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重复使用技术： 未来有望实现载人飞船的可重复使用，这将大大降低载人航天的成本。
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网友意见
有很多方面的技术创新和突破，核心舱上的30台姿轨控发动机，其中26台是消耗传统推进剂的姿轨控动力，而剩下的四台是由上海空间推进研究所研制的HET-80霍尔推力器，该型推力器单台最大推力80mN，额定功率1.35千瓦。这也是人类首次，在载人航天器上使用霍尔推力。
霍尔推力器是电推进的一种，我国电推进产业可谓是厚积薄发的典型，首次在轨应用相较于其它航天强国晚了将近半个世纪，但由于积累扎实、产业链齐全、需求旺盛等多种因素刺激下近十年来空间电推进装备已经形成百花齐放的发展态势，在诸多领域实现了与世界最强的并跑甚至领跑。
天宫空间站应用了具有国际先进水平的三结柔性砷化镓太阳能电池翼，光电转换效率30%以上，发供电能力实现了与国际空间站的等量齐观，在拓展任务中还将增加一对核心舱电池翼。
除了传统姿轨控动力以及霍尔电推之外，天宫空间站还具备推进剂零消耗条件下的姿态机动能力，这就要归功于天和核心舱大柱段与小柱段接壤处的6个控制力矩陀螺。
天和核心舱在轨可维修部件的比例要比国际空间站核心舱高出几个数量级，达到了80%的可维修比例，维修便利性也更高
天宫空间站百吨级身板配置了23个科研机柜，与之相比400吨级的国际空间站则是31个科研机柜，前者用后者四分之一的体量在科研能力上实现了等量齐观，大型空间机械臂、实验舱机械臂等外部载荷也是应有尽有。除此之外，天宫空间站还有拓展任务能力，规划再发射一个核心舱、两个实验舱，空间站最大规模可达180吨级，届时科研机柜数量将再翻一倍，综合科研能力相较于国际空间站将由等量齐观变成全面反超。
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