在廣東珠海舉辦的第十二屆中國國際航空航天博覽會上,中國空間站天和核心艙揭開神秘面紗,首次公開亮相。圖為展出的空間站核心艙實(shí)物(工藝驗(yàn)證艙)。 新華社記者 梁旭攝??
我國空間站采用了許多新技術(shù),例如,大型柔性太陽電池翼、再生式生命保障系統(tǒng)、電推進(jìn)系統(tǒng)、首尾兩端配置相同的大型空間機(jī)械臂等,所以使用效益比較高。
茫茫深空中,中國終于要有一個屬于自己的宇宙家園了。4月29日,我國在海南文昌用長征五號B遙二運(yùn)載火箭成功將空間站天和核心艙送入預(yù)定軌道,空間站在軌組裝建造全面展開。中國也成為全球第三個獨(dú)立建造空間站的國家。
在天和核心艙發(fā)射升空之后,據(jù)中國載人航天工程辦公室消息,經(jīng)監(jiān)測分析,5月9日10時24分,長征五號B遙二運(yùn)載火箭末級殘骸已再入大氣層,落區(qū)位于東經(jīng)72.47度,北緯2.65度周邊海域,絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀。
除了運(yùn)載火箭外,我國為了組建自己的空間站還進(jìn)行過哪些準(zhǔn)備?中國的空間站又有哪些特色?為此,科技日報(bào)記者專訪了全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩。
組建之前進(jìn)行了多項(xiàng)“熱身”
中國空間站的建造舉世矚目,但其實(shí)在開啟組建工作前,我國就已經(jīng)完成了許多“熱身動作”。
首先,就是完成載人天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的研制與發(fā)射?!熬拖裎覀兊目蒲写髽且粯?,空間站具有體積大、功能強(qiáng)、載人多、性能優(yōu)等諸多特點(diǎn),但它自身不能進(jìn)行天地往返?!饼嬛票硎?,因此,在建造空間站之前,首先需要完成載人天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的研制。通過我國第一艘載人航天飛船——神舟五號,以及神舟六號的研制與發(fā)射,我國成功掌握了載人天地往返運(yùn)輸技術(shù)。
其次,是突破了太空行走以及交會對接技術(shù)。2008年9月27日,神舟七號航天員翟志剛成功完成了我國歷史上第一次太空行走,標(biāo)志著中國成為世界上第三個獨(dú)立掌握空間出艙技術(shù)的國家。龐之浩表示,太空行走技術(shù)的突破,為完成我國建造空間站所需的出艙、組裝、維修等任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。
空間交會對接是指兩個或兩個以上的航天器在太空軌道上按預(yù)定位置和時間相會后用機(jī)械結(jié)構(gòu)連成一個整體。它有四大用途:一是為長期運(yùn)行的空間設(shè)施提供人員和物資運(yùn)輸服務(wù);二是使兩個航天器在太空相互支持;三是在軌組裝大型航天器結(jié)構(gòu);四是進(jìn)行航天器重構(gòu)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。我國通過先發(fā)射天宮一號,然后陸續(xù)發(fā)射神舟八號、神舟九號以及神舟十號飛船與之分別對接,逐步掌握了自動交會對接和手控交會對接技術(shù),這個技術(shù)是實(shí)現(xiàn)空間站正常運(yùn)行的先決條件,“因?yàn)槿绻覀兊目臻g站上去了,無論送人還是送貨,都需要通過飛船與空間站交會對接來完成?!饼嬛蒲a(bǔ)充道,我們也是世界上第三個獨(dú)立掌握交會對接技術(shù)的國家。
此外,我國還研制了天宮二號。天宮二號原本是天宮一號的“備胎”,它與天宮一號在結(jié)構(gòu)、尺寸、重量、壽命上幾乎一樣。但是,天宮二號的“內(nèi)心”與天宮一號有著很大的不同——它可以進(jìn)行航天員的中期駐留,進(jìn)行大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)等,包括在軌加注燃料。因此,天宮二號承擔(dān)著驗(yàn)證空間站相關(guān)技術(shù)的重要使命,是中國第一個真正意義上的太空實(shí)驗(yàn)室。
不過,空間站不可能靠載人飛船運(yùn)送貨物,因?yàn)樵跐M載3人的時候,載人飛船每次只能運(yùn)送300公斤的貨物,所以必須依靠真正的貨運(yùn)飛船。為此,我們建造了天舟一號貨運(yùn)飛船,它是目前世界現(xiàn)役貨運(yùn)飛船中運(yùn)貨能力最強(qiáng)的飛船,其總重量為13.5噸,每次能運(yùn)送6.5噸的貨物,因此,“天舟”的載貨比為48%,高居世界首位。
“我們載人航天領(lǐng)域有句話,叫‘造船是為了建站,建站是為了應(yīng)用’?!饼嬛普f,空間站建好后,將會開始大規(guī)模的應(yīng)用實(shí)驗(yàn),包括航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、空間科學(xué)研究與應(yīng)用、航天技術(shù)試驗(yàn)等。
在第三代空間站基礎(chǔ)上“別出心裁”
中國空間站以天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙、夢天實(shí)驗(yàn)艙三艙為基礎(chǔ),在三艙飛行器依次發(fā)射成功后,將在軌通過交會對接和轉(zhuǎn)位,形成“T”構(gòu)型組合體,長期在軌運(yùn)行。目前空間站的構(gòu)型主要分為第三代和第四代,中國空間站屬于哪一代呢?
“第三代空間站采用積木式構(gòu)型,它是由一個艙段、一個艙段在太空對接而成,也叫組合式空間站?!饼嬛平榻B道。蘇聯(lián)/俄羅斯建造、發(fā)射了世界第一座積木式空間站和平號,其大大增加了航天員的活動空間和空間站的壽命,使艙內(nèi)航天員不僅能夠長時間生活、工作,而且可以開展多種實(shí)驗(yàn)。
國際空間站為第四代空間站,采用桁架掛艙式構(gòu)型, 以上百米的組裝式桁架為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),然后將多個艙段和設(shè)備安裝在桁架上。這種空間站采用集中式供電,太陽能電池板位于桁架兩端,中間對接了一些太空艙。
我國建造的第一座空間站“天宮”,沒有走美蘇先建造單艙式,再建造多艙式空間站的老路,而是一上來就建造多艙式空間站,達(dá)到世界第三代空間站水平,屬“經(jīng)濟(jì)適用型”。其特點(diǎn)是:起點(diǎn)高,效益高,技術(shù)新,保障強(qiáng)。
它雖然也采取了積木式構(gòu)型,但又與和平號空間站有一些不同?!拔覀兊膬蓚€大太陽能電池板是放在兩個實(shí)驗(yàn)艙兩端,這樣就不會因?yàn)檎趽醵绊戨娏Φ睦寐?,光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了約30%?!饼嬛普f。另外,我國空間站采用了許多新技術(shù),例如,大型柔性太陽電池翼、再生式生命保障系統(tǒng)、電推進(jìn)系統(tǒng)、首尾兩端配置相同的大型空間機(jī)械臂等,所以使用效益比較高。
據(jù)權(quán)威專家介紹,我國空間站從建造成本和應(yīng)用效益的角度綜合分析,是符合中國國情和實(shí)際需要的理性選擇,既不貪大求全,又規(guī)模適度。中國空間站載荷支持效率高,可提供多種標(biāo)準(zhǔn)接口,有望取得較高的工程應(yīng)用效益。
另外,在發(fā)射了3個艙后,我國還將發(fā)射與“天宮”空間站共軌飛行的“巡天”光學(xué)艙,這臺望遠(yuǎn)鏡的分辨率與美國哈勃太空望遠(yuǎn)鏡相當(dāng),但視場角是后者的200多倍?!把蔡臁惫鈱W(xué)艙在需要時可與“天宮”空間站主體對接,開展推進(jìn)劑補(bǔ)加、設(shè)備維護(hù)和載荷設(shè)備升級等活動。
我國空間站也可以根據(jù)需要進(jìn)一步擴(kuò)展,由T字構(gòu)型擴(kuò)展成干字構(gòu)型。
各國掀起空間站建造熱潮
探月熱的余溫還未散去,中國空間站的建造似乎又開啟了全球空間站的建造熱潮。今年,俄羅斯也有一個空間站的核心艙段將要發(fā)射——其26年前就開始打造的“科學(xué)號”多功能核心實(shí)驗(yàn)艙。據(jù)俄媒體報(bào)道,“科學(xué)號”多功能核心實(shí)驗(yàn)艙計(jì)劃于7月15日在位于哈薩克斯坦的拜科努爾航天發(fā)射中心發(fā)射升空。
龐之浩表示,俄羅斯已決定在2024年國際空間站合約到期后退出國際空間站,并計(jì)劃在未來以“科學(xué)號”為核心建造自己的空間站或與中國合作。
美國則是想要與其他國家在月球軌道上建造空間站?!敖ㄔ煸虑蜍壍揽臻g站也算是一個創(chuàng)新,航天員可以先飛到月球軌道空間站,在空間站進(jìn)行生活、工作。需要登月的話,就坐飛船降落到月球表面,完成研究工作后,再飛回月球軌道空間站?!饼嬛普f,除此之外,未來航天員也可以從月球軌道空間站飛到附近的小行星,甚至是火星進(jìn)行探測。
激烈的空間站“競賽”,各國各顯其能。其實(shí),我們這些看“熱鬧”的吃瓜群眾,也有可能享受到空間站建造所帶來的福利。龐之浩表示,未來的空間站內(nèi)或?qū)⒔ㄔ旒兩虡I(yè)化的“太空旅館”,有兩種不同的打造方式。一種是與空間站構(gòu)造基本一致,但是沒有其他科研設(shè)備,內(nèi)部按照旅游酒店的方式進(jìn)行裝修,游客可以在其中進(jìn)行天文觀測和對地觀測,“近水樓臺”享受星空和失重的感覺等。
還有一種是充氣式太空旅館,即先把充氣艙送到運(yùn)行軌道上,再以充氣的方式使其體積擴(kuò)大至原體積的4倍。與傳統(tǒng)太空艙相比,充氣式太空旅館將由若干個可充氣膨脹的軟殼太空艙組裝而成,這種太空艙有3個優(yōu)勢:一是發(fā)射成本較低;二是居住空間寬大;三是采用新的多層結(jié)構(gòu)外殼設(shè)計(jì)和使用新材料,充氣的軟殼表面有一定彈性,比起傳統(tǒng)含鋁材料的航天器外殼,能為居住者提供更好的空間防護(hù),可以抵御太空垃圾、宇宙粒子等的撞擊,并為其內(nèi)核提供保護(hù)。
從載人天地運(yùn)載系統(tǒng),到太空行走、交會對接、貨運(yùn)飛船,再到空間站自主建造、產(chǎn)品全部國產(chǎn)化、關(guān)鍵核心元器件自主可控,我國載人航天事業(yè)不斷創(chuàng)造歷史。天和核心艙的發(fā)射成功僅僅是中國空間站任務(wù)邁出的第一步,探索浩瀚太空永無止境,未來每個人的太空夢,或許就從這第一步開始,逐漸走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
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