我國打造“經濟適用型”太空“別墅”
來源:科技日報
發布時間:2021-10-08
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在廣東(dong) 珠海舉(ju) 辦的第十二屆中國國際航空航天博覽會(hui) 上,中國空間站天和核心艙揭開神秘麵紗,首次公開亮相。圖為(wei) 展出的空間站核心艙實物(工藝驗證艙)。 新華社記者 梁旭攝  

  我國空間站采用了許多新技術,例如,大型柔性太陽電池翼、再生式生命保障係統、電推進係統、首尾兩(liang) 端配置相同的大型空間機械臂等,所以使用效益比較高。

  茫茫深空中,中國終於(yu) 要有一個(ge) 屬於(yu) 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遙二運載火箭成功將空間站天和核心艙送入預定軌道,空間站在軌組裝建造全麵展開。中國也成為(wei) 全球第三個(ge) 獨立建造空間站的國家。

  在天和核心艙發射升空之後,據中國載人航天工程辦公室消息,經監測分析,5月9日10時24分,長征五號B遙二運載火箭末級殘骸已再入大氣層,落區位於(yu) 東(dong) 經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。

  除了運載火箭外,我國為(wei) 了組建自己的空間站還進行過哪些準備?中國的空間站又有哪些特色?為(wei) 此,科技日報記者專(zhuan) 訪了全國空間探測技術首席科學傳(chuan) 播專(zhuan) 家龐之浩。

  組建之前進行了多項“熱身”

  中國空間站的建造舉(ju) 世矚目,但其實在開啟組建工作前,我國就已經完成了許多“熱身動作”。

  首先,就是完成載人天地往返運輸係統的研製與(yu) 發射。“就像我們(men) 的科研大樓一樣,空間站具有體(ti) 積大、功能強、載人多、性能優(you) 等諸多特點,但它自身不能進行天地往返。”龐之浩表示,因此,在建造空間站之前,首先需要完成載人天地往返運輸係統的研製。通過我國第一艘載人航天飛船——神舟五號,以及神舟六號的研製與(yu) 發射,我國成功掌握了載人天地往返運輸技術。

  其次,是突破了太空行走以及交會(hui) 對接技術。2008年9月27日,神舟七號航天員翟誌剛成功完成了我國曆史上第一次太空行走,標誌著中國成為(wei) 世界上第三個(ge) 獨立掌握空間出艙技術的國家。龐之浩表示,太空行走技術的突破,為(wei) 完成我國建造空間站所需的出艙、組裝、維修等任務奠定了基礎。

  空間交會(hui) 對接是指兩(liang) 個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 以上的航天器在太空軌道上按預定位置和時間相會(hui) 後用機械結構連成一個(ge) 整體(ti) 。它有四大用途:一是為(wei) 長期運行的空間設施提供人員和物資運輸服務;二是使兩(liang) 個(ge) 航天器在太空相互支持;三是在軌組裝大型航天器結構;四是進行航天器重構以實現係統優(you) 化。我國通過先發射天宮一號,然後陸續發射神舟八號、神舟九號以及神舟十號飛船與(yu) 之分別對接,逐步掌握了自動交會(hui) 對接和手控交會(hui) 對接技術,這個(ge) 技術是實現空間站正常運行的先決(jue) 條件,“因為(wei) 如果我們(men) 的空間站上去了,無論送人還是送貨,都需要通過飛船與(yu) 空間站交會(hui) 對接來完成。”龐之浩補充道,我們(men) 也是世界上第三個(ge) 獨立掌握交會(hui) 對接技術的國家。

  此外,我國還研製了天宮二號。天宮二號原本是天宮一號的“備胎”,它與(yu) 天宮一號在結構、尺寸、重量、壽命上幾乎一樣。但是,天宮二號的“內(nei) 心”與(yu) 天宮一號有著很大的不同——它可以進行航天員的中期駐留,進行大量的科學實驗和技術試驗等,包括在軌加注燃料。因此,天宮二號承擔著驗證空間站相關(guan) 技術的重要使命,是中國第一個(ge) 真正意義(yi) 上的太空實驗室。

  不過,空間站不可能靠載人飛船運送貨物,因為(wei) 在滿載3人的時候,載人飛船每次隻能運送300公斤的貨物,所以必須依靠真正的貨運飛船。為(wei) 此,我們(men) 建造了天舟一號貨運飛船,它是目前世界現役貨運飛船中運貨能力最強的飛船,其總重量為(wei) 13.5噸,每次能運送6.5噸的貨物,因此,“天舟”的載貨比為(wei) 48%,高居世界首位。

  “我們(men) 載人航天領域有句話,叫‘造船是為(wei) 了建站,建站是為(wei) 了應用’。”龐之浩說,空間站建好後,將會(hui) 開始大規模的應用實驗,包括航天醫學實驗、空間科學研究與(yu) 應用、航天技術試驗等。

  在第三代空間站基礎上“別出心裁”

  中國空間站以天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙三艙為(wei) 基礎,在三艙飛行器依次發射成功後,將在軌通過交會(hui) 對接和轉位,形成“T”構型組合體(ti) ,長期在軌運行。目前空間站的構型主要分為(wei) 第三代和第四代,中國空間站屬於(yu) 哪一代呢?

  “第三代空間站采用積木式構型,它是由一個(ge) 艙段、一個(ge) 艙段在太空對接而成,也叫組合式空間站。”龐之浩介紹道。蘇聯/俄羅斯建造、發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(nei) 航天員不僅(jin) 能夠長時間生活、工作,而且可以開展多種實驗。

  國際空間站為(wei) 第四代空間站,采用桁架掛艙式構型, 以上百米的組裝式桁架為(wei) 基礎結構,然後將多個(ge) 艙段和設備安裝在桁架上。這種空間站采用集中式供電,太陽能電池板位於(yu) 桁架兩(liang) 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,達到世界第三代空間站水平,屬“經濟適用型”。其特點是:起點高,效益高,技術新,保障強。

  它雖然也采取了積木式構型,但又與(yu) 和平號空間站有一些不同。“我們(men) 的兩(liang) 個(ge) 大太陽能電池板是放在兩(liang) 個(ge) 實驗艙兩(liang) 端,這樣就不會(hui) 因為(wei) 遮擋而影響電力的利用率,光電轉換效率達到了約30%。”龐之浩說。另外,我國空間站采用了許多新技術,例如,大型柔性太陽電池翼、再生式生命保障係統、電推進係統、首尾兩(liang) 端配置相同的大型空間機械臂等,所以使用效益比較高。

  據權威專(zhuan) 家介紹,我國空間站從(cong) 建造成本和應用效益的角度綜合分析,是符合中國國情和實際需要的理性選擇,既不貪大求全,又規模適度。中國空間站載荷支持效率高,可提供多種標準接口,有望取得較高的工程應用效益。

  另外,在發射了3個(ge) 艙後,我國還將發射與(yu) “天宮”空間站共軌飛行的“巡天”光學艙,這台望遠鏡的分辨率與(yu) 美國哈勃太空望遠鏡相當,但視場角是後者的200多倍。“巡天”光學艙在需要時可與(yu) “天宮”空間站主體(ti) 對接,開展推進劑補加、設備維護和載荷設備升級等活動。

  我國空間站也可以根據需要進一步擴展,由T字構型擴展成幹字構型。

  各國掀起空間站建造熱潮

  探月熱的餘(yu) 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(ge) 空間站的核心艙段將要發射——其26年前就開始打造的“科學號”多功能核心實驗艙。據俄媒體(ti) 報道,“科學號”多功能核心實驗艙計劃於(yu) 7月15日在位於(yu) 哈薩克斯坦的拜科努爾航天發射中心發射升空。

  龐之浩表示,俄羅斯已決(jue) 定在2024年國際空間站合約到期後退出國際空間站,並計劃在未來以“科學號”為(wei) 核心建造自己的空間站或與(yu) 中國合作。

  美國則是想要與(yu) 其他國家在月球軌道上建造空間站。“建造月球軌道空間站也算是一個(ge) 創新,航天員可以先飛到月球軌道空間站,在空間站進行生活、工作。需要登月的話,就坐飛船降落到月球表麵,完成研究工作後,再飛回月球軌道空間站。”龐之浩說,除此之外,未來航天員也可以從(cong) 月球軌道空間站飛到附近的小行星,甚至是火星進行探測。

  激烈的空間站“競賽”,各國各顯其能。其實,我們(men) 這些看“熱鬧”的吃瓜群眾(zhong) ,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(nei) 或將建造純商業(ye) 化的“太空旅館”,有兩(liang) 種不同的打造方式。一種是與(yu) 空間站構造基本一致,但是沒有其他科研設備,內(nei) 部按照旅遊酒店的方式進行裝修,遊客可以在其中進行天文觀測和對地觀測,“近水樓台”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行軌道上,再以充氣的方式使其體(ti) 積擴大至原體(ti) 積的4倍。與(yu) 傳(chuan) 統太空艙相比,充氣式太空旅館將由若幹個(ge) 可充氣膨脹的軟殼太空艙組裝而成,這種太空艙有3個(ge) 優(you) 勢:一是發射成本較低;二是居住空間寬大;三是采用新的多層結構外殼設計和使用新材料,充氣的軟殼表麵有一定彈性,比起傳(chuan) 統含鋁材料的航天器外殼,能為(wei) 居住者提供更好的空間防護,可以抵禦太空垃圾、宇宙粒子等的撞擊,並為(wei) 其內(nei) 核提供保護。

  從(cong) 載人天地運載係統,到太空行走、交會(hui) 對接、貨運飛船,再到空間站自主建造、產(chan) 品全部國產(chan) 化、關(guan) 鍵核心元器件自主可控,我國載人航天事業(ye) 不斷創造曆史。天和核心艙的發射成功僅(jin) 僅(jin) 是中國空間站任務邁出的第一步,探索浩瀚太空永無止境,未來每個(ge) 人的太空夢,或許就從(cong) 這第一步開始,逐漸走進現實。


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