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中國空間站建設拉開大幕 國際空間站垂垂老矣

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2021-04-30 10:33 | 稿件來源:觀察者網

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  4月29日11時許,搭載空間站天和核心艙的長征五號B遙二運載火箭,在我國文昌航天發射場發射升空。隨著天和核心艙與火箭成功分離,進入預定軌道,之後太陽能帆板兩翼順利展開且工作正常,發射任務取得圓滿成功。

  此次任務的成功,也標誌著中國空間站在軌組裝建造全面展開,為後續關鍵技術驗證和空間站組裝建造順利實施奠定了堅實基礎。

  盡管中國空間站的建造工作要晚於國際空間站,但中國空間站也具備後發優勢,不僅功能毫不遜色於國際空間站,同時還針對國際空間站的經驗作出了大量改進,使用多項全新的技術。預計中國空間站將在2022年底完成在軌建造,設計的在軌壽命不小於十年,可通過航天員的維護修理和載荷設備的更換延長在軌時間。

  與此同時,目前唯一在軌的國際空間站已經步入“壽命晚期”。盡管美國希望能延長國際空間站的使用時間,但隨著俄羅斯表現出退出國際空間站項目的意向,其前景將更為艱難。因此外媒對於中國空間站的建設表現出高度關注,有外媒還指出,建成後的中國空間站可能在未來成為唯一在軌空間站。

4月29日天和核心艙發射成功(圖自:澎湃影像)

  國際空間站“垂垂老矣”

  目前唯一在軌的空間站只有國際空間站,這是由俄羅斯、美國、加拿大、歐洲及日本等國合作建設的,而中國則長期被禁止加入其中。因此中國的天和核心艙發射成功迅速吸引了外媒的關注。

  美聯社、路透社等外媒第一時間報道了天和核心艙發射成功的消息,將此次發射成功視作是中國太空探索計劃的一個重大進展,為中國建造大型永久性空間站規劃奠定了基礎。

  外媒的報道還指出,其他國家很願意參與中國空間站項目,歐洲國家和聯合國預計將在中國建成的空間站上開展實驗合作。而美國航天局則先要得到國會的批準才可能接觸中國空間站項目。

美聯社報道天和核心艙發射成功

  美國有線電視新聞網(CNN)等外媒也很自然地將中國空間站與國際空間站進行了比較。外媒指出,由於國際空間站預計將在2024年後退役,因此屆時中國空間站可能將成為唯一在軌空間站。

  而“垂垂老矣”的國際空間站,其未來依然撲朔迷離。CNN稱,美國國家航空航天局(NASA)有意把國際空間站沿用至2028年以後,為深空任務提供幫助,但這將需要美國與其他潛在用戶分攤每年11億美元的運營成本,無疑為其前景蒙上一層陰影。

  美國海軍戰爭學院國家安全事務教授戴維·布巴赫(David Burbach)則認為,商用化可能是國際空間站的一條出路,但理論上來講不太可能出現買家,這意味著國際空間站最終可能要被放棄,就像當年的和平號空間站一樣。

  但布巴赫同時指出,政治因素可能將很大程度上影響國際空間站的未來,由於未來的太空項目已經很難指望美俄合作,美國也不太可能會在對華太空合作方面“軟化”,因此在中國建成自己的空間站後,美國恐怕不會放棄自己“在地球軌道上的永久存在”。

  CNN還提到,在中國空間站建成並投入運行後,中國將擁有自己的軌道空間實驗室,而這是其他國家都不具備的。

  而俄羅斯對於太空計劃的安排,更是令國際空間站的前景愈發艱難。俄羅斯國家航天公司總裁德米特里•羅戈津已經證實,在國際空間站運行20年後,俄羅斯將退出這個日漸老化的在軌科研站。

  

  中國空間站預計今明兩年完成建造

  隨著天和核心艙發射成功,中國載人航天三步走戰略的第三步,即空間站建造,也進入了關鍵時期。

  中國載人航天工程辦公室主任郝淳在接受@央視新聞 採訪時介紹,我國空間站建造分為空間站關鍵技術驗證和空間站建造兩個階段實施,預計今明兩年全部完成。

天和核心艙艙體(視頻截圖,下同)

  這兩個階段各規劃了6次飛行任務,其中的關鍵技術驗證階段的第一次任務,就是長征五號B首飛任務,已於去年圓滿成功。今年,還要實施關鍵技術驗證階段的5次飛行任務。其中就包括此次天和核心艙的發射,以及未來將分別實施的天舟二號貨運飛船和神舟十二號飛船的發射。

  今年9月和10月,我國還將分別實施天舟三號貨運飛船和神舟十三號載人飛船的飛行任務,其中神舟十三號載人飛船上將有3名航天員組成飛行乘組,將在軌駐留6個月,這也是今後航天員乘組在軌駐留時間的常態。

  到2022年底,我國的空間站即將完成在軌建造,轉入後續的應用與發展階段,空間站設計的在軌壽命不小於十年,通過航天員的維修維護和設備載荷的更換還可以延長空間站的在軌時間。

  航天員飛行乘組積極備戰

  空間站的建造任務已經全面展開,航天員則是。據郝淳介紹,已經選定的4個航天員飛行乘組正按照計劃,同步開展相關訓練。

  此前我國的兩批航天員在執行任務時的身份主要為駕駛員,為了滿足空間站階段對航天員操作的要求,在第三批航天員的選拔中,豐富了航天員乘組的類型,增加了工程師、載荷專家兩類航天員。

  郝淳表示,第三批18名航天員,其中包括一名女航天員,已經開始訓練。據載人航天辦介紹,後續還將根據任務情況,開展下一批次航天員的選拔。

  在後續的選拔當中,會擴大候選航天員的選拔範圍,可能有更多的高等院校和科研院所,乃至其他有誌於航天事業的科技人員,都有可能加入到航天員的隊伍。

航天員活動演示

  關於航天員的太空任務及輪換問題,中國航天科技集團五院總體設計部空間站總體研究室主任王為在接受@中國新聞網 採訪時表示,4個航天員乘組的在軌停留時間會有一個循序漸進的過程,最終大概會停留半年左右。即上一個航天員乘組在太空待半年,下一組航天員上來、交接班形成輪換,實現連續的空間站駐留。

  航天員在天上,一方面是會輔助開展相關的科學實驗,包括自身在太空生活的相關實驗研究。另一方面,航天員也會進行出艙活動,輔助空間站的相關建設工作。

  王為還表示,有了空間站這個長期支持人員駐留的平臺,以後普通的老百姓就可以通過各種方式進入太空。隨著以後太空旅遊、商業航天的發展,大家可能有機會到空間站上住一住,看一看太空風景。這也是我們從事載人航天的夢想,能夠給大家提供一個“太空家園”。

  中國空間站究竟長什麽樣?

  據中國載人航天工程總設計師周建平介紹,空間站基本構型有3個艙段,包括1個核心艙和2個實驗艙。每個艙都是20噸級,三艙組合體質量約66噸。

  空間站整體呈T字構型,核心艙居中,實驗艙Ⅰ和實驗艙Ⅱ分別連接於兩側。其中,核心艙用來控制整個空間站組合體,兩個實驗艙分別用於生物、材料、微重力流體、基礎物理等多方面的科學實驗。

  此次發射的核心艙全長16.6米,最大直徑4.2米,發射質量22.5噸,可支持3名航天員長期在軌駐留,是我國目前研制的最大航天器。核心艙又包括節點艙、生活控制艙和資源艙三部分,有3個對接口和2個停泊口。

空間站結構

  另外兩個實驗艙分別以“問天”和“夢天”命名。主要任務是開展艙內和艙外空間科學實驗和技術試驗,也是航天員的工作生活場所和應急避難場所。兩個實驗艙還配備了航天員出艙活動專用氣閘艙、小型機械臂、貨物專用氣閘艙等支持貨物、載荷自動進出艙,需要的時候,還可以執行對整個空間站的管理和控制。

  空間站也具備進一步擴展的條件。周建平介紹,,三個艙是基本構型,實際上還可以發射第四個艙與之對接。把第四個艙做成進一步可擴展的,即再加上新的對接機構或者停泊機構以後,還可以發射第五艙、第六個艙跟它對接,我們做到180度,所以它這狀態構型都是不斷變化的。

  “而且我們也留了安裝載荷的掛點、平臺等,今後我們去建造,不斷地適應新的科學需求,以及技術需求,這也是過去從來沒有過的。”周建平說。

  中國空間站將使用多項新技術

  中國的載人航天工程從開始就堅持獨立自主發展,空間站無論從構型、能源、保障還是在軌推進技術上,都有突出的特點和優勢。

  據周建平介紹,能源是空間站運行的關鍵,也是中國空間站重要的創新點。中國空間站的光伏系統具有30%多的光電轉化效率,比以前建造的空間站效率要高得多,所以中國空間站單位質量對應的供電能力,要比其他空間站的應該要高得多。

  獨特的再生生保技術也被首次應用到空間站上。中國空間站上有冷凝管冷凝幹燥組件,能夠把水汽收集起來,然後通過凈化裝置,很復雜的一套凈化裝置,把它處理成可供食用和制氧用的再生水。這種水的衛生標準非常高,人可以飲用。

天和核心艙官方宣傳視頻截圖

  空間站長期在軌運行,需要動力推進、調整,而中國空間站則使用了獨創的電推進系統。周建平說,我國採用的電推系統比衝高(比衝代表消耗單位推進劑獲得的總衝量),相當於常溫推進劑的5倍,這意味著可以少消耗很多推進劑。他表示,經濟性將是中國空間站一個很突出的特點和優勢。

  此外,天和核心艙使用的柔性太陽翼,也是中國航天迄今為止最大最復雜的。這對“翅膀”單翼展開達12.6米,單翼面積67平方米,刷新了中國航天器的記錄,發電功率可達9千瓦;但同時,單塊電池片不到指甲蓋厚,如同紙片,展開前就像書本緊緊壓在收納箱裏​,厚度僅為剛性太陽翼的1/15。

  

  中國空間站起步雖晚,但有後發優勢

  中國空間站的建設時間比國際空間站晚,體積也比國際空間站小一些,但中國空間站的技術具有後發優勢。

  據王為介紹,中國選擇規模適度的空間站,是充分借鑒國外發展經驗,但中國空間站使用的信息電子技術已實現更新換代,軟件規模更大,更多功能不是通過硬件來實現,而是通過軟件、自動化的手段去開展。

  在空間站建造完成後,中國還會單獨發射“巡天”望遠鏡,與空間站保持共軌飛行狀態。王為指出,“巡天”望遠鏡採用的模式也是一種創新,飛行器和空間站長期共軌飛行,短期停靠在空間站上進行維修維護,實現推進劑的補加和加油。如此一來,中國空間站類似於一個“太空母港”。 和平號空間站和國際空間站目前還沒有這種模式。

  在安全性和舒適性方面,中國空間站也充分借鑒了國際空間站的經驗。中國空間站系統總設計師楊宏在接受《中國航天報》採訪時介紹,失壓、失火等問題是空間站面臨的重大風險,研制團隊對此做了大量功課,針對能想到的風險做了詳盡的預案。

  楊宏表示,研制團隊針對國際空間站出現的泄漏問題進行了充分的舉一反三,中國空間站配備了一套撞擊打擊預防系統,能夠對空間碎片進行定位感知,通過對空間站實施升軌或者降軌,對空間碎片進行規避。

艙內空間

  針對防失火問題,艙內所有的材料都採用阻燃材料,對高壓用電也進行了嚴格控制。如果發生重大險情,航天員緊急撤離和快速撤離模式可立即啟動,幫助航天員在5分鐘內快速逃離危險區。

  在舒適性方面,中國空間站可滿足乘員輪換期間短期達6人的居住條件,並通過加隔振器的方式有效過濾掉了噪聲,使工作區的噪聲從71分貝降到了58分貝,睡眠區從58分貝降到了49分貝。對比國際空間站“工作區72分貝,睡眠區55分貝”的噪聲參數,楊宏對中國空間站的噪聲處理結果很滿意。

  從航天大國邁向航天強國的重要標誌

  1992年9月21日,中國載人航天工程明確了“三步走”的發展戰略。2020年5月,長征五號B運載火箭的成功首飛,正式拉開我國載人航天工程第三步任務的序幕。而這一次的天和核心艙發射成功,則標誌著中國空間站在軌組裝建造全面展開,為後續關鍵技術驗證和空間站組裝建造順利實施奠定了堅實基礎。

  郝淳表示,中國的空間站完成了在軌建造,也標誌著我們國家航天技術發展到了一個新的高度,也是我們國家的航天,從航天大國邁向航天強國的一個重要標誌。利用我們國家的空間站,我們規劃了一大批比較前沿的,覆蓋空間科學、空間技術的各個領域的一大批空間科學研究的一些載荷。

  “預計再通過我們空間的運營將會產出一大批具有世界先進水平的,有顯示度的空間科學的研究成果和技術應用的成果。 ”郝淳說。

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