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中国载人航天族谱大盘点

时间:2017年04月24日 信息来源:中国青年报 点击: 【字体:

中国载人航天家族再添新丁:天舟一号。4月20日晚,这个我国第一艘货运飞船飞向太空。我们距离太空筑家的梦想,又近了一步。


从嫦娥奔月到万户飞天,千百年来,中国人从未停止过对浩瀚宇宙的探索。在地球之外的太空建起一座“自由家园”更是这一探索中的重要一环——为我们走向更深空建立起一座补给站、前哨站、试验室。


航天器可以停泊在此维修、补给,以最佳的状态扬帆再战;“中国哈勃”太空望远镜-巡天号光学舱可以扎根在此,心无旁骛地探寻生命起源、宇宙奥秘;中国航天员可以舒适地长期工作、生活在此,利用独特的宇宙环境资源,开展科学技术的研究和试验,拥抱“太空经济时代”的到来。


这一切的前提是,属于中国人的太空家园的建立。如今载人航天家族已有四大成员就位:神舟载人飞船、天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室,以及刚刚发射的天舟一号货运飞船,他们的终极目标就是“搭起”中国人自己的空间站。


太空巴士、补给专车撑起天地生命线


兵马未动粮草先行。在浩瀚宇宙中建家、驻守绝不是件简单事,需要源源不断的物资供给,特别是航天员在轨所需要的燃料、食品、空气等资源必须得依靠地面的支持。


当然,航天员飞天“上班”、落地“下班”所乘坐的通勤工具也必须安全可靠,既能经受住火箭发射的高强度震动,太空环境极端温度“冰火两重天”的考验,高能粒子、太空碎片撞击等重重挑战,还得具备自动驾驶、室内恒湿恒温、24小时“Wi-Fi”覆盖等多样功能。


根据航天科技集团五院专家的说法,专家采取了“客货分流”的方式,通过神舟飞船、货运飞船不同解决方案联合作战的模式,来支撑空间站建设和运营的生命线。


神舟飞船是航天员专属的“太空巴士”。为了打造好这艘太空生命方舟,五院技术人员采取了从无人到有人、从一人到多人“小步快走”的验证方式。


神舟一号、二号、三号、四号“四兄弟”是勇闯太空的先行者,他们以身试险,联手进行无人飞行试验,全面验证了飞船发射、舱段分离、从太空返回等各项关键技术。


在“四个哥哥”榜样力量的带动下,神舟五号不负众望,搭载航天英雄杨利伟完成了我国首次载人飞行,也树立起我国“太空巴士”建造标杆。


随后的神舟六号至神舟十一号兄弟,青出于蓝而胜于蓝,又在功能、性能上进行了持续完善,为太空巴士的标准化、批量化生产立下了汗马功劳。


货运飞船,顾名思义以货物运载为初衷,没有了保障航天员“舒适”功能的羁绊,它把载重本领练到了极致。


按照航天科技集团五院天舟一号总设计师白明生的说法,神舟飞船只能携带数百公斤物资,还不及货运飞船的一个零头,采用了高性能减重设计、轻量化货架设计的货运飞船能一次装载6吨多的物资,本领超过俄罗斯现役货运飞船。


货运飞船还有一项独特的本领——在轨推进剂补加技术,也就是我们俗称的太空加油,这也是“太空之家”能得以连续工作15年的重要屏障。根据专家的说法,有了货运飞船超强运输、补给能力的支撑,3名航天员能在“太空之家”连续工作180天,各类试验物资也可以源源不断地运抵空间站,把空间站建设成为我国在太空的新技术试验田。


交会对接技术、组合体控制技术:让“太空之家”的搭建成为可能


受制于火箭运载能力等因素,中国人尚不能一次性地把近百吨的空间站发射升空,空间站在太空的构建采取的是“搭积木”方式,需要先单独发射各舱段、再拼接组合,实现“1+1+1=1”整体性能最优的效果。


此外,空间站的构型不是固定不变的,随着神舟飞船、货运飞船及特殊功能载荷舱的加入,空间站整体构型会如同垒积木一样,越来越大。


而支撑空间站“百变如一”的关键,就是交会对接技术、组合体控制与管理技术。


交会对接要实现两个航天器在高速运行中毫厘不差地对接成功,难度堪比“万里穿针”,之前,世界上只有美国、俄罗斯两国掌握此项技术。


根据航天科技集团五院专家的说法,为了突破并掌握这一空间站构建的关键技术,五院技术人员专门研制了神舟八号、九号、十号和天宫一号目标飞行器,通过多次对接试验全面掌握了自动交会对接、人控/手动交会对接等多项技术。


此外,天舟一号货运飞船还要与天宫二号开展快速交会对接试验,验证“6小时快速对接”的独门秘籍,航天科技集团五院天舟一号副总设计师徐小平告诉记者,这将为空间站应急救援提供支撑,推动我国把交会对接技术从“练好”到“练精”跃升。


交会对接完成后,如何实现原本独立航天器间的资源统筹,让其成为一个统一整体,也是一道难题。


徐小平说,五院技术人员在神舟八号、九号、十号与天宫一号交会对接,神舟十一号与天宫二号交会对接等多次任务中,反复试验了组合体控制与管理技术,在神舟、天宫组成“天神”组合后,“块头较大”的天宫接管了整体控制权,对电力、动力、飞行状态等进行统一调度。


如今,天舟一号货运与天宫二号交会对接任务中,五院技术人员还将进一步验证“以小控大”“以大控小”模式,运用块头较小的天宫二号控制整个组合体,并检验货运飞船短时控制组合体的能力。


徐小平说,这一技术成果在今后的空间站建设中应用广泛,如在天舟一号停靠、接驳空间站期间,将担当与空间站组合运行期间的“充电宝”功能,为空间站提供稳定的能源输出,减少空间站本体的能源消耗;在空间站姿态出现异常时,货运飞船可以接过组合体控制权,为航天员撤离和营救争取宝贵时间。


出舱技术、在轨维修技术:让“太空之家”的稳定运行更有可能


群星闪耀的浩瀚宇宙虽风景独好,可长期驻守的生存环境却十分恶劣:在这里“白天”即阳照区、“夜晚”即非阳照区的温差能达到200多摄氏度,没有空气的外部环境中却遍布着高能粒子、宇宙射线,还要时时小心空间碎片等“流弹”的侵扰。


如此,要保证“太空之家”在15年任务期保持良好的身体状态,在轨维修的硬本领必不可少。


当故障发生在“太空之家”外部时,航天员必须穿上严密的出舱航天服,到舱外执行维修工作。对此,在神舟七号飞船任务中,五院的技术人员成功进行了此类技术的试验验证。


当故障发生在“太空之家”内部时,维修就简单多了,如同科幻电影表现的那样,当一套大型设备发生故障时,技术人员像插拔U盘一样,快捷地拔下损害的部件,插上一个新部件后,设备恢复了正常运转的场景。现实中,技术人员打造出了可快速更换的模块单元,只需进行“插拔式”的工作,就能快速完成在轨维修工作。


这一点在神舟十一号与天宫二号任务交会对接中也得到了验证,航天员和自动化机械臂都可以胜任此项工作。


“天舟一号不是载人航天家族的‘老幺’,随着空间站核心舱、实验舱的研制成功和投入使用,载人航天家族人丁会更兴旺。”航天科技集团五院院长张洪太说,这些航天器为正式启动空间站建设打下了坚实基础。


不久后,我国载人空间站组建即将正式启动,作为空间站构成的本体舱段,核心舱、实验舱I、实验舱II正在紧锣密鼓的研制当中,将与货运飞船、神舟飞船一同在太空建起我国第一个“太空之家”。


(作者:邱晨辉 郭兆炜 刘之辉)
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