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解密“天舟”对接“天宫”,描绘“天空之城”真容

2016-03-03 国资小新



载人航天捷报连连

各种术语不明觉厉

喜闻不断,但看的有点小乱

小新来帮各位亲把干货提炼

用四句话概括就是:

我国将于今年第三季度择机发射天宫二号空间实验室;第四季度发射神舟十一号飞船,搭乘2名航天员与天宫二号对接,进行航天员在太空的中期驻留试验。

今年年中将在文昌发射场进行长征七号运载火箭首飞试验。

我国将于2017年上半年,用长征七号运载火箭发射天舟一号货运飞船,与天宫二号对接,开展推进剂补加等相关试验。

2020年前后,完成中国空间站建造任务。





目前,更细节的情况是空间实验室任务各项准备工作正按计划抓紧展开,其中将有2名航天员组成神舟十一号飞行任务乘组。航天员正在进行任务训练。


天宫二号空间实验室和神舟十一号载人飞船、以及配套的两枚长征二号F运载火箭正在进行总装测试。


全新研制的长征七号运载火箭正在进行总装,货运飞船已经基本完成研制工作,正在进行第一艘货运飞船“天舟一号”的总装测试。



长征七号运载火箭


各类空间试验载荷已完成产品生产和相关准备。文昌发射场、酒泉发射场、测控通信系统和着陆场系统正按计划进行任务准备工作。


航天员正在进行任务训练。


空间实验室任务是我国载人航天“三步走”发展战略的重要组成,标志着我国载人航天进入应用发展新阶段,承前启后,意义重大。对此,2月28日晚中央电视台《新闻联播》进行报道。点击观看视频↓


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那么,未来的中国空间站是什么样子?


1.  建成国家太空实验室


我国将本着把空间站建成国家太空实验室的目标,系统规划建设,为科学家提供更好的空间科学研究和技术试验平台。


我国空间站的初步规模,将包括一个核心舱、两个实验舱,每个约重20多吨;建成后将会有航天员长期在轨生活和工作。


另外,为了保障航天员长期在轨健康生活和高效工作,确保大规模、长期有人照料空间站的正常运行,航天工作者将加强关键技术攻关和技术准备。


2.  充分考虑“经济性”


我国空间站的运行,将充分考虑“经济性”,从控制、生保、电源、信息等多方面进行技术攻关,保证空间站可靠、高效运行。


未来,在空间站应用方面,还将面向空间科学研究和应用中亟待解决的问题安排重大项目,致力在空间科学研究和空间资源开发利用方面取得重大成果。譬如生命科学、材料科学、航天医学、微重力科学、天文学、基础物理等领域。


3.  天宫二号跟天宫一号有何不同?


首先,天宫一号是目标飞行器,执行的主要是交会对接任务。而天宫二号叫做空间实验室,它将在天宫一号的基础上增加推进剂在轨补加等功能。此外,天宫二号还将开展太空维修实验,为未来的空间站运营维护提供经验。


天宫二号的体量与天宫一号基本相当,但是载荷发生了很大变化,在应用上有很多不同功能,将会开展地球科学研究、生命科学研究和基础物理实验等一些新实验。



中国空间站构想图


4.  选址海南文昌优势何在?


“天舟一号”货运飞船将在海南文昌卫星发射中心发射。与酒泉、太原、西昌三大航天发射场相比,海南文昌卫星发射中心的优势在于:


第一,离赤道近,发射火箭推力大,需要的能量较少,耗能低,卫星寿命相对更长;


第二,发射场毗邻大海,火箭射向宽,航区和残骸落区安全性好;


第三,海上运输能解决大型运载火箭的运输问题等。


我国将于2020年前后完成中国空间站的建造任务。届时,我国空间站或将成为世界唯一在轨的空间站。那么,你知道空间站是怎么建造的吗?未来我国要建空间站需要突破哪些技术?


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太空中期驻留 多项技术难题正在解决


从2011年到2013年,由天宫一号目标飞行器、神舟八号至十号飞船完成的交会对接任务,为将来中国载人空间站的建造奠定了良好的基础。


在此之前,通过第一阶段神舟一号到神舟六号的任务,解决了天地往返技术问题,通过神舟七号任务对航天员舱外活动技术进行了初步试验。所有这些工作,都可以看作中国空间站建设的准备工作。


那完成这些就意味着中国空间站的建设可以开始了吗?答案并非那么简单。由于神舟九号、神舟十号仅实现了航天员在太空短期驻留,在真正开始建设空间站之前,还必须掌握航天员在太空中期驻留的技术,并通过循序渐进的探索,不断认识和深化人在太空所面临各种问题的处理方法,最终实现在空间站的长期驻留。此次央视公布的信息称,在今年年中至明年上半年组织的载人航天工程空间实验室任务中,其中一项重要内容就是验证航天员中期驻留空间站的关键技术。


此外,由于近地轨道载人航天器为避免辐射带的影响,大多在500公里以下的运行轨道,而这样高度的轨道会受到气动阻力的影响,轨道高度不断衰减。因此,空间站需要利用自身的火箭发动机频繁维持、抬升运行轨道。对于运行时间将要超过10年的空间站来说,不可能一次带够所有的推进剂,这就需要由货运飞船对空间站的推进剂贮箱进行补加。此外,还需要通过货运飞船定期补给航天员生活和运送试验用品,从而实现航天员在太空的长期驻留。目前,我国第一艘货运飞船天舟一号正在进行总装测试。


有关人士指出,不同于现在的神舟飞船和天宫一号,未来的空间站必须采用可再生的环控与生保系统。除尿液处理外,人的生存环境全要循环再造,如水的循环利用、居室室温、湿度的控制、二氧化碳的清除、霉菌的处理,以及解决医监医保问题最终实现长期驻留等。 


2020年中国将步入空间站时代


目前我国空间站的准备工作正在紧锣密鼓地进行,空间实验室任务各项准备工作正按计划抓紧开展。其中,将由2名航天员组成神舟十一号飞行任务乘组,航天员正在进行任务训练;天宫二号空间实验室和神舟十一号载人飞船,以及配套的2枚长征二号F运载火箭,正在进行总装测试;全新研制的长征七号运载火箭,正在进行总装;货运飞船已经基本完成研制工作,正在进行第一艘货运飞船——天舟一号的总装测试;各类空间试验载荷,已完成产品生产和相关准备;文昌发射场、酒泉发射场、测控通信系统和着陆场系统,正按计划进行任务准备工作。


按计划,我国将于2016年第三季度,择机发射天宫二号空间实验室;2016年第四季度,发射神舟十一号飞船,搭乘2名航天员,与天宫二号对接,进行人在太空中期驻留试验;在此之前,还将在文昌发射场进行长征七号运载火箭首飞试验,通过考核后将于2017年上半年,用长征七号运载火箭发射天舟一号货运飞船,与天宫二号对接,开展推进剂补加等相关试验。




其中,长征七号运载火箭是我国载人航天工程全新研制的运载火箭,是我国新一代中型运载火箭的基本型号,该火箭投入使用,必将大幅提升中国航天进出空间的能力。在全面推进空间实验室任务准备工作的同时,我国空间站研制工作进展顺利,将于2020年前后完成中国空间站建造任务。


需要特别指出的是,中国空间站不但是国家级的空间科学技术试验室,而且未来还将面向全世界,提供科学试验条件、接待国外航天员,甚至或可迎接国外航天器的来访。


除了神舟十一号与天宫二号的重磅消息外,有关我国将于2017年上半年发射天舟一号货运飞船,与天宫二号对接,开展推进剂补加等相关试验的消息同样刷爆了朋友圈。你对货运飞船到底了解多少?



中国货运飞船起点高、技术先进,未来将承担重大任务。天舟飞船作为我国载人航天工程的主要研制任务之一,是实现第三步长期有人照料空间站必不可少的地面支持飞行器。它由货物舱、推进舱组成,主要任务包括空间站运送物资和带走空间站的垃圾等。


货运飞船作为执行向地球大气层以外的宇宙空间运送货物等任务的航天器,拥有较大的货舱体积,可比载人飞船携带更多的货物,主要用途是向地外空间定期补给食品、燃料、仪器设备等物资。


货运飞船的功能非常强大,除了上文提到的那些常规任务外,欧洲、日本的货运飞船在完成货物运输任务后,航天员还可在其内进行科学实验,充当临时实验舱的角色。此外,货运飞船也被广泛用于定期提高空间站的飞行高度,在空间站轨道维持方面发挥了重要作用。2001年,俄罗斯使用货运飞船改变和平号空间站的运行轨道,最终使其坠毁在南太平洋的“航天器坟场”。某些货运飞船也可在完成任务与空间站分离后,“摇身一变”成为地球观测卫星。



图为我国货运飞船模型


目前,人类已完全面掌握了向大型空间基础设施提供物资补给、加注燃料和提升空间站轨道的能力。从1978年苏联发射首艘货运飞船至今,人类货运飞船的运载能力已经从2吨多发展到了7吨多,可靠性不断提升,舱内容积也有了较大提高,并逐渐从一次性使用向可重复使用方向发展。


我国将于今年年中至明年上半年间组织实施载人航天工程空间试验室任务,在任务当中最关键的就是我国承担未来空间站建设多项关键技术验证的天宫二号空间实验室。它将承担哪些新任务,现在准备的如何?让我们一起走进中国航天科技集团公司中国空间技术研究院,一探真容!


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“天宫二号”已做好准备:

装载量提高、内部环境更好、机械臂可开展舱外维修、可对接货运飞船进行补给。


今年的载人航天任务中,航天员将完成长达30天的在轨驻留,这个时间长度对于技术和人员来说,都是较大挑战。对此,总设计师朱枞鹏表示,“天宫二号”已经做好准备。


在此之前,我国航天员在轨道工作的最长时间纪录是神舟十号任务时创造的,共计15天。而神舟十一号上的航天员,将把这一驻留纪录增加整整一倍,这就需要一套能够维护航天员生命健康,并且可以长期稳定运行的设备。


朱枞鹏说:“我们是在一艘载人飞船的基础上完成中期驻留任务,所以它携带的航天员生活必需品很多,装载量要大大提高。另外我们还要围绕‘以人为本’的原则,给航天员创造更舒适更人性化的一个环境。”



图为“天宫二号”空间实验室,右侧垂直摆放的白色桶状物是“资源舱”,未来它将为“天宫二号”提供动力;左面与其连接的横向摆放的白色桶状物是“实验舱”,未来航天员将在里面完成空间实验工作。


“天宫二号”虽然从外形上看和“天宫一号”差不多,但是里面内容变化很大,尤其是很多为空间站建设研发的新型设备,在今年的任务中都将进行测试。


朱枞鹏介绍,此次“天宫二号”上还安装了机械臂,他说:“掌握这项技术的好处是便于开展舱外维修。大家知道航天员到舱外的话,对人的安全性是一个考验,还有技术难度较大,如果是安排一些‘小机器人’出去维修,这些问题就迎刃而解了。



换个角度,从实验舱这一面再看“天宫二号”。


除了今年内与神舟十一号飞船的交会对接,“天宫二号”还将在2017年验证货运飞船的对接和资源补给技术,这也是世界范围内的难题。


朱枞鹏说:“因为后续要建造空间站,空间站是长期在轨飞行的,它的推进剂会不断消耗,必须进行补加,天宫二号一定要掌握这项技术。通过与货运飞船交会对接,把货运飞船的推进剂补加到天宫二号实验室,这个技术难度比较大。”


据了解,“天宫二号”已经完成所有设备安装,顺利通过热实验和力学实验,目前正在紧张测试中,备战今年的载人航天任务。


“天宫二号”将成我国最忙碌空间实验室:

各类实验达到了史无前例的14项,2项航天员直接参与操作,1项国际合作。


从今年开始启动的载人航天新任务,有一项非常重要的工作,就是要开展大规模的空间科学和应用实验,这也标志着我国的载人航天进入应用发展新阶段。


在“天宫二号”装载的设备中,有很多是用来开展空间科学实验或者验证一些应用新技术的,这些设备一起被称作空间应用有效载荷。这次,“天宫二号”上要进行的各类实验达到了史无前例的14项,堪称中国载人航天最忙碌的空间实验室。


“天宫二号”任务安排的14项空间科学和应用任务,涉及微重力基础物理,空间材料科学,空间生命科学等多个领域。其中,有两项需要航天员直接参与操作。有一项是国际合作联合研究的项目。


首次进入太空的空间冷原子钟,可以将航天器自主守时精度提高两个数量级,大幅提高导航定位精度。


同“天宫二号”一起升空的伴飞小卫星,还将对分离释放过程进行近距离成像观测。


在这些实验项目中,很多都是处于世界前沿的空间科学探索领域和国际先进的应用新技术领域。


其中,首次进入太空的空间冷原子钟,可以将航天器自主守时精度提高两个数量级,大幅提高导航定位精度。同“天宫二号”一起升空的伴飞小卫星,还将对分离释放过程进行近距离成像观测。这些实验不仅具有很高的科学研究价值,更有可能在未来给我国的航天技术带来新的推动。



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