循序渐进的我国空间站发展
2018年05月21日 10:57
来源:网易军事

(原标题:循序渐进的我国空间站发展)

中国载人航天界有一句流行语:造船为建站,建站为应用。由于空间站具有体积大、功能强、寿命长、用途广四大特点,是开发太空资源的理想平台,所以,我国在研制和发射了多艘“神舟”飞船后,已开始研制空间站,以便进行长期载人航天,开展大规模空间应用活动。在空间站发展方面,我国根据自身情况,采取了循序渐进的发展战略,即先研制了2个迷你型试验性空间站——空间实验室,然后再打造大型实用性空间站。

循序渐进的我国空间站发展

打造天宫一号目标飞行器

2011年9月29日,我国天宫一号目标飞行器升空。它是我国自主研制的全新载人航天器,具有空间站的基本特点,但其体积比飞船大,比空间站小,载人航天的时间也介于两者之间,所以被称为空间实验室。

发射天宫一号的主要目的是把它作为空间交会对接的目标,让它在2011年11月、2012年、2013年先后与神舟八号、九号和十号飞船三艘飞船进行了空间交会对接,从而使我国成为世界第三个掌握空间交会对接技术的国家,所以其大名叫天宫一号目标飞行器。在完成了交会对接任务后,航天员在天宫一号里面进行了短期的空间科学实验、航天医学实验和关键技术的试验。

天宫一号由实验舱和资源舱组成,是我国当时在轨飞行最重、最大的航天器,质量约8.5吨,总高度10.4米,最大直径3.35米,设计寿命2年。

实验舱由密封舱和装有对地遥感设备的非密封后锥段组成。密封舱是航天员的生活和工作地方,分设了睡眠区、锻炼区、实验区、仪表区,可提供60人天在轨驻留支持。实验舱内设了两个专用睡眠区,首次带上了太空锻炼器材。

实验舱前端安装了交会测量设备和对接机构,用于支持与载人飞船实现交会对接。对接后可以形成密封转移通道。

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天宫一号实验舱前端

资源舱为天宫一号提供动力、燃料和电能等。它是非密封舱,舱外装有一对太阳电池翼及中继卫星天线,舱内主要装有推进剂贮箱、镍氢蓄电池以及环境控制用气瓶等设备。姿态控制用的6个控制力矩陀螺也装在资源舱。其尾部装有2台490牛轨控发动机。

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天宫一号目标飞行器在轨飞行示意图

天宫一号在超期服役后于2018年4月2日再入大气层。

2016年9月15日,我国发射了天宫二号空间实验室。它原是天宫一号的备份,但由于天宫一号表现很好,所以对天宫二号进行了适应性改装,让它执行真正的空间实验室任务。它先后与神舟十一号载人飞船和天舟一号货运飞船对接。

与天宫一号相比,天宫二号在外形、结构、尺寸、质量上基本没有变化,但是由于所执行的任务比天宫一号有很大不同,所以其内核有明显变化。它主要完成三大任务:一是接受神舟十一号载人飞船的访问,完成航天员30天的中期在轨驻留任务;二是接受我国首艘货运飞船天舟一号的访问,考核验证推进剂在轨补加技术;三是开展大规模空间科学和应用实验,以及在轨维修和空间站技术验证等试验。为此,对天宫二号进行很多新设计,使它 比天宫一号“飞得更高、实验更多、时间更长”。

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神舟十一号(左)与天宫二号在轨交会示意图

由于神舟十一号航天员在天宫二号里要生活和工作30天,加上独立飞行3天,这是是我国持续时间最长的一次载人飞行任务,所以对天宫二号进行了“精装修”,以具备支持2名航天员在轨工作、生活30天的能力。比如,开展了宜居环境设计,改善了就餐和睡眠环境,增加了锻炼设备和娱乐设施。它包括首次使用可展开的多功能小平台,航天员可在上面写字、吃饭、做实验;在多个区域增加不少硬质扶手,并引入了驻留腰带;增加了锻炼用的跑台等。

为了满足推进剂补加验证试验需要,对天宫二号推进分系统进行了适应性改造,增加了推进剂补加系统,配置了压气机等设备。为了后续空间站的建设,安排了在轨维修技术验证和机械臂维修操作验证系统,以满足对空间站维修体系进行全面验证的需求。舱内设备采用了模块化设计,在出现问题时可快速更换和在轨维修,就像插拔U盘一样方便。在轨释放了一颗伴飞小卫星,用它拍摄了天宫二号和神舟十一号空间组合体飞行状态。

在天宫二号上搭载了搭载14项应用载荷,以及一些航天医学实验设备,这在数量上还是安装复杂程度上,都创造了我国历次载人航天器任务之最,其中有两项实验是航天员直接参与操作的。实验项目的绝大多数触及了当今世界最前沿的探索领域,有望取得一批重大应用成果。

2017年4月20日,我国首艘货运飞船天舟一号升空。它先后完成了四大任务:全面考核货运飞船的功能和性能;与天宫二号空配合,验证了推进剂在轨补加技术;开展了绕飞和快速交会对接等试验;开展空间应用及技术试(实)验。

天舟一号货运飞船由货物舱和推进舱组成,其中货物舱安装货物、设备,推进舱为货运飞船提供电力能源、推进控制动力并装载推进剂。它长为10.6米,最大直径约3.35米,整船最大装载状态下重量达13.5吨,是目前为止我国发射的体积最大、重量最重的航天器。

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天舟一号货运飞船结构图

它的上行货物运输能力为6.5吨, 载货比达到48%,运货能力是世界现役飞船中最大的,载货比是世界所有货运飞船中最高的。由于具备独立飞行3个月的能力,“天舟”在轨飞行期间不仅与天宫二号进行了3次交会对接,先后完成了推进剂在轨补加、绕飞和快速对接试验,还在轨开展10余项载荷实验或试验。

在天舟一号飞行任务结束后,它于2017年9月22日受控地坠落于南太平洋指定区域。这是我国航天器首次采用主动离轨方式。

循序渐进的我国空间站发展

中国未来的空间站结构图

2022年,我国将建成长期载人的大型多舱段空间站。它采用积木式构型,由1个核心舱和2个实验舱组成,每个舱质量都是20吨级。研制该空间站突破了推进剂补加、物化式再生生命保障、电源和大型空间机械臂四大关键技术,能长期载3人,半年一轮换。

它将运营10年以上,是空间科学和新技术试验的重要基地,包括科普教育和国际合作,可获取具有重大科学价值的研究成果和重大战略意义的应用成果。

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