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登录日期:2016-09-14 【编辑录入:fengfy】 文章出处:《文汇报》2016年9月14日第7版

“天宫二号”看点在哪里
作者:宗 和  阅读次数:5305

“天宫二号”发射之后,将开展在轨测试并建立自主运行模式,并做好与“神舟十一号”交会对接的准备

 

“天宫二号”发射之后,将开展在轨测试并建立自主运行模式,并做好与“神舟十一号”交会对接的准备

 

    即将发射的“天宫二号”,是我国第一个真正意义上的空间实验室。它肩负三大使命:验证货物运输和推进剂在轨补加技术、为航天员中期驻留提供舒适环境和技术支持、开展较大规模的空间科学和应用实验,为我国建设未来的空间站做技术准备。

    我国载人航天工程实施以来,空间应用系统面向国家战略需求,跟踪国内外先进科学技术前沿,部署了我国第一个比较全面的空间科学研究计划,掌握了一批重要的空间技术,为我国科学与应用发展奠定了坚实的基础。从跟踪积累到酝酿突破,我国空间科学与应用发展水平显著提升,一些领域加快走向世界前列。

我国在2020年前后建成空间站后,将成为继俄罗斯和美国之后,第三个拥有空间站的国家。

 

    承上启下的飞行器

 

    “天宫二号”是继“天宫一号”后我国自主研发的真正意义上的空间实验室。那么,它和“天宫一号”到底有什么不同?空间实验室和空间站又有什么区别呢?

我国载人航天工程自1992年9月决策实施,并确立了“三步走”发展战略(见下图)。从“天宫一号”到即将发射的“天宫二号”,中国人离自己的梦想又将迈进一步。

 

发射“天宫二号”是第二步第二阶段的开始,将为我国未来的空间站验证关键技术

 

发射“天宫二号”是第二步第二阶段的开始,将为我国未来的空间站验证关键技术

 

    “天宫二号”是在“天宫一号”基础上研制的航天器,它原本是“天宫一号”的备份,所以它们的外形完全相同。

   “天宫一号”于2011年9月29日发射升空,设计寿命为2年,是我国自主研发的第一个目标飞行器,也是空间实验室的一个实验版,主要任务是与载人飞船配合,完成空间交会对接实验。它长9米多,最大直径3.35米,发射质量约8.5吨,由实验舱和资源舱两个舱室组成。

    “天宫一号”先后与“神舟八号”和“神舟九号”飞船进行了4次交会对接,各项指标均满足航天员进驻条件后,于2013年6月23日10时07分,在航天员聂海胜的精准操控和张晓光、王亚平的密切配合下,与“神舟十号”飞船成功实现手控交会对接。女航天员王亚平还在“天宫一号”内以直播的形式为我们上了一堂生动的太空知识科普课。

    目前,“天宫一号”已正式终止数据服务。因超期服役两年半,其功能已于今年3月失效。

    由于“天宫一号”顺利完成任务,“天宫二号”的任务便调整为执行空间实验室任务。“天宫二号”设计在轨寿命为2年,虽然与“天宫一号”外形相似,仍为资源舱和实验舱两舱结构,但围绕自身新的任务,“天宫二号”开展了很多创新设计,比如增加了推进剂补加系统,以及围绕航天员中期驻留,对密封舱内开展了舒适性设计,就连硬质和软质的扶手,都比“天宫一号”要好,具备了支持2名航天员在轨工作生活30天的能力。

    不仅装备更豪华、装载量提高、内部环境更好,“天宫二号”上搭载的设备也更先进。它搭载了全新配套的空间应用系统科学设备。无论是数量还是安装复杂程度,都创造了历次载人航天器任务之最。例如,首次搭建了液体回路验证系统,将验证空间站维修技术;首次搭载了机械臂操作终端实验器,将第一次开展我国人机协同太空在轨维修实验,为以后空间站任务提供技术储备。

    值得一提的是,“天宫二号”的系统设计是模块化的,也就是说,如果它出现了问题,可以快速更换和在轨维修,这在国内空间领域也属于首次。

“天宫二号”作为空间实验室,已具备了小型空间站的雏形,但并不能说发射了“天宫二号”,我国就拥有了空间站。“天宫二号”更像是空间站的前身,是为发展空间站、从载人飞船过渡到载人航天基础设施的试验性航天器。

    它所承担的使命就是为我国未来的空间站验证关键技术,就连实验室的轨道模式、控制模式及地面运作模式,也要完全等同于未来的空间站。

 

    最忙碌的空间实验室

 

    作为我国首个空间实验室,“天宫二号”将开展的空间科学试验与应用项目共计14项,是历次载人航天任务中开展应用项目最多的一次,堪称中国载人航天最忙碌的实验室。

 

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验证一些应用新技术

 

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验证一些应用新技术

 

    随着我国载人航天事业快速发展,主要任务从探索、突破、掌握载人航天技术向空间科学实验和应用试验转变,标志着我国载人航天工程进入了应用发展新阶段。

    “天宫二号”作为空间实验室平台,在深入研究国际空间科学和应用技术发展态势的基础上,安排了一批体现科学前沿和战略高技术发展方向的科学与应用任务。主要涉及微重力基础物理、微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学、空间天文探测、空间环境监测、对地观测及地球科学研究应用以及应用新技术试验等8个领域,具体包括超高精度空间冷原子钟、量子密钥分发、伴飞小卫星、高等植物培育箱、综合材料实验等应用和新技术试验项目。

    比如“空-地量子密钥分配与激光通信试验”,将在国际上首次开展天-地超远距离量子密钥传输,以及业务数据天地激光通信。今年7月我国成功发射全球首颗量子科学实验卫星,全球首条远距离量子保密通信“京沪干线”也将在年内建成。而在“天宫二号”上开展的实验,将突破并验证量子密钥生成、分配、提取、光信道保持等关键技术,进行体制验证,保持我国在该领域的领先地位,为未来建立不可破译的信息安全系统,在国际上率先建立实用化的保密通信网络奠定基础。

    再如“伽马暴偏振探测”项目,将对伽马暴和太阳耀斑进行高灵敏度偏振观测。“天宫二号”搭载的伽马暴探测设备由中国科学院与瑞士日内瓦大学联合研制,这台设备比过去国际上类似仪器的探测效率高数10倍,可望开辟伽玛射线偏振探测天文新窗口,研究揭示宇宙结构、起源和演化。

    此外,“天宫二号”还将搭载全球首台冷原子钟开展空间运行实验。该实验在原子物理研究方面具有重大意义,在国防安全、高精度星钟等方面具有广泛的应用价值。它采用激光冷却铷原子并与微波相互作用,实现频率日稳定度10-16量级的国际领先水平,可以使飞行器自主守时精度提高两个量级。

    在14个实验项目中,航天员将直接参与操作的有2项,如种植水稻、拟南芥等植物,考察日照最长和最短的植物在太空中不同的生长情况,为我们了解空间微重力条件下高等植物种子发育与营养贮藏物质的形成,提供第一手材料。

    通过上述这些空间科学实验,我国在空间科学前沿探索的部分重点领域有望进入世界先进行列,作出具有国际影响的重要发现;在空间应用技术领域,有望取得创新发展突破并掌握一些核心关键技术,为后续发展奠定基础,并推动应用成果的示范和产业化。

 

    与“神舟十一号”载人飞船和“天舟一号”货运飞船对接

 

    “天宫二号”主要承担三大使命:除开展较大规模空间科学和应用实验外,还要实现与“神舟十一号”载人飞船和“天舟一号”货运飞船对接,第一次实现航天员30天驻留、第一次实验推进剂太空补加技术。后两者都是为了验证空间站建设的关键技术。

 

我国未来的空间站构型我国未来的空间站大致会由核心舱、实验舱I、实验舱Ⅱ、载人飞船和货运飞船5个模块组成

 

我国未来的空间站构型我国未来的空间站大致会由核心舱、实验舱I、实验舱Ⅱ、载人飞船和货运飞船5个模块组成

 

    “天宫二号”要为2020年前后建成的中国空间站打前站,验证未来空间站的关键技术。

    空间站的建设有四大技术难点需要突破,目前我们已经攻克了两个,一是宇航员的出舱,二是飞船和空间站的交会对接技术。接下来的两个技术难点就是宇航员中长期驻留及空间站货物运输和推进剂在轨补加技术。

    “天宫二号”在完成在轨测试并建立自主运行模式后,将做好迎接“神舟十一号”载人飞船访问的准备。宇航员将在“天宫二号”完成长达30天的驻留。这个时间长度对于技术和人员来说,都具有较大的挑战,在国际上也是一个公认的门槛。

    明年,“天宫二号”还将与“天舟一号”货运飞船进行对接,验证推进剂补加等关键技术。这项技术目前只有前苏联掌握,美国也还没有完全掌握。

    对空间站这种特别巨大规模的飞行器来说,如果加一次燃料运行3-5年就只能报废,损失就太大了。所以说,掌握推进剂补加技术是空间站建设的关键保障。

    “天宫二号”和“天宫一号”一样,均为长期在轨自动运行、短期载人的飞行器,是为未来我国长期性空间站建设做准备。我国计划在2020年前后建成的空间站,总体构型大致是三个舱段——一个核心舱、两个实验舱,每个舱都是20吨级,整体呈T字型,还可以根据需要对接更多舱段,在核心舱统一调度下协同工作,完成空间站承担的各项任务。

    设计中的中国空间站,将比天宫更加宽敞,可容纳6人同时开展工作。

 

    相关链接

 

    国际上空间站发展历程

 

    空间站是指可供多名航天员巡访、长期工作和居住生活的载人航天器。

    比较著名的空间站包括前苏联发射建造的“礼炮号”空间站与“和平号”空间站,以及由美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局共同建造的国际空间站。

    空间站最大的特点就是规模和体积庞大、在轨运行的时间久,如国际空间站已经为人类工作了16个年头。

 

    空间站发展到第四代

 

    自1971年4月19日前苏联发射第一座空间站“礼炮一号”至今,空间站已发展到第四代。

    第一代空间站:

    单舱,一个对接口(“礼炮一号”“礼炮二号”“礼炮三号”“礼炮四号”和“礼炮五号”)。

    第二代空间站:

    单舱,两个对接口(“礼炮六号”和“礼炮七号”)。

    第三代空间站:

    多舱,积木式结构(和平号空间站)。

    第四代空间站:

    多舱,桁架式和积木式的“混血”结构(国际空间站)。

    未来的空间站

    美国“联合太空结构”公司正计划建造一座新型空间站。在设计上,这座新空间站呈蘑菇形,将环绕垂直轴旋转,每分钟旋转4.22周,以形成人造重力。完工后的“太空蘑菇”直径将达到约100米、长约400米。建造这样一座大型结构需要大约30年时间,成本接近约3000亿美元。

    我国计划在2020年前后建成的空间站,规模不会超过国际空间站。我国首个空间站大致包括一个核心舱、一架货运飞船、一架载人飞船和两个用于实验等功能的其他舱,总重量在100吨以下。其中的核心舱需长期有人驻守,能与各种实验舱、载人飞船和货运飞船对接。具备20吨以上运载能力的火箭才有资格发射核心舱。为此,我国将在海南文昌新建第四个航天发射场,可发射大吨位空间站。

 

 

 

荐稿人:ffy  执行编辑:ffy 2016-09-14  责任编辑:tmy  2016-09-14

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