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  • 中国空间站核心站发射成功!航天员:我们马上到

作者:淘小白5-3 21:16分类: 互联网

出品:科普中国

制作:冰结向日葵

监制:中国科学院计算机网络信息中心

图片来源:新华社

刚刚,“长征五号B遥二”运载火箭经历了8分多钟的飞行,成功托举“天和”核心舱进入预定轨道,我国空间站建设的大幕正徐徐拉开。

光阴飞逝,时光荏苒,如今的“长征五号”系列运载火箭已经连续成功飞行5次,大有成为下一个“金牌火箭”的趋势。

看着飞行过程,笔者甚至打起了哈欠——这跟一年多前“长征五号遥三”复飞时的屏息凝视相比,心态已然完全不同。

当我们认为“长征五号”运载火箭的成功已经不是一件新鲜的事情的时候,说明我们的境界又上了一层。

五星红旗点亮星空 中国空间站正式开工

回到任务本身。

此次任务的载荷“天和”核心舱重达22.5吨,刷新了去年由新型载人飞船创下的21.6吨的最大质量载荷的新纪录。它的容积更是达到了50立方米,也是我国目前发射的尺寸最大的载荷,还是我国迄今为止功能最多的航天器。

“天和”号核心舱的成功发射,拉开了我国“天宫”空间站建设的序幕。

从整体上来看,“天和”核心舱可以分为三部分——节点舱、小柱段与大柱段。

“天和”核心舱构成图(图片授权自星智科创团队,各部件名称由作者标注)

其中,节点舱与小柱段的直径均为2.8米,大柱段的直径为4.2米。这样的设计具有充分的科学依据——由于长征五号的直径为5米,因此其整流罩底端的直径也是5米,同时再留出一部分安全空间,因此,内部载荷的最大直径就是4.2米。不仅核心舱的最大直径是这个数字,2020年5月发射的新型载人飞船试验船直径也是4.2米。

更进一步的,我们可以对空间站进行功能分区,包括用于扩大规模,同时可用于实现太空行走的节点舱;舱内成员生活、休息的区域(位于小柱段),舱内成员工作、科研与控制舱段的控制舱(位于大柱段前端以及小柱段后端),装载有燃料等重要资源的资源舱(位于大柱段后端)。

长得像“和平号”就是“抄袭”?你对“天和”有误解

此时,细心的你可能已经注意到了,这个核心舱无论从外形还是功能来看,都很像“和平号”空间站的核心舱。

不过,这既不能说明我们落后俄罗斯航天几十年,也不是对俄罗斯人方案的“抄袭”,而是设计使然。

设想一下,如果核心舱完全设计成为一根直径4.2米的柱子,那么太阳能电池板、机械臂、通信天线之类的外部设施将没有地方可以安装,且由于长征五号的整流罩顶部是收敛成近似锥形的,那么显然顶端还会有一部分空间浪费。

因此,设置一个2.8米直径的小柱段和节点舱,将有助于外部设施的安装以及整流罩空间的利用,扩大整体容积。

优秀的设计大抵是相似的,其背后遵循着相似的科学与技术原理。

而且,虽然外形相似,但“天和”核心舱除了比“和平号”的核心舱大了一圈之外,在细节上还有很多不同点。

“天和”核心舱自带一个出舱活动专用的气闸,“和平号”的核心舱则没有这样的设计,全部都是对接口,这就意味着“和平号”在建站初期的出舱活动只能通过对接口实现,十分不便。对于入驻“天和”的航天员而言,不仅出舱的过程更便利,位于大柱段的机械臂还可以更进一步地扩展航天员在舱外的活动范围,无论是舱外实验还是在轨维护也将变得十分方便。尽管随着空间站的建设,主气闸将在后续阶段由“问天”实验舱担当,但节点舱的出舱口仍然可以作为备份出舱口使用。

“天和”的主要能量来自两片太阳翼——与“和平号”的硬质太阳能帆板不同,这个太阳翼是柔性材质的。在不改变输出功率的前提下,柔性太阳翼实现了大幅减重,收拢时的包络尺寸也更小,这也帮助“天和”能够携带更多的有效载荷。

“天和”自带的动力系统能够自行维护轨道,并可以由“天舟”系列货运飞船在轨补加推进剂。“天舟一号”成功试验的在轨加注推进剂技术,在数年后的今天,终于将得到应用。同时,安装与小柱段、与大柱段之间的一系列动量轮模块,将能够使空间站在运行过程中缓慢改变姿态,减少燃料消耗。而且“天和”核心舱还自带离子发动机,这种极高比冲的发动机将能够进一步节约宝贵的燃料,这些措施都可以让核心舱能够在轨运行得更久。

“天和”模块化、标准化的舱内科学实验机柜与安装在科学实验机柜中的标准实验单元将使太空实验变得更加方便——只要遵循同一个技术标准,它们都将能够被装入科学实验机柜中,既方便了航天员的操作,也提高了科学实验机柜的使用与周转效率。同时,在实验机柜的运行过程中,海量的实验数据将通过核心舱自带的高增益天线不断下行至地面,方便地面的科研工作者们实时掌握空间站内科研载荷的工作状态。相信通过一系列科学实验的开展,我们对于太空环境将会取得新的认识。

“天舟”“神舟”蓄势待发 精彩仍将继续

让我们再把目光转向今年的后续任务吧。

“长征七号”与“天舟二号”仍然在紧锣密鼓地组装中。下个月,“天舟二号”货运飞船将满载着补给物资与“天和”核心舱开展对接工作,在预定轨道上静候航天员们的到来。

“神舟十二号”的乘员组也在为“天和”的在轨任务开展训练,航天员乘组呼之欲出。距离上一次中国航天员进入太空,已经过去了4年有余。上一次,航天员景海鹏、陈冬在太空生活了33天,完成了一系列空间科学实验和技术试验,实现了航天员中期驻留的目标。

天宫二号与神舟十一号完成交会对接后,航天员打开天宫二号的舱门,顺利进入“天宫二号”空间实验室(图片来源:见水印)

今年,中国人将重回太空,为人类和平利用太空作出新的更大贡献。

不仅如此,我们还将进入载人航天常态化的新时代。

因为今年还有第二批航天员乘组出征。他们将接替第一批乘组,在太空中继续执行在轨飞行任务。一切顺利的话,我们将获得更多关于空间环境对航天员长期影响的第一手信息,而这些信息是十分珍贵的,即便是美国、俄罗斯等航天大国,在各种期刊上所披露的内容也只是冰山一角。

还是今年,“天舟三号”也将启程前往“天和”核心舱,接替“天舟二号”,提供更多的物资,开展更多的空间站运行关键技术实验,保障核心舱的在轨运行,满足核心舱内的航天员的生存需求。

任务仍将继续。

明年开始,“天宫”空间站将进一步扩展:两个实验舱“问天”、“梦天”将先后由“长征五号B”运载火箭发射,它们将分别与核心舱对接,在两个实验舱完成对接之后,“天宫”空间站的建设期就将结束。

天宫空间站示意图(图片来源:中国国家航天局)

到那时,极大扩容的科学实验机柜将让“天宫”空间站化身国家级“太空实验室”。届时,除了飞行员出身的航天员之外,科研人员也将进入太空,成为“载荷专家”,更高效地在轨开展研究工作。

经过这些建设,我们将看到一个完全可以预料得到的未来——进入太空的门槛势必降低。阅读到这篇文章的你,在未来也可能有机会遨游星海。

几年后,“巡天”太空望远镜也将启程前往太空,与空间站共轨飞行。太空望远镜将会把它的目光聚焦于深邃浩渺的宇宙,为我们带来更多壮丽的宇宙奇景。这里我们想特别强调下“共轨飞行”这个概念,由于望远镜和空间站是共轨飞行,将大幅降低望远镜的维修难度和成本。空间站内的航天员可以随时准备好为太空望远镜提供维护服务,让它能够工作得更久,更稳定。

我们的脚步仍不会停止。

更长远地来看,“天宫”空间站的规模甚至还有进一步扩大的可能——如果我们将第二个核心舱,第三、第四个实验舱送入太空与“天宫”对接,那么我们将得到一个重达一百多吨的大型太空复合体!或许到那个时候,空间站内会迎来讲着不同语言的访客。在地面,人与人之间的藩篱以国境线的形式存在着,而在太空,我们将亲如手足,共同为人类这一物种探索未知疆界、和平利用太空而不懈奋斗。

奔向星海的脚步永不停歇

就在您读到这篇文章的时候,“天和”核心舱已经进入了预定的轨道。

从今天开始,中国的载人航天事业已经实现了转型,中国航天员在太空中生活的时长将在停滞了4年之后继续增长,也将不断地增长。我们曾经错过了大海,但这一次,我们将不会再错过星海。

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