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中國載人航天工程交出亮眼成績單

2023-07-08 09:05 來源:中國企業(yè)網(wǎng) 次閱讀
 
中國載人航天工程交出亮眼成績單

一、總體概述

載人航天是航天技術(shù)向更高階段的發(fā)展,航天員可以在太空完成更復(fù)雜的工作。但它又是當(dāng)今高技術(shù)中最具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域,能體現(xiàn)一個(gè)國家的綜合國力和整體科技水平。

早在20世紀(jì)70年代初,我國曾擬研制曙光號(hào)2艙式載人飛船,并選拔出19名預(yù)備航天員,毛澤東同志在1970年7月14日批準(zhǔn)了該項(xiàng)目,即“714”工程。但由于當(dāng)時(shí)的政治環(huán)境、經(jīng)濟(jì)能力和工業(yè)基礎(chǔ)等條件不成熟,該工程在1975年不得不中途下馬。

1992年9月21日,黨中央批準(zhǔn)實(shí)施我國載人航天工程,即“921”工程。自此,我國的載人航天工程再次正式啟動(dòng)。我國載人航天領(lǐng)域流行著一句話:“造船為建站,建站為應(yīng)用”。這句話簡單扼要地概括了我國發(fā)展載人航天的路徑和目的。

根據(jù)我國的實(shí)際情況,經(jīng)過專家們充分論證決定,我國載人航天工程采用“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。

第一步是研制載人飛船,把航天員送入太空,并在完成預(yù)定任務(wù)后安全返回地面,實(shí)現(xiàn)我國載人航天的歷史性突破,掌握載人航天的最基本技術(shù)。這一步通過2003年和2005年先后發(fā)射的神舟-5、6載人飛船圓滿完成了。

第二步是突破和掌握航天員太空行走、空間交會(huì)對(duì)接兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),然后發(fā)射空間實(shí)驗(yàn)室和貨運(yùn)飛船。這些也是建造空間站的前提條件。這一步通過2008年登天的神舟-7航天員翟志剛完成太空行走拉開了序幕,并分兩個(gè)階段實(shí)施。

第一階段除了完成太空行走任務(wù)外,還在2011年通過發(fā)射天宮-1目標(biāo)飛行器和神舟-8無人飛船實(shí)現(xiàn)了自控交會(huì)對(duì)接;在2012年、2013年通過分別發(fā)射的神舟-9、10與天宮-1實(shí)現(xiàn)了自控和手控對(duì)接,并先后送2名女航天員上天。這4次航天發(fā)射使我國成為世界第三個(gè)獨(dú)立掌握了空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國家,還驗(yàn)證了組合體飛行技術(shù),并使神舟飛船定型。至此,第二步第一階段結(jié)束。

此后,我國載人航天進(jìn)入第二步第二階段,于2016年、2017年先后發(fā)射天宮-2空間實(shí)驗(yàn)室和與之分別對(duì)接的神舟-11載人飛船和天舟-1貨運(yùn)飛船,驗(yàn)證了航天員中期在軌駐留技術(shù)、在軌加注技術(shù)、貨運(yùn)飛船技術(shù)和未來空間站的部分新技術(shù),并進(jìn)行了較大規(guī)模的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。

第三步是計(jì)劃在2022年建成長期載人的大型空間站天宮,開展大規(guī)模、長期有人照料的空間應(yīng)用。天宮空間站采用積木式構(gòu)型,由3個(gè)20噸級(jí)艙段組成T字形,天和核心艙居中,問天實(shí)驗(yàn)艙1和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙2分別對(duì)接于兩側(cè)??臻g站按長期載3人狀態(tài)設(shè)計(jì),每半年由載人飛船實(shí)施人員輪換,由貨運(yùn)飛船進(jìn)行推進(jìn)劑和物資補(bǔ)給。為此,突破了四大關(guān)鍵技術(shù):推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)、物化式再生生保技術(shù)、電源技術(shù)和空間機(jī)械臂技術(shù),并將在軌運(yùn)營10年以上,成為我國空間科學(xué)和新技術(shù)研究試驗(yàn)的重要基地,用于獲取具有重大科學(xué)價(jià)值的研究成果和重大戰(zhàn)略意義的應(yīng)用成果。

二、載人飛船

(一)三艙構(gòu)型

目前,我國已發(fā)射了13艘神舟飛船,其中8艘是載人飛船,5艘是無人試驗(yàn)飛船。

神舟飛船采用由軌道艙、返回艙和推進(jìn)艙組成的3艙式構(gòu)型,乘員人數(shù)3人,可自主飛行7天,??匡w行180天。其中,軌道艙位于飛船前部。飛船在軌運(yùn)行后,航天員由返回艙進(jìn)入到軌道艙生活和工作。軌道艙的前端裝有用于交會(huì)對(duì)接的裝置。返回艙位于飛船中部,是航天員往返時(shí)的座艙,也是飛船的控制中心,具有著陸后支持航天員陸上生存48小時(shí)、海上生存24小時(shí)的能力。推進(jìn)艙位于飛船后部,為非密封結(jié)構(gòu),給飛船提供動(dòng)力、電源、燃料等。尾部裝有4臺(tái)2.5千牛的變軌發(fā)動(dòng)機(jī),側(cè)壁裝有姿控發(fā)動(dòng)機(jī)和24米2主太陽電池翼。

別看“神舟”是一種小型載人航天器,但它由14個(gè)分系統(tǒng)組成。這些分系統(tǒng)涉及物理、醫(yī)學(xué)等數(shù)十種學(xué)科領(lǐng)域,所以具有技術(shù)多樣性和研制復(fù)雜性。

(二)主要特點(diǎn)

第一,起點(diǎn)很高。作為我國第一代載人飛船,“神舟”采用了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)而且目前仍比較先進(jìn)的3艙式構(gòu)型。

第二,一船多用。外國載人飛船的軌道艙一般會(huì)廢棄在軌道上,而神舟飛船的軌道艙具有“留軌利用”的功能。

第三,性能先進(jìn)?!吧裰邸辈捎昧诵畔⒓夹g(shù)的最新成果,其電子技術(shù)和智能化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先。

第四,防熱高超。神舟飛船返回艙的表面積是22.4平方米,使用的防熱材料總質(zhì)量約500千克,比俄羅斯聯(lián)盟飛船的要大、要輕。

第五,降落傘大?!吧裰邸钡慕德鋫闶鞘澜缟献畲蟮膯雾斀德鋫?#xff0c;有1200平方米??莎B起來卻只有一個(gè)小提包大。

神舟飛船采用了多項(xiàng)新技術(shù),其中10多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

(三)最新飛船

2021年發(fā)射的神舟-12載人飛船,采用了一些新技術(shù),實(shí)現(xiàn)了五個(gè)首次:首次實(shí)施載人飛船自主快速交會(huì)對(duì)接;首次實(shí)施繞飛和徑向交會(huì);首次實(shí)現(xiàn)長期在軌???#xff1b;首次具備從不同高度軌道返回東風(fēng)著陸場的能力;首次具備天地結(jié)合多重保證的應(yīng)急救援能力。與神舟-12相比,同年發(fā)射的神舟-13載人飛船采用自主快速交會(huì)對(duì)接的方式,首次徑向??靠臻g站,首次在軌駐留6個(gè)月。2020年,我國成功發(fā)射了新一代飛船試驗(yàn)船。它與“神舟”相比,具有載人多、用途廣和重復(fù)使用等一系列優(yōu)點(diǎn),可用于未來的載人登月等任務(wù)。

三、實(shí)驗(yàn)小站

2011年,我國發(fā)射了天宮-1目標(biāo)飛行器,2016年9月15日發(fā)射了天宮-2空間實(shí)驗(yàn)室。與宇宙飛船相比,它們具有體積大、壽命長和功能強(qiáng)的特點(diǎn),可視為微型空間站。

(一)任務(wù)不同

天宮-2是天宮-1的備份,但它們的任務(wù)不同。天宮-1目標(biāo)飛行器的任務(wù)是:作為交會(huì)對(duì)接的目標(biāo),實(shí)現(xiàn)組合體控制和管理,航天員的在軌駐留、生活和工作,開展科學(xué)實(shí)驗(yàn),進(jìn)行空間技術(shù)試驗(yàn)。與天宮-1相比,天宮-2的軌道更高、駐留時(shí)間更長、試驗(yàn)做得更多,是第一個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室。它主要完成三大任務(wù):驗(yàn)證航天員在軌中期駐留技術(shù),進(jìn)行在軌維修技術(shù)試驗(yàn);與貨運(yùn)飛船對(duì)接,驗(yàn)證推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù),開展大規(guī)??臻g科學(xué)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。為了滿足航天員中期駐留需要,我們對(duì)天宮-2載人宜居環(huán)境做了重大改善,具備支持2名航天員在軌工作、生活30天的能力。例如,改善就餐和睡眠環(huán)境,增加了鍛煉設(shè)備和娛樂設(shè)施。

(二)兩艙功能

“天宮”由實(shí)驗(yàn)艙和資源艙組成,其中實(shí)驗(yàn)艙的密封艙有專用睡眠區(qū)、鍛煉區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)、儀表區(qū),有較多實(shí)驗(yàn)設(shè)備;資源艙提供動(dòng)力和電能。

四、貨運(yùn)飛船

由于我國大型空間站天宮要長期載3人在軌運(yùn)行,而先期研制和發(fā)射的神舟載人飛船每次滿載3人上天時(shí)只能攜帶300千克貨物,為此,我國又研制發(fā)射了每次能為空間站運(yùn)送近7噸貨物的天舟貨運(yùn)飛船,從而滿足空間站長期載人航天的需求。另外,它還可用于下行銷毀空間站各種廢棄物,并具有為空間站軌道控制能力和支持科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。2017年,我國首艘貨運(yùn)飛船天舟-1升空,與天宮-2空間實(shí)驗(yàn)室對(duì)接。2021年發(fā)射天舟-2、3,與空間站核心艙對(duì)接,為后續(xù)發(fā)射的神舟-12、13乘組送去大量所需物資。

天舟貨運(yùn)飛船由貨物艙和推進(jìn)艙組成,整船最大裝載狀態(tài)下重量達(dá)13.5噸,上行貨物運(yùn)輸能力為6.9噸,其載貨比(所載貨物重量與飛船總重量之比)高達(dá)51%,居世界第一,每次貨物的運(yùn)載量在全球現(xiàn)役貨運(yùn)飛船中也最大的。飛船采用型譜化和模塊化設(shè)計(jì),貨物艙有全封閉、半開放和全開放、以及小型艙段運(yùn)輸型4種構(gòu)型,因而可根據(jù)需要進(jìn)行不同種類物資的運(yùn)輸。前三種皆具備推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加能力,可滿載3.5噸推進(jìn)劑,其中1噸自用。另外,飛船的貨物艙內(nèi)設(shè)計(jì)了40個(gè)貨格,每個(gè)貨包上都有二維碼,掃描后能獲得貨物的位置信息和產(chǎn)品信息。并且,根據(jù)貨船的圓形艙體結(jié)構(gòu),我們?cè)O(shè)計(jì)出了26種不同尺寸規(guī)格、不同形狀的貨包。貨包使用的布料添加了螃蟹殼,能有效抗菌。

五、空間大廈

2021年4月29日,我國用長征-5B成功將天和核心艙送入太空預(yù)定軌道,宣告了中國開啟空間站任務(wù)的新時(shí)代。2022年,我國還將先后發(fā)射問天實(shí)驗(yàn)艙I、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙II與天和核心艙依次對(duì)接,從而建成我國第一座空間站天宮的基本型。

(一)起點(diǎn)高

2010年9月25日,中央批準(zhǔn)實(shí)施空間站工程。其主要任務(wù)是使我國成為獨(dú)立掌握近地空間長期載人飛行技術(shù),具備長期開展近地空間有人參與科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)和綜合開發(fā)利用太空資源能力的國家。我國第一座空間站——“天宮”,它沒有走美蘇先建造單艙式,再建造多艙式空間站的老路,而是直接建造采用積木式構(gòu)型的多艙式空間站,能達(dá)到世界第三代空間站水平,使我國具備長期開展有人參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)、技術(shù)試驗(yàn)和綜合開發(fā)利用太空資源能力。

(二)三艙構(gòu)型

我國天宮空間站以天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙I和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙II三艙對(duì)接為基本構(gòu)型,共有15個(gè)分系統(tǒng)。其中,核心艙作為空間站組合體控制和管理主份艙段,具備交會(huì)對(duì)接、轉(zhuǎn)位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙和保障空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)等能力。問天和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙均用于大規(guī)模艙內(nèi)外空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)載荷的支持艙段。同時(shí),問天實(shí)驗(yàn)艙I還作為組合體控制和管理的備份艙段,并具備乘員出艙活動(dòng)能力;夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙II則具備載荷自動(dòng)進(jìn)出艙能力。

另外,在發(fā)射了這3個(gè)艙之后,我國還將發(fā)射與天宮空間站共軌飛行的巡天光學(xué)艙,將搭載2米口徑的巡天望遠(yuǎn)鏡。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的分辨率與美國哈勃空間望遠(yuǎn)鏡相當(dāng),但視場角是后者的200多倍,可在大范圍巡天科學(xué)研究方面顯身手。

(三)細(xì)說核心

最先發(fā)射的天和核心艙對(duì)建造天宮空間站至關(guān)重要。天和核心艙的體積和重量比目前在軌飛行的國際空間站的任何一個(gè)艙位都大,供航天員工作生活的空間可達(dá)50立方米。2022年對(duì)接上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙后,空間站供航天員的活動(dòng)空間可達(dá)110立方米。

天和核心艙由節(jié)點(diǎn)艙、生活控制艙、后端通道和資源艙組成。其中,生活控制艙能夠提供三名航天員生活、工作空間以及配套支持系統(tǒng),設(shè)有3個(gè)睡眠區(qū),即每名常駐航天員都有一個(gè)獨(dú)立的睡眠區(qū),還有衛(wèi)生間。另外,還配置了工作區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)和鍛煉區(qū),設(shè)有微波爐、冰箱等家居。

(四)技高一籌

天和核心艙采用了不少新技術(shù)。比如:配置一部承載力達(dá)25噸的10米長的七自由度大型空間機(jī)械臂;設(shè)計(jì)完整的再生式生命保障系統(tǒng),回收凈化航天員排泄的尿液作二次使用;采用了大面積可展收柔性太陽電池翼;除了配備了常規(guī)的化學(xué)能軌控發(fā)動(dòng)機(jī)和自控發(fā)動(dòng)機(jī)外,額外配置了四臺(tái)大功率霍爾電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)等。

目前,我國空間站雖沒有最先進(jìn)的國際空間站規(guī)模大,但我國空間站的效益更高一些。

(根據(jù)全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩《精彩紛呈的中國航天科技》講稿摘編整理)

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