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龐之浩:中國(guó)載人航天技術(shù)發(fā)展概覽(5)

(四)天宮的關(guān)鍵技術(shù)

因?yàn)樘鞂m一號(hào)、二號(hào)設(shè)計(jì)壽命都是兩年,是長(zhǎng)期在低軌道運(yùn)行的載人航天器,所以如何保證它們?cè)趷毫犹窄h(huán)境中長(zhǎng)壽命工作是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

首先,天宮的密封性一定要非常好才行。天宮一號(hào)現(xiàn)在已經(jīng)超期服役約三年左右,表明天宮一號(hào)艙體的密封性很好,資源很充足,也表明天宮的設(shè)計(jì)是非常合理的。天宮一號(hào)現(xiàn)在已經(jīng)不工作了,但還在軌飛行,預(yù)計(jì)2017年下半年在人工控制下自由隕落。

要使天宮與神舟對(duì)接組合體平穩(wěn)運(yùn)行,它的姿態(tài)控制也是非常重要的。天宮采用了大型控制力距陀螺進(jìn)行姿態(tài)控制,衛(wèi)星采用動(dòng)量輪進(jìn)行姿態(tài)控制,飛船靠發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行姿態(tài)控制。天宮利用大型控制力距陀螺進(jìn)行姿態(tài)控制,就是利用動(dòng)量交換原理改變角動(dòng)量方向而產(chǎn)生控制力距,它的優(yōu)點(diǎn)是控制精度和可靠性比較高,而且壽命達(dá)8年以上,這項(xiàng)技術(shù)也將用于未來(lái)的空間站。

我國(guó)未來(lái)的空間站是在太空長(zhǎng)期運(yùn)行的,所以要消耗很多推進(jìn)劑,這樣就必須進(jìn)行不斷補(bǔ)加。在軌補(bǔ)加就像飛機(jī)空中加油。這次天宮二號(hào)主要的任務(wù)要掌握這項(xiàng)技術(shù),技術(shù)難度比較大。為了滿足推進(jìn)劑補(bǔ)加試驗(yàn)的需求,對(duì)天宮二號(hào)推進(jìn)分系統(tǒng)進(jìn)行了適應(yīng)性改造,增加了推進(jìn)劑補(bǔ)加系統(tǒng),配置了壓氣機(jī)等設(shè)備,采用了全新的儲(chǔ)箱設(shè)計(jì)。天宮二號(hào)與貨運(yùn)飛船將首次進(jìn)行在軌補(bǔ)加,使我國(guó)成為繼俄羅斯以后第二個(gè)掌握航天器在軌補(bǔ)加技術(shù)的國(guó)家。這項(xiàng)技術(shù)試驗(yàn)成功以后,將用于空間站,所以這次天宮二號(hào)只加了半箱油,減少重量,靠天舟對(duì)它進(jìn)行在軌補(bǔ)加。

為了后續(xù)空間站建設(shè),還安排了在軌維修技術(shù)驗(yàn)證和機(jī)械壁維修技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng),為空間站的維修進(jìn)行全面的技術(shù)驗(yàn)證。因?yàn)榭臻g站飛行時(shí)間長(zhǎng),飛行過(guò)程中有些設(shè)備需要進(jìn)行維修、更換、升級(jí),這次裝了一套設(shè)備,首次搭建了由機(jī)、電、液等部件組成的液體回路驗(yàn)證系統(tǒng),用于驗(yàn)證空間站的維修,包括用機(jī)械臂的終端進(jìn)行維修,也進(jìn)行了準(zhǔn)備??蒲腥藛T通過(guò)合并同類項(xiàng)理念,對(duì)天宮二號(hào)的供配電、熱控、數(shù)據(jù)管理等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度集成化的模塊設(shè)計(jì),打造出了可以快速更換的模塊,就像插U盤似的,如果某一個(gè)部件壞了,將它拔下來(lái)以后,可以插上一個(gè)新的模塊化設(shè)備。天宮二號(hào)的溫控系統(tǒng)等也進(jìn)行了調(diào)整,讓它花很少的電能就能進(jìn)行工作,要比地面的空調(diào)省電得多。

同天宮二號(hào)一起升空的還有一個(gè)伴隨小衛(wèi)星,它將從天宮二號(hào)釋放出去與天宮二號(hào)伴飛,進(jìn)行聯(lián)合實(shí)驗(yàn)。目的在于,驗(yàn)證在軌釋放小衛(wèi)星的技術(shù);同時(shí),伴隨小衛(wèi)星還要對(duì)天宮二號(hào)與神舟飛船交會(huì)對(duì)接進(jìn)行高清晰度拍攝,觀察它們交會(huì)對(duì)接的過(guò)程,另外也要監(jiān)測(cè)空間碎片的情況。這個(gè)伴隨小衛(wèi)星與神舟七號(hào)釋放伴隨小衛(wèi)星有明顯的不同,它的清晰度大大提高了,相機(jī)是一個(gè)全畫幅相機(jī),有2500萬(wàn)像素,而神舟七號(hào)釋放的小衛(wèi)星上面的相機(jī)只有130萬(wàn)像素。在壽命末期都會(huì)控制離軌,我估計(jì)比天宮一號(hào)在軌壽命時(shí)間不會(huì)短,因?yàn)榧夹g(shù)進(jìn)一步提升了,長(zhǎng)壽命技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn),密封性更好。

載人航天工程是一個(gè)龐大的系統(tǒng),最主要的是靠飛船、天宮,其實(shí)還有幾個(gè)系統(tǒng)也是缺一不可的,有的甚至非常重要,包括航天員系統(tǒng)、飛船應(yīng)用系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)、測(cè)控通信系統(tǒng)、著陸場(chǎng)系統(tǒng)等,2017年開始還有貨運(yùn)飛船系統(tǒng)、空間站系統(tǒng)等。

航天員系統(tǒng)一般是由航天員的選拔、訓(xùn)練、航天服、航天飲食等組成。當(dāng)然還有很多有關(guān)裝置,包括用于鍛煉的負(fù)壓裝置,甚至有一種“企鵝服”,穿上以后有一定的壓力,必須使勁才行,因?yàn)殚L(zhǎng)期在太空飛行會(huì)出現(xiàn)骨質(zhì)脫鈣、肌肉萎縮等癥狀。

天宮上面還攜帶了廢物回收設(shè)備,對(duì)再生式生命保障系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。因?yàn)槟壳按蟛糠值脑O(shè)備是非再生式的,是消耗式的一次性使用,以后還要進(jìn)行更換,采用再生式生命保障系統(tǒng)。比如航天員排出的小便經(jīng)過(guò)處理以后還可以循環(huán)使用,減少了地面補(bǔ)給的壓力。

隨天宮進(jìn)入太空一些食品主要是為了做試驗(yàn)用,因?yàn)樘崆皫先サ牟荒鼙WC新鮮度。所以,航天員真正吃的食品是要隨飛船帶上去的。在天宮里,航天員要睡覺、鍛煉;在飛船里要方便,還要攜帶食品加熱器等。大小便收集裝置要隱藏在艙體內(nèi),睡袋比以往的睡袋明顯減輕,材料也更好,具有抗阻燃、防靜電、重量輕、松緊可調(diào)等特點(diǎn)。天宮上為航天員準(zhǔn)備了保暖內(nèi)衣內(nèi)褲、運(yùn)動(dòng)襪、運(yùn)動(dòng)服等,很多服裝都是速干的。我國(guó)的航天食品大概有50多種,食譜每4天輪換一次,以往是用應(yīng)急電源熱飯,現(xiàn)在用太陽(yáng)電池翼的電源熱飯,都可以保障一日三餐,每餐配有主食、副食、蔬菜、點(diǎn)心、調(diào)味品等。

關(guān)于其他的系統(tǒng),我就簡(jiǎn)單介紹一下。這次應(yīng)用系統(tǒng)攜帶的東西比較多,有14項(xiàng)應(yīng)用載荷。在基礎(chǔ)物理方面,有空間冷原子鐘、空地量子密鑰分配、靜電加速劑等等;在空間天文方面,要進(jìn)行伽瑪射線爆偏振探測(cè);在微重力流體物理和空間材料科學(xué)方面,要進(jìn)行液橋熱毛細(xì)對(duì)流實(shí)驗(yàn)研究、綜合材料生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)等;在空間生命科學(xué)研究方面,有高等植物研究,包括擬南芥和水稻方面的研究,一個(gè)長(zhǎng)日照,一個(gè)短日照,為以后長(zhǎng)期載人航天做準(zhǔn)備;還有一些對(duì)全球變化相關(guān)的一些設(shè)備,如寬波段成像儀等。這些應(yīng)用有些是世界首次使用,尤其空間冷原子鐘。冷原子鐘在地面也有,但在微重力環(huán)境下,它的精度更高,3000萬(wàn)年才誤差一秒,可以校正在軌運(yùn)行導(dǎo)航衛(wèi)星的原子鐘,使導(dǎo)向定位更準(zhǔn)確、精度更高。在材料方面也是要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn),其中有12種新材料。我國(guó)建國(guó)以來(lái)研制出來(lái)了1000多種材料,80%來(lái)自于航天,很多航天技術(shù)都轉(zhuǎn)到民用了。這次要進(jìn)行大量新材料的試驗(yàn),這些新材料試驗(yàn)成功以后,對(duì)我國(guó)未來(lái)的材料發(fā)展將起到巨大的推動(dòng)作用。我國(guó)自從發(fā)展載人航天以來(lái)已經(jīng)有2000多項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)用于民用。這次火箭沒(méi)有太大的改進(jìn),因?yàn)榛鸺目煽啃?、安全性已?jīng)很高了。在測(cè)控通信系統(tǒng)方面,我們要繼續(xù)使用地面的測(cè)控站和衛(wèi)星等。

四、我國(guó)未來(lái)航天發(fā)展前景

我國(guó)未來(lái)要實(shí)施載人航天發(fā)展戰(zhàn)略的第三步——建造空間站??臻g站最大的優(yōu)點(diǎn)有三個(gè)方面:運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),體積大,功能強(qiáng)??臻g站是一個(gè)理想的太空開放基地,相當(dāng)于一座空間大廈,可以進(jìn)行長(zhǎng)期載人航天活動(dòng),可以進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn),甚至可以作為一個(gè)中轉(zhuǎn)站。

我國(guó)的空間站在將從2018年開始建造。首先要發(fā)上一個(gè)天和號(hào)核心艙,然后再發(fā)射兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙——問(wèn)天和夢(mèng)天,組成了我國(guó)的空間站系統(tǒng)。它相對(duì)于世界空間站發(fā)展水平中的第三代空間站,采用積木式構(gòu)型,相當(dāng)于在太空搭積木,而且它是一個(gè)多艙段的。所以,我國(guó)的空間站也是起點(diǎn)高,蘇聯(lián)是先發(fā)單艙式空間站,然后再發(fā)多艙式空間站,而我們第一步就搞多艙式空間站,每個(gè)艙段也是20噸級(jí)的,這樣航天員可以進(jìn)行長(zhǎng)期的生活和工作,開展大量的科研。我們的原則是少花錢多辦事,我們是經(jīng)濟(jì)適用性空間站,根據(jù)我國(guó)國(guó)力和技術(shù)水平打造一個(gè)三艙式空間站。俄羅斯曾經(jīng)搞過(guò)一個(gè)五艙式空間站,也是積木式構(gòu)型。目前,在太空運(yùn)行的國(guó)際空間站是第四代空間站,采用桁架掛艙式構(gòu)型,這個(gè)成本太高了,由16個(gè)國(guó)家合作研制,總的建造成本就在1000億美元以上,而且每年的運(yùn)行費(fèi)達(dá)到10億美元以上,成本比較高。我國(guó)根據(jù)自己的國(guó)情打造一個(gè)三艙式積木式構(gòu)型空間站,可以運(yùn)行10年以上。國(guó)際空間站將運(yùn)行到2024年,而我國(guó)的空間站在2022年建成后可以運(yùn)行10年以上。所以,到2024年以后可能太空中只有我國(guó)的空間站在運(yùn)行,我們也歡迎其他國(guó)家與我們開展國(guó)際合作,到我們的空間站上進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn),可以乘我們的飛船上去,也可以其他國(guó)家的飛船上去。這種三艙式空間站還可以進(jìn)一步擴(kuò)大,再對(duì)接其他的艙??傊覀兊目臻g站有兩大特點(diǎn):起點(diǎn)高、效益高。未來(lái),我國(guó)載人航天還有可能進(jìn)一步向更高水平發(fā)展。比如,我國(guó)科學(xué)家建議在2030年進(jìn)行載人登月,在2050年進(jìn)行載人登火星,或者空間站成熟以后商業(yè)化開放,甚至進(jìn)行太空旅游活動(dòng)。

人類在漫長(zhǎng)的社會(huì)進(jìn)步中,不斷開展自身的生存環(huán)境。人類活動(dòng)范圍的每一次擴(kuò)展,都會(huì)實(shí)現(xiàn)偉大的飛躍。隨著我國(guó)載人空間站工程的實(shí)施,我國(guó)將為和平開發(fā)和利用空間資源擔(dān)負(fù)起更多的責(zé)任、作出更大的貢獻(xiàn)。


(根據(jù)宣講家網(wǎng)報(bào)告整理編輯,

未經(jīng)許可,不得印刷、出版,違者追究法律責(zé)任)

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責(zé)任編輯:張凌潔校對(duì):劉玉婧最后修改:
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