我國(guó)空間站采用了許多新技術(shù)，例如，大型柔性太陽電池翼、再生式生命保障系統(tǒng)、電推進(jìn)系統(tǒng)、首尾兩端配置相同的大型空間機(jī)械臂等，所以使用效益比較高。
茫茫深空中，中國(guó)終于要有一個(gè)屬于自己的宇宙家園了。4月29日，我國(guó)在海南文昌用長(zhǎng)征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭成功將空間站天和核心艙送入預(yù)定軌道，空間站在軌組裝建造全面展開。中國(guó)也成為全球第三個(gè)獨(dú)立建造空間站的國(guó)家。
在天和核心艙發(fā)射升空之后，據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室消息，經(jīng)監(jiān)測(cè)分析，5月9日10時(shí)24分，長(zhǎng)征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭末級(jí)殘骸已再入大氣層，落區(qū)位于東經(jīng)72.47度，北緯2.65度周邊海域，絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀。
除了運(yùn)載火箭外，我國(guó)為了組建自己的空間站還進(jìn)行過哪些準(zhǔn)備?中國(guó)的空間站又有哪些特色?為此，科技日?qǐng)?bào)記者專訪了全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩。
組建之前進(jìn)行了多項(xiàng)“熱身”
中國(guó)空間站的建造舉世矚目，但其實(shí)在開啟組建工作前，我國(guó)就已經(jīng)完成了許多“熱身動(dòng)作”。
首先，就是完成載人天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的研制與發(fā)射。“就像我們的科研大樓一樣，空間站具有體積大、功能強(qiáng)、載人多、性能優(yōu)等諸多特點(diǎn)，但它自身不能進(jìn)行天地往返。”龐之浩表示，因此，在建造空間站之前，首先需要完成載人天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的研制。通過我國(guó)第一艘載人航天飛船——神舟五號(hào)，以及神舟六號(hào)的研制與發(fā)射，我國(guó)成功掌握了載人天地往返運(yùn)輸技術(shù)。
其次，是突破了太空行走以及交會(huì)對(duì)接技術(shù)。2008年9月27日，神舟七號(hào)航天員翟志剛成功完成了我國(guó)歷史上第一次太空行走，標(biāo)志著中國(guó)成為世界上第三個(gè)獨(dú)立掌握空間出艙技術(shù)的國(guó)家。龐之浩表示，太空行走技術(shù)的突破，為完成我國(guó)建造空間站所需的出艙、組裝、維修等任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。
空間交會(huì)對(duì)接是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的航天器在太空軌道上按預(yù)定位置和時(shí)間相會(huì)后用機(jī)械結(jié)構(gòu)連成一個(gè)整體。它有四大用途：一是為長(zhǎng)期運(yùn)行的空間設(shè)施提供人員和物資運(yùn)輸服務(wù);二是使兩個(gè)航天器在太空相互支持;三是在軌組裝大型航天器結(jié)構(gòu);四是進(jìn)行航天器重構(gòu)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。我國(guó)通過先發(fā)射天宮一號(hào)，然后陸續(xù)發(fā)射神舟八號(hào)、神舟九號(hào)以及神舟十號(hào)飛船與之分別對(duì)接，逐步掌握了自動(dòng)交會(huì)對(duì)接和手控交會(huì)對(duì)接技術(shù)，這個(gè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)空間站正常運(yùn)行的先決條件，“因?yàn)槿绻覀兊目臻g站上去了，無論送人還是送貨，都需要通過飛船與空間站交會(huì)對(duì)接來完成。”龐之浩補(bǔ)充道，我們也是世界上第三個(gè)獨(dú)立掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。
此外，我國(guó)還研制了天宮二號(hào)。天宮二號(hào)原本是天宮一號(hào)的“備胎”，它與天宮一號(hào)在結(jié)構(gòu)、尺寸、重量、壽命上幾乎一樣。但是，天宮二號(hào)的“內(nèi)心”與天宮一號(hào)有著很大的不同——它可以進(jìn)行航天員的中期駐留，進(jìn)行大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)等，包括在軌加注燃料。因此，天宮二號(hào)承擔(dān)著驗(yàn)證空間站相關(guān)技術(shù)的重要使命，是中國(guó)第一個(gè)真正意義上的太空實(shí)驗(yàn)室。
不過，空間站不可能靠載人飛船運(yùn)送貨物，因?yàn)樵跐M載3人的時(shí)候，載人飛船每次只能運(yùn)送300公斤的貨物，所以必須依靠真正的貨運(yùn)飛船。為此，我們建造了天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船，它是目前世界現(xiàn)役貨運(yùn)飛船中運(yùn)貨能力最強(qiáng)的飛船，其總重量為13.5噸，每次能運(yùn)送6.5噸的貨物，因此，“天舟”的載貨比為48%，高居世界首位。
“我們載人航天領(lǐng)域有句話，叫‘造船是為了建站，建站是為了應(yīng)用’。”龐之浩說，空間站建好后，將會(huì)開始大規(guī)模的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，包括航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、空間科學(xué)研究與應(yīng)用、航天技術(shù)試驗(yàn)等。
在第三代空間站基礎(chǔ)上“別出心裁”
中國(guó)空間站以天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙三艙為基礎(chǔ)，在三艙飛行器依次發(fā)射成功后，將在軌通過交會(huì)對(duì)接和轉(zhuǎn)位，形成“T”構(gòu)型組合體，長(zhǎng)期在軌運(yùn)行。目前空間站的構(gòu)型主要分為第三代和第四代，中國(guó)空間站屬于哪一代呢?
“第三代空間站采用積木式構(gòu)型，它是由一個(gè)艙段、一個(gè)艙段在太空對(duì)接而成，也叫組合式空間站。”龐之浩介紹道。蘇聯(lián)/俄羅斯建造、發(fā)射了世界第一座積木式空間站和平號(hào)，其大大增加了航天員的活動(dòng)空間和空間站的壽命，使艙內(nèi)航天員不僅能夠長(zhǎng)時(shí)間生活、工作，而且可以開展多種實(shí)驗(yàn)。
國(guó)際空間站為第四代空間站，采用桁架掛艙式構(gòu)型， 以上百米的組裝式桁架為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，然后將多個(gè)艙段和設(shè)備安裝在桁架上。這種空間站采用集中式供電，太陽能電池板位于桁架兩端，中間對(duì)接了一些太空艙。
我國(guó)建造的第一座空間站“天宮”，沒有走美蘇先建造單艙式，再建造多艙式空間站的老路，而是一上來就建造多艙式空間站，達(dá)到世界第三代空間站水平，屬“經(jīng)濟(jì)適用型”。其特點(diǎn)是：起點(diǎn)高，效益高，技術(shù)新，保障強(qiáng)。
它雖然也采取了積木式構(gòu)型，但又與和平號(hào)空間站有一些不同。“我們的兩個(gè)大太陽能電池板是放在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙兩端，這樣就不會(huì)因?yàn)檎趽醵绊戨娏Φ睦寐?，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了約30%。”龐之浩說。另外，我國(guó)空間站采用了許多新技術(shù)，例如，大型柔性太陽電池翼、再生式生命保障系統(tǒng)、電推進(jìn)系統(tǒng)、首尾兩端配置相同的大型空間機(jī)械臂等，所以使用效益比較高。
據(jù)權(quán)威專家介紹，我國(guó)空間站從建造成本和應(yīng)用效益的角度綜合分析，是符合中國(guó)國(guó)情和實(shí)際需要的理性選擇，既不貪大求全,又規(guī)模適度。中國(guó)空間站載荷支持效率高，可提供多種標(biāo)準(zhǔn)接口，有望取得較高的工程應(yīng)用效益。
另外，在發(fā)射了3個(gè)艙后，我國(guó)還將發(fā)射與“天宮”空間站共軌飛行的“巡天”光學(xué)艙，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的分辨率與美國(guó)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)，但視場(chǎng)角是后者的200多倍。“巡天”光學(xué)艙在需要時(shí)可與“天宮”空間站主體對(duì)接，開展推進(jìn)劑補(bǔ)加、設(shè)備維護(hù)和載荷設(shè)備升級(jí)等活動(dòng)。
我國(guó)空間站也可以根據(jù)需要進(jìn)一步擴(kuò)展，由T字構(gòu)型擴(kuò)展成干字構(gòu)型。
各國(guó)掀起空間站建造熱潮
探月熱的余溫還未散去，中國(guó)空間站的建造似乎又開啟了全球空間站的建造熱潮。今年，俄羅斯也有一個(gè)空間站的核心艙段將要發(fā)射——其26年前就開始打造的“科學(xué)號(hào)”多功能核心實(shí)驗(yàn)艙。據(jù)俄媒體報(bào)道，“科學(xué)號(hào)”多功能核心實(shí)驗(yàn)艙計(jì)劃于7月15日在位于哈薩克斯坦的拜科努爾航天發(fā)射中心發(fā)射升空。
龐之浩表示，俄羅斯已決定在2024年國(guó)際空間站合約到期后退出國(guó)際空間站，并計(jì)劃在未來以“科學(xué)號(hào)”為核心建造自己的空間站或與中國(guó)合作。
美國(guó)則是想要與其他國(guó)家在月球軌道上建造空間站。“建造月球軌道空間站也算是一個(gè)創(chuàng)新，航天員可以先飛到月球軌道空間站，在空間站進(jìn)行生活、工作。需要登月的話，就坐飛船降落到月球表面，完成研究工作后，再飛回月球軌道空間站。”龐之浩說，除此之外，未來航天員也可以從月球軌道空間站飛到附近的小行星，甚至是火星進(jìn)行探測(cè)。
激烈的空間站“競(jìng)賽”，各國(guó)各顯其能。其實(shí)，我們這些看“熱鬧”的吃瓜群眾，也有可能享受到空間站建造所帶來的福利。龐之浩表示，未來的空間站內(nèi)或?qū)⒔ㄔ旒兩虡I(yè)化的“太空旅館”，有兩種不同的打造方式。一種是與空間站構(gòu)造基本一致，但是沒有其他科研設(shè)備，內(nèi)部按照旅游酒店的方式進(jìn)行裝修，游客可以在其中進(jìn)行天文觀測(cè)和對(duì)地觀測(cè)，“近水樓臺(tái)”享受星空和失重的感覺等。
還有一種是充氣式太空旅館，即先把充氣艙送到運(yùn)行軌道上，再以充氣的方式使其體積擴(kuò)大至原體積的4倍。與傳統(tǒng)太空艙相比，充氣式太空旅館將由若干個(gè)可充氣膨脹的軟殼太空艙組裝而成，這種太空艙有3個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是發(fā)射成本較低;二是居住空間寬大;三是采用新的多層結(jié)構(gòu)外殼設(shè)計(jì)和使用新材料，充氣的軟殼表面有一定彈性，比起傳統(tǒng)含鋁材料的航天器外殼，能為居住者提供更好的空間防護(hù)，可以抵御太空垃圾、宇宙粒子等的撞擊，并為其內(nèi)核提供保護(hù)。
從載人天地運(yùn)載系統(tǒng)，到太空行走、交會(huì)對(duì)接、貨運(yùn)飛船，再到空間站自主建造、產(chǎn)品全部國(guó)產(chǎn)化、關(guān)鍵核心元器件自主可控，我國(guó)載人航天事業(yè)不斷創(chuàng)造歷史。天和核心艙的發(fā)射成功僅僅是中國(guó)空間站任務(wù)邁出的第一步，探索浩瀚太空永無止境，未來每個(gè)人的太空夢(mèng)，或許就從這第一步開始，逐漸走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。(記者 張曄)
