18日,從中國載人航天辦公室傳來了好消息,我國第一個空間站核心艙天和核心艙在發射升空后,已經完成了單艙飛行階段的在軌測試,后續飛船、艙段的發射將正常按計劃實行。從4月29日天和核心艙發射成功后,每隔90分鐘它就會飛過我們的頭頂一次,在太空里等待著空間站其它艙段以及貨運飛船、載人飛船和它匯合。天和核心艙上天后做了些什么?我國自己的空間站將建成什么樣?要能夠在軌運行10年以上,空間站和此前的天宮一號、二號相比有什么不同?
中國載人航天工程辦公室主任郝淳說:“核心艙是整個空間站最重要、最關鍵的艙段,建造空間站是我國載人航天三步走戰略的第三步,到現在已經進入了空間站建造的關鍵時期。”
根據我國空間站建造規劃,將在兩年時間內建成以核心艙為控制中心,問天、夢天實驗艙為主要實驗平臺,常年有人照料的空間站,兩年時間內,各個艙段將在軌道上“搭積木”,組建中國空間站。
郝淳說:“空間站建造分為空間站關鍵技術驗證和空間站建造兩個階段,從今年到明年,完成這兩個階段的任務。今年發射空間站的天和核心艙,緊接著是5月份和6月份分別實施的天舟二號貨運飛船和神舟十二號載人飛船的發射,9月和10月將分別實施天舟三號貨運飛船和神舟十三號載人飛船的飛行任務。”
這兩年,各類型號的火箭將密集升空,長征7號火箭將負責運送天舟貨運飛船,航天員搭乘的神舟載人飛船將繼續由長征二號F火箭發射,而最重、最大的各部分艙體,由長征五號B火箭送入軌道。
對于后續任務來說,天和核心艙進入太空后的狀態至關重要。發射入軌后,天和核心艙已經完成了能源、動力、軌道控制等幾大系統核心技術的初步驗證。
北京航天飛行控制中心副主任孫軍說:“用16天左右的時間對40余項測試項目進行測試,主要包括核心艙的平臺功能、組合體的控制功能等一系列的測試,用來評估核心艙的功能和它今后支持交會對接,包括支持航天員長期駐留的功能。”
和此前曾經駐留太空的天宮一號、天宮二號空間實驗室相比,核心艙系統有許多全新的設計,初步驗證的內容都和今后空間站的運行息息相關。
中國載人航天工程總設計師周建平說:“從組合體的規模上講,比其它的航天器要大很多倍,規模很大,不僅僅是幾何尺寸的放大,而是功能的大幅增加。”
航天科技集團五院載人航天工程空間站系統總設計師楊宏說:“在地面所做的各項試驗是有重力的,涉及到有微重力情況下的一些試驗,很難去模擬這樣的試驗環境,真正的檢驗需要在天上,相當于做一個體檢,到目前為止所檢查的各項性能指標都符合設計預期。”
作為整個空間站第一個成功入軌的艙段,天和核心艙整個艙體長16.6米,最大直徑4.2米,重約22.5噸,是目前我國發射航天器里最重、最大的一個。艙內空間也從天宮實驗室的15立方米增加到了50 立方米。體積增加的同時,最前端的節點艙是我國載人航天器中第一次采用球形艙體設計。作為我國第一個設計壽命10年以上的載人航天器,空間站各個艙體主要結構的長壽命和高可靠性是最基本的前提,首先就對艙體結構的氣密性提出了很高的要求。
張鐵民是核心艙艙體焊接的技能團隊負責人,從神舟飛船到天宮實驗室、天舟飛船,再到此次的核心艙,這些載人航天器的艙體焊接都是由他們團隊完成的。
航天科技集團五院天和核心艙焊接技能團隊負責人張鐵民說:“焊接時難度最大的是節點艙,它是球形六面,焊接的時候從頭到結束都是自己摸索。”
為了確保焊接質量合格,焊接過后,要對所有的焊縫拍攝X光片,查看內部是否有氣孔或裂紋,確保核心艙能夠長壽命、高可靠在軌運行。
人員的長期駐留是空間站最大的特點之一, 6月,3名航天員將搭載神舟十二號飛船進駐核心艙,計劃要待上3個月,比之前我國航天員在太空駐留的最長時間延長了兩倍,而后續航天員計劃駐留時間更是長達半年,以往自帶儲備上天的方式已經不再適合了。在核心艙的初步技術驗證中,再生生保系統是重要的內容之一。然而此時空間站里還沒有人,如何來做驗證呢?
航天科技集團五院載人航天工程空間站系統副總設計師侯永青說:“無人的時候我們就做測試,比如說二氧化碳非常低,在發射前,就往艙里注一些二氧化碳,飛行測試的時候,把二氧化碳去除系統打開,然后看它的去除能力,看它是不是能正常工作。”
除了保證航天員基本的生存條件,因為駐留時間大大延長,航天員在空間站的生活工作環境也得到了最精心的安排:為了創造更安靜的環境,設計師修改了以往航天器的設計,將噪音大的部件裝載到艙外,并加裝了隔音棉;為了保證航天員的休息,以往掛在艙壁上的睡袋升級成了帶門的單間,每間還配有一個觀景舷窗。
事實上,從設計階段開始,我國航天員就參與到了空間站任務中,和此前天宮一號、天宮二號的任務相比,航天員在進入空間站后,工作內容將有質的變化。
郝淳說:“空間站設計的在軌壽命不小于10年,通過在軌航天員的維修維護和一些設備載荷的更換可以延壽,在軌期間,還要安排開展大量的空間科學、空間技術和空間應用的實驗,空間站階段航天員出艙活動是一項常態化的工作。”
此前,我國只有宇航員翟志剛在2008年發射的神舟七號飛船實行了出艙行走,總時間僅有20分鐘左右,而即將進駐空間站的航天員出艙執行任務的時間將大大延長。
為了盡可能減輕航天員出艙的負擔,此次我國空間站還專門設計了重要的艙外助手——機械臂,既有小型的轉位機械臂用來幫助后續發射的實驗艙在對接完成后轉移到停泊口,也有安裝在核心艙的小柱段的大機械臂,完成與整個艙體有關的任務。
值得一提的是,大機械臂擁有7個可以活動的關節,以完成在艙外多角的活動,它的兩端都沒有固定在核心艙的艙體上,而是和艙體上的適配器相連接,在需要時可以首尾互換像爬動的蟲子一樣在整個艙體表面活動。
核心艙入軌后,機械臂已經完成了不少規定動作,但是還有一些和航天員配合的任務需要在航天員進駐后才能進行測試和技術驗證,這也是后續我國空間站任務的一大亮點。
楊宏說:“有了這樣大型的機械臂,可以大范圍的轉移航天員,使航天員在出艙活動中,可以很方便到達作業點。來往飛行器靠近,也可以用大型機械臂進行懸停捕獲,一些不同用途的航天器需要維修、維護、補給的時候可以對接到空間站上,這種方式稱為太空母港模式。”
目前,我國空間站計劃建成以一個核心艙、兩個實驗艙為主體的三艙T字形的空間站,加上對接的貨運飛船和載人飛船,總重量將達到100噸左右,但是根據實際應用和實驗的需求,后期還留有繼續發展的空間。
建設長期有人照料的近地載人空間站藍圖已繪就,時間表和施工圖清晰明確:今明兩年,分兩個階段,整體完成空間站關鍵技術驗證和空間站建造任務。現在已經在太空中等待的天和核心艙,本月和六月份將分別迎來天舟二號貨運飛船和神舟十二號神舟飛船的發射,9月和10月分別實施天舟三號貨運飛船和神舟十三號載人飛船的飛行任務。空間站預計在2022年左右建成,可支持3名航天員長期駐留,在軌運行10年以上,將向國際社會開放合作,提供全球共享的空間應用平臺。(黎佳易)
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