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中國航天今後需要什麽樣的空間站?

據中國載人航天工程新聞發言人表示,中國載人航天發射時間表已經公布,將於2016年第3季度擇機發射天宮二號,這是繼天宮壹號之後的又壹座空間實驗室。在同年第四季度將發射“神舟十壹號”飛船,實現與天宮二號的對接任務。需要指出的是,“神舟十壹號”飛船只有兩名宇航員,這兩名宇航員將在天宮二號上完成太空中期駐留試驗。這份關於“天宮二號”空間實驗室的詳細建設時間表引發了外界的關註,標誌著我國載人航天開始逐漸推進空間站的建設,從短期有人照料式向中期駐留式前進。

在天宮二號任務前後,有兩個比較重大的中國航天事件。第壹個是在2016年6月,我國的長征七號運載火箭會進行首次發射,作為壹種兩級半構型的運載火箭,近地軌道運載能力達到了13.5噸。發射場地位於海南省新建的航天發射場,將逐步替換到我國現役的長征二號、三號和四號火箭,由此可見其意義的重要性。在天宮二號任務之後,中國航天還將使用“長征七號”火箭發射“天舟壹號”貨運飛船,由此建立壹種成熟的天地往返補給體系,為今後實現建造“長期有人照料式空間站”奠定基礎。

天宮二號任務之後,中國航天還將使用長征七號火箭發射“天舟壹號”貨運飛船,由此建立壹種成熟的天地往返補給體系

天宮二號才是真正的空間實驗室

建造天宮二號是建立在建造天宮壹號的基礎之上,後者於2011年9月發射升空,其定位是目標飛行器。更確切地說是空間實驗室的實驗型號,先發射壹個實驗型號對空間實驗室進行在軌驗證,熟悉其基本運行情況,掌握空間實驗室的制造、發射和在軌運營等相關技術。因此也有了後來的神舟八號、九號和十號任務,這些飛船與天宮壹號進行了對接操作,其中,神舟九號和神舟十號是有人飛船,神舟八號是無人飛船。通過“三船模式”演練和熟悉之後,我國基本掌握了空間實驗室的運營,但是還有壹個問題沒有解決。

天宮二號

天宮壹號實現的是發射、交會對接等技術,這是建立空間站的基本前提,但要維持壹個軌道棲息環境,還需要更關鍵的再生式循環技術。這就要求天宮二號能夠滿足航天員較長時間的生活需求,通過貨運飛船的補給實現燃料、食物的更新,這是天宮壹號任務不涉及的。在美、俄合作建造的空間站中,利用貨運飛船進行物資補給是空間站再生式循環體系的壹部分,如果沒有貨物補給能力,這樣的軌道飛行器還稱不上真正意義的空間實驗室。天宮二號要實現的就是貨物補給,並進壹步鞏固驗證在軌對接技術。

天宮壹號實現的是發射、交會對接等技術,這是建立空間站的基本前提

天宮二號的基本結構與天宮壹號基本相同,也可以認為天宮二號是天宮壹號的備份,但內部設備上會有所不同。比如天宮二號會搭載高靈敏度伽瑪射線探測器,用於中國和瑞士壹起執行的空間伽瑪射線探測計劃。實驗艙內會增加許多空間科學設備,可開展對地球的觀測、宇宙空間觀測等任務。

中國要建造什麽樣的空間站?

天宮二號的發射使中國進壹步接近空間站,可以認為天宮二號是建造空間站的基礎。今後還將發射的天宮三號等都是建造空間站之前的必要準備,主要是對在軌對接、補給、再生式循環體系等技術不斷熟練,最終為中國的空間站服務。中國下壹步建造的空間站的總質量在100噸上下,根據對接物體的規模浮動質量上限。按照設想,中國的空間站由壹個核心艙構成,還有兩個實驗功能艙,這是關鍵的部分,如果對接壹艘貨運飛船和壹艘載人飛船,那麽其質量會達到100噸左右。

中國的空間站與和平號類似,為組合結構,通過發射壹個核心艙,在發射數個功能艙與之對接

這個質量與目前世界上已經建成的空間站相比仍然有壹定的差距,在蘇聯時代建造的“和平號”空間站的總質量為137噸,由7個艙室構成,目前,和平號已經墜入大氣層燒毀。軌道上仍然在運行的是國際空間站,由美國、俄羅斯、日本和歐盟等壹起建造,其總質量為400噸,使用桁架結構,與“和平號”空間站有所不同。中國的空間站與和平號類似,為組合結構,通過發射壹個核心艙,再發射數個功能艙與之對接,並且預留出2~3個航天器對接艙口,形成壹個軌道組合體。

天宮二號進入軌道後,“神舟十壹號”飛船將與它對接,兩名宇航員會在軌道上停留大約30天,打破之前的在軌駐留紀錄。航天員在中期駐留期間會進行各種科學實驗,以天宮二號為棲息地,對各種再生式循環技術進行驗證,探索人類如何長時間在外層空間環境中生存的方法。這也是“天宮二號”任務的出發點,在逐漸掌握軌道對接、再循環等各種軌道生存技術後,中國的空間站建造就可以提速了。

軌道上仍然在運行的是國際空間站,由美國、俄羅斯、日本和歐盟等壹起建造,其總質量為400噸

國際上空間站的發展趨勢

在壹般情況下,壹座空間站能運營15年左右,按照和平號的建造經驗,從制定計劃到組裝完畢花了近20年的時間,於1996年才最後成型。和平號的總質量為137噸左右,容積為470立方米,這個大小其實與美國航天飛機差不多。它以全壽命運營了15年,而其設計壽命為5年,但是建造於蘇聯時代的空間站壹直出現大大小小的毛病,前後壹***出現1500多次故障,並且有100多次無法修復。由此看出,建造空間站的難度大,維護起來更是需要足夠的技術和資金,在軌道上長期運行是對各種設備的考驗,比如美、俄合作建造的空間站表現出超期服役的能力。

在逐漸掌握軌道對接、再循環等各種軌道生存技術後,中國的空間站建造就可以提速了

由美、俄、歐盟、日本主導建造的國際空間站預計於2020年到期,但是從目前情況看,國際空間站基本沒出過大毛病,除了馬桶故障驚動了全世界外,國際空間站的運營狀態仍然算是良好。由於美、俄都是空間技術強國,對合作運營空間站都有各自的想法,不出意外,國際空間站至少可被延長使用到2030年。美國宇航局已經提出壹個思路,如果人類不走出近地軌道,我們將永遠無法抵達火星,言外之意是軌道高度僅為300多公裏的空間站時代已經結束,下壹步將脫離地球磁場保護,把空間站放到月球軌道上。

月球軌道空間站

這也是在未來數十年間,空間站的發展趨勢,走出地球磁場的保護才是進入深空的前提。對於中國而言,在熟悉近地軌道空間站的建造和維護技術後,下壹步就需要進入深空,因為不以脫離地球為目的的載人航天活動都只是徒勞的。