2021-04-30 13:26:43 來源：人民網(wǎng)
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空間站示意圖。 |
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天宮與神舟飛船對接示意圖。 |
4月29日，22.5噸重的中國空間站天和核心艙，從文昌航天發(fā)射場啟程，由長征五號B運載火箭成功送入地球軌道。我國迄今為止最大航天器進駐太空，意味著中國空間站建造已進入實質(zhì)性“施工”。對設計為3個艙段基本構型的空間站而言，核心艙作為空間站的主控艙段，既是空間站的管理和控制中心，也是航天員生活的主要場所，已有能力支持航天員長時間在太空生活。
我國載人航天工程從上世紀90年代初開始啟動，規(guī)劃了“三步走”戰(zhàn)略，如今已進入第三步——“建造空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應用問題”。空間站是在近地軌道上運行的大中型載人航天器，能夠讓人長久在太空生活，靠貨運飛船實現(xiàn)推進劑和消耗品的補充，可以通過航天員進行設備維修與更換而延長壽命或改變、擴充功能，堪稱太空定居點。
從發(fā)射載人飛船將航天員送入太空，到太空出艙、發(fā)射空間實驗室，中國載人航天工程先后用6艘載人飛船、5艘無人飛船、一艘貨運飛船、一個目標飛行器和一個空間實驗室，支持11名中國航天員、14人次完成多趟太空之旅。環(huán)環(huán)相扣，循序漸進，正是通過歷次“神舟”和“天宮”飛行任務，先后突破掌握了天地往返、太空出艙、交會對接等關鍵技術，為空間站鋪就了一條穩(wěn)妥可靠的建造之路。
天地往返
為空間站運送航天員和物資，作為“救生船”長期?？吭诳臻g站
2003年10月15日9時整，在震耳欲聾的轟鳴聲中，神舟五號飛船乘著火箭拔地而起，載著首位中國航天員楊利偉飛向太空。環(huán)繞地球飛行14圈，歷時21小時23分，楊利偉駕乘神舟五號飛船完成了中國首次載人航天飛行，把中國人的身影留在了浩瀚太空。
空間站并非是來回地球的航天器，要建空間站，就要先擁有用于運送人員的天地往返運輸器。
航天專家介紹，飛船最重要的用途之一就是為空間站運送航天員和物資。此外，人在空間站內(nèi)長期工作和生活，隨時都可能出現(xiàn)危險，如航天員突發(fā)疾病，空間碎片或流星擊穿航天員生活的壓力艙艙壁等。這時就需要航天員馬上撤離空間站，返回地面。由于飛船體積小、質(zhì)量輕、成本低，因此很適宜作為“救生船”長期?？吭诳臻g站。神舟載人飛船可支持3名航天員實現(xiàn)天地往返，在空間站停靠期間也作為“救生船”，用于航天員應急救生和返回。
從神舟一號無人飛船到神舟五號載人飛船的飛行都成功了，但成功并不意味著成熟，所以神舟六號、神舟七號飛船繼續(xù)優(yōu)化，進一步提高可靠性和安全性。有了第一次載人飛行經(jīng)驗，科研人員對飛船做了適當?shù)母倪M，2005年神舟六號升空，已經(jīng)能上兩名航天員，飛行時間也延長至5天。
神舟系列飛船最大變化在神舟七號、神舟八號飛船兩個階段。神舟七號增加了出艙功能，神舟八號完成了交會對接。
中國載人航天工程總設計師周建平說，神舟飛船全都具備天地往返功能。神舟一號到神舟七號飛船的主要功能是把人送入近地軌道，人在飛船上生活和工作。從神舟八號開始，神舟飛船作為載人運輸飛船基本定型，之后不再做大的改動。它可以和在軌運行的航天器對接上，然后把人員送到航天器里面去，航天員完成預定任務后再乘坐飛船返回地面。
神舟八號通過不載人實現(xiàn)了自動交會對接，神舟九號通過載人實現(xiàn)手動交會對接。與神舟八號、神舟九號功能一致的神舟十號飛船，進一步考核交會對接技術后完成了應用飛行任務。自此，作為狀態(tài)穩(wěn)定成熟的載人太空飛船，神舟系列飛船和長征二號F運載火箭組成了我國載人天地往返運輸系統(tǒng)，將成為中國航天員往返空間站的太空交通工具。
當然，火箭是目前人類沖出大氣層、去往太空的唯一交通工具，建設空間站尤其需要運力強大的運載火箭。長征五號B運載火箭承擔著將空間站艙段送入軌道的重要任務?？臻g站“專列”長征五號B運載火箭，是在長征五號運載火箭基礎上改進研制的新型火箭。
火箭專家說，長征五號B運載火箭屬于按系列化、模塊化、組合化思路研制的一款新型大型運載火箭，也是我國首個一級半構型的大型運載火箭，主要用于近地軌道大型航天器發(fā)射，承擔起我國載人空間站艙段等重大航天發(fā)射任務。由于空間站艙段較以往的航天器要大不少，科研人員根據(jù)空間站任務要求新研制了大型整流罩，可以罩住空間站艙段，保護其在發(fā)射過程中的安全。
太空出艙
在太空組裝、維修空間站，航天員出艙是重要手段
2008年9月25日21時10分，中國第三艘載人飛船——神舟七號把翟志剛、劉伯明、景海鵬3名航天員順利送上太空，這3位都屬馬的中國航天員開始了太空旅行。僅僅用了兩天適應陌生的太空環(huán)境后，翟志剛在劉伯明、景海鵬的密切配合下，完成首次太空出艙行走，在距地球343公里的太空軌道實現(xiàn)了中國人與宇宙的第一次直接握手，讓茫茫太空多了一抹五星紅旗的鮮艷。
神舟七號3名航天員首次成功實施空間出艙活動，意味著空間出艙關鍵技術已被突破，這為空間站建造奠定了堅實的基礎。
專家介紹，掌握太空出艙活動技術主要有四大用途：一是在太空組裝、擴建大型空間站，二是在太空維修、維護、升級航天器，三是較方便地完成回收與釋放衛(wèi)星以及科研等任務，四是用于緊急太空救援。
空間站任務對航天員的能力要求更多。過去航天員在太空做的大部分是艙內(nèi)實驗，將來空間站建造階段，航天員大量的工作要在艙外空間進行。
周建平認為，人在太空中可以發(fā)揮自動化機器無法替代的作用。在近地軌道建設空間站，就意味著需要掌握大型空間設施的建造技術和運營管理技術，具備強大的維護維修升級能力。航天員出艙和利用機械臂，都是重要的手段。
神舟七號稱得上是繼中國航天員首次進入太空后，我國載人航天飛行的一座新里程碑。尤其是技術跨越比較大，為突破出艙技術，科研人員在短期內(nèi)研制出了第一件艙外航天服，重新為飛船軌道艙增加了氣閘艙功能，并在太空應用獲得成功，驗證了氣閘艙的相關技術。氣閘艙是航天人進出空間站的“安全中轉(zhuǎn)艙”，神舟七號任務也為空間站氣閘艙的研制奠定了基礎。
空間交會對接
當今航天領域最為復雜的技術之一，是建設空間站必須走出的關鍵一步
2011年11月3日1時36分，一場曼妙的太空之舞在距地球343公里的軌道上演。兩位“舞者”，是中國兩個航天器：天宮一號目標飛行器和神舟八號飛船。12把對接鎖準確啟動，上千個齒輪和軸承同步工作，天宮與神舟牽手相擁，開始12天的“雙人太空之舞”。中國成為世界上第三個掌握自動空間交會對接技術的國家。
2012年6月18日下午，在太空飛行的天宮一號迎來首批航天員訪客。3位航天員乘坐神舟九號飛船通過自動交會對接入駐。6月24日，從天宮一號撤離的神舟九號，再向天宮一號追趕，最終由航天員劉旺手動控制，再次與天宮一號對接成功。這意味著載人航天三大基礎性技術中的最后一項——空間交會對接技術已被全面掌握。
空間交會對接技術是當今航天領域最為復雜的技術之一，對接規(guī)模大、技術復雜、風險多，是建設空間站必須走出的關鍵一步。
“不突破和掌握空間交會對接技術，建設空間實驗室、空間站的設想，都只能是空中樓閣?！敝芙ㄆ秸f?？臻g交會對接是開展載人航天活動必須突破的重要基本技術。載人飛船的主要用途是為空間站提供運輸服務，所以必須攻克空間交會對接技術，這樣才能把航天員和所需物資及設備運到空間站上，并讓飛船長期?？吭诳臻g站上。
按照“一次飛行驗證的是方案的正確性，全面性一定要通過多次的飛行來驗證”的要求，3艘飛船和目標飛行器被用來驗證自動、人工的交會對接技術。通過神舟八號、神舟九號、神舟十號飛船3次飛行和天宮一號的多次交會對接，充分驗證空間交會對接技術，保證未來空間站人員和物資的可靠運送、補給。
周建平說，從總體方案上講，如果按照國外當時用的飛船和飛船對接，看起來簡單，但是飛行成本高。做3次交會對接，需要發(fā)射6次飛船。我們研制了目標飛行器，要進行N次交會對接，我們發(fā)射N+1個航天器就行，減少發(fā)射次數(shù)，降低成本。讓一個目標飛行器支持多次交會對接，這是中國獨創(chuàng)。
這在技術上提出了新的挑戰(zhàn)。例如目標飛行器要具備載人的能力，而且要具備在軌道上比較長時間飛行的能力。天宮一號的表現(xiàn)證明，這個挑戰(zhàn)能夠成功應對。天宮一號除了完成交會對接以外，與飛船相比，它可以給人提供訪問、工作、生活的支撐能力。當飛船和目標飛行器對接以后，航天員可以進到這個目標飛行器里面生活和工作一段時間，包括進行科學實驗。
專家介紹，就空間交會對接任務而言，從總體方案到具體實施，具體到交會對接機構、測量和控制技術，都是自主研發(fā)。例如，交會對接核心的對接機構相當復雜，由數(shù)百個傳感器、上千個齒輪、數(shù)萬個零件組成。當兩個航天器上的對接機構互相牢牢鎖緊，形成一體后，要在兩個飛行器之間建立能供航天員通過的密不透氣的通道。對接機構真正打通了航天員的生命通道，航天員通過這個通道進入天宮。
自此，天地往返、太空出艙、空間交會對接這三大載人航天活動基本技術，已被全部掌握，對中國航天員來說，已經(jīng)能在近地軌道自由出入，建造空間站也具備了基本條件。
太空補給
空間站貨物運輸系統(tǒng)，解決了空間站建造和長期運營所需的太空貨物運輸問題
2017年9月22日，我國首艘貨運飛船天舟一號在地面控制下，從300多公里高度的軌道逐漸下降并向地球接近，最終進入大氣層燒毀，順利完成了5個月的“太空快遞”使命。
此前，天舟一號貨運飛船發(fā)射成功后，與天宮二號空間實驗室自動交會對接，并順利完成首次“太空加油”；其后，天舟一號完成與天宮二號的繞飛和第二次交會對接試驗……天舟一號飛行任務的完成標志著我國載人航天工程“三步走”規(guī)劃“第二步”的實現(xiàn)，也將中國載人航天推進至空間站時代的大門。
重要的是，天舟一號飛行任務成功突破和驗證了空間站貨物運輸、推進劑在軌補加等關鍵技術。此后，天舟貨運飛船和長征七號運載火箭正式組成空間站貨物運輸系統(tǒng)，解決了空間站建造和長期運營所需的太空貨物運輸問題，使空間站建造具備了基本條件。貨運飛船將為空間站運送航天員的生活物資、推進劑、載荷設備等補給物資，并收集空間站丟棄的廢棄物和生活垃圾，隨貨運飛船返回進入大氣層燒毀。
2017年4月22日12時23分，天舟一號與天宮二號進行交會對接。在做好一系列推進劑補加試驗相關準備工作后，在地面操作人員精確控制下，天舟一號與天宮二號共同配合完成了持續(xù)約5天的推進劑在軌補加。
在軌補加推進劑也就是補充燃料，這是空間站要使用的重要技術。在空間軌道上為航天器補加推進劑，非常復雜，是技術上要驗證的重大技術。天舟一號任務突破和掌握推進劑在軌補加技術，填補了我國航天領域的空白，實現(xiàn)了空間推進領域的一次重大技術跨越，為我國空間站組裝建造和長期運營掃清了能源供給上的障礙。
在空間站長期生活
保障航天員在太空的長期生活、工作和健康，對航天員和地面支持團隊都是挑戰(zhàn)
2016年，神舟十一號航天員景海鵬、陳冬在太空完成33天中期駐留，為后續(xù)的中國空間站建造運營奠定了更堅實的基礎。
此前，神舟五號任務將楊利偉送入太空后，短短兩年后，費俊龍、聶海勝執(zhí)行危險性及難度系數(shù)均高出很多的神舟六號飛船任務，實現(xiàn)了載人航天飛行從“一人一天”到“多人多天”的重大跨越。到景海鵬、陳冬參加的神舟十一號任務，航天員在太空生活時間一個月，達到了中長期太空飛行的門檻。
按照規(guī)劃，未來在空間站的常態(tài)化運行中，有3名航天員作為一個乘組長期飛行，乘組定期輪換。輪換期間，最多可有6名航天員同時在空間站工作，完成交接后，前一個乘組乘坐載人飛船返回地球。航天員在空間站的駐留時間將達3個月乃至半年之久。
保障航天員在太空的長期生活、工作和健康，對航天員和地面支持團隊都是挑戰(zhàn)。歷次的神舟飛船載人任務，實際上也是對太空駐留保障的考驗和驗證。相比于此前我國載人航天飛行任務的頻率，空間站建造和運營期間每年有多次發(fā)射，需要航天員的類型、人數(shù)會更多。
載人航天工程航天員系統(tǒng)專家介紹，11名航天員出色地完成了6次載人飛行任務，航天員隊伍總體實力增強?！叭耸禽d人航天的主體，將來走出地球?qū)ふ倚碌募覉@也是人類，所以要持續(xù)關注人的健康保障問題?！?/p>
到2016年完成的神舟十一號任務為止，已實現(xiàn)航天員中期駐留目標，使得我國航天員在軌駐留時間大幅延長，相關生活、工作和健康保障以及航天員執(zhí)行飛行任務的能力得到有效驗證；初步建立起面向長期飛行任務的支持體系和保障機制，為建造和運營空間站奠定了堅實的基礎；為空間站階段長期有人參與開展空間應用和技術試驗積累了寶貴經(jīng)驗。
周建平提及，往太空運送物資的成本非常高，進行物資循環(huán)利用并提高物資循環(huán)利用率，是世界載人航天關注的重大技術問題。
通過新的技術支持，中國航天員在空間站的補給將得到更好保障。此前航天員生存所必需的水和氧氣由航天器直接帶入太空。為了讓航天員實現(xiàn)更久的在軌停留，空間站設計了完整的可再生生命保障系統(tǒng)，進一步提高對水和氧氣的循環(huán)利用水平，既減輕太空運輸系統(tǒng)的負擔、降低成本，同時也使人類在太空的生存能力進一步提升。
正是在具備一系列關鍵技術和基本能力后，中國空間站打下了扎實的“太空地基”，從而初步實現(xiàn)了夢想。
記者手記
空間站 新起點
仿佛千里跋涉，一步一步執(zhí)著前行，中國人在太空“筑巢”的夢想終于化為現(xiàn)實——中國空間站的核心艙已然在我們頭頂環(huán)繞地球而飛。不久以后，還會有航天員入駐這個更新、更寬敞、更舒適、更強大的“太空之家”。不知道星光璀璨的“夜晚”，在深邃的太空酣然入夢，是怎樣的一種體驗？
能夠徜徉太空，靠的是攻克一道道技術難關，靠的是好奇心與實干。空間站是中國載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略的第三步，看似水到渠成的每一步，背后則是一個個夢想與智慧、追求與勇氣交織的故事。扎扎實實的每一步，背后是不甘人后、自立自強的進取精神。人們感嘆前輩們的遠見，感佩創(chuàng)新者的精神。
這是對幾代人艱苦拼搏的回報和勉勵，也將激發(fā)我們對更廣闊世界的想象、對更遼遠深空的探索。對無止境的宇宙探索來說，空間站是一個新起點，在追逐夢想的路上，讓我們向著更美好的未來，繼續(xù)奔跑!
版式設計：汪哲平
《 人民日報 》（ 2021年04月30日 15 版）
編輯：海洋