“天和”入列
建造空间站、建成国家太空实验室,是我国载人航天工程“三步走”战略目标的第三步,也是建设科技强国和航天强国的重要引领性工程。
建设空间站也是我国持续推进航天技术进步,由航天大国迈向航天强国的关键一步,汇集了航天领域最尖端、最复杂的科技成果,所以它的研制和建设绝非易事,需要攻克大量的关键技术难题。
空间站工程立项后,工程总体组织了长达两年的技术方案设计和论证。曾经是天宫一号总设计师的杨宏被任命为空间站系统的总设计师。
中国空间站重量为60多吨,在对接载人飞船和货运飞船时,可以达到90多吨。空间站为三舱组合体,由天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱组成,由长征五号B运载火箭分3次在文昌航天发射场发射入轨,通过空间交会对接和舱段转位完成在轨组装建造。建成后,平时可支持3名航天员长期驻留,乘组轮换期间可支持6人驻留,并有足够的空间开展有人参与的空间科学实验、航天医学实验和航天新技术试验。
作为空间站在轨建造的“第一棒”,核心舱是最重要的舱段,主要用于空间站的统一控制和管理,具备长期自主飞行能力,可支持航天员长期驻留,开展航天医学实验、空间科学实验和航天新技术试验。被命名为“天和”的核心舱是我国迄今为止最大的航天器,由节点舱、小柱段、大柱段、后端通道和资源舱组成,总长度16.6米,最大直径4.2米,重22.5吨。舱外有一对大型机械臂,是我国首个具有七个自由度的机械臂,工作时长度可达18米、直径约4米,在太空能够实现类似人类手臂的运动能力,不仅可以抓取物体,还可用于设备的对接、安装、变轨和分离等操作。
天和核心舱为航天员提供了约50立方米的生活工作空间,分为工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区6个区域。睡眠区配备了3个独立的卧室和1个卫生间,每名航天员都有独立的睡眠环境;就餐区配备了食品加热、冷藏,饮水设备和可收放餐桌;锻炼区配备有太空跑台、太空自行车、抗阻拉力器等健身器材。
在天地通信体验上,空间站与天宫空间实验室最大的不同是增加了天地互联网通信系统,使天地间的互联网融为一体,让航天员在天上也能使用手持摄像机和平板电脑,通过Wi—Fi热点接入网络,享受到现代互联网生活带来的种种便利。
神舟十二号任务到来之前,我国航天员在太空中驻留最高时长为33天,之前所需的水和氧气都由航天器直接带入太空。但空间站时代,航天员要长期在轨,直接带入已不能满足需求。为此,空间站设计了一套完整的可再生生命保障系统。这个系统,能将航天员呼出的水蒸气以冷凝水的方式回收;将航天员的尿液回收净化,重新作为饮用水和生活用水使用,或是通过电解制氧技术,将这些水制取为氧气,这样就大幅降低了对于氧气的补给需求。除此之外,在空间站,有超过一半的资源可以再生利用。
空间站建成后,不仅是航天员的“太空之家”,也是科学家的“太空实验室”。按照规划,空间站将在轨运行10年以上。经过科学且慎重的遴选,空间站搭载安装了包括生物学、材料科学、基础物理、微重力、流体等科学实验设施,部署了十多个科学实验柜和舱外暴露实验平台,每一个实验柜和实验平台都是一个小型的太空实验室,支持一个或多个方向的空间科学与应用研究。
2019年10月,载人航天工程总设计师周建平在第四届中国人因工程高峰论坛上说,我国将遵循符合国情和体现国家发展战略等原则,在2022年前后完成空间站的建造并开始运营。
2020年1月20日,空间站核心舱的初样产品和新一代载人飞船试验船,经过1周的海陆运输,先后运抵海南文昌。
新一代载人飞船是为近地空间站运营和后续载人月球探测等任务研制的新型飞船,体形比“神舟”飞船大,全长8.8米,发射质量21.6吨,一次可将6—7名航天员送到距离地面近400千米的空间站,还能实现38万千米外的载人登月,甚至去更远的星球探险。
虽然“天舟”货运飞船可以将货物从地面运到空间站,但却不能将货物从空间站带回地球。而在空间站上开展微生物实验的样本,或在太空制造的产品,都需要带回地面做进一步研究。为了解决这个问题,新一代载人飞船采用返回舱加服务舱的两舱设计,可以将产品放在返回舱中带回来,让大多数设备进行10次左右的重复使用。
5月5日18时0分,新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱升空。用于发射飞船的是新研制成功的长征五号B运载火箭,作为目前近地轨道运载能力最大的火箭,全长近53.7米,相当于18层楼高,起飞质量约849吨,运载能力达到25吨级,空间站舱段等大型航天器都将由它来发射。
随着长征五号B的首飞成功,中国空间站建造大幕从此拉开。
5月8日13时49分,新一代载人飞船试验船完成了多项空间科学实验和技术试验,回到东风着陆场。
时光进入2021年,新年刚过,载人航天战线就传来一个好消息,中国人自主研制的空间站天和核心舱和天舟二号货运飞船分别通过了专家评审,这意味着“天和入九天”的日子为时不远了。
4月29日,在空间站天和核心舱发射任务的新闻发布会上,中国载人航天工程办公室发言人对外宣布:中国的空间站建造分为关键技术验证和建造两个阶段,共规划了12次飞行任务。其中,关键技术验证阶段安排了6次任务,主要是为了验证航天员长期在轨驻留、再生式环境控制与生命保障、空间物资补给、出舱活动、柔性太阳电池翼、机械臂、大型柔性组合体控制、在轨维修和舱外操作等关键技术,开展空间科学实验和技术试验;建造阶段也有6次任务,包括问天实验舱、梦天实验舱、两次货运飞船和两次载人飞船的发射。空间站计划在2022年前后完成建造,之后,将进入10年以上的应用与发展阶段。在这一系列任务中,每次载人飞行任务的航天员乘组均为3人,驻留时间为3个月至6个月。每次载人飞船发射前,都先发射一艘货运飞船,为航天员运送生活物资。
4月29日11时23分,长征五号B火箭将天和核心舱成功送入预定轨道。“天和”入轨后,在距离地面约400千米的轨道上,静候“天舟”“神舟”“问天”“梦天”的陆续来访,共同完成空间站组装建造的建“宫”大业。