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中國太空站邁步 3首次、4科技衝擊深空夢

中國太空站構想圖。(新華社資料照片)
中國太空站構想圖。(新華社資料照片)

中國空間站不僅邁出第一步,還是極具巧思的一大步。等到2024年國際空間站退役,這座「天宮」可能成為近地軌道上唯一的太空站。

中國空間站天和核心艙在我國文昌航天發射場發射升空。(中新社)
中國空間站天和核心艙在我國文昌航天發射場發射升空。(中新社)

來源:YouTube

4月29日,長征五號B遙二運載火箭從海南發射,成功將中國空間站天和核心艙精準送入預定軌道,拉開中國空間站建設的序幕。待「問天」及「夢天」兩個實驗艙升空對接,共同組建成T字型的天宮空間站之後,這座「太空母港」將成為中國太空科學實驗基地,進身航天大國。

一問:中國空間站長什麼樣?有什麼用?

新華社、新京報報導,中國空間站的基本結構包括天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙。核心艙是空間站組合體控制和管理的主份艙段,具備交會對接、轉位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙、保障空間科學實驗能力;問天和夢天實驗艙是大規模艙內外空間科學實驗和技術試驗載荷支持艙段。

中國空間站三艙飛行器依次發射成功後,將在軌通過交會對接和轉位,形成「T」構型組合體,長期在軌運行。

空間站作為長期在軌運行的「太空母港」,其天然的高真空、微重力、超潔淨環境可以充分用於各類科學技術研究。空間站工程也是衡量一個國家經濟、科技和綜合國力的重要指標。

「天和號」發射,開啟中國太空站一連串任務序幕。(取材自央視)
「天和號」發射,開啟中國太空站一連串任務序幕。(取材自央視)

二問:中國空間站與國際空間站有什麼不同?

美國、俄羅斯、加拿大、日本等16國聯合建構的國際空間站,是目前在軌運行最大的空間平台,規模約有423噸。

中國空間站在總體規模上不及國際空間站,是考量了中國「有所為、有所不為」的國情,也就是說,當前中國僅需一個核心艙和兩個實驗艙組成,即何兼顧重大科學研究項目,並擴展和支持來往飛行器對接的能力。

值得一提的是,中國空間站由中國自主建造,實現了產品全部國產化,關鍵核心元器件自主可控。

三問:中國空間站的工程目標主要是什麼?

中國空間站主要有五大工程目標:一是建造並運營近地空間站,突破、掌握和發展大型複雜航天器的在軌組裝與建造、長期安全可靠飛行、運營管理和維護技術。

二是突破、掌握和發展近地空間長期載人航天飛行技術,實現航天員長期在軌健康生活和有效工作。

三是建成國家太空實驗室。開展多領域空間科學實驗和技術試驗、空間應用,具重大的戰略意義。

四是開展國際(區域)合作,為人類和平開發和利用空間資源做出積極貢獻。

五是以在軌服務、地月和深空載人探測需求為牽引,驗證相關關鍵技術。

中國空間站天和核心艙從海南文昌成功發射後,被譽為天和核心艙「同胞兄弟」的1:1結...
中國空間站天和核心艙從海南文昌成功發射後,被譽為天和核心艙「同胞兄弟」的1:1結構驗證件實物,在北京中國科技館亮相展出。(中新社)

四問:中國空間站任務需要突破哪些關鍵技術?

中國空間站任務又分為關鍵技術驗證、組裝建造和運營三個階段,目前正處於關鍵技術驗證階段。

在這個階段,將發射天和核心艙和2艘載人飛船、2艘貨運飛船,並在軌驗證七大關鍵技術:空間站推進劑補加、再生生保、柔性太陽電池翼和驅動機構、大型柔性組合體控制、組裝建造、艙外操作、在軌維修,為實施空間站組裝建造和長期運營任務奠定堅實基礎。

五問:中國空間站在中國航天工程中的戰略地位為何?

空間站工程是載人航天工程「三步走」的第三步,天和核心艙則是第三步的首飛之戰。

中國在上世紀90年代初啟動載人航天工程並採取三步實施的戰略。第一步是載人飛船,第二步是空間實驗室,第三步就是空間站建設。

建成和運營近地載人空間站,將使中國成為獨立掌握近地空間長期載人飛行技術,具備長期開展近地空間有人參與科學技術試驗和綜合開發利用太空資源能力的國家。

國際空間站可以讓各國太空人長期停留。(取材自Getty Images)
國際空間站可以讓各國太空人長期停留。(取材自Getty Images)

3個首次助力 4黑科技亮相

為使中國空間站能實現至少在軌運行15年的設計壽命要求,文匯報報導,中國航天科技集團六院創新性運用「三個首次」核心技術攻破研製關鍵難點,助力「史上最複雜」推進系統完美完成任務。

首次實現完全自動化

繼2017年天舟一號貨運飛船實施「太空加油」之後,此次核心艙推進系統首次實現了完全自動化的高難度技術突破。科研人員研製出全新的自動補加程序,可完全自主補加。

首次將電推進動力應用到航天器

除配備四台軌控發動機、22台姿控發動機等常規動力外,還額外配置了四台霍爾電推進發動機。

太空站圍繞地球運轉時,會因為地球引力影響軌道高度,此時需要發動機消耗額外推進劑來抬升軌道。霍爾電推進系統可有效節省核心艙自帶推進劑的消耗。

首次設計部分設備在軌可更換維修方案

因應核心艙在軌15年的壽命要求,另增加維修性設計,首次設計了包括控制驅動器、霍爾電推進發動機氣瓶等設備,航天員可出艙在軌更換維修。

日裔太空人在國際空間站進行鍛鍊。(取材自NASA官網)
日裔太空人在國際空間站進行鍛鍊。(取材自NASA官網)

為了保證在軌不小於15年長壽命要求,空間站採取了長壽命、可靠性、維修性、安全性一體化設計,這其中有哪些黑科技?

熱管輻射器

空間站在軌運行後,可能因微流星、空間碎片撞擊等意外引起艙體洩漏、撕裂等災難性事故。結構研製團隊創新設計了「健康監測子系統」,能在軌對承受的載荷以及自身的結構狀態進行監測及第一時間示警。

天和核心艙熱控分系統並安裝兩條相當於「大動脈」的熱管輻射器,減少流體管在外暴露的面積,大大降低被空間碎片擊穿的風險。

太陽電池翼

天和核心艙首次採用大面積可展收柔性太陽翼,雙翼展開面積達134平方米。與傳統剛性、半剛性的太陽電池翼相比,柔性翼全部收攏後只有一本書的厚度,約剛性太陽翼的1/15。

太陽翼是艙外產品,要面對極其惡劣的空間環境。以太陽翼上的恆力彈簧繩索系統為例,航天科技集團團隊就歷經三年多,在地面完成了40萬次熱真空疲勞壽命試驗、100萬次常溫常壓壽命試驗。

太空廚房

核心艙安裝了很多監測航天員身體狀況的醫學監測設備,例如,常規醫監設備提供全面有效的醫學保障;無線生理信號檢測裝置監測航天員心電、呼吸、體溫;動態心電監測儀可採集航天員動態心電、搶救心電等12導同步心電信號等。

此外,也提供多種太空廚房食品設備,有熱風加熱裝置、微波加熱裝置等,飲水分配器能定量分配常溫水和熱水,濾除水中的銀離子,保證航天員健康飲水。

捲簾式艙外用保護罩

空間站天和核心艙有多個大小和形狀不一的艙門,存在艙門門體密封圈剮蹭的風險。

航天科技集團五院研製了艙門用和艙外用兩種狀態的艙門保護罩。艙內用為罩蓋式結構,使用時只需將艙門保護罩口部撐開套在艙門上即可;艙外用為捲簾式結構,航天員「抓」、「套」、「拉」操作即可完成。

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