太空又添新成員，“天宮二號”來報到

尹懷勤

“地球是人類的搖籃，但人類不會永遠待在搖籃里。”這是現(xiàn)代宇宙航行學的奠基人——“航天之父”康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基的名言。對于地球搖籃之外空間的探索，科學家們歷年來做出了無數(shù)的努力，中國科學家也不例外。這不，在即將到來的9月，中國航空又為太空帶去新成員——“天宮二號”，其將成為我國首個真正意義上的空間實驗室，也是獻給中國航天事業(yè)創(chuàng)建60周年的最好禮物！

第一步：載人飛船

中國載人航天計劃“三步走”

早在1992年，我國就確立了以建立空間站為目標的載人航天計劃，即“921工程”。這一計劃分“三步走”。

目標是能夠把航天員送到太空，正常運行若干天，并成功返回地球。大家都知道，這一任務早已完成。

第二步：空間實驗室

這個階段要解決航天器在近地軌道上的交會對接、組裝、補給以及循環(huán)利用等技術。這些技術關系到空間站的組裝、航天員在空間站的生存等關鍵問題。“天宮一號”就是我國在第二步計劃中為了解決交會對接問題而發(fā)射的一個目標飛行器。

“天宮一號”的實踐表明，通過對接它可以被改造成一個短期有人照料的空間實驗室。對接技術成熟之后，就可以發(fā)射真正的空間實驗室“天宮二號”了，目標是建成我國正式的空間實驗室大系統(tǒng)。

第三步：建設空間站

空間站是可以允許若干個航天員同時長期駐守的太空作業(yè)區(qū)，每個艙段重達20噸以上。發(fā)射這樣重的物體需要使用新型長征火箭——“長征五號”B大型火箭，由于火箭直徑較大，無法通過鐵路運輸，所以用海路由天津大火箭基地運往新建成的海南文昌航天發(fā)射中心發(fā)射。同時，海南航天發(fā)射場靠近赤道，可較多利用地球部分自轉(zhuǎn)速度，有利于增強火箭的運載能力。此外，發(fā)射場毗鄰大海，火箭射向?qū)挘絽^(qū)和殘骸落區(qū)安全性好。

完美演繹“空中飛吻”

此前，我國已經(jīng)在2011年9月成功發(fā)射了“天宮一號”目標飛行器，之后順利完成了一艘無人和兩艘有人的神舟飛船與“天宮一號”的自動交會對接和手控交會對接試驗。根據(jù)預測，“天宮一號”的飛行軌道將在今后數(shù)月內(nèi)逐步降低，并最終再入大氣層燒毀。“天宮一號”之后，“天宮二號”將繼續(xù)上演“空中飛吻”。

“天宮二號”與“天宮一號”在外觀上基本相同，大小也一致，由此讀者不難想象“天宮二號”的形狀。將“天宮二號”送上太空的是“長征二號”F運載火箭，從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心起飛，而載有2名航天員的“神舟十一號”飛船與“天宮二號”則將上演“空中飛吻”。

此前有提到，“天宮二號”才是我國第一個真正意義上的空間實驗室。它的任務是開展地球科學、生命科學、空間應用、航天醫(yī)學和基礎物理實驗等一系列研究。“天宮二號”自身的質(zhì)量雖然與“天宮一號”相當，但是所攜載荷發(fā)生了很大變化，增加了多項技術實驗，在應用上有許多不同的功能，很多為空間站建設研發(fā)的新型設備，在今年的任務中都將進行測試。

此外，“天宮二號”上不僅增添了推進劑補給設備，還安裝了機械臂。后者的作用，是便于安排一些小機器人開展艙外維修，這樣可以大大節(jié)省航天員的體力消耗。還有首次進入太空的空間冷原子鐘，可以將航天器自主守時精度提高兩個數(shù)量級，大幅提高導航定位精度。這些實驗具有很高的科學研究價值，未來有可能推動我國航天新技術的發(fā)展。

“天宮二號”將解決具有一定規(guī)模的空間應用問題，2名航天員將完成長達30天的在軌駐留（此前由神舟十號創(chuàng)造的紀錄為15天）。采用物理化學再生生保的方式，就是把人產(chǎn)生的水、尿進行物理化學的處理，讓它循環(huán)再生，保障航天員的航天生活。而在這一技術得到驗證之后，下一步還將對航天員未來在空間站長期駐留的技術展開研究，其難度也會大大提高。

“天宮二號”在進一步驗證航天員在軌駐留技術、驗證推進劑在軌補加技術、開展大量科學和應用實驗的同時，還將攜帶國際首個專用的高靈敏度伽馬射線暴偏振測量儀器。這項中國-瑞士合作開展的伽馬暴偏振探測項目是中國空間天文“黑洞探針”計劃的組成部分，計劃以黑洞等極端天體作為恒星和星系演化的探針，力求理解宇宙極端物理過程和規(guī)律，解答宇宙組成和演化。

空中運貨，“天舟一號”來了

“天宮二號”任務中還有一大亮點，就是將對接一艘“天舟一號”貨運飛船，這是我國自主研發(fā)的第一艘貨運飛船，也是我國第一次實現(xiàn)貨運飛船與空間實驗室的對接。

在以后的空間站建造和運營中，貨運飛船擔負著重要的任務。從外形上看，“天舟一號”與“天宮一號”較為相象，但功能卻有很大不同。“天舟一號”由前面的貨物艙和后面的推進艙構成，這是其最主要的兩大部分，發(fā)射質(zhì)量為13噸左右，上行貨物運輸質(zhì)量大于6.5噸，下行運力為6噸左右。之所以有下行貨物的需求，是因為實驗室尤其是未來的空間站在長期運營過程中會產(chǎn)生垃圾，這些廢棄物需要飛船攜帶返回，最終在大氣層中銷毀。

屆時仍將由“長征七號”運載火箭執(zhí)行發(fā)射任務。“長征七號”運載火箭，總長53.1米，采用兩級半構型，以液氧煤油為推進劑，起飛質(zhì)量約594噸，起飛推力730噸，近地軌道運載能力為13.5噸，未來它將逐步取代現(xiàn)役的“長征二號”“長征三號”和“長征四號”運載火箭，成為我國主力運載火箭之一。此類運載火箭托舉的不僅僅是航天飛船，更是中國的航天夢。

遨游太空，或許不是夢

在我國載人航天工程規(guī)劃中，最大的目標，是2020年前后建成一座質(zhì)量超過90噸的軌道建筑，它至少包括1個核心艙、2個科學實驗艙，呈現(xiàn)“兩室一廳”結構，核心艙的5個對接口可以對接1艘貨運飛船、2艘載人飛船，最后留有2個對接口備用。另有1個供航天員出艙活動的出艙口，即站上設裝的氣閘艙用于航天員出艙進行太空行走，還配置機械臂用于輔助對接、補給、出艙和科學實驗。設計壽命為10年以上，長期駐留3人，以進行較大規(guī)模的空間作業(yè)。

空間站建好后，將隨即開展科學研究和太空實驗，促進中國空間科學研究進入世界先進行列，為我國經(jīng)濟發(fā)展和人類文明進步作出貢獻。鑒于16國共同建成的國際空間站延期使用的最后期限為2025年，而中國空間站將在軌運行至少10年，故而國外媒體預言：“在國際空間站墜落后，下一個軌道空間站將屬于中國，這是完全可能的。中國或許是世界上唯一既有能力又有熱情去入駐太空的國家。”未來我國空間站建成之后，要在太空干些大事的同時，也可能開展太空旅游，普通人亦可入住太空家園，親身體驗誘人的太空生活。