中國空間站

沈羨云

2020年5月5日，在中國文昌航天發(fā)射場首次發(fā)射的長征五號B運(yùn)載火箭，成功將新一代載人飛船試驗(yàn)船和柔性充氣式貨物返回艙試驗(yàn)艙送入太空軌道。5月8日，新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙成功著陸，試驗(yàn)取得圓滿成功。這也是中國空間站在軌建造階段的第一次飛行任務(wù)，令人期盼已久的中國空間站建造大幕終于拉開。

空間站長什么樣

空間站基本構(gòu)型有3個艙段：1個核心艙，2個實(shí)驗(yàn)艙。每個艙都是20噸級，3艙組合體質(zhì)量約66噸。空間站整體呈T字構(gòu)型，核心艙居中，實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ和實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ分別連接于兩側(cè)。空間站的軌道傾角42°，高度340～450千米，設(shè)計(jì)壽命10年，額定成員3人，乘組輪換時最多可達(dá)6人，乘組一般在軌執(zhí)行任務(wù)周期為半年。中國空間站可以進(jìn)一步擴(kuò)展，根據(jù)空間科學(xué)研究和應(yīng)用的需要，可以對接更多的艙段。

核心艙命名為“天和”，全長16.6米，最大直徑4.2米，發(fā)射質(zhì)量22.5噸。核心艙是空間站的管理和控制中心，負(fù)責(zé)空間站組合體的統(tǒng)一管理和控制，它由節(jié)點(diǎn)艙（具有氣閘艙功能）、生活控制艙和資源艙組成。它可支持3名航天員長期在軌駐留，是我國目前研制的最大航天器。它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，還能支持開展少量的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。

為了讓航天員在太空中的長期生活更加舒適，核心艙在設(shè)計(jì)上有很大突破，核心艙中的一塊大柱段部位，主要是航天員工作和實(shí)驗(yàn)的地方。而另一個小柱段，是航天員的睡眠區(qū)和衛(wèi)生區(qū)，保證航天員的生活和正常的居住環(huán)境。核心艙供航天員工作生活的空間約50立方米，加上兩個實(shí)驗(yàn)艙后，航天員的活動空間整體達(dá)到110立方米。

實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ名為“問天”，由工作艙、氣閘艙和資源艙構(gòu)成。主要任務(wù)是開展艙內(nèi)和艙外空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)試驗(yàn)，存放航天員消耗品、空間站備品備件和補(bǔ)給貨物，是航天員的工作生活場所和應(yīng)急避難場所。實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ配備了航天員出艙活動專用氣閘艙，支持航天員出艙活動，配置了小型機(jī)械臂，可進(jìn)行艙外載荷自動安裝操作。實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ有著核心艙部分關(guān)鍵平臺功能，這意味著在有需要的時候，它可以執(zhí)行對空間站的整個管理和控制。

實(shí)驗(yàn)艙II命名為“夢天”，也是空間站組合體的主要組成部分，發(fā)射升空后，完成與核心艙-實(shí)驗(yàn)艙I組合體的交會對接，參與組合體的在軌運(yùn)行。作為以服務(wù)載荷任務(wù)為中心的載人航天器，實(shí)驗(yàn)艙II主要完成3項(xiàng)基本任務(wù)：裝載以多功能光學(xué)設(shè)施（巡天號光學(xué)艙）為主的艙內(nèi)、艙外載荷；與其他艙段共同支持航天員生活、工作，保證航天員安全；作為獨(dú)立飛行器，發(fā)射后自主完成與核心艙交會對接、轉(zhuǎn)位和停泊。實(shí)驗(yàn)艙II還配置有貨物專用氣閘艙，在航天員和機(jī)械臂的輔助下，支持貨物、載荷自動進(jìn)出艙。

中國空間站未來還有一個重要計(jì)劃，在空間站建造完成后，會單獨(dú)發(fā)射一個十幾噸的光學(xué)艙，與空間站保持共軌飛行狀態(tài)。光學(xué)艙命名為“巡天”，具備自主飛行能力，正常任務(wù)時與空間站共軌、相伴飛行，進(jìn)行高分辨率天文觀測，開展天體物理和空間天文學(xué)研究。

中國空間站在建造階段是靠交會對接，最后組裝成一個完整的空間站的本體，所以它的發(fā)射任務(wù)多：首先發(fā)射的是核心艙，然后陸續(xù)發(fā)射載人飛船、貨運(yùn)飛船以及實(shí)驗(yàn)艙，與核心艙對接，其間還會發(fā)射載人飛船和貨運(yùn)飛船，運(yùn)送航天員和物資?？傆?jì)11次的飛行任務(wù)將在兩年內(nèi)完成。

載人飛船和貨運(yùn)飛船

空間站工程也包括天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)和貨物運(yùn)輸系統(tǒng)。天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)由神舟載人飛船和長征二號F運(yùn)載火箭組成，用于航天員和部分物資往返空間站，在空間站?？科陂g也作為救生船，用于航天員應(yīng)急救生和返回。空間站貨物運(yùn)輸系統(tǒng)由天舟貨運(yùn)飛船和長征七號運(yùn)載火箭組成。貨運(yùn)飛船為空間站運(yùn)送航天員的生活物資、推進(jìn)劑、載荷設(shè)備等補(bǔ)給物資。

新一代載人飛船

今年5月5日長征五號B運(yùn)載火箭在文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空，5月8日順利返回東風(fēng)著陸場，其搭載的是新一代載人飛船試驗(yàn)船，此飛船雖然也叫神舟，屬于神舟號飛船系列，但它是面向空間站運(yùn)營和載人月球探測任務(wù)全新研制的航天器。與老神舟號飛船相比，它有許多優(yōu)點(diǎn)：

飛得更遠(yuǎn) 與老神舟號飛船相比，新飛船可以飛得更遠(yuǎn)—近可送航天員往返離地球400千米的中國空間站；遠(yuǎn)能完成38萬千米外的載人登月，甚至去更遙遠(yuǎn)的星球探險(xiǎn)。

體積更大，壽命更長 從個頭來看，新飛船身高近9米，腰圍約4.5米，體重超過20噸。跟只有“3座”的老飛船相比，新飛船在執(zhí)行近地軌道任務(wù)時可以一次運(yùn)送6、7名航天員。老飛船的在軌壽命最長僅180天，新飛船增加到了3年。

“兩居室”乘坐更舒適 和老飛船的3艙結(jié)構(gòu)不同，新飛船是兩艙構(gòu)成的。返回艙采用“墻壁+保溫層”的雙層殼結(jié)構(gòu)，“墻壁”圍起來的是航天員的“駕駛室”，具有容積大、密封性好、艙內(nèi)視野遮擋少等特點(diǎn)。新飛船的“駕駛室”里只安裝環(huán)控生保、人機(jī)交互等直接關(guān)系到航天員生命安全和飛船操控的設(shè)備，騰出了大量空間，最大程度地避免了大量設(shè)備和航天員共處一室的安全隱患。其他設(shè)備都放在了“墻壁”和“保溫層”中間的夾層中。新飛船的返回艙空間更大，未來里面可以根據(jù)任務(wù)需求做“隔間”，打造工作區(qū)、娛樂區(qū)、餐飲區(qū)以及衛(wèi)生區(qū)，為航天員提供更舒適的生活居住環(huán)境。

返回更安全 對飛船家族來說，顏值就意味著實(shí)力。新飛船有著流暢的倒錐形鈍頭體氣動外形。與老飛船的鐘形相比，倒錐形空氣升阻比更大，能讓新飛船在以第二宇宙速度高速返回時，依靠空氣阻力減速，更加平穩(wěn)、精準(zhǔn)地落地。新飛船的返回艙穿了兩件“衣服”∶“內(nèi)衣”用新型金屬材料做成，相當(dāng)于墻壁的作用，圍出了航天員的駕駛室，密封性好、艙內(nèi)視野遮擋少；“外套”則是由耐燒蝕的新型輕質(zhì)防熱材料打造而成，與老飛船的“外套”相比，重量降低了30%，防熱效率更高，而且首次采用可拆卸更換設(shè)計(jì)，有效提高可重復(fù)使用率。另外，新飛船的頭上還有一頂漂亮的“帽子”，可以保護(hù)脆弱而嬌貴的對接機(jī)構(gòu)，這是航天工程師們用防熱材料為新飛船設(shè)計(jì)的。和其他飛行器對接時，可以把“帽子”摘掉露出對接機(jī)構(gòu)，等返回地球時再把“帽子”戴上，保護(hù)里面的設(shè)備不被燒壞，實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。