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《科学24小时》

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中国空间站:多接口的“变形金刚”

2016-11-30 18:30:34

郭沫若先生有一首非常富有想象力和意境的优美诗篇——《天上的街市》。诗中描绘了神话传说中的天上街市、神仙、宫殿。自从盘古破鸿蒙,天地遥遥,不知几何。

神话只能把人们带入奇妙的想象,而科学则能把人类带入美妙的太空。100 年前,俄罗斯火箭理论家、航天理论的奠基者齐奥尔科夫斯基首次提出了建立空间站的卓越设想。他认为,空间站实际上就是一个巨大的人造卫星。它可以成为未来宇宙飞船的“启航站”与“中转站”。如今,齐奥尔科夫斯基的设想早已实现了:苏联发射的“礼炮号”和“和平号”空间站、美国的“天空实验室”空间站、欧美和俄罗斯等国的国际空间站都实现了绕地球运转,成为人类研究宇宙的基地。其中规模最大的国际空间站仍在近地轨道上运行着。

继“天宫一号”和“神舟十号”载人飞行任务圆满成功之后,我国又将于今年第三季度发射“天宫二号”空间实验室。“天宫二号”升空后,我国还计划于今年第四季度发射“神舟十一号”载人飞船,于2017 年上半年发射新研制的“天舟一号”货运飞船,并将“天宫二号”与两者进行交会对接,检验“天舟一号”货运飞船的太空飞行技术性能。“天舟一号”货运飞船每次能运载6 吨物资,包括火箭的推进剂、航天员的食物、科研仪器等。

此次对接还将为在2020 年前后完成中国空间站的建造工作提供技术借鉴,突破和掌握航天员中期驻留、再生式生命保障以及货运飞船补加等空间站关键技术,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题,并将开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、航天医学等领域的应用和实验研究。这些都将为我国进入建设空间站时代奠定基础。

 

一流的太空实验平台

载人航天是举世公认的高精尖技术。早在1992 年,我国确定的三步走载人航天计划(921 工程)中,就明确表明最终目标是建立空间站。“十三五”时期已经到了实施这一计划的关键阶段。

规划于2020年建成的我国空间站将成为太空中的中国国家实验室,支持我国科学家从事前沿科学探索、空间技术研究和空间资源的开发和利用,最终目标是为全人类造福。空间站资源十分宝贵,经过科学、慎重地遴选,站上将搭载安装包括生物学、材料科学、基础物理、微重力、流体、燃烧等十余类的科学研究实验设施。这个一流的太空实验平台,将为科学家们取得世界级的重大基本原理突破提供条件保障。

目前,我国航天员都是从现役空军飞行员中选拔的。为了能在空间站上开展太空科学实验,未来需要从工程师和科学家中选拔航天员。航天员中要有能够管理维护航天器的飞行工程师。如果设备出了故障能够及时修复,新技术出来后还能给航天器升级。另一部分航天员则是能够观察实验现象、分析实验结果、调整方案、设计新的实验方案等的科学家。当然,根据空间站的实验项目,选择相关专业背景的科学家们进行训练,是未来航天员选拔一个主要方向。

我国未来还会单独发射一个十几吨重的光学舱,与空间站保持共轨飞行状态,并计划在光学舱里架设一套口径两米的巡天望远镜,分辨率与美国的哈勃太空望远镜相当,但视场角是哈勃的300 多倍。这套望远镜的天区和波段覆盖广,像质好,是中国人的“宇宙之眼”。如果在轨10年,可以对40%以上、约17500 平方度的天区进行观测,提供海量的科学数据资料,为科学家取得更多重大原创性成果提供有力的技术支持。

 

突破建站前的关键技术

在太空轨道上组装空间站一定要突破4 项关键技术。第一项是太空行走技术,这已由执行“神舟七号”任务时的航天员翟志刚完成。第二项是空间交会对接技术,这已分别由执行“神舟八号”、“神舟九号”、“神舟十号”三艘飞船任务的航天员们突破。第三项是补给技术,就是利用货运飞船给空间实验室进行推进剂等物资补加的技术,为此“天宫二号”将增加以前没有过的推进剂补加系统。第四项是再生式生命保障技术。这项技术又可分为物理化学式再生环控生保技术和受控生态式再生生保技术。

我国2020 年前后建成空间站,其核心舱可对接“神舟”和“天舟”。

近年来,信息技术、新能源、自动化和人工智能技术的新成果都将集成到中国空间站上,基于当代最新技术成果建造的中国空间站,信息化程度更高、能力更强,具有后发优势。其通信、网络、数据管理和应用等尤其先进。鉴于国际空间站延期使用的最后期限为2025 年,而中国空间站将在轨运行至少10 年以上,故国外媒体预言:“在国际空间站坠落后,中国或许是世界上唯一一个既有能力又有热情去入驻太空的国家。”未来我国空间站建成之后,它在发挥重大科研价值的同时,也可能提供太空旅游。等到2020 年,随着小康社会的全面建成和空间站的升空运行,我国青少年的聪明才智,也将拥有更广阔的发挥舞台。

 

知识小讲堂:

空间站是一种可供多名宇航员巡访、长期工作和居住的载人航天器。在其运行期间,宇航员的替换和物资设备的补充分别由载人飞船、无人货运飞船或航天飞机运送。空间站通常由轨道舱、生活舱、服务舱、对接舱、气闸舱、专用设备舱和太阳能电池翼等部分组成。它的主要用途是进行天文观测,勘测地球资源,开展医学和生物学研究,发展新工艺和新技术,测量大地和侦察军事动态,试验和发射航天武器或航天器,为开发太空资源提供场所等。

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