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中国空间站水平已达第三代 未来或实现在轨运行

http://www.kexue.com 2013-07-03 10:18:59 北京日报  发表评论


前苏联“礼炮”1号试验性空间站

未来的中国空间站在轨飞行示意图

  日前,在国务院新闻办公室举行的新闻发布会上,中国载人航天工程办公室主任王兆耀和中国航天科技集团公司副总经理袁洁都表示,“天宫”1号与“神舟”10号载人飞行任务的圆满成功,标志着中国载人航天工程将全面进入载人空间站工程建设阶段。

  前苏联发射了世界第一座空间站

  1971年4月19日,前苏联成功发射了世界第一座空间站“礼炮”1号。此举对美国是一个极大的刺激,于是它马上用“阿波罗”工程的剩余材料研制了一个名叫“天空实验室”的空间站,并于1973年5月14日升空,还创下了当时连续载人航天84天的世界纪录。

  20世纪70年代上天的前苏联“礼炮”1号至5号和美国“天空实验室”以及随美国航天飞机进行了22次短期飞行的欧洲航天局“空间实验室”属于第一代空间站。由于它们具有试验性质,所以也叫试验性空间站。其主要特征是站上均只有1个对接口,因而只能接纳1艘客货两用飞船(运送往返人员和少量物品),因而其科研仪器和主要物品均是发射前就装入了空间站内,无法及时补给许多重要物资,这就限制了载人航天的时间和空间站在轨运行寿命。

  不过,这一代空间站解决了许多有关的重大科技问题。例如,证实了在太空也和地面一样,有必要把卧房、工作间等按各自的特点分别建造;人在太空呆上若干天,可用轮换航天员的办法,使空间站利用率大为提高。

  第二代空间站可同时接纳两艘飞船

  美国“天空实验室”上天后,又觉得空间站不是什么新玩艺儿,只需废物利用便可造出来。所以,便倾财力、物力和人力去研究航天飞机了。然而,前苏联对空间站一直格外青睐,采取了积极、稳妥和循序渐进的发展战略,先后一共发射了8座空间站,在空间站领域领先一步。

  前苏联的“礼炮”6号、7号属于第二代空间站,它们分别于1977年9月29日、1982年4月19日入轨。由于它们具有实用性质,所以也叫实用性空间站。其主要特点是均有两个对接口,即可同时接纳两艘飞船,从而能把载人与运货分开,延长了空间站寿命和航天员在轨时间。在第一代空间站中,寿命最长的“礼炮”4号工作了两年多,而第二代空间站中的“礼炮”6号、7号分别运行了5年、9年。

  上述的第一、二代空间站叫单舱式或叫单一式空间站。此后发展的第三、四代空间站叫多舱式或组合式空间站。

  “和平”号采用积木式构型

  前苏联“和平”号属于第三代空间站,于1986年2月20日开始在太空建造,前苏联解体后由俄罗斯接管。它采用积木式或叫舱体式构型,运行了15年,所以也叫长久性空间站。“和平”号最大特点是率先升空的核心舱不仅能用于航天员生活居住,控制整个空间站正常运行,其上还有6个对接口,它先后像搭积木一样对接了5个专用实验舱(量子1号舱、量子2号舱、“晶体”舱、“光谱”舱和“自然”舱)及“联盟”系列载人飞船、“进步”系列货运飞船,形成庞大的空间复合体,总质量达100多吨。其中的“晶体”舱还对接过美国航天飞机,使其总质量达200多吨。

  “和平”号是世界第1个多舱式空间站,大大扩展了航天员的活动空间,具有功能强、寿命长、使用范围广、工作效率高等一系列优点,但也存在一些先天不足:例如,供电严重不足是“和平”号不能充分取得应用效益的重要原因;天地往返运输能力低是“和平”号存在的另一个致命弱点;其姿控系统设计也有问题。2001年3月23日,“百病缠身”的“和平”号由地面控制成功坠落在南太平洋预定海域。

  “国际空间站” 需航天员出舱完成组装

  第四代空间站由16个国家联合建造,所以叫“国际空间站”。它采用桁架挂舱式构型,即以长达几十米或上百米的组装式或展开式桁架为基础结构,然后将多个舱段和设备安装在桁架上。其中的桁架就像“空中阁楼”的大梁一样是“主心骨”。由于这种空间站有望运行20年以上,所以也叫永久性空间站。

  “国际空间站”于2011年建成,建成后的容积约1000多立方米,质量达400多吨,有13个增压舱,其中6个用于科学实验,3个供航天员居住,1个为多功能货舱,3个为对接用的节点舱。这些舱体和其它设备由航天飞机和一次性运载火箭分多次运往轨道,然后由站上的遥控机械臂系统和航天员舱外活动进行组装,逐步建成了这座规模庞大、功能广泛的永久性空间站。在空间站运行期间,航天员的替换和物质补给由宇宙飞船提供。

  这种空间站的缺点是规模大、费用高、技术复杂,尤其是需要航天员多次出舱完成组装工作,因此在建造过程中有较大风险。

  我国空间站届时可能唯一在轨运行

  据中国载人航天工程办公室主任王兆耀6月26日透露,我国计划在2018年前后发射试验性核心舱,2020年前后完成中国载人空间站的建造。在此期间,根据需要发射一系列货运飞船和载人飞船,向空间站提供物资的补给和成员的往返。

  据中国载人航天工程总设计师周建平介绍,我国空间站基本构型为T字形,由三个20吨级舱段组成,核心舱居中,实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ分别连接于两侧。其中核心舱主要配置航天员生活措施,并有一定有效载荷实验能力,还装有1个大型机械臂;两个实验舱主要用于空间科学实验、空间应用、空间技术试验,配置1个小型机械臂。空间站按长期载3人状态设计,每半年由载人飞船实施人员轮换,由货运飞船进行推进剂和物资补给,并进行维修维护设备的上行运输。它将在轨运营10年以上,成为我国空间科学和新技术研究试验的重要基地。我国空间站舱段将用长征5号B新型大推力运载火箭发射,该火箭近地轨道运载能力可达25吨。

  由此可见,我国的空间站将达到世界第三代空间站的水平,由多个舱段组成,采用积木式构型,所以起点很高。

  另据专家介绍,我国正研制的货运飞船由货物舱和推进舱组成。其上行货物运输能力为6.5吨,下行销毁废弃物能力6吨。目前使用的俄罗斯“进步”货运飞船上行货物运输能力只有2.4吨。另外,我国货运飞船货运载荷比也将达世界先进水平,比欧洲、日本的货运飞船都高,达46%。我国货运飞船将用运载能力较大的长征7号火箭发射。它是新一代中型运载火箭,全面推行数字化设计,被称为“数字火箭”,采用绿色环保推进剂,近地轨道运载能力为13.5吨。

  按目前计划,“国际空间站”将在2020年退役,我国空间站将在2020年建成,所以届时,我国空间站有可能是世界上唯一在轨运行的空间站,这将有利于开展国际合作,共享太空资源。

  而在此之前,我国计划在2015年前后发射“天宫”2号空间实验室。“天宫”2号原是“天宫”1号的备份,但由于“天宫”1号表现很好,所以现正在对“天宫”2号进行适应性改装,让它执行空间实验室任务。

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