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        訪談丨周建平:中國(guó)空間站時(shí)代正式開啟

        2021-06-18 14:08:46
        國(guó)際太空 2021年4期
        關(guān)鍵詞:機(jī)械

        中國(guó)載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平院士

        編者按:2021年4月29日,中國(guó)空間站“天和”核心艙發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功,宣告了中國(guó)開啟空間站任務(wù)的新時(shí)代。此次任務(wù)標(biāo)志著中國(guó)空間站在軌組裝建造全面展開,為后續(xù)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證和空間站組裝建造順利實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本刊特約記者特此采訪了中國(guó)載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平院士和中國(guó)載人航天工程辦公室主任郝淳。

        核心艙和空間實(shí)驗(yàn)室的區(qū)別:承擔(dān)使命不同

        核心艙是中國(guó)空間站的控制艙段,是最重要的艙段。空間站建成后,在軌運(yùn)行的組合體包括實(shí)驗(yàn)艙、載人飛船和貨運(yùn)飛船,組合體在軌運(yùn)行涉及到能源、熱、軌道控制以及有效載荷的管理等諸多方面,因此,作為空間站控制艙段,核心艙將發(fā)揮極為重要的作用。

        與天宮一號(hào)、二號(hào)相比,核心艙所承擔(dān)的使命不同。天宮一號(hào)、二號(hào)實(shí)際上是空間實(shí)驗(yàn)室,最重要的目的是用于驗(yàn)證空間站關(guān)鍵技術(shù),包括組合體管理,也開展了大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。但由于規(guī)模有限,且只有一個(gè)對(duì)接口,在軌期間只對(duì)接一艘飛船,進(jìn)行有限的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。因此,相比空間站的核心艙,空間實(shí)驗(yàn)室規(guī)模更小。

        建造空間站最主要的目的是建成大型的空間設(shè)施,在軌開展大規(guī)模的空間科學(xué)、空間應(yīng)用和空間技術(shù)方面的驗(yàn)證和研究,以帶動(dòng)科學(xué)的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展。

        核心艙身肩重任:多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)首次亮相

        2021-2022年,載人發(fā)射任務(wù)密集??臻g站在軌建造主要包括兩個(gè)階段:關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段和在軌建造階段。首先,在關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段,核心艙肩負(fù)的重任是:要對(duì)空間站關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行更加全面的驗(yàn)證。此前,在空間實(shí)驗(yàn)室上也開展了一系列關(guān)鍵技術(shù)的驗(yàn)證,但由于規(guī)模有限,有些技術(shù)無(wú)法進(jìn)行驗(yàn)證,需要通過(guò)空間站核心艙進(jìn)行幾大關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證,主要包括:

        再生生保技術(shù)?!吧裰邸憋w船和空間實(shí)驗(yàn)室采用的是非再生生保技術(shù),而空間站為了長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行,會(huì)盡可能地實(shí)現(xiàn)空間站內(nèi)物資循環(huán)使用,包括水和氧氣等。在空間站通過(guò)冷凝干燥組件,可將航天員呼出的水汽收集,再通過(guò)凈化裝置轉(zhuǎn)為可供飲用的再生水;尿液也可以收集處理為可飲用的純凈水。與此同時(shí),電解制氧系統(tǒng)可以利用循環(huán)水電解制氧,從而無(wú)需從地面攜帶氧氣進(jìn)入太空。除此之外,在空間站艙內(nèi)對(duì)二氧化碳進(jìn)行凈化,讓富集起來(lái)的二氧化碳和電解水產(chǎn)生氫氣反應(yīng),就可以獲得相當(dāng)可觀的氧氣,提高物資利用的閉環(huán)度,也可以大幅降低對(duì)地面的依賴度,提高經(jīng)濟(jì)性。

        機(jī)械臂技術(shù)。在空間站在軌組裝建造期間,將使用機(jī)械臂來(lái)建造大型空間設(shè)施。目前,我們有用于轉(zhuǎn)位的機(jī)械臂和功能更強(qiáng)大的七字維度機(jī)械臂,還有可以對(duì)載荷進(jìn)行精細(xì)操作的機(jī)械臂。將大小機(jī)械臂組合,可以形成長(zhǎng)達(dá)15m的組合機(jī)械臂,對(duì)于建造空間站來(lái)說(shuō),我們要一步在空間站建成復(fù)雜的、功能強(qiáng)大的機(jī)械臂,這是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。機(jī)械臂是空間站的重要組成部分,是空間站建造水平的標(biāo)志。

        能源技術(shù)??臻g站規(guī)模很大,后續(xù)將會(huì)開展大量的科學(xué)研究和技術(shù)試驗(yàn),需要更加充分的能源保障。為此,科研團(tuán)隊(duì)研制了大型柔性可展開太陽(yáng)電池翼和相應(yīng)的能源系統(tǒng),這個(gè)規(guī)模也從未有過(guò),也是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。大型柔性可展開太陽(yáng)電池翼也是首次在核心艙上進(jìn)行演示驗(yàn)證。

        航天員出艙技術(shù)。在神舟七號(hào)飛行任務(wù)中,航天員執(zhí)行了出艙活動(dòng),但當(dāng)時(shí)條件有限,利用飛船軌道艙進(jìn)行出艙活動(dòng),主要目標(biāo)是掌握艙外活動(dòng)技術(shù),做到安全進(jìn)出航天器。后續(xù),中國(guó)空間站長(zhǎng)期在軌運(yùn)行,需要依靠航天員在艙外進(jìn)行大量復(fù)雜活動(dòng),對(duì)航天員出艙能力要求更高,出艙活動(dòng)能力將成為保障空間站順利建成的一個(gè)重要技術(shù)支撐。在關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段,將安排多次航天員出艙,從而進(jìn)一步驗(yàn)證航天員出艙能力,以及如何高效安全保障支持完成空間站建成。

        中國(guó)空間站優(yōu)勢(shì)特點(diǎn):技術(shù)新、保障強(qiáng)

        作為三艙組合體,中國(guó)空間站質(zhì)量高達(dá)60多噸,在對(duì)接載人飛船和貨運(yùn)飛船時(shí),質(zhì)量最大可以達(dá)到90多噸。未來(lái),隨著技術(shù)的發(fā)展,空間站規(guī)模會(huì)不斷發(fā)生變化。

        與國(guó)外相比,中國(guó)空間站起步較晚,但有后發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)??臻g站立項(xiàng)后,中國(guó)載人航天工程組織了2年的技術(shù)方案設(shè)計(jì)和論證,目的就是全面掌握大型空間設(shè)施建造實(shí)施技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)建造空間站的目標(biāo),在構(gòu)型布局上進(jìn)行了精心設(shè)計(jì),以保證空間站具備更強(qiáng)大的科學(xué)和應(yīng)用能力。在艙段外安置了外置平臺(tái),以確??臻g站能夠進(jìn)一步擴(kuò)大??梢哉f(shuō),中國(guó)的大型空間站建造能力處于國(guó)際前列。

        首先,空間站建造的技術(shù)新。能源系統(tǒng)(光伏)有30%以上的光電轉(zhuǎn)化效率,供電能力更強(qiáng)。電推進(jìn)技術(shù),又叫做離子推進(jìn),有不同的形式,中國(guó)空間站推進(jìn)系統(tǒng)采用的是電推進(jìn)系統(tǒng)。電推進(jìn)系統(tǒng)是其他國(guó)家沒(méi)有利用過(guò)的,其特點(diǎn)是比沖高,電推進(jìn)的比沖是化學(xué)推進(jìn)的5倍,可以少消耗推進(jìn)劑。

        其次,空間站建造的保障強(qiáng)。盡管核心艙任務(wù)是空間站建造期間的第一次任務(wù),但保障技術(shù)完全靠自力更生研發(fā)而成,環(huán)控生保技術(shù)閉合度最高,包括對(duì)二氧化碳的充分利用等,切實(shí)讓中國(guó)空間站的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)更加突出。

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