段永利
國際空間站運行23年以來已經接待了多國的200多位宇航員。2011年美國國會立法禁止美中航天合作,此后中國開始獨立發(fā)展空間站項目。
國際空間站預計在2024年退役。美國媒體報道說,如果美國及其合作伙伴不給國際空間站“續(xù)命”“延壽”,那么2024年后,中國的“天宮號”將成為地球軌道上唯一的載人空間站。
揭開神秘面紗
早在1992年9月21日,中共中央批準中國載人航天工程按“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略實施,至2021年6月17日,航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波先后進入天和核心艙,標志著中國人首次進入自己的空間站。
中國空間站長啥樣?
據了解,中國空間站整體呈T字構型,基本構型包括1個核心艙(天和核心艙)和2個實驗艙(問天實驗艙、夢天實驗艙)。核心艙居中,實驗艙Ⅰ和實驗艙Ⅱ分別連接于兩側。天宮空間站的基本構型成功組建后,未來可根據需求,在核心艙的前端增建一艙或三艙組成空間站“十”、“干”字型的擴展構型。
其中,天和核心艙全長16.6米,豎立起來,比5層樓還要高。最大直徑4.2米,比高鐵車廂的寬度還要大一些,可供3名航天員長期在軌駐留,是我國目前研制的最大航天器。
正如航天科技集團五院空間站系統(tǒng)副總設計師朱光辰接受記者采訪時所說:神舟飛船就相當于是一輛轎車,天宮一號和天宮二號空間實驗室相當于是一室一廳的房子。到了空間站,它應該是三室兩廳還帶儲藏間。
空間站怎么建?
根據飛行任務規(guī)劃,目前我國空間站的建造分空間站關鍵技術驗證(再生生保技術、機械臂技術、出艙活動技術)和空間站建造兩個階段實施,預計今明兩年完成中國空間站建設。
在談及任務規(guī)劃安排時,中國載人航天工程辦公室主任郝淳說,“神舟十二號載人飛船上,有3名航天員組成,他們將在軌駐留3個月。今年9月和10月將分別實施‘天舟三號貨運飛船和‘神州十三號載人飛船的飛行任務。其中,載人飛船上將有3名航天員組成飛行乘組,他們將在軌駐留6個月,這也是今后航天員乘組在軌駐留時間的常態(tài)。明年將進入空間站在軌建造階段,一共規(guī)劃了6次飛行任務,包括兩次空間站艙段‘問天和‘夢天的發(fā)射任務,兩艘貨運飛船和兩艘載人飛船的發(fā)射任務。其中,兩艘載人飛船也是分別由3名乘組組成,在軌駐留6個月左右。
建空間站有啥用?
空間站建成后,將是航天員的“太空之家”,也是科學研究的“太空實驗室”。按規(guī)劃,空間站將在軌運行10年以上。中科院空間應用工程與技術中心主任高銘在接受本刊記者采訪時說:“在其運行期間,我們將面向人類生存、空間天文、地球科學等領域進行前沿科學探索,開展大規(guī)模的空間科學實驗、技術試驗和空間應用活動,涉及32個主題、65項科學計劃。下一步,我們在應用領域還將與國際合作,共同揭示宇宙的諸多奧秘”。
對空間站任務來講,現在是一艙兩船,將來有三艙兩船,航天員要對那么復雜龐大的設備進行整體運行管理,此外還要做各種各樣的科學實驗,就要求航天員們儲備更多跨學科的知識。
空間站給誰???
在空間站的常態(tài)化運行中,有3名航天員作為一個乘組長期飛行,乘組定期輪換。輪換期間,最多可有6名航天員同時在空間站工作,完成交接后,前一個乘組乘坐載人飛船返回地球。
此次飛行乘組由聶海勝、劉伯明、湯洪波3人組成,所以他們是第一次入住新“家”。在被問及選飛行乘組會綜合什么標準進行選擇時,載人航天工程航天員系統(tǒng)總設計師、中國航天員科研訓練中心研究員黃偉芬說,“在進行四個乘組選拔的時候,我們統(tǒng)籌考慮了四次任務的特點,針對每一個航天員的個體特點和任務的匹配性,考慮他們的經驗、年齡、新老搭配、彼此間的心理相融性和協(xié)同配合能力,采用以老帶新的模式。對于神州十二號飛行任務的乘組來講,考慮到首次飛行、首次出艙的挑戰(zhàn)很大,選擇了有過兩次飛行、有組合體飛行、空間手控交會對接經驗的航天員聶海勝擔任指令長。劉伯明在神七時有過出艙活動的經驗。湯洪波作為神十一備份航天員,也說明他的表現很出色。而且他們三人在訓練時配合很默契?!?/p>
3名航天員順利進駐天和核心艙,這是黃偉芬第7次送自己選拔培訓的航天員上太空。未來將有不同國家、不同類型的航天員入駐。
在空間站怎么生活?
北京航天飛控中心空間站任務總師孫軍解釋說,航天員進駐空間站前幾天的主要任務是在搬進新“家”后先好好裝修一下,拆包裹、裝設備,包括各類信息通信,生活方面諸如餐飲廚房、睡眠區(qū)、衛(wèi)生設施等都要搭建完成。
你知道在太空拆快遞什么感覺?快遞小哥“天舟貨運飛船”滿載貨物到達空間站,6.8噸捆扎結實的貨運物資坐等首批航天員拆件??爝f包括貨包類(航天員衣食住行用品、部分科學實驗載荷、備份艙門等)、推進劑類(燃燒劑、氧化劑)等。
飲食方面,有一種餓,叫祖國媽媽覺得你餓。這一次,“快遞小哥”把用納米氣凝膠做成的大冰箱都給送過去啦。天和核心艙內配置了120余種葷素搭配、營養(yǎng)均衡、品種豐富的食品。在不久前公布的視頻中,3名航天員過了一把太空“吃播”癮。
此外,空間站內實現了“移動WiFi”全覆蓋,創(chuàng)造了一個智能家居的生活空間。每一個航天員都有一個手持終端,可以根據個人需求通過應用調節(jié)艙內照明環(huán)境,如睡眠模式、工作模式、運動模式等。航天員還可以視頻通話,也可以即時接入移動終端,在空間站享受網絡生活。下一批航天員上去前會先問“wifi密碼是什么”是不是很接地氣?
據黃偉芬介紹說,航天員在太空實施天地同步作息制度,他們每天日出而作日落而息,可以根據實時需要自由調節(jié)艙內溫度,而且早晨和晚上會跟地面定點溝通,包括航天員的飲食作息,以及當天的工作計劃、工作完成情況。地面工作人員會對航天員的睡眠質量進行定期評估,會根據當天工作進展調整次日的工作項目。在3個月過程中,航天員要靠加熱濕毛巾擦拭來代替淋浴,用浴帽+免洗洗發(fā)液的方式洗頭發(fā),當然,他們可能還會遇到各種各樣異常情況和突發(fā)問題,對他們的身心素質、知識技能都是一個考驗。
開啟創(chuàng)新模式
不知道你是否看過美國科幻電影《地心引力》,還有美國網劇《太空部隊》,都模擬了中國宇航員以及中國空間站的場景,再看看如今中國空間站的機械臂,講真,追中國航天比追劇還痛快。
技術突破
隨著中國載人航天工程前兩步的成功完成,中國航天已掌握了出艙活動、空間自主交會對接、空間實驗室、航天員中期駐留、再生式生命保障以及貨運飛船補加等空間站關鍵技術。
天宮空間站天和核心艙配置的機械臂是目前中國同類航天產品中復雜度最高、規(guī)模最大、控制精度最高的空間智能機械系統(tǒng)。中國航天科技集團五院空間站機械臂控制系統(tǒng)主任設計師梁常春說,核心艙機械臂采用“肩3+肘1+腕3”的關節(jié)配置方案,展開長度為10.2米,最多能承載25噸的重量,可以將物體運送至空間站外部的任何位置,是空間站任務中的“大力士”。為實現整個機械臂的平穩(wěn)運行和精確定位,空間站機械臂各處裝有“控制大腦”。
此外,天和核心艙配置了四臺霍爾電推進發(fā)動機,這是人類載人航天器上首次使用電推進,可大大降低空間站用于軌道維持的燃料消耗。首次采用了大面積可展收柔性太陽電池翼,有著體積小、展開面積大、功率重量比高的特點,可在低軌道上為空間站供能十年??臻g站使用了第三代中繼終端產品,通過與中繼衛(wèi)星天鏈一號和天鏈二號建立中繼鏈路,實現中繼通信。該終端采用了集成化、模塊化的設計思路,在保證傳輸信號質量的同時,方便航天員維修更換。
應用規(guī)劃
“我國空間站主要規(guī)劃了4個研究領域的研究工作,分別是空間生命科學與人體研究、微重力物理科學、空間天文與地球科學,以及空間新技術與應用。例如,我們創(chuàng)新提出了哺乳動物太空生命孕育的前沿研究,希望能夠首次在太空成功孕育出小鼠后代,為未來動物甚至人類的太空生殖、發(fā)育和繁衍奠定重要基礎。另外,我們提出了在空間站建立氫鐘、銣原子鐘、鍶原子光鐘組合而成的空間原子鐘組,預計實現達10-18量級日穩(wěn)定度的時間頻率信號,有望在相對論高精度檢驗、全球重力位測量等方面取得重要研究成果。再比如,我們規(guī)劃了超冷原子物理系列研究,計劃實現100 pK甚至更低溫度的玻色-愛因斯坦凝聚,在極低溫量子新物態(tài)研究方面取得新的科學發(fā)現。同時,我們安排了與空間站共軌飛行的巡天望遠鏡(CSST),支持開展長期的天文觀測研究,在必要時這個望遠鏡可對接到空間站上進行維護和更換后端模塊,預期在宇宙大尺度結構形成和演化、早期恒星和星系的形成等重大科學問題方面取得突破?!?中國科學院空間應用工程與技術中心戰(zhàn)略規(guī)劃室主任張偉在接受本刊記者采訪時說。
國際合作
不久前對中國宇航員進入空間站發(fā)出祝賀的美國航天局局長比爾·納爾遜(Bill Nelson)將中國稱作是在太空領域“咄咄逼人的競爭者”。今年5月他在美國國會聽證美國資助載人登月項目時警告說,美國對中國的太空發(fā)展不能掉以輕心。不過世界安全基金會項目規(guī)劃主任布萊恩·維登 (Brian Weeden)則認為,把中國渲染為嚴峻威脅不妥。
張偉說:“中國空間站面向世界開放,如今已經確定了17個合作國家??臻g站在挑選國際合作項目時,往往首先要組建國際評審組,評估標準主要包括:科學意義與價值;工程可實現性;研究與合作基礎?!?/p>
今年是世界載人航天事業(yè)60周年,中國空間站代表航天事業(yè)在傳承中前行,空間站的建設,不是中國航天夢的終點,中國載人航天的下一個目的地是月亮,更遠點的夢想是火星。嫦娥奔月、夸父追夢的古老傳說正行走在路上……