2022，中國航天正在創(chuàng)造新的歷史

鄭蔚

2022年5月10日凌晨1時(shí)56分，隨著海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射任務(wù)01指揮員王宇亮一聲令下：“點(diǎn)火！”長征七號(hào)專用發(fā)射塔架上的長七遙五運(yùn)載火箭立即噴吐出陣陣烈焰。伴隨著滾雷一般的巨響，它以近700噸的推力將天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船托舉而起。飛行602秒后，運(yùn)載火箭成功實(shí)現(xiàn)船箭分離，目送天舟四號(hào)漸行漸遠(yuǎn)，飛往中國空間站的預(yù)定太空軌道。2點(diǎn)23分，太陽能帆板順利打開。

經(jīng)過近7個(gè)小時(shí)的飛行，上午8時(shí)54分，天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船在距地球400公里高的軌道上，采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式，成功對(duì)接中國空間站天和核心艙后向端口，本次發(fā)射、飛行和交會(huì)對(duì)接取得圓滿成功。這是2022年我國空間站建造階段預(yù)定6次發(fā)射任務(wù)的首次發(fā)射，正式開啟了中國空間站全面建造的大幕。

今年五四青年節(jié)到來之際，習(xí)近平總書記在給中國航天科技集團(tuán)空間站建造青年團(tuán)隊(duì)的回信中說，9年來，從天宮、北斗、嫦娥，到天和、天問、羲和，中國航天不斷創(chuàng)造新的歷史，一大批航天青年挑大梁、擔(dān)重任，展現(xiàn)了新時(shí)代中國青年奮發(fā)進(jìn)取的精神風(fēng)貌。

2022年，中國航天還將不斷創(chuàng)造新的歷史！

5月10日，天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船發(fā)射成功，意義非同小可。航天科技集團(tuán)第五研究院貨運(yùn)飛船系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師黨蓉說：“天舟四號(hào)是我國進(jìn)入空間站建造階段的首發(fā)航天器，裝載了共計(jì)200余件（套）貨物，上行物資總重約6000公斤，上行物資比天舟三號(hào)增加了300多公斤。它承擔(dān)著為神舟十四號(hào)航天員提供物資保障、空間站在軌運(yùn)營支持和空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)等任務(wù)。”

航天五院的專家介紹說，天舟貨運(yùn)飛船由密封貨物艙和推進(jìn)艙構(gòu)成，整船總長10.6米，艙體最大直徑3.35米，太陽電池翼展開后的最大寬度近15米。天舟四號(hào)和天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船在外觀上是一致的。

天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船有哪些科技創(chuàng)新的亮點(diǎn)？

航天五院貨運(yùn)飛船系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師徐小平說，首先，天舟貨運(yùn)飛船與國外同類現(xiàn)役貨運(yùn)飛船相比，上行能力強(qiáng)大，載貨比（最大載貨量與滿載時(shí)貨運(yùn)飛船總重量之比）高。天舟四號(hào)的最大上行載貨量達(dá)6.5噸，在滿載情況下總重量為13.5噸，推進(jìn)劑補(bǔ)加能力達(dá)2.1噸。在上行物資能力方面，現(xiàn)役的俄羅斯“進(jìn)步M1號(hào)”貨運(yùn)飛船的上行能力為3.2噸；美國“天鵝座”改進(jìn)型貨運(yùn)飛船的上行能力是3.5噸。

其次，天舟貨運(yùn)飛船突破了推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)，是實(shí)施我國空間站組裝建造和運(yùn)營的關(guān)鍵之一。此次發(fā)射的天舟四號(hào)還裝滿了推進(jìn)劑，對(duì)接成功后將變身天宮“加油站”，為空間站的在軌運(yùn)行提供燃料補(bǔ)充，可有效提高空間站的使用壽命。

天舟四號(hào)還有一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)，對(duì)飛行測(cè)控至關(guān)重要，就是以天基測(cè)控體制為主的設(shè)計(jì)原則，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵事件全程跟蹤測(cè)控、在軌異常及時(shí)監(jiān)測(cè)處置，減少了過去對(duì)陸基測(cè)控站和?；鶞y(cè)量船的依賴。

天舟貨運(yùn)飛船與空間站的交會(huì)對(duì)接被稱為“太空之吻”，是貨運(yùn)飛船成功與否的關(guān)鍵?？焖賹?duì)接模式，是俄羅斯進(jìn)步M-16M貨運(yùn)飛船在2012年8月嘗試的，但關(guān)鍵時(shí)刻仍需要地面干預(yù)。天舟貨運(yùn)飛船首次提出了基于絕對(duì)定位數(shù)據(jù)的快速交會(huì)對(duì)接自主導(dǎo)航與制導(dǎo)方案，解決了依靠地面定軌、計(jì)算時(shí)，注入時(shí)間長、難以實(shí)施快速交會(huì)對(duì)接的難題，交會(huì)對(duì)接時(shí)間由2天縮短至6.5小時(shí)，在國際上首次實(shí)施了全自主的快速交會(huì)對(duì)接，并設(shè)計(jì)了前向、后向、徑向繞飛方案，可與空間站不同對(duì)接口對(duì)接，提高了任務(wù)適應(yīng)能力。

航天科技集團(tuán)第八研究院805所的設(shè)計(jì)師介紹說，我國空間站的建造猶如“搭積木”，而連接起各個(gè)艙段的“關(guān)節(jié)”正是對(duì)接機(jī)構(gòu)?？紤]到未來空間站建造需要適應(yīng)8～180噸重的各種噸位、各種方式（包括偏心對(duì)接）的對(duì)接，特別是在對(duì)接過程中將會(huì)產(chǎn)生巨大的對(duì)接能量，對(duì)于對(duì)接機(jī)構(gòu)的緩沖耗能能力要求很高。為了讓兩個(gè)重量級(jí)的航天器在對(duì)接時(shí)可以“輕盈優(yōu)雅”，設(shè)計(jì)師們通過大量的技術(shù)攻關(guān)和方案論證，系統(tǒng)性提出了可控阻尼的控制思路，通過可控阻尼器單機(jī)產(chǎn)品，既不影響原捕獲性能、方便捕獲，又可以消耗對(duì)接機(jī)構(gòu)捕獲后產(chǎn)生的巨大撞擊能量，成功突破了空間站建造的這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

這次天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船將為即將啟程的神舟十四號(hào)航天員乘組送上什么新的“吃穿用”物品？航天員科研訓(xùn)練中心天舟四號(hào)發(fā)射任務(wù)試驗(yàn)隊(duì)責(zé)任總師王春慧說，根據(jù)神舟十三號(hào)航天員乘組完成任務(wù)返回地面后反饋的意見，為神舟十四號(hào)乘組增加了4種蔬菜，使蔬菜的種類達(dá)到了32種；還為航天員安排了中秋、國慶等節(jié)日食品，以及執(zhí)行重大任務(wù)后的獎(jiǎng)勵(lì)食品。為了給航天員的太空生活增添一些色彩，還特意安排了食品“盲盒”，航天員在太空過生日時(shí)會(huì)收到一個(gè)帶來驚喜的“生日盲盒”禮物。

據(jù)悉，在空間站?？科陂g，天舟四號(hào)還將按計(jì)劃開展多項(xiàng)在軌試驗(yàn)。

將天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船送上太空的長征七號(hào)運(yùn)載火箭，是我國新一代中型運(yùn)載火箭。這次是長征七號(hào)首次實(shí)現(xiàn)在一個(gè)月內(nèi)完成測(cè)試和發(fā)射。

中國航天科技集團(tuán)第一研究院長七火箭總體主任設(shè)計(jì)師邵業(yè)濤介紹說，本次是長七火箭與天舟系列貨運(yùn)飛船第四次攜手奔赴太空，火箭總體技術(shù)狀態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定，飛行可靠性評(píng)估值達(dá)0.9838這一國際先進(jìn)水平。

本次任務(wù)，火箭共有射前流程優(yōu)化和可靠性提升等17項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)變化。其中包括，在發(fā)射日并行加注液氧煤油，減少了射前準(zhǔn)備時(shí)間、降低了對(duì)人員設(shè)備氣象保障等條件的要求、提高了發(fā)射可靠性；部分箭上器件裝箭后運(yùn)往發(fā)射場(chǎng)，部分測(cè)試項(xiàng)目出廠前進(jìn)行……通過這一系列舉措，火箭測(cè)發(fā)周期減少了4天，由原來的31天縮減到27天。這也是長七火箭首次實(shí)現(xiàn)在一個(gè)月完成測(cè)試、發(fā)射。

長七火箭是個(gè)“鋼筋鐵骨”的大個(gè)子，體重幾百噸，但90%甚至更多都是燃料?；鸺傮w重500余噸，但箭體外殼、電纜、儀器等加在一起只有50余噸，其余都是液氧煤油推進(jìn)劑的重量。

航天一院總體部火箭設(shè)計(jì)專家徐利杰說：“燃料在火箭整個(gè)體重中比重越大，火箭的結(jié)構(gòu)效率越高，說明設(shè)計(jì)越合理?！彼f，在設(shè)計(jì)中，火箭的外殼、電纜、儀器等重量被稱為“死重”，要把這些部件盡可能設(shè)計(jì)得簡潔、功能強(qiáng)大，以減輕重量。

論“力氣”，長七火箭近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到13.5噸，比采用傳統(tǒng)燃料的運(yùn)載火箭多出一半以上。其中，芯一級(jí)和助推器上的6臺(tái)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)可提供超過700噸的起飛推力。

而且，它不僅能在8級(jí)大風(fēng)中轉(zhuǎn)場(chǎng)，還能在中雨里發(fā)射，不管“風(fēng)吹雨打”，都能送載荷精準(zhǔn)入軌。為了應(yīng)對(duì)海南濕熱多雨、臺(tái)風(fēng)頻繁的氣候，長征七號(hào)火箭具備了全天候發(fā)射能力，可以在低溫燃料加注后停放24小時(shí)，為成功發(fā)射爭取更多有利時(shí)間，形象地說就是“想打就打”。

航天一院總體部火箭設(shè)計(jì)專家朱平平介紹，以長五、長七為代表的新一代運(yùn)載火箭，加注的推進(jìn)劑分別是液氫、液氧、煤油，都是低溫燃料，其中液氫的溫度達(dá)-253℃，液氧的溫度達(dá)-183℃。液氫、液氧燃燒后產(chǎn)生的是水，無毒無污染，且大大提高了火箭的運(yùn)載能力。

中國載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平說：“從天舟四號(hào)升空起，我國空間站工程將進(jìn)入建造階段。今年年內(nèi)總共將發(fā)射2個(gè)空間站實(shí)驗(yàn)艙、2艘載人飛船、2艘貨運(yùn)飛船，再將6名航天員送入中國空間站，并將首次實(shí)現(xiàn)6名航天員同時(shí)在軌?！?/p>

他還透露，神舟十四號(hào)載人飛船將于今年6月發(fā)射升空，航天員將在空間站迎接“天夢(mèng)”、“天問”2個(gè)實(shí)驗(yàn)艙的到來。今年年底前，神舟十五號(hào)航天員乘組也將飛往中國空間站，與神舟十四號(hào)航天員“會(huì)師”太空。建成后的中國空間站由3個(gè)艙段、2艘載人飛船和1艘貨運(yùn)飛船構(gòu)成，總重量近100噸，裝載著空間生命和生物科學(xué)、材料科學(xué)、燃燒和微重力流體科學(xué)、基礎(chǔ)物理等領(lǐng)域的大量先進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置。

2022年是中國航天的“大年”：

2月27日，長征八號(hào)遙二運(yùn)載火箭在文昌航天發(fā)射中心成功發(fā)射，一箭22星！

4月30日，長征十一號(hào)運(yùn)載火箭在我國黃海南部海域，以“一箭五星”方式成功發(fā)射吉林一號(hào)高分系列衛(wèi)星。這是我國首次實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭海上“一站式”發(fā)射，即總裝、總測(cè)、出港、發(fā)射一體化。預(yù)計(jì)，今年還將有1～3次海上發(fā)射計(jì)劃，包括低傾角圓軌道和太陽同步軌道……

國家航天局副局長吳艷華介紹說，自2016年至2021年年底，我國共實(shí)施207次發(fā)射，長征火箭發(fā)射成功率96.7%。2021年全年我國航天發(fā)射次數(shù)達(dá)到55次，位居世界第一。2022年總共將有40次以上航天發(fā)射任務(wù)，年內(nèi)中國空間站將全面建成，意味著我國載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略最終實(shí)現(xiàn)。

“目前，我國在軌工作的各類衛(wèi)星超過500顆，航天技術(shù)與服務(wù)深度融入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，為支撐平安中國、健康中國、美麗中國、數(shù)字中國建設(shè)等發(fā)揮重要作用?！眳瞧G華說。

中國航天還在不斷創(chuàng)造新的歷史。中國探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁說，我國的探月工程四期已于2021年底正式立項(xiàng)，并進(jìn)入實(shí)施階段?！疤皆鹿こ趟钠诘闹饕繕?biāo)是對(duì)月球南極開展科學(xué)探測(cè)，計(jì)劃在2030年前建立起月球科研站的基本型?！彼f，探月工程四期規(guī)劃了4次任務(wù)，第一次是已成功實(shí)施的“嫦娥四號(hào)”，后續(xù)還有3次任務(wù)，分別是“嫦娥六號(hào)”、“嫦娥七號(hào)”和“嫦娥八號(hào)”。其中“嫦娥六號(hào)”主要到月球的高價(jià)值地區(qū)進(jìn)行采樣返回，后續(xù)還有新的月壤樣品返回地球；“嫦娥七號(hào)”主要對(duì)月球極區(qū)進(jìn)行科學(xué)探測(cè)，特別是對(duì)月球的水冰分布進(jìn)行探測(cè)；“嫦娥八號(hào)”將與“嫦娥七號(hào)”協(xié)同工作，主要開展月球資源開發(fā)利用技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證和長期科學(xué)探測(cè)，對(duì)月球進(jìn)行大范圍、全尺度、長周期觀測(cè)，并為科研站后續(xù)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證?！版隙鹆?hào)”和“嫦娥七號(hào)”有望于2025年前后實(shí)施發(fā)射任務(wù)。

他說，科學(xué)家們還很期待能在月球南極探測(cè)到水冰。“探月工程四期還研制了飛躍器，著陸之后采用飛躍器，從著陸點(diǎn)飛向可能有水冰的月坑方向，開展勘察、采集樣本。”

航天五院天問一號(hào)探測(cè)器總設(shè)計(jì)師孫澤洲告訴記者，截至去年12月31日，祝融號(hào)火星車在火星表面累計(jì)行駛超過1400米，獲取巡視探測(cè)原始科學(xué)數(shù)據(jù)約560GB，能源充足、狀態(tài)良好。現(xiàn)在，他正瞄準(zhǔn)的是2030年前實(shí)施的火星采樣返回任務(wù)?！斑@是科學(xué)探索的無人區(qū)。我們航天人將牢記習(xí)總書記囑托，我們一定要奮力奔跑?！彼f。

（編輯 韋 瀟）