中國(guó)空間站“T”字構(gòu)型將建成

樊巍

2022年10月31日，中國(guó)在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)運(yùn)用長(zhǎng)征五號(hào)13(簡(jiǎn)稱長(zhǎng)五B)運(yùn)載火箭，將中國(guó)空間站三艙主體艙段中的最后一個(gè)艙段——夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射升空。隨后夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙進(jìn)行快速交會(huì)對(duì)接，并將擇機(jī)開展平面轉(zhuǎn)位，屆時(shí)，由三艙組成的空間站字基本構(gòu)型就將全面建成。

長(zhǎng)五B火箭再度建“宮”立業(yè)

作為我國(guó)目前近地軌道運(yùn)載能力最大的新一代運(yùn)載火箭，長(zhǎng)五B運(yùn)載火箭是發(fā)射空間站主艙段的不二選擇。此前，我國(guó)分別于2021年4月和2022年7月，運(yùn)用長(zhǎng)五B火箭將空間站天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射升空。此次長(zhǎng)五B火箭再度將夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射至預(yù)定軌道，它也用連續(xù)三次圓滿發(fā)射成功向世界宣告，屬于中國(guó)人的空間站時(shí)代到來！

長(zhǎng)五火箭副總設(shè)計(jì)師黃兵介紹稱，為滿足空間站大艙段發(fā)射任務(wù)要求，長(zhǎng)五B火箭突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其中包括2米亞洲最大整流罩分離技術(shù)、1米大直徑艙箭連接分離技術(shù)、大推力直接入軌偏差精確控制技術(shù)等，并將發(fā)射窗口由“零窗口”拓展為士2.5分鐘的“窄窗口”，極大地提升了長(zhǎng)五研火箭執(zhí)行空間站建造任務(wù)的可靠性。

此外，長(zhǎng)五B火箭只用一級(jí)半火箭直接入軌，從點(diǎn)火到入軌一氣呵成。它也是我國(guó)現(xiàn)役運(yùn)載火箭中唯一一款一級(jí)半直接入軌的火箭。由于級(jí)間分離堪稱是火箭飛行中動(dòng)作最復(fù)雜、也是最容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)之一，因此級(jí)數(shù)越少，分離次數(shù)就越少，發(fā)生故障的概率就越低。長(zhǎng)五B火箭一級(jí)半直接入軌，減少了分離次數(shù)，進(jìn)一步提升了可靠性。

據(jù)了解，長(zhǎng)五B后續(xù)還將承擔(dān)中國(guó)第一個(gè)大型空間巡天望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射任務(wù)，屆時(shí)巡天望遠(yuǎn)鏡將與空間站共軌飛行，開展更多的宇宙空間探測(cè)和前沿科學(xué)研究。此外，長(zhǎng)五B未來還將與遠(yuǎn)征系列上面級(jí)形成組合，形成多星組網(wǎng)發(fā)射的能力，充分發(fā)揮運(yùn)載能力大、單位有效載荷經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)勢(shì)，滿足國(guó)家不同發(fā)射任務(wù)的需求。

航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭總體主任設(shè)計(jì)師李平岐接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，長(zhǎng)五系列火箭已經(jīng)經(jīng)受了一系列國(guó)家重大航天工程的考驗(yàn),未來的一些重大發(fā)射任務(wù)也對(duì)長(zhǎng)五火箭提出了新的需求，其中包括大體積應(yīng)用載荷的發(fā)射任務(wù)。此外，長(zhǎng)征五系列運(yùn)載火箭運(yùn)力都比較大，對(duì)長(zhǎng)征五號(hào)執(zhí)行“一箭多星”發(fā)射任務(wù)提出了需求。針對(duì)這些需求，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開展了相關(guān)研制工作。其中在兩級(jí)半構(gòu)型的長(zhǎng)五火箭小整流罩的基礎(chǔ)之上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)更大規(guī)模的整流罩，例如長(zhǎng)度達(dá)到18.5米的整流罩，這樣長(zhǎng)征五號(hào)就可以執(zhí)行高軌道大體積載荷的發(fā)射任務(wù)。與此同時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還在研制執(zhí)行“一箭多星”任務(wù)的發(fā)射適配器等相關(guān)產(chǎn)品，極大地提升了整個(gè)長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭執(zhí)行任務(wù)的適應(yīng)性。

黃兵介紹稱，長(zhǎng)五系列火箭連續(xù)成功發(fā)射的高可靠性也得到了客戶的青睞。未來，我國(guó)一系列大型衛(wèi)星等將逐步立項(xiàng)研制，長(zhǎng)五系列火箭也將逐步進(jìn)入高密度發(fā)射狀態(tài)。預(yù)計(jì)到2024年，發(fā)射需求將達(dá)到每年4至5發(fā)。

迎來功能最強(qiáng)“工作室”

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙升空之后，將與天和核心艙進(jìn)行快速交會(huì)對(duì)接并擇機(jī)開展平面轉(zhuǎn)位，屆時(shí)中國(guó)空間站三艙“T”字基本構(gòu)型在軌建造任務(wù)將全面完成。

作為中國(guó)空間站的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙艙體全長(zhǎng)17.88米，直徑4.2米，發(fā)射質(zhì)量約23噸，由工作艙、貨物氣閘艙、載荷艙、資源艙四個(gè)艙段組成。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在軌組裝完成后，將與空間站其他兩艙實(shí)現(xiàn)控制、能源、信息、環(huán)境等功能的并網(wǎng)管理，為航天員在密封艙內(nèi)工作提供保障條件，同時(shí)將為開展艙內(nèi)、艙外空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)提供保障條件，以及提供貨物氣閘艙，支持貨物進(jìn)出艙、微小飛行器在軌釋放等功能，打造中國(guó)空間技術(shù)應(yīng)用研究的“夢(mèng)工場(chǎng)”，推動(dòng)我國(guó)空間科學(xué)研究與應(yīng)用邁向世界領(lǐng)先水平。

與問天實(shí)驗(yàn)艙相比，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的定位則更加突出航天員“工作室”的屬性。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙沒有配置其他兩艙的再生生保以及睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)，但三個(gè)艙段內(nèi)均配置有航天員的鍛煉設(shè)備，夢(mèng)天艙配置的是抗阻鍛煉設(shè)備，類似健身房的劃船機(jī)。

作為航天員在太空工作生活的主要區(qū)域，問天與夢(mèng)天兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙的工作艙內(nèi)均安裝了多臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜，但能力和責(zé)任各有側(cè)重。問天實(shí)驗(yàn)艙主要面向空間生命科學(xué)研究，配置了生命生態(tài)、生物技術(shù)和變重力科學(xué)等實(shí)驗(yàn)柜。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙作為［艙中載荷支持能力最強(qiáng)的艙段，配置了13個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷機(jī)柜，主要面向微重力科學(xué)研究，可支持流體物理、材料科學(xué)'、燃燒科學(xué)、超冷原子物理、高精度時(shí)頻系統(tǒng)等前沿實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)，為了最大化實(shí)現(xiàn)艙外試驗(yàn)支持能力，夢(mèng)天艙艙外配置有37個(gè)載荷安裝工位，可為各類科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷提供機(jī)、電、信息方面的能力支持，確保它們?cè)谔窄h(huán)境下開展各類實(shí)驗(yàn)。特別是載荷艙上配置有兩塊可在軌展開的暴露載荷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)一步增強(qiáng)了空間站的載荷支持能力。

此外，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙上還配置有一個(gè)專屬的貨物氣閘艙，通過，這個(gè)“貨物通道”，我國(guó)空間站的載荷自動(dòng)進(jìn)出艙技術(shù)、小衛(wèi)星在軌釋放等一系列全新技能將首次亮相。據(jù)了解，以往在艙外開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，需要航天員出艙進(jìn)行安裝作業(yè)，但這種方式會(huì)受到航天員出艙次數(shù)、載荷數(shù)量與大小的限制。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)配置了一臺(tái)載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，可以穩(wěn)定執(zhí)行將貨物從艙內(nèi)送出艙外，或?qū)⑴撏庳浳镞\(yùn)至艙內(nèi)的任務(wù)。與航天員“帶貨出艙”的方式相比，貨物進(jìn)出艙能力得到了進(jìn)一步提升，還為在軌工作生活的航天員“減負(fù)”，以便他們將更多的時(shí)間精力用于開展艙內(nèi)各項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。同時(shí)，這套載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)還能為立方星、微衛(wèi)星等實(shí)現(xiàn)“太空旅游”提供在軌釋放服務(wù)。這是因?yàn)樵趬?mèng)天實(shí)驗(yàn)艙中配置有微小飛行器釋放機(jī)構(gòu)，有了這個(gè)機(jī)構(gòu)，我國(guó)空間站則可化身為“太空驛站”，為立方星、微衛(wèi)星的釋放提供最前沿的出發(fā)地。

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙能夠干什么

作為我國(guó)未來10年規(guī)模最大的空間綜合性研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，中國(guó)空間站能夠高效開展體系化的空間科學(xué)與應(yīng)用研究和新技術(shù)試驗(yàn)，不斷產(chǎn)出重大科技成果，持續(xù)獲取綜合應(yīng)用效益。因此此次發(fā)射的夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙攜帶有中科院負(fù)責(zé)研制的7個(gè)領(lǐng)域的8臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，主要面向微重力科學(xué)領(lǐng)域開展研究。

據(jù)了解，這8臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜分別為超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜、高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜、高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜、流體物理實(shí)驗(yàn)柜和燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、在線維修裝調(diào)操作柜。這8臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜將支持開展重力掩蓋下的多相流與相變傳熱、基礎(chǔ)燃燒過程、材料凝固機(jī)理等物質(zhì)本質(zhì)規(guī)律研究以及超冷原子物理等前沿研究。

其中，超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜主要是利用空間微重力環(huán)境條件，建立具有超低溫、大尺度、高質(zhì)量、適合精密測(cè)量的玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC）工作物質(zhì)的開放實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展前沿基礎(chǔ)物理研究。

高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜主要是通過不同特性原子鐘組合，在空間站構(gòu)建超高精度時(shí)間頻率產(chǎn)生和運(yùn)行的系統(tǒng)，開展基礎(chǔ)物理理論檢驗(yàn)，并支持通過微波和激光傳遞鏈路向地面提供超高精度時(shí)間頻率信號(hào)，是空間站中最復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)柜，由2個(gè)艙內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜和4臺(tái)艙外設(shè)備組成完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜主要是支持開展金屬及合金材料、無機(jī)非金屬材料、復(fù)合材料和其他新型特種/材料的熔體生長(zhǎng)和凝固科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜可支持開展空間蒸發(fā)與冷凝相變、沸騰傳熱、兩相流動(dòng)與回路系統(tǒng)、空間流體控制等關(guān)鍵科學(xué)問題與應(yīng)用研究。

流體物理實(shí)驗(yàn)柜主要是支持開展空間微重力環(huán)境中流體的宏觀、微觀運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散過程的基本規(guī)律研究，以及空間材料、空間生命科學(xué)和生物技術(shù)等方向采用透明介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究。

燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜主要是支持開展微重力環(huán)境下的燃燒科學(xué)研究，重點(diǎn)是微重力環(huán)境下的燃燒科學(xué)基礎(chǔ)問題和技術(shù)研究、空天推進(jìn)和載人航天微重力燃燒問題等方面的研究。

在線維修裝調(diào)操作柜主要是支持艙內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)試驗(yàn)的精細(xì)機(jī)械操作、結(jié)構(gòu)和電子學(xué)裝配、機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑等操作及試驗(yàn)驗(yàn)證，并支持開展空間機(jī)器人和遙科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)。

中國(guó)空間站空間應(yīng)用系統(tǒng)副總師劉國(guó)寧在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》等媒體采訪時(shí)表示，通過夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙配置的8個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，我們能在微重力基礎(chǔ)物理、空間材料科學(xué)、微重力流體物理與燃燒科學(xué)等方向開展科學(xué)和應(yīng)用研究，預(yù)期能夠在上述領(lǐng)域做出具有國(guó)際水平的科學(xué)成果，并同步推進(jìn)應(yīng)用和技術(shù)轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)空間科學(xué)整體水平的提升。目前在上述方向已規(guī)劃安排約40項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將根據(jù)規(guī)劃持續(xù)開展在軌實(shí)驗(yàn)。▲