珠海航展上的航天重器

文/劉巖 宋皓薇

11月8日至13日，第十四屆中國(guó)航展在珠海國(guó)際航展中心舉行。中國(guó)航天一系列“黑科技”亮相，還展示了多種服務(wù)大眾生產(chǎn)生活的技術(shù)成果，其中不乏備受矚目的明星產(chǎn)品。

▲ 空間站展示艙與實(shí)物大小相同

零距離接觸空間站

今年恰逢中國(guó)載人航天工程立項(xiàng)實(shí)施30周年，航天科技集團(tuán)五院精心打造的中國(guó)空間站組合體展示艙讓“天上宮闕”與“南海明珠”交相璀璨。在航天科技集團(tuán)展區(qū)，占地面積最大的重磅展品正是空間站組合體展示艙，全景展示了空間站“T”字基本構(gòu)型。

據(jù)公開資料顯示，中國(guó)空間站以天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙為基本構(gòu)型，艙內(nèi)活動(dòng)空間超過110立方米，配置2個(gè)航天員出艙艙口和1個(gè)貨物氣閘艙，并提供6個(gè)睡眠區(qū)和2個(gè)衛(wèi)生區(qū)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期3人、短期6人駐留。

為了充分突出空間站的規(guī)模和特點(diǎn)，空間站組合體展示艙按真實(shí)比例1∶1制造，除艙體外，還包括太陽(yáng)翼、中繼天線、對(duì)接機(jī)構(gòu)、大小機(jī)械臂、艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜等配套設(shè)備。參觀者可以幸運(yùn)地進(jìn)艙一探究竟，零距離感受“天宮”之美。

在天和核心艙模型內(nèi)部，操縱桿、駕駛臺(tái)等很有“太空感”。每次航天員出艙的時(shí)候，總會(huì)有一名航天員留在核心艙里進(jìn)行操作，控制機(jī)械臂等細(xì)微調(diào)整，確保任務(wù)安全完成。

▲ 重型運(yùn)載火箭（右二）與新一代載人運(yùn)載火箭（右三）模型

由于失重作用，航天員在艙內(nèi)有時(shí)“不分上下”，所以天花板上照樣安裝了腳限位器。平時(shí)飄浮的航天員一般通過軟質(zhì)束縛帶把自己的腳束縛住，進(jìn)而把身體固定在某個(gè)位置。艙壁上還有硬質(zhì)扶手，主要幫助航天員在艙里借力移動(dòng)，或者安全地開展運(yùn)動(dòng)健身。

▲ 艙外航天服與長(zhǎng)征二號(hào)F火箭、長(zhǎng)征五號(hào)B火箭模型

此外，分段式拓展餐桌、太空微波爐、自制酸奶機(jī)、附近帶觀景窗的睡袋“床位”、閱讀照明燈、風(fēng)扇、洗澡間等，無(wú)不體現(xiàn)了中國(guó)空間站的人性化設(shè)計(jì)。

通過四通八達(dá)的“6個(gè)口”核心艙節(jié)點(diǎn)艙模型，參觀者可以前往實(shí)驗(yàn)艙。真正的節(jié)點(diǎn)艙還在太空中對(duì)接著載人飛船，未來(lái)可能在某個(gè)時(shí)段迎來(lái)巡天光學(xué)艙、貨運(yùn)飛船等。

參觀者轉(zhuǎn)彎進(jìn)入問天實(shí)驗(yàn)艙模型，可以看到正在生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜里蓬勃生長(zhǎng)的太空植物樣品，觀察科學(xué)手套箱和低溫存儲(chǔ)柜，探訪3個(gè)睡眠區(qū)。有趣的是，這里的睡眠區(qū)是“一橫兩豎”，被參觀者形容為“門框”。其實(shí)，在失重狀態(tài)下，航天員不會(huì)感覺到站著睡、躺著睡有太大不同。

至于參觀者可能有什么遺憾，大概是問天實(shí)驗(yàn)艙模型打開氣閘艙口蓋后，不能看到無(wú)垠的太空。

新型火箭蓄勢(shì)待發(fā)

展廳內(nèi)，重型運(yùn)載火箭模型高度直達(dá)頂棚，吸引了不少參觀者的注意。據(jù)了解，重型運(yùn)載火箭芯級(jí)箭體直徑10米級(jí)，采用三級(jí)串聯(lián)構(gòu)型，具備芯一級(jí)可重復(fù)使用能力，有望大幅提升我國(guó)進(jìn)入空間和開發(fā)利用空間資源的規(guī)模和能力。

體格高大，它的“力氣”自然不凡：近地軌道運(yùn)載能力150噸、奔月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力50噸、奔火轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力35噸?？梢哉f(shuō)，重型運(yùn)載火箭是支撐我國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重要標(biāo)志，預(yù)計(jì)2030年前后完成首飛。

旁邊，帶著2個(gè)助推器的新一代載人運(yùn)載火箭也以優(yōu)雅的身姿與大眾見面了。據(jù)悉，新一代載人運(yùn)載火箭是根據(jù)我國(guó)載人航天工程發(fā)展規(guī)劃，為發(fā)射我國(guó)新一代載人飛船/月面著陸器而全新研制的高可靠、高安全的載人運(yùn)載火箭。

這款火箭全長(zhǎng)約90米，起飛重量約2187噸，采用三級(jí)半構(gòu)型，箭體直徑5米，捆綁2個(gè)5米直徑的通用芯級(jí)，可將27噸有效載荷直接送入奔月軌道，或?qū)?0噸有效載荷送入近地軌道。它是我國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重要戰(zhàn)略支撐，預(yù)計(jì)2027年具備首飛條件。

位于室外的500噸大推力固體發(fā)動(dòng)機(jī)也是本次航展的一大亮點(diǎn)。該發(fā)動(dòng)機(jī)是世界上推力最大、工作時(shí)間最長(zhǎng)、沖質(zhì)比最高、可工程化應(yīng)用的整體式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。它采用高壓強(qiáng)總體設(shè)計(jì)、高性能纖維復(fù)合材料殼體、高裝填整體澆注成型燃燒室、超大尺寸噴管等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能達(dá)到世界一流。

500噸大推力固體發(fā)動(dòng)機(jī)“打通”了我國(guó)千噸級(jí)推力固體發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)“鏈路”，標(biāo)志著我國(guó)固體運(yùn)載能力實(shí)現(xiàn)大幅提升，對(duì)推動(dòng)我國(guó)未來(lái)大型、重型運(yùn)載火箭技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

捷龍三號(hào)運(yùn)載火箭也在航展上正式公開亮相。作為四級(jí)固體運(yùn)載火箭，該火箭總長(zhǎng)31.8米，箭體最大直徑2.64米，起飛質(zhì)量140噸，500千米太陽(yáng)同步軌道運(yùn)載能力1.5噸，支持陸基及海上快速發(fā)射，可實(shí)現(xiàn)零窗口、全方位發(fā)射，在72小時(shí)內(nèi)完成星箭技術(shù)準(zhǔn)備和發(fā)射任務(wù)，擁有2.9米直徑和3.35米直徑整流罩，任務(wù)性價(jià)比與適用性高。

據(jù)悉，一年來(lái)，捷龍三號(hào)運(yùn)載火箭經(jīng)歷了研發(fā)、地面試驗(yàn)、轉(zhuǎn)段、首飛評(píng)審等一系列流程，截至珠海航展期間，已正式進(jìn)入首飛階段。

“‘快舟鏢局’，鏢鏢必達(dá)！”在商業(yè)航天展區(qū)，還有2名太空“快遞員”——快舟一號(hào)固體運(yùn)載火箭和快舟十一號(hào)固體運(yùn)載火箭，一出場(chǎng)就“圈粉”無(wú)數(shù)。

“快舟”是航天科工集團(tuán)在商業(yè)航天領(lǐng)域“深耕細(xì)作”的縮影，具有“隨時(shí)隨地發(fā)射”的特殊本領(lǐng)，通過車載去往發(fā)射地點(diǎn)，直接起豎，即可升空。例如，當(dāng)發(fā)生突發(fā)險(xiǎn)情或?yàn)?zāi)害時(shí)，快舟火箭可搭載應(yīng)急探測(cè)衛(wèi)星，在24小時(shí)內(nèi)發(fā)射，將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)受災(zāi)地區(qū)和突發(fā)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施探測(cè)，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，讓信息的傳輸和監(jiān)測(cè)更加便捷。隨著太空“快遞”密集“發(fā)貨”，“快舟一號(hào)”已成為我國(guó)商業(yè)航天發(fā)射的“新名片”。

快舟十一號(hào)固體運(yùn)載火箭同樣采用車載機(jī)動(dòng)發(fā)射方式，主要面向1噸級(jí)以下衛(wèi)星發(fā)射和組網(wǎng)，具備一箭多星發(fā)射能力。運(yùn)載能力為1000千克/700千米太陽(yáng)同步軌道，整流罩直徑為2.2米，起飛質(zhì)量為78噸，可為全球用戶提供“低成本、高可靠性、高入軌精度”的商業(yè)航天發(fā)射服務(wù)。

航天器“黑科技”曝光

在本次航展上，除空間站三大艙組合體外，由航天科技集團(tuán)五院研制的空間站機(jī)械臂也是獨(dú)特亮點(diǎn)。

▲ 80噸級(jí)可重復(fù)使用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)

▲ 兩款“快舟”模型

▲ 航天運(yùn)輸系統(tǒng)未來(lái)概念模型

機(jī)械臂是空間站的關(guān)鍵設(shè)備之一，用于保障空間站在軌壽命期間內(nèi)安全、可靠運(yùn)營(yíng)，開展空間站組裝建造、維護(hù)維修、輔助航天員出艙活動(dòng)、支持空間應(yīng)用等任務(wù)實(shí)施，是我國(guó)目前智能程度最高、規(guī)模與技術(shù)難度最大、系統(tǒng)最復(fù)雜的空間智能制造系統(tǒng)。

該機(jī)械臂全長(zhǎng)10米，并可擴(kuò)展到15米，實(shí)現(xiàn)大范圍、大負(fù)載操作以及局部精細(xì)化操作，負(fù)載自重比和操控精度等指標(biāo)均已達(dá)到世界領(lǐng)先水平，而且全部核心部件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

值得一提的是，空間站機(jī)械臂本身就是高智能機(jī)器人，擁有精確操作能力和視覺識(shí)別能力，既能夠自主分析運(yùn)行，也可由航天員遙控。

中國(guó)可重復(fù)使用運(yùn)載火箭是廣大航天愛好者的期盼之一，而可重復(fù)使用運(yùn)載火箭的核心是先進(jìn)的可重復(fù)使用動(dòng)力裝置。在本屆航展上，航天科技集團(tuán)六院推出一型基于液氧煤油補(bǔ)燃循環(huán)泵后擺發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)，通過技術(shù)繼承和通用化拓展的130噸級(jí)重復(fù)使用發(fā)動(dòng)機(jī)，打造我國(guó)新一代載人運(yùn)載火箭重復(fù)使用天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)動(dòng)力裝置。

據(jù)介紹，為適應(yīng)運(yùn)載火箭垂直回收和重復(fù)使用的特殊要求，130噸級(jí)重復(fù)使用發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了三大突破。一是通過發(fā)動(dòng)機(jī)泵后擺技術(shù)和包絡(luò)布局優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)通用5米芯級(jí)構(gòu)型布置7臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭面推力提升70%，火箭運(yùn)載系數(shù)和回收能力大幅度提升。二是具備多次點(diǎn)火起動(dòng)、低入口壓力起動(dòng)、大范圍變推力、健康監(jiān)控與故障診斷不離箭快速簡(jiǎn)化處理等功能，可滿足重復(fù)使用運(yùn)載火箭垂直起降技術(shù)要求。三是發(fā)動(dòng)機(jī)突破了推力室、發(fā)生器熱載荷壽命技術(shù)，渦輪泵減振技術(shù)，長(zhǎng)壽命自動(dòng)器、軸承和密封技術(shù)等多項(xiàng)重復(fù)使用關(guān)鍵技術(shù)，滿足重復(fù)飛行10次以上的要求，通過簡(jiǎn)易維護(hù)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)射。

目前地球軌道上因人類航天活動(dòng)產(chǎn)生的空間碎片總數(shù)量達(dá)上億個(gè)，總質(zhì)量達(dá)數(shù)千噸，包括航天發(fā)射過程中的拋棄物、壽命末期的人造衛(wèi)星以及空間物體碰撞所產(chǎn)生的碎塊等。為減緩空間碎片的增長(zhǎng)，保證未來(lái)空間活動(dòng)的可持續(xù)開展，以離軌帆為代表的空間碎片減緩技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用逐漸成為國(guó)際熱點(diǎn)。

展會(huì)上，某“風(fēng)箏”吸引不少參觀者的好奇與駐足。這其實(shí)是“低成本通用接口商業(yè)衛(wèi)星離軌裝置”，俗稱離軌帆，“風(fēng)箏”是它的展開狀態(tài)，一旦收攏后，僅為展開狀態(tài)的1/200，大概只有手掌大小。

地面物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)正方興未艾，天基物聯(lián)網(wǎng)依靠“造星達(dá)人”，同樣熱火朝天。

所謂天基物聯(lián)網(wǎng)，是指通過發(fā)射一定數(shù)量的低軌道窄帶通信衛(wèi)星，組成一個(gè)能夠覆蓋及服務(wù)全球的通信衛(wèi)星星座，將全球范圍內(nèi)各種信息節(jié)點(diǎn)和傳感器進(jìn)行有效連接，形成物-物、人-物、人-人之間廣泛互聯(lián)互通的新型信息生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由空間的衛(wèi)星及星座，地面的衛(wèi)星測(cè)控站、信關(guān)站及數(shù)據(jù)中心，以及各類應(yīng)用終端等組成。

2020年5月12日，航天科工低軌窄帶通信衛(wèi)星行云二號(hào)01/02星成功發(fā)射入軌，運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)得到驗(yàn)證，各類應(yīng)用終端在海洋、地災(zāi)、氣象等行業(yè)的測(cè)試及示范應(yīng)用中取得良好成效。

航天科工集團(tuán)還攜航天星云即時(shí)遙感服務(wù)體系、航天星云系列產(chǎn)品、衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)服務(wù)社會(huì)應(yīng)用解決方案亮相航展，受到廣泛關(guān)注。其中，航天星云即時(shí)遙感服務(wù)體系由即時(shí)遙感衛(wèi)星、近實(shí)時(shí)低空無(wú)人值守觀測(cè)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)地面物聯(lián)感知系統(tǒng)和地面衛(wèi)星資源共享服務(wù)平臺(tái)組成，著重服務(wù)于城市一張圖、儲(chǔ)油儲(chǔ)氣安全、交通基礎(chǔ)設(shè)施安全、農(nóng)業(yè)、雙碳、礦山安全、自然災(zāi)害等應(yīng)用場(chǎng)景。