敲黑板！今年中國航天看什么？重點都在這里了

www.kjdzwh.cn 2021-02-02 14:37

　　來源：中國的航天

　　作者：龐之浩

　　在剛剛過去的2020年，我國在航天科技領(lǐng)域取得了巨大成就，例如，新一代載人飛船試驗船試飛成功，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通，首顆Ku頻段高通量寬帶商業(yè)通信衛(wèi)星成功發(fā)射，嫦娥五號實現(xiàn)我國首次地外天體采樣返回，高分衛(wèi)星專項系統(tǒng)建設(shè)圓滿收官，新一代運載火箭長征八號首飛成功等等。

　　2021年，我國航天將繼續(xù)再接再厲，僅中國航天科技集團(tuán)就計劃進(jìn)行40余次宇航發(fā)射任務(wù)，尤其要在火星探測領(lǐng)域和空間站領(lǐng)域創(chuàng)造出具有國際影響的高光時刻。

　　天問一號抵達(dá)火星

　　據(jù)悉，2020年7月23日我國首次發(fā)射的第一個火星探測器天問一號，已順利完成了幾次在軌自檢，中途修正和1次深空機(jī)動。它將在總的飛行里程達(dá)到4.7億公里之時，在距離地球約1.9億公里處抵達(dá)火星附近，于2021年2月10日左右實施近火制動，俗稱“剎車”減速，從而被火星捕獲，進(jìn)入火星環(huán)繞軌道。然后，天問一號在著陸區(qū)上空對著陸區(qū)開展探測，為著陸火星做準(zhǔn)備。

　　總重約5噸的天問一號探測器由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，著陸巡視器主要包括進(jìn)入艙和火星車。它將于2021年5月?lián)駲C(jī)實施降軌機(jī)動，其著陸巡視器與環(huán)繞器分離�，防@器升軌返回到停泊軌道，為著陸過程提供中繼通信。著陸巡視器進(jìn)入火星大氣，依次完成配平翼展開，降落傘開傘，大底分離，背罩分離，動力減速，懸停，避障及緩速下降，著陸緩沖等動作，最終軟著陸于火星表面。

　　在火星表面軟著陸后，火星車與著陸平臺解鎖分離�，鹦擒囻傠x著陸平臺，開始巡視探測。與此同時，環(huán)繞器進(jìn)入中繼軌道，為火星車提供中繼通信，兼顧科學(xué)探測�，鹦擒囃瓿商綔y任務(wù)后，環(huán)繞器進(jìn)入使命軌道，開展火星全球遙感探測，兼顧火星車擴(kuò)展任務(wù)中繼通信。

　　在完成火星探測任務(wù)中，最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)就是著陸巡視器在火星著陸。這是由于火星距離地球遙遠(yuǎn)，測控信號十分微弱，且延時達(dá)10分鐘以上，所以必須提前給著陸巡視器注入數(shù)據(jù)，使它完全自主精確地闖過氣動減速，降落減速，制動減速，著陸減速等一系列難關(guān)，任何步驟都不能有一點失誤。其難度被形容為相當(dāng)于從巴黎打一個高爾夫球，正好落到東京的某個洞里，其著陸過程也被稱為“恐怖的7分鐘”。為此，中國航天人正積極進(jìn)行各項準(zhǔn)備，以迎接這一巨大挑戰(zhàn)。

　　如果上述獲得成功，天問一號將是世界上第一個通過一次發(fā)射實現(xiàn)環(huán)繞，著陸和巡視三項任務(wù)的火星探測器，具有起點高，效益高的特點，可使我國深空探測能力和水平實現(xiàn)跨越式發(fā)展，成為世界第三個在火星著陸的國家，第二個在火星巡視的國家。

　　用環(huán)繞器可以對火星開展全球性，綜合性的環(huán)繞探測，用巡視器可以對有科研價值的局部地區(qū)開展高精度，高分辨率的詳細(xì)調(diào)查，對火星形態(tài)，地質(zhì)學(xué)，礦物學(xué)，晉江文學(xué)城作品庫空間環(huán)境，土壤和水冰分布等進(jìn)行最全面的研究，這有利于建立起對火星全面而基礎(chǔ)的認(rèn)識，為我國獨立開展行星際探測奠定重要基礎(chǔ)。

　　空間站核心艙亮相

　　我國空間站發(fā)展雖然起步晚，但起點高，沒有走美蘇先發(fā)展單艙式空間站，再發(fā)展多艙式空間站的老路。我國第一個空間站“天宮”將由一個名叫“天和”的核心艙和兩個分別名叫“問天”和“夢天”的實驗艙組成，每個艙都重20噸級。

　　2021年1月17日，中國空間技術(shù)研究院舉行了空間站“天和”核心艙任務(wù)試驗隊出征儀式，這標(biāo)志著我國空間站建造即將轉(zhuǎn)入任務(wù)實施階段。按照我國空間站建造任務(wù)規(guī)劃，“天和”核心艙將由長征五號B遙二火箭在今年春季從文昌航天發(fā)射場升空。

　　“天和”核心艙主要用于統(tǒng)一控制和管理空間站組合體，支持實驗艙，載人飛船和貨運飛船等飛行器與其交會對接和在軌組裝，具備接納航天員長期訪問和物資補給的能力，提供航天員生活和工作場所，同時支持部分學(xué)科的科學(xué)研究，配置了大機(jī)械臂，具有氣閘艙功能。

　　它有3個對接口和2個停泊口。3個對接口用于對接2艘“神舟”載人飛船及其他飛行器訪問空間站，2個停泊口用于兩個實驗艙與核心艙組裝形成空間站組合體，另有一個出艙口供航天員出艙活動�！疤熘邸必涍\飛船對接在核心艙后面。

　　該核心艙采用了一些先進(jìn)的新技術(shù)。例如，推進(jìn)劑在軌補加，再生式生命保障和大型空間機(jī)械臂等。

　　其上的大型空間機(jī)械臂長15米，有7個關(guān)節(jié)，達(dá)到世界先進(jìn)水平，無論是艙段轉(zhuǎn)位，大設(shè)備的移動，還是航天員自身移動，都可用它完成，從而能使我國空間站具有鮮明的中國特色和時代特征。

　　為了減少天地往返運輸成本，“天和”將采用部分再生式生命保障系統(tǒng)，即航天員呼出的水蒸氣可通過冷凝水的方式回收，排出的尿液也會回收凈化，重新作為飲用水和生活用水使用。

　　此后在今明兩年內(nèi)，我國還將陸續(xù)實施10次飛行任務(wù)，包括2次空間站實驗艙的發(fā)射，4次貨運飛船以及4次載人飛船發(fā)射，于2022年完成空間站在軌建造，實現(xiàn)中國載人航天工程三步走發(fā)展戰(zhàn)略第三步的任務(wù)目標(biāo)。其設(shè)計壽命在十年以上，能長期載3人，半年一輪換，主要用于取得重大科學(xué)價值的研究成果和取得重大戰(zhàn)略意義的應(yīng)用成果。

　　據(jù)有關(guān)專家介紹，我國空間站的特點是：起點高，效益高。它在建成后具有世界第三代空間站水平。與和平號空間站和“國際空間站”相比，我國的規(guī)模較小，但從建造成本和應(yīng)用效益的角度分析，屬于“經(jīng)濟(jì)適用型”，是符合中國國情和實際需要的理性選擇。我國既不貪大求全，但又規(guī)模適度，尤其是與目前在軌運行的“國際空間站”相比，我國空間站載荷支持效率更高，可提供多種標(biāo)準(zhǔn)接口，有望取得較高的工程應(yīng)用效益。

　　兩種飛船鼎立相助

　　目前，世界現(xiàn)役的載人航天器有兩種，一類是作為交通工具的宇宙飛船，其優(yōu)點是可以天地往返，但它們體積小，運行時間短，所以主要用來接送航天員和貨物，另一類作為科研基地的空間站，其優(yōu)點是體積大，壽命長和功能強，但不能進(jìn)行天地往返，需要用宇宙飛船提供運輸服務(wù)，所以它主要用于科研，生產(chǎn)和在軌服務(wù)等。

　　為此，我國在研制和發(fā)射空間站艙段之前，先成功研制和發(fā)射了“神舟”載人飛船和“天舟”貨運飛船。在“天和”核心艙升空后，今年我國還將繼續(xù)發(fā)射“神舟”和“天舟”飛船，分別把航天員和核心艙所需物資送到核心艙內(nèi)。

　　至今，我國已陸續(xù)成功發(fā)射了6艘“神舟”載人飛船，把11名航天員，14人次送上了太空，所以該飛船的技術(shù)比較成熟。

　　“神舟”總長近9米，總重約8噸左右，乘員人數(shù)3人，能自主飛行7天，�？匡w行180天。它由系統(tǒng)總體和13個分系統(tǒng)組成，其中包括環(huán)境控制與生命保障，回收著陸，儀表與照明，應(yīng)急救生和乘員等分系統(tǒng)。

　　該載人飛船采用3艙式構(gòu)型。位于飛船前部的軌道艙用于航天員入軌后的工作，吃飯，方便和睡覺。其前端裝有交會對接裝置，可與空間站核心艙交會對接。位于飛船中部的返回艙是航天員往返太空時的座艙，也是飛船的控制中心，具有著陸后支持航天員陸上生存48小時，海上生存24小時的能力。位于飛船后部的推進(jìn)艙為非密封結(jié)構(gòu)，為飛船提供動力，電源和燃料等。

　　我國曾于2017年4月20日發(fā)射了首艘貨運飛船天舟一號，它順利地完成了各項預(yù)定任務(wù)，從而表明“天舟”貨運飛船達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)，能滿足我國空間站的貨物運輸需求。

　　“天舟”貨運飛船由貨物艙和推進(jìn)艙組成，整船最大裝載狀態(tài)下重量達(dá)13.5噸，上行貨物運輸能力為6.5噸，這在世界現(xiàn)役貨運飛船中是最大的。其載貨比為48%，也是世界第一，番茄社區(qū)下載所以能以最小的結(jié)構(gòu)重量達(dá)到最大的裝貨能力，并具備獨立飛行3個月的能力。

　　它不僅可以為核心艙送去航天員所需的各類生活用品和各種科研設(shè)備等，還能作為一個空間站的臨時艙段開展科學(xué)實驗和技術(shù)試驗，也可以提升空間站的軌道，帶回和銷毀空間站上的垃圾等。

　　“長征”三箭舉足輕重

　　上述介紹的空間站“天和”核心艙，“神舟”載人飛船和“天舟”貨運飛船將分別由三種型號的“長征”運載火箭于今年發(fā)射升空，其中長征五號B用于發(fā)射“天和”核心艙，長征二號F用于發(fā)射“神舟”載人飛船，長征七號用于發(fā)射“天舟”貨運飛船。

　　首枚長征五號B已于2020年5月5日將我國新一代載人飛船試驗船及柔性充氣式貨物返回艙試驗艙的組合體準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道，它表明我國已突破和掌握了大整流罩研制及分離技術(shù)，大推力直接入軌偏差精確控制技術(shù)，大直徑艙箭連接分離技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。另外，2020年我國長征五號成功進(jìn)行了2次發(fā)射，而長征五號B是在長征五號基礎(chǔ)上改進(jìn)研制而成的。所以，晉江文學(xué)城作品庫有理由對今年用長征五號B運載火箭發(fā)射“天和”核心艙充滿信心。

　　長征五號采用二級半構(gòu)型，長征五號B是在長征五號的基礎(chǔ)上去掉長征五號的第二級，即采用一級半構(gòu)型。其芯級直徑為5米，裝有2臺推力均為50噸的液氫/液氧發(fā)動機(jī)，芯級并聯(lián)了4個直徑3.35米的助推器，每個裝有2臺推力均為120噸的液氧/煤油發(fā)動機(jī)。

　　該火箭的起飛質(zhì)量約849噸，起飛推力約1078噸，近地軌道運載能力不小于22噸。這是目前我國近地軌道運載能力最大的運載火箭，也是我國目前唯一一種只用一級火箭就能直接將有效載荷送入預(yù)定軌道的運載火箭。其近地軌道運載能力已躋身國際前列，為我國空間站工程任務(wù)的順利實施奠定了堅實基礎(chǔ)。

　　長征五號B總長約53.66米，其中整流罩長度20.5米，相當(dāng)于六層樓的高度，比長征五號的整流罩長8米，這也是目前我國最大的整流罩，為裝載空間站艙段而量身打造的。

　　長征五號B遙二運載火箭已在天津總裝測試廠房內(nèi)完成測試，火箭將按計劃運往發(fā)射場發(fā)射空間站核心艙。

　　今年發(fā)射“神舟”載人飛船的長征二號F是我國第一種也是目前唯一一種載人運載火箭，它已成功發(fā)射了6艘“神舟”載人飛船，5艘“神舟”無人試驗飛船，天宮一號目標(biāo)飛行器和天宮二號空間實驗室，創(chuàng)造了發(fā)射成功率100%的13次完美飛行。其中發(fā)射載人飛船狀態(tài)時的近地軌道運載能力為8.1噸。它是在長征二號E基礎(chǔ)上廣泛采用了冗余設(shè)計，提高了元器件等級和篩選標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計提高了剩余強度系數(shù)，發(fā)動機(jī)也進(jìn)行了旨在提高可靠性的設(shè)計，并增加了故障檢測處理和逃逸系統(tǒng)，以保證航天員的安全，使火箭可靠性從長征二號E的91%提高到97%。其頂部裝有一個類似避雷針的逃逸塔，可使航天員的安全性達(dá)到99.7%，從而在功能，性能，可靠性和安全性方面全部達(dá)到了載人運載火箭的要求。

　　長征二號F運載火箭今年預(yù)計執(zhí)行2次載人發(fā)射任務(wù)，即先后發(fā)射神舟十二號，十三號載人飛船。

　　今年發(fā)射“天舟”貨運飛船的長征七號是為滿足我國載人空間站工程發(fā)射貨運飛船的需求而研制的新一代高可靠，高安全的中型運載火箭，也是我國首型采用全三維數(shù)字化手段設(shè)計的火箭，首枚在海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射的火箭。此前它已成功發(fā)射了2次，其中包括發(fā)射天舟一號貨運飛船。它采用兩級半構(gòu)型，可以把14噸的有效載荷送入近地點200千米，遠(yuǎn)地點400千米，傾角42°的地球近地軌道。

　　它是利用長征二號F火箭成熟技術(shù)，在大體不變情況下?lián)Q成新研制的120噸級液氧/煤油發(fā)動機(jī)。其優(yōu)點是：一是提高了火箭的運載能力，把我國火箭的近地軌道運載能力由8.6噸一下提高到14噸。二是推進(jìn)劑綠色環(huán)保，燃燒后產(chǎn)生二氧化碳和水。三是便宜，平均成本僅為常規(guī)推進(jìn)劑的1/10強。四是今后可重復(fù)使用。

　　其基本型總長53.1米，芯一，二級直徑3.35米，單個助推器直徑2.25米，起飛質(zhì)量約597噸，起飛推力720噸。其芯一級裝有2臺單臺推力為120噸的雙擺液氧/煤油發(fā)動機(jī)，芯一級并聯(lián)了4個助推器，每個助推器裝有1臺單臺推力為120噸的單擺液氧/煤油發(fā)動機(jī)，芯二級直徑為3.35米，裝有4臺單臺推力為18噸的雙擺液氧/煤油發(fā)動機(jī)。其整流罩直徑4.2米。