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甘肃手机报(周末版)-5.17

 2020/05/18/ 08:11 来源:综合

2020年5月5日,在中国文昌航天发射场,首次发射的长征五号B运载火箭,成功将新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱送入太空轨道。5月8日,新一代载人飞船试验船返回舱成功着陆返回,试验取得圆满成功。这也是中国空间站在轨建造阶段的第一次飞行任务,期盼已久的中国空间站建造大幕终于拉开。中国空间站长啥样?怎么建?有何用?谁来住?本期《甘肃手机报周末版》和您一起探秘。

《甘肃手机报*周末版》

2020年5月17日

农历庚子年四月廿十五

星期日

〓本期导读〓

【揭秘】中国空间站长啥样?怎么建?有何用?谁来住?

【聚焦】深度聚焦新一代载人飞船试验船

【技术】新一代载人飞船试验船 验证七大关键技术

【亮点】新一代载人飞船试验船--亮点在哪里?

【故事】新一代载人飞船试验船的那些人那些事

【揭秘】

>中国空间站长啥样?怎么建?有何用?谁来住?

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上世纪90年代开始启动的我国载人航天工程,规划了“三步走”战略。从发射载人飞船将中国航天员送入太空,到太空出舱、发射空间实验室,如今已走到第三步,即“建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题”。随着空间站工程全面展开,中国正式迈入了“空间站时代”。按规划,空间站将在2022年前后建成。届时,它将运行在高度340—450公里的近地轨道,在轨飞行可达10年以上,支持开展大规模的空间科学实验、技术试验和空间应用等活动。而且,通过太空维修可以延长使用寿命,也可以扩展其规模。

◆空间站长什么样?

整体呈T字构型,有三个舱段。如果把神舟飞船比作一辆轿车,天宫一号和天宫二号相当于一室一厅,空间站则像是三室两厅还带储藏间。中国空间站的名字颇具中国特色,命名为“天宫”,一般情况下驻留3人,在航天员轮换时最多可达6人,建成后将成为我国长期在轨稳定运行的国家太空实验室。

中国载人航天工程总设计师周建平介绍,空间站基本构型有3个舱段,1个核心舱,2个实验舱。每个舱都是20吨级,三舱组合体质量约66吨。空间站整体呈T字构型,核心舱居中,实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ分别连接于两侧。其中,核心舱用来控制整个空间站组合体,两个实验舱分别用于生物、材料、微重力流体、基础物理等方面的科学实验。

核心舱命名为“天和”,全长16.6米,最大直径4.2米,发射质量22.5吨,可支持3名航天员长期在轨驻留,是我国目前研制的最大航天器。它既是空间站的管理和控制中心,也是航天员生活的主要场所,还能支持开展少量的空间科学实验和技术试验。为了让航天员在太空中的长期生活更加舒适,核心舱在设计上有很大突破,供航天员工作生活的空间约50立方米,加上两个实验舱后,航天员活动空间整体达到110立方米。

中国空间站的设计研制,秉持规模适度、安全可靠、技术先进、经济高效的理念,总体上体现中国特色和技术进步。周建平说,中国的空间站可以进一步扩展,为未来留有发展空间。根据空间科学研究和应用的需要,可以对接更多的舱段,也可以通过在轨维修、在轨技术升级等方式来满足需求。中国空间站的研发,遵循规模适度原则,有利于控制工程的成本,重点突出载人航天的特色,突出发挥人在太空中的作用。

◆空间站怎么建?

分为关键技术验证、建造和运营3个阶段实施。长五B首飞后,将先后发射“天和”核心舱、“问天”实验舱和“梦天”实验舱。航天员将多次出舱活动,参与空间站建造。中国载人航天工程办公室副主任林西强介绍,为完成空间站建造,共规划了12次飞行任务。在长五B首飞后,将先后发射“天和”核心舱、“问天”实验舱和“梦天”实验舱,进行空间站基本构型的在轨组装建造,也规划了发射4艘神舟载人飞船和4艘天舟货运飞船,进行航天员乘组轮换和货物补给。

空间站的试验核心舱计划在2020年前后发射,目的在于验证空间站关键技术。完成验证以后,将陆续发射两个实验舱与之对接,空间站随之也将从建造阶段转入运营阶段。从核心舱阶段开始,航天员也将开始实际参与建造空间站,承担不少任务。例如,他们要多次进行复杂的出舱活动。届时,航天员可以利用机械臂协同完成载荷的在轨安装、调试、升级等工作。

通过新的技术支持,中国航天员在空间站的补给将得到更好保障。此前我国航天员在轨飞行的最高纪录是33天,航天员生存所必需的水和氧气由航天器直接带入太空。为了让航天员实现更久的在轨停留,空间站设计了完整的可再生生命保障系统。电解制氧时产生的氢气与航天员呼出的二氧化碳,将通过化学反应生成氧气,这也能够降低氧气的补给需求。

空间站如此庞大的系统,需要强有力的电力保障。空间站的电源系统包含两对“翅膀”--单翼翼展约30米的柔性太阳翼。这个系统能够为空间站提供可靠、充足的不间断供电。此外,空间站将采用电推进技术作为空间站轨道维持的动力装置,这将显著降低空间站运行期间的推进剂补给需求。

◆空间站有何用?

空间站建成后,将是航天员的“太空之家”,也是科学研究的“太空实验室”。一流的太空实验平台,将为科学家们取得世界级的重大突破提供有力保障。按规划,空间站将在轨运行10年以上。围绕地球运行期间,将面向前沿科学探索、人类生存和太空活动,支持开展大规模的空间科学实验、技术试验和空间应用等活动。

载人航天工程空间应用系统专家说,中国的空间站既是为中国科学家,也是为全球科学家提供的科学探索平台,通过空间站这个平台,有望涌现出更多科学成果,揭示宇宙的诸多奥秘。具体来说,在人类生存方面,空间站将围绕人类长期太空生存和提高地面生活质量方面开展研究与应用。在太空活动方面,空间站支持开展遥科学技术、在轨组装与维修维护、人机联合作业等应用技术试验验证,增强人类的太空活动能力和在轨服务能力,拓展人类的活动范围。在空间站中,航天员既是空间站的居民,同时也是被研究对象。

◆空间站谁来住?

未来将有不同类型的航天员,如飞行工程师和科学家入驻。目前,执行空间站建造阶段四次飞行任务的航天员乘组已经选定,正在开展任务训练。我国第三批预备航天员选拔工作也将于今年7月前后完成。相比于此前我国载人航天飞行任务的约两年一次,空间站建造和运营期间每年有多次发射,需要航天员的类型、人数会更多。

目前,我国的航天员都是从现役空军飞行员中选拔,他们主要是航天驾驶员。空间站将开展太空科学实验,除了良好的身体素质这个共性要求外,未来需要不同类型的航天员,如航天飞行工程师和载荷专家(科学家)。飞行工程师执行对空间站的建造、维护维修等任务,科学家也就是载荷专家,可以在空间站这个太空实验室中做实验。根据空间站的实验项目,选择相关专业背景的科学家进行训练,也是航天员选拔与训练的一个主要方向。

载人航天工程航天员系统副总设计师黄伟芬进一步解释,在空间站任务中,空间站舱段多、运行时间长,航天员每天需要把大量的时间用于站内维护和管理方面,还必须参与空间站组装、建造,进行空间站维护、维修和设备更换。同样,空间站任务中,航天员必须完成大量的空间科学实验、技术试验以及有效载荷操作,学科专业众多,跨度极大,对航天员的专业知识储备和科学素养提出了极高的要求。

执行过神舟十一号飞行任务的航天员陈冬说,空间站任务在轨飞行时间长,实验项目会更多,希望自己通过加强学习,成为科研型航天员,可以独立设计实验,“将来在太空再去亲手完成,感觉一定非常奇妙。”

【聚焦】

>深度聚焦新一代载人飞船试验船

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在我国新一代载人飞船试验船飞行试验任务圆满成功之际,央视《焦点访谈》栏目深入采访航天科技集团五院的多名专家,详细解读新飞船试验船的关键技术和重大意义。

◆两舱设计

2020年5月8日,新一代载人飞船试验船返回舱降落在东风回收着陆场预定区域。航天科技集团五院新一代载人飞船试验船技术负责人杨雷表示,它为未来新飞船打下了一个坚实、良好的基础。因为这次飞船试验飞行,实际上我们安装了大量的传感器,拿到这个数据之后,我们要测试、分析数据,再总结我们这些技术的优点和缺点,然后进一步改进之后,可以确定新飞船最终状态了。

新一代载人飞船的目标是成为同时满足我国近地空间站运营、载人月球探测等任务的新一代天地往返运输飞行器。在三天的飞行试验中,新一代载人飞船试验船的主要任务就是验证方案的正确性,验证关键技术。新一代载人飞船试验船的舱段组成方案根据任务需要进行了调整。以前神舟飞船是三舱方案,由提供动力的推进舱、航天员往返太空时乘坐的返回舱和飞船进入轨道后航天员工作、生活的轨道舱组成。而新一代载人飞船试验船是两舱方案,由返回舱和服务舱两部分组成,为什么会有这样的改变呢?杨雷表示,打个比方,就像汽车,比如原先的神舟飞船,它的返回舱相当于我们的A级车,尺寸比较小,座位一旦确定了以后,它改变的余地就比较小了。但是我们现在尺寸变大了以后,可能相当于一个C级车了,我可以做成五座,也可以做成七座。五座的时候就可以装的东西多,七座的时候就可以载人多。

◆重复使用

让返回舱实现载人、运货等多种功能,目的就是在提高可靠性的前提下,节约成本,关键是飞船返回舱的可重复使用。航天科技集团五院新一代载人飞船试验船结构设计师黄文宣表示,以往成功飞行的神舟系列飞船,它都是只能使用一次的。

◆安全着陆

据了解,这一次试验船的返回舱比神舟飞船返回舱重一倍以上,这就需要降落伞有更大的减速面积,确保它能够安全着陆。这也是飞船回收着陆系统的主要任务。据了解,新一代飞船,它以后有可能作为陆上着陆,也有可能海上着陆,不同的地形用缓冲气囊的话,适应能力更强一些,比如落水的话,缓冲气囊本身还起到漂浮的作用。大型群伞技术和大载重气囊缓冲系统填补了这一领域的国内空白。

◆自主变轨

在本次试验中,试验船还进行了7次变轨,从距离地面几百公里的小椭圆轨道,一路提升到距离地面几千公里的大椭圆轨道。值得一提的是,此次试验船飞行中的所有变轨,都是由飞船自主完成的。所以这次它更聪明了,就是我去哪,我在哪,这些它都知道。试验船的任务是对未来我国新一代载人飞船的多项关键技术进行验证,后续科研人员将对数据结果进行整理、分析。此次任务按照规划测试了部分系统、部分项目,而在未来还将对其它系统和项目继续进行测试、验证,在此基础上不断进行优化、完善,直到新一代载人飞船正式生产。

【技术】

>新一代载人飞船试验船 验证七大关键技术

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三朵巨大的红白“伞花”在酒泉东风回收着陆场上空盛放,返回舱仿佛按下了慢放键,缓缓摇曳着向地面降落。靠近地面时,6个气囊打开,落地缓冲,平稳着陆。5月8日,由中国航天科技集团有限公司第五研究院抓总研制的新一代载人飞船试验船(以下简称“试验船”)的返回舱成功降落在酒泉东风回收着陆场预定区域,标志着试验船飞行试验任务圆满成功,也意味着中国载人航天事业开启了新的篇章。从成功发射到安全返回,试验船表现完美。对五院而言,他们最关心的、关系到任务的成败的七项关键技术--得到验证,为下一阶段的新飞船研制指明了方向。

◆七项关键技术

1.首次采用新型大推力单组元无毒发动机。使用的HAN推进剂具有无毒、无污染、低冰点、密度大、比冲高和使用维护成本低等优点,后续将全面替代现有推进剂。

2.首次采用国内目前空间飞行器用的最大容积表面张力贮箱装载量更多,为试验船大再入角高速再入返回创造了充分条件。

3.更加全面的综合电子系统,出色完成了整船总线管理、时间系统管理、数据存储、触点信号处理,以及热控管理等功能,让飞船的运行更高效。

4.更加智能的自主轨控技术。实现多次自主变轨,精准操控着试验船完成太空飞行。

5.首次采用新型防热结构与材料,在重量同比降低超过30%的基础上,承受住了再入返回过程中上千度的高温烧蚀。而且防热结构首次采用可拆卸更换设计,返回后只需进行一次“体检”,更换一套新的防热结构,返回舱就又能投入下一次任务。

6.首次采用群伞气动减速和气囊着陆缓冲技术,成功将返回舱的速度从“飞机飞行速度”降为“汽车市区行驶速度”;并实现了“软着陆”,最大程度保证了返回舱安全、完整回收。

7.在轨数据获取系统,通过多种传感器网络,获取了众多宝贵数据,为新飞船后继型号研制优化提供了重要参考。

【亮点】

>新一代载人飞船试验船--亮点在哪里?

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试验船飞行试验任务圆满成功,新一代载人飞船试验船亮点在哪里?

◆舱体结构设计新、返回舱材料新、“大脑”系统新

长征五号B运载火箭送入预定轨道的新一代载人飞船试验船,主要对新飞船高速再入返回防热、控制和群伞回收等关键技术进行飞行验证,并在后续研制中加以改进。

新一代载人飞船是面向我国载人月球探测、空间站运营等任务需求而论证的具有国际先进水平的新一代天地往返运输飞行器。未来,它不仅可护送航天员往返离地球近400公里的中国空间站,还能完成38万公里外的载人登月甚至去更远的星球探险。新飞船还有着“载人+载物”的强大本领,可谓一船多用。

新一代载人飞船试验船由中国航天科技集团有限公司中国空间技术研究院抓总研制,应用了不少创新设计。新飞船试验船总体主任设计师杨庆介绍,新一代载人飞船试验船,返回舱“外衣”新,“大脑”系统新。试验船在天上工作期间,在多天内进行多次自主轨道控制,将自己抬升到大椭圆轨道,时间紧、动作密集,全靠“大脑”也就是GNC系统应对。这套系统不仅知道飞船处在什么位置,而且还知道将要去哪里,走哪条路能更快地到达目的地,可以自主“变道”去往目的地。

◆航天测控为试验船太空试验和成功着陆保驾护航

新一代载人飞船试验船于5月5日搭乘长征五号B运载火箭升空后,北京飞控中心随即组织陆、海、天基测控网对其进行密切跟踪监视,经过7次轨道控制,顺利将其从近地椭圆轨道抬高至远地点近8000公里的大椭圆轨道。返回阶段,返回指令从北京飞控中心发出后,制动发动机点火,试验船返回舱与服务舱成功分离,返回舱建立再入姿态。再入返回过程中,准确预报落点位置,引导各测控站对返回舱进行连续跟踪,确保搜索回收工作顺利完成。

◆着陆场精心准备,迎接返回舱回到地球怀抱

试验船返回舱返回阶段,除了群伞气动减速和气囊着陆缓冲技术护航回家路,酒泉卫星发射中心东风着陆场也精心准备,迎接返回舱回到地球怀抱。为此,着陆场系统进行了科学部署搜索回收力量等一系列周密准备。根据航天器返回概率,对可能着陆的地区进行了网格划分,对应不同级别的搜索力量,合理规划资源部署。为保证在恶劣天气中仍然具备搜索回收能力,组建了多支地面分队,既能和直升机、固定翼飞机等协同作业,也能独立搜索。部署多套雷达和光学设备,加大监测力度,通过跟踪实时数据,为搜索力量提供预判信息。

针对各种可能出现的着陆情况,准备了60多种飞船搜索回收预案,在返回舱降落伞没及时打开、返回舱掉入水中或降落在危险地带等场景,都可迅速启动处置方案。众手托举之下,新一代载人飞船试验船飞行试验任务获得预期效果。

【故事】

>新一代载人飞船试验船的那些人那些事

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让我们从中国航天科技集团有限公司第五研究院的航天人研制试验船的点滴中,感受那薪火相传的载人航天精神。

◆绝不漏过任何一个疑点

试验船的综合测试贯穿整个型号研制流程,需要对整船所有有电接口的产品进行性能考核、接口间匹配测试以及飞行程序验证工作,还要完成试验船上天前的电性能状态设置,这也是最后一道把关测试,可谓责任重大。综合测试团队由五院载人航天总体部的六名员工及部分分系统单位的判读人员组成,这是一支平均年龄不到35岁的队伍。研制过程中,他们精心为试验船“体检”,认真判读每一个参数,绝不漏过任何一个疑点,圆满完成了包含力、热大型试验及发射场测试等在内的型号全周期测试任务,保证了试验船“健康”发射升空。这支队伍创新测试模式及测试方法,采用自主研发的“射频-数据”一体化测试平台及集成式便携式机架箱,同时率先使用远程测试系统,推广应用自动化测试程序2.0系统及自动判读系统,多管齐下提升测试效率,将测试准备时间由以往的14天缩短至5天。

◆团结协作克难关

由于试验船发动机的热流密度高和面积大,当时没有现成的高温隔热材料可以使用。为了解决这个难题,五院总体部试验船热控研制团队埋头苦干,在文献中找答案,在试验中解难题。国外的数据都处于严格保密状态,他们就跑遍国内相关科研院所开展协同攻关,终于研制出我国耐受等级最高、质量最轻的隔热防护材料。

◆埋头苦干筑精品

新飞船试验船采用“一步正样”的研制模式,有着全新的产品及布局设计、总装分工,而且新飞船分系统众多、搭载载荷及发射场专项测试多、产品布局设计产品体量大,发射场总装工作与卫星相比工作量极大。总装与环境工程部总装团队在3年时间里,日夜坚守岗位,完成了目前我国首个最重发射航天器的工艺设计和总装工作。春节期间为了避免型号节点受疫情影响,团队正月初二便复工返回到了工作岗位,用100天的苦干,为试验船成功飞天提供了坚强支撑。

在试验船环境试验阶段,总环部力、热环境试验团队全力以赴,严格流程、严把质量关,出色地完成了100多个工作项目,确保了试验船“体检”圆满完成,为五院天津AIT中心首个正样型号环境试验工作画上了圆满句号,为新飞船试验船的成功首飞贡献了团队的智慧与力量。

◆百折不挠勇创新

新一代载人飞船试验船的主要任务之一,就是验证高速再入返回防热技术。返回舱高速再入地球,其表面温度高达上千摄氏度,如何保证需要重复使用的设备和结构不被损坏?面对挑战,五院总体部一支平均年龄仅三十五岁的承载与密封功能设计团队,担负起创新重任。在长达一年半的攻关期内,加班加点成了研制团队的家常便饭。他们白天去生产厂房、去试验现场确认状态,晚上又回到办公室加班进行仿真计算、结构设计等工作,终于解决了一系列技术难题,保证了任务成功。

(本期内容来源:人民日报、央视网、科技日报、微信公众号:中国空间技术研究院)

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