中國人的「太空母港」 天和核心艙開啟中國航太新征途

By 犇報綜合報導 / 2021-05-03 18:06:13 /
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摘要:

4月29日,中國空間站天和核心艙在海南文昌發射場圓滿發射成功,中國載人航太工程開啟新的征程。這是2019年7月19日天宮二號目標飛行器自太空返回地球家園後,中國人在太空建造的「新家」。作為空間站的核心艙段,核心艙是空間站的主要控制節點,是未來空間站的指揮控制中心,可說是中國人的「太空母港」。

xxx4月29日11時23分,中國空間站天和核心艙在文昌航太發射場發射升空,準確進入預定軌道,任務取得成功。(圖/新華社)

4月29日,中國空間站天和核心艙在海南文昌發射場圓滿發射成功,中國載人航太工程開啟新的征程。這是2019年7月19日天宮二號目標飛行器自太空返回地球家園後,中國人在太空建造的「新家」。

作為空間站的核心艙段,核心艙是空間站的主要控制節點,是未來空間站的指揮控制中心,可說是中國人的「太空母港」。

中國的「太空母港」

中國空間站以天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙三艙為基本構型。其中,核心艙作為空間站組合體控制和管理主份艙段,具備交會對接、轉位與停泊、乘組長期駐留、太空人出艙、保障空間科學實驗能力;問天和夢天實驗艙均作為支持大規模艙內外空間科學實驗和技術試驗載荷支持艙段,同時問天實驗艙還作為組合體控制和管理備份艙段,具備出艙活動能力,夢天實驗艙具備載荷自動進出艙能力。

xxx天和一號核心艙。(圖/頭條新聞)

未來兩年內,中國空間站三艙飛行器依次發射成功後,將在軌通過交會對接和轉位,形成「T」構型組合體,長期在軌運行。組合體在軌運行壽命不小於10年,並可通過維修維護延長使用壽命。

空間站作為長期在軌運行的「太空母港」,其天然的高真空、微重力、超潔淨環境也可以充分用於開展各類科學技術研究,推動科學技術進步。因此,空間站工程將產生巨大經濟效益和社會效益,已經成為衡量一個國家經濟、科技和綜合國力的重要標誌,受到各航太大國的高度重視。

xxx空間站想像圖。(圖/新華社,王永卓編製)

中國空間站與國際空間站有什麼不同?

國際空間站是目前在軌運行最大的空間平台,是一個擁有現代化科研設備,可開展大規模、多學科基礎和應用科學研究的空間實驗室。它的規模大約有423噸,由美國、俄羅斯、加拿大、日本等16國聯合,先後經歷12年建造完成。

xxx國際空間站結構。(圖/網路圖片)

中國空間站由一個核心艙和兩個實驗艙組成,這主要是在建設思路上符合中國國情,綜合當前需求和耗費等因素,採用規模適度、留有發展空間的思路,既滿足重大科學研究專案的需要,又同時具備擴展和支援來往飛行器對接的能力。

同時,中國空間站在建設過程中始終追求技術進步,充分採用當代先進技術建造和運營空間站,全面掌握大型空間設施的建造和在軌操作能力;同時注重應用效益,在空間站應用領域將取得重大創新成果,追求運營經濟性,走可持續發展的道路。

此外,中國空間站由中國自主建造,產品全部國產化,部組件全部國產化,原材料全部國產化,關鍵核心元器件100%自主可控。

三房兩廳還帶儲藏間的太空「豪宅」

天和核心艙是中國空間站的關鍵艙段,它就好比是大樹的樹幹,其他的艙段都會安裝在它的介面上,如同大樹的根、枝、葉,不斷向外延伸。所以,天和核心艙有一個龐大的軀體和結實的身板。

據航太科技集團五院空間站核心艙結構分系統主任設計師施麗銘介紹,核心艙的體積非常大,長度比五層樓房還要高,直徑比火車和地鐵的車廂還要寬不少,體積比國際空間站的任何一個艙段都大,太空人入駐後,活動空間非常寬敞。此外,核心艙的重量相當於3輛大客車的空重重量,同樣也超過國際空間站的任何一個艙段。

航太科技集團五院空間站系統副總設計師朱光辰曾經打過一個非常形象的比喻:如果神舟飛船是一輛轎車,天宮一號和天宮二號就相當於一室一廳的房子,而空間站就是三室兩廳還帶儲藏間,算是「豪宅」了。

xxx中國空間站CG圖。(圖/網易談兵)

天和核心艙由節點艙,大、小柱段,後端通道和資源艙組成,發射升空後,將為太空人提供太空科學和居住環境,支援長期在軌駐留,承接載人飛船和貨運飛船的對接停靠。它的設計壽命是15年,並可通過維修延長壽命。空間站構型極其複雜,艙體多,不僅各個飛行器相當於一顆顆「衛星」,而且各飛行器不同的組合,又變成了一個個新的航天器。比如,核心艙是一個獨立的航天器,和載人飛船對接後,「哥兒倆」又變成了一個新的組合體,相當於一個新的「航天器」,同樣,跟貨運飛船對接組合後也是如此。

據航太科技集團五院空間站系統總體主任設計師張昊介紹,天和核心艙的密封艙內配置了工作區、睡眠區、衛生區、就餐區、醫監醫保區和鍛煉區六個區域。不僅能夠保證每名太空人都有獨立的睡眠環境和專用衛生間,而且在就餐區配置了微波爐、冰箱、飲水機、折疊桌等傢俱家電,還配置了太空跑台、太空自行車、抗阻拉力器等健身器材,以滿足太空人日常鍛煉;還配了天地視頻通話設備,可以實現與地面的雙向視頻通話;此外,還有可以支援太空人收發電子郵件的測控通信網和相關設備。

確保不小於15年的使用長壽

如同汽車在使用一定年限和里程後要報廢一樣,空間站也沒有永久壽命,只要使用,只要有人居住、工作和進行科學實驗,就會有損耗。那麼中國空間站的設計壽命如何,又採取了哪些措施來保證長期在軌穩定運行呢?

據航太科技集團五院空間站系統副總設計師侯永青介紹:「中國空間站設計在軌飛行10年,具備延壽到15年的能力。為了保證空間站在軌不小於15年長壽命要求,我們從設計伊始,就開展了長壽命、可靠性、維修性、安全性一體化設計。具體來講,就是以系統和產品的長壽命和固有可靠性設計為基礎,配合開展系統和產品在軌故障診斷、處置預案設計、維修性設計,以實現長壽命、可靠性的既定目標。」

空間站在太空中安家後,將面對來自宇宙的各種威脅和挑戰,比如,原子氧、紫外輻照、真空、溫度交變、空間碎片以及微重力等等,這些危險元素可能會造成空間站的材料性能衰退,或者誘發故障,從而制約艙外電纜、表面塗層、光學鏡頭等產品和設備的使用壽命。

xxx珠海航展展出的天和一號核心艙模型。

為了最大限度地減少損壞和傷害,設計團隊想方設法讓空間站變得更結實、更強壯。「在天和核心艙主結構設計時,我們從抗腐蝕、抗疲勞、抗斷裂三個維度進行了綜合分析和評價,從材料選擇、結構設計、構型、參數設計等方面進行了科學優化的設計,並從材料到構件到艙段都進行了模擬驗證,以確保長壽命。」施麗銘介紹說。

xxx天和核心艙。(圖/中國航天科技集團)

為了應對空間碎片等「勁敵」的攻擊,天和核心艙熱控分系統針對長壽命可靠性問題,為空間站安裝了兩條相當於「大動脈」的管子——熱管輻射器,以便減少流體管在外暴露的面積,大大降低被空間碎片擊穿的風險。

◎報導來源:新華社

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