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解密空間站和天宮二號

2016/4/18 11:06:15 3905 来源: 新华社 作者: 分享到

全國兩會上公布的“十三五”規劃綱要草案提出,將深空探測及空間飛行器在軌服務與維護系統作爲“科技創新2030——重大項目”六大重大科技項目之一。全國政協委員、中國載人航天工程總設計師周建平8日接受新華社專訪,獨家披露了2020年前後建成的中國空間站和今明兩年將實施的天空二號空間實驗室的任務。

【中國空間站:多接口的“變形金剛”】

中國空間站什麽樣?

周建平表示,中國計劃在2020年前後建成的空間站總體構型是三個艙段,一個核心艙,兩個實驗艙,每個艙都是20噸級,整體呈T字構型。核心艙有五個對接口,可以對接一艘貨運飛船、兩艘載人飛船和兩個實驗艙,另有一個供航天員出艙活動的出艙口。

“中國空間站是可以進一步擴展的,根據空間科學研究和應用的需要,可以對接更多的艙段。”周建平說。

建設空間站的背後,是大型空間設施建造技術的巨大跨越。我國“天舟”貨運飛船采用模塊化設計,具有全密封貨艙、半密封/半開放貨艙、全開放貨艙三種構型,可以把不同的載荷包括小型艙段運輸上去,由航天員和機械臂將其裝配到空間站上。這要求我們掌握大型空間設施的建造技術和運營管理技術,具備強大的維護維修升級能力。

“中國空間站的研發,遵循了規模適度原則。這麽大的工程,適度規模有利于控制工程的成本,重點突出載人航天的特色,突出發揮人在太空中的作用。中國空間站建成之時,國際空間站將達到壽命末期。”周建平說。

 

【空間站使命:太空中的國家實驗室】

“空間站的神聖使命是,成爲太空中的中國國家實驗室,支持科學家從事前沿科學探索、空間技術研究和空間資源的開發和利用。最終目的是爲全人類造福。”周建平說。

空間站資源十分寶貴,經過科學慎重遴選,空間站上將搭載安裝包括生物學、材料科學、基礎物理、微重力、流體、燃燒等十余大類的科學研究實驗設施。

“材料科學的實驗設施設備,能夠利用太空微重力環境制備新材料,研究材料的空間使用性能。未來很多研究,孕育在新材料的研發中,具有廣闊工業價值。”周建平說,一流的太空實驗平台,將爲科學家們取得世界級的重大突破提供條件保障。

【宇宙之眼:比哈勃視場角大300多倍的巡天望遠鏡】

周建平表示,未來會單獨發射一個十幾噸的光學艙,與空間站保持共軌飛行狀態。

“計劃在光學艙裏架設一套口徑兩米的巡天望遠鏡,分辨率與哈勃相當,視場角是哈勃的300多倍。如果在軌十年,可以對百分之四十以上的天區,約一萬七千五百平方度天區進行觀測。”周建平說。

這套望遠鏡,天區和波段覆蓋廣,像質好,將是中國人的“宇宙之眼”。它可以源源不斷地爲科學家們研究宇宙學和天文學提供海量的科學數據,爲中國科學家站在世界科學前列、做出重大原創性成果提供有力支撐。

“宇宙的構成和演化,暗能量、暗物質、黑洞的研究……我們期待對宇宙學、天文學的基本問題取得重大突破。”周建平說。

【後發優勢:世界領先的信息系統、太陽翼、機械臂】

“中國不是最早進入宇宙空間的,換一個角度理解,反而有後發優勢。近年來,信息技術、新能源、自動化和人工智能技術的進步,將綜合體現在中國空間站上。”周建平說。

中國的空間站基于當代最新技術成果設計建造,信息化程度更高、能力更強。“尤其在通信、網絡、數據管理和應用等方面,我國的空間站都相當先進。這也得益于當代技術發展和國家科技進步。”周建平說。空間站如此龐大的系統,需要強有力的電力保障。

“中國空間站有兩對‘翅膀’——單翼翼展約30米的柔性太陽翼。它們與雙軸對日定向機構、高效能锂離子電池等一起,構成了空間站先進、強大的電源系統。”周建平說,這個系統能夠爲空間站提供可靠、充足的不間斷供電。

“目前,地面上太陽能光伏發電,太陽能到電能的轉化率一般在百分之十幾左右。空間站使用最新研發的太陽能光伏發電系統,轉化效率可達30%以上。”周建平說。

“一名航天員在艙內操作機械臂,一名航天員在艙外太空行走。無論是艙段轉位、大設備的移動,還是航天員自身的移動,都可以通過機械臂完成。”這不是科幻片,而是不久將來的現實。“中國空間站有兩類機械臂,長度累計15米。人機配合,讓空間站建造維修成爲可能。”周建平說。

【太空經濟:循環利用和高效利用】

往太空運送物資的成本非常高,載人航天的發展必須把經濟性作爲重大、優先問題。“進行物資循環利用並提高物資循環利用率,是世界載人航天關注的重大技術挑戰問題。”周建平說。

中國空間站設計了完整的可再生生命保障系統。航天員呼出的水蒸氣會通過冷凝水的方式回收,排泄的尿液也會回收淨化,重新作爲飲用水和生活用水使用。電解制氧時産生的氫氣與航天員呼出的二氧化碳,將通過化學反應重新生成氧氣,這也降低了氧氣的補給需求。

提高單位物質的效率是提高經濟性的有效手段。中國空間站將采用電推進技術作爲空間站軌道維持的動力裝置,這將顯著降低空間站運行期間的推進劑補給需求。

我國也在研究下一代載人天地往返運輸系統的發展思路,將瞄准可重複使用的目標,以期進一步降低空間運輸的成本,提高效益。

【航天員:也將從工程師和科學家中選拔】

目前,我國的航天員都是從現役空軍飛行員中選拔,主要承擔航天器駕駛任務。“空間站將開展太空科學實驗,除了良好的身體素質這個共性要求外,未來需要不同類型的航天員,尤其是工程師和科學家。”周建平說。

一類是能夠管理維護維修航天器的飛行工程師。設備出了故障能夠修理,新技術出來後能夠給航天器升級。這就需要從有相關教育背景和工作經曆的人中選拔,經過大量訓練,成爲航天員。另一類是優秀科學家,到了太空後,觀察實驗現象、分析結果、調整方案、設計新的實驗方案,都需要科學家來完成。根據空間站的實驗項目,選擇相關專業背景的科學家進行訓練,也是未來航天員選拔一個主要方向。

 

【航天員中期駐留天宮二號:約30天】

周建平表示,今年年中至明年上半年,我國將實施載人航天工程空間實驗室任務,驗證未來空間站關鍵技術。目前天宮二號已完成總裝,各系統正在緊張備戰。

今年第三季度發射天宮二號。神舟十一號飛船將乘載兩名男航天員,與天宮二號完成對接,並在太空駐留30天。今年的載人航天任務將進入應用發展新階段,在天宮二號上進行多項實驗。

“在完成和神舟十一號飛船的交會對接和空間科學實驗後,天宮二號還將在2017年上半年驗證天舟一號貨運飛船的對接和資源補給技術。”周建平說。

【植物生長實驗:水稻和擬南芥】


周建平表示,今年下半年發射升空的天宮二號空間實驗室,將開展包括植物生長全周期實驗在內的多項科學實驗。

“未來太空探索需要人類長期在太空生活。爲了探索太空閉環生態系統技術,天宮二號將進行‘從種子到種子’的植物全生育發展過程實驗。目前,計劃種植水稻、擬南芥兩種植物,考察長日照和短日照的不同生長情況。”周建平說。

【中國創舉:從天宮分發量子密鑰】

“空間實驗室任務的各次飛行都安排了多項空間科學實驗和技術試驗項目。”周建平介紹,例如天地量子密鑰傳輸試驗、激光通信試驗等,在信息安全領域有著廣泛的應用前景。

這些項目中,大多是當前世界最前沿的探索領域。比如,空間冷原子鍾的實驗。天宮二號將搭載全球第一台冷原子鍾,利用太空微重力條件,穩定度高達10的負16次方。超高精度的原子鍾是衛星導航等領域的關鍵核心技術。再比如三維成像微波高度計,能夠在一個寬幅的三維海平面測量中,得到精度優于5厘米的測量結果,將海浪高低測量出來……

“中國一直本著和平開發利用太空的原則,歡迎並致力于國際合作。”周建平說,天宮二號將搭載中國科學院與瑞士日內瓦大學聯合研制的伽馬暴探測設備。這台設備比過去國際上類似儀器的探測效率高數十倍。中歐科學家將一起測量宇宙的伽馬暴射線和散射狀態,從而研究揭示宇宙結構、起源、演化的一些問題。

除此之外,天宮二號還將開展材料制備試驗,研究納米複合光學材料、高性能熱電轉換材料、高性能合金材料等。

【長征七號首飛:搭載新一代載人飛船返回艙】

我國無毒低汙染新一代中型運載火箭長征七號將于今年6月首飛。它將搭載一個新型縮小比例的飛船返回艙,這是我國載人航天的創新探索項目。周建平表示,一次發射任務囊括試驗火箭和飛船返回艙兩個新品,這是我國載人航天工程勇于擔當、節約高效、跨越發展理念的生動诠釋。

長征七號運載火箭2017年將發射我國首款貨運飛船天舟一號,它的研發成功標志著我國進入空間能力得到大幅提升,這將爲我國從航天大國到航天強國添加精彩一筆。

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