中國空間站建設進入加速期

自2013年神舟十號飛船與天宮一號再次完成交會對接任務後,中國載人航天工程第二步第一階段任務圓滿畫上句號。三年後,太空中又將迎來中國的航天使者,載天航天工程第二步第二階段任務拉開帷幕。

由中國航天科技集團公司第五研究院(下文簡稱「五院」)研製的天宮二號空間實驗室已發射成功,神舟十一號飛船及第一艘貨運飛船也將奔赴太空,由此展開的空間應用試驗、太空中期駐留驗證、推進劑補加等,預示著中國空間站建設邁出堅實一步。

載人航天:「三步走」戰略

上世紀90年代初期,國家正式啟動中國載人航天工程,並確立「三步走」發展戰略。

第一步,載人飛船階段,主要任務是研製載人飛船,將航天員送到太空,開展空間應用實驗並返回。

2003年10月16日,神舟五號飛船完成首次載人飛行任務;2005年10月17日,神舟六號飛船完成多人多天飛行試驗任務,至此,中國載人航天工程實現了第一步戰略任務目標。

第二步,空間實驗室階段。2008年,神舟七號飛行任務的圓滿成功,標誌著我國掌握了航天員出艙活動關鍵技術,這是第二步的任務目標之一。2011年至2013年間,五院研製的天宮一號目標飛行器與神舟八號、神舟九號和神舟十號先後開展了交會對接試驗並取得成功,自動及手動控制交會對接技術得到驗證。同時,天宮一號經過對接後,被改造成為太空中一個短期有人照料的空間實驗室,多名航天員短期駐留太空,參與完成多項科學實驗,載人航天工程取得關鍵性進展,第二步一階段任務圓滿收官。

交會對接技術成熟之後,將要解決的是補給以及循環利用技術,這些技術關係到未來空間站的組裝、航天員在空間站的生存等關鍵問題。第二步二階段就是要驗證上述技術,發射空間實驗室,搭建起一個平台,開展技術、應用等各類試驗,為載人航天工程第三步——建造中國空間站打下基礎。

空間實驗室成功入駐太空,將意味著中國載人航天工程進入第二步二階段——空間實驗室任務的正式開啟,這是第二步中的關鍵環節,擔負著承上啟下的重要使命。

天宮二號:首個空間實驗室

在距離地面幾百公里的太空中,建起一座實驗室,長期運行在既定軌道上,這就是空間實驗室。其獨特的空間位置決定了可以利用高度優勢開展地球資源和太空觀測,利用微重力等空間環境開展空間技術試驗、航天醫學試驗、空間科學和應用試驗。

「空間實驗室相當於太空中的實驗平台,天宮二號就是這樣一個平台,它是真正意義的空間實驗室。」五院天宮二號總設計師朱樅鵬說。

天宮一號叫做目標飛行器,對接改造後也只是空間實驗室的特例,而天宮二號已經完全是一座小型的空間實驗室。天宮一號解決了交會對接技術,天宮二號解決的是一定規模、短期有人照料的空間應用問題。

可以預期的是,天宮二號入駐太空後,它將開啟忙碌的工作模式,等待它的是一項接一項試驗和任務,開展地球觀測和空間地球系統科學、空間應用新技術、空間技術和航天醫學等領域的應用和試驗,發射時釋放伴飛小衛星,將有飛船與之對接,接受航天員的訪問,驗證推進劑在軌補加技術等等,其中最重要的是解決航天員中期駐留太空以及後續推進劑的補加,這兩項是未來空間站建成並運行的重要基礎,這意味著天宮二號承載了中國空間站發展的歷史使命。

載人飛船:成熟型號任務新

「天宮二號發射運行一段時間後,神舟十一號將進入太空與之會合」,五院載人飛船系統總設計師張柏楠介紹,神舟十一號將搭乘兩名航天員,與天宮二號形成組合體,重點開展人在太空的中期駐留試驗。

神舟十一號飛船任務是我國第二次天地往返運輸應用性飛行任務,也是我國進入空間站階段之前,最後一次飛船的應用性飛行。「此次任務目的是進一步對改進型載人飛船功能進行全面驗證,為後續載人深空任務提供重要的技術支撐。此外,通過多項在軌試驗,將進一步驗證飛船設計功能,獲取和積累載人環境相關的飛行試驗數據。」張柏楠說。

從外形結構上看,神舟十一號飛船與神舟十號飛船無異,功能上也沒有重大改變,對於飛船研製來講算是成熟型號,交會對接、空間地球科學應用等試驗任務也並不陌生,但在整個載人飛船任務中,神舟十一號不僅僅是繼承和重複驗證,而是承載著多個首次,當屬使命艱巨,重任在肩。

雖然交會對接技術在之前神舟九號、神舟十號與天宮一號的任務中已被充分驗證,但在此次空間實驗室任務中,對接軌道和返回軌道高度比之前增加了50公里,神舟十一號飛船任務將首次考核驗證空間站階段的交會對接和載人飛船返回技術,還將首次考核航天員中期駐留能力,通過驗證航天員駐留能力,為航天員空間站階段長期在軌考核奠定基礎。

中國空間站:展望未來惠全球

當神舟十一號與天宮二號完成對接及其他各項試驗返回後,天宮二號繼續駐留太空,等待第一艘貨運飛船天舟一號的到來,開展推進劑補加等相關試驗。這是空間實驗室的重要階段,突破並驗證推進劑補加技術,為建造空間站奠定基礎。

天舟貨運飛船基於神舟飛船和天宮一號的技術研發,由五院抓總研製。「天舟貨運飛船隻運貨不運人,在功能、性能上都處於國際先進水平。飛船將主要為空間站補給物資,包括推進劑、航天員生活消耗品、空間科研設施設備、空間站維修備品備份等。」天舟一號總設計師白明生介紹。

隨著空間實驗室任務的陸續展開,我國載人航天進入了應用發展新階段,未來空間站的實景已越來越清晰地展現。

中國載人航天工程辦公室副主任楊利偉曾透露,「中國空間站預留了很多將來與世界各國進行合作的平台,設計了能與其他太空飛行器對接、進行艙段級合作的接口。」

他介紹,中國載人航天工程開展了大量國際合作,在空間站發展中,中國願意以更加開放的姿態在方案設計、設備研製、空間應用、航天員培養、聯合飛行等方面拓展交流合作。

我國未來的空間站計劃於2020年建成,隨即將投入正常運營。中國空間站將為全球科學家提供科學研究和實驗機會,滿足最新最好的空間探索及空間資源利用等科研需要,使中國載人航天發展進入探索科學前沿、開發空間資源、造福人類社會的新階段。

(伍軒/文)