長征五號B運載火箭首飛成功，標(biāo)志空間站階段飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷

　　揭秘中國空間站(深度觀察)

　　2020年5月5日，在中國文昌航天發(fā)射場，首次發(fā)射的長征五號B運載火箭，成功將新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙送入太空軌道。5月8日，新一代載人飛船試驗船返回艙成功著陸返回，試驗取得圓滿成功。這也是中國空間站在軌建造階段的第一次飛行任務(wù)，期盼已久的中國空間站建造大幕終于拉開。

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　　5月5日，為我國載人空間站工程研制的長征五號B運載火箭在海南文昌首飛成功，正式拉開我國載人航天工程“第三步”任務(wù)的序幕。 新華社發(fā)（屠海超 攝）

　　上世紀(jì)90年代開始啟動的我國載人航天工程，規(guī)劃了“三步走”戰(zhàn)略。從發(fā)射載人飛船將中國航天員送入太空，到太空出艙、發(fā)射空間實驗室，如今已走到第三步，即“建造空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應(yīng)用問題”。隨著空間站工程全面展開，中國正式邁入了“空間站時代”。

　　按規(guī)劃，空間站將在2022年前后建成。屆時，它將運行在高度340—450公里的近地軌道，在軌飛行可達10年以上，支持開展大規(guī)模的空間科學(xué)實驗、技術(shù)試驗和空間應(yīng)用等活動。而且，通過太空維修可以延長使用壽命，也可以擴展其規(guī)模。

　　空間站長什么樣？

　　整體呈T字構(gòu)型，有三個艙段。如果把神舟飛船比作一輛轎車，天宮一號和天宮二號相當(dāng)于一室一廳，空間站則像是三室兩廳還帶儲藏間

　　中國空間站的名字頗具中國特色，命名為“天宮”（見示意圖），一般情況下駐留3人，在航天員輪換時最多可達6人，建成后將成為我國長期在軌穩(wěn)定運行的國家太空實驗室。

　　中國載人航天工程總設(shè)計師周建平介紹，空間站基本構(gòu)型有3個艙段，1個核心艙，2個實驗艙。每個艙都是20噸級，三艙組合體質(zhì)量約66噸。空間站整體呈T字構(gòu)型，核心艙居中，實驗艙Ⅰ和實驗艙Ⅱ分別連接于兩側(cè)。其中，核心艙用來控制整個空間站組合體，兩個實驗艙分別用于生物、材料、微重力流體、基礎(chǔ)物理等方面的科學(xué)實驗。

　　中國航天科技集團五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計師朱光辰形象地比喻：“如果神舟飛船是一輛轎車，那么天宮一號和天宮二號相當(dāng)于是一室一廳的房子，空間站則像是三室兩廳還帶儲藏間。”

　　核心艙命名為“天和”，全長16.6米，最大直徑4.2米，發(fā)射質(zhì)量22.5噸，可支持3名航天員長期在軌駐留，是我國目前研制的最大航天器。它既是空間站的管理和控制中心，也是航天員生活的主要場所，還能支持開展少量的空間科學(xué)實驗和技術(shù)試驗。為了讓航天員在太空中的長期生活更加舒適，核心艙在設(shè)計上有很大突破，供航天員工作生活的空間約50立方米，加上兩個實驗艙后，航天員活動空間整體達到110立方米。

　　核心艙又包括節(jié)點艙、生活控制艙和資源艙三部分，有3個對接口和2個停泊口。停泊口用于連接兩個實驗艙，一起與核心艙組裝形成空間站組合體。對接口用于載人飛船、貨運飛船及其他飛行器訪問空間站，另有一個出艙口供航天員出艙活動。其中，核心艙前端的兩個對接口接納載人飛船對接?？浚蠖说囊粋€對接口接納貨運飛船?？垦a給。對接口可以支持其它飛行器短期?？?，并接納新的艙段對接，擴展空間站規(guī)模。

　　中國航天科技集團五院空間站系統(tǒng)主任設(shè)計師張昊介紹，核心艙是空間站的主控艙段，主要對整個空間站的飛行姿態(tài)、動力性、載人環(huán)境進行控制。核心艙的大柱段直徑4.2米，小柱段直徑2.8米。大柱段部位主要是航天員工作和實驗的地方，小柱段則是航天員的睡眠區(qū)和衛(wèi)生區(qū)，保障航天員的生活和正常居住。

　　實驗艙Ⅰ名為“問天”，主要任務(wù)是開展艙內(nèi)和艙外空間科學(xué)實驗和技術(shù)試驗，也是航天員的工作生活場所和應(yīng)急避難場所。實驗艙Ⅰ配備了航天員出艙活動專用氣閘艙，支持航天員出艙活動，配置了小型機械臂，可進行艙外載荷自動安裝操作。實驗艙Ⅰ有著核心艙部分關(guān)鍵平臺功能，這意味著在需要的時候，它可以執(zhí)行對空間站的整個管理和控制。

　　實驗艙Ⅱ名為“夢天”，具備和實驗艙Ⅰ類似的功能。實驗艙Ⅱ還配置有貨物專用氣閘艙，在航天員和機械臂的輔助下，支持貨物、載荷自動進出艙。

　　空間站工程也包括天地往返運輸系統(tǒng)和貨物運輸系統(tǒng)。天地往返運輸系統(tǒng)由神舟載人飛船和長征二號F運載火箭組成，用于航天員和部分物資往返空間站。神舟載人飛船可支持3名航天員實現(xiàn)天地往返，在空間站?？科陂g也作為救生船，用于航天員應(yīng)急救生和返回。

　　空間站貨物運輸系統(tǒng)由天舟貨運飛船和長征七號運載火箭組成。貨運飛船為空間站運送航天員生活物資、推進劑、載荷設(shè)備等補給物資。

　　在空間站建設(shè)階段，長五B火箭同樣承擔(dān)著將空間站艙段送入軌道的重要任務(wù)。中國的空間站未來還有一個重要計劃，在空間站建造完成后，會單獨發(fā)射一個十幾噸的光學(xué)艙，與空間站保持共軌飛行狀態(tài)。光學(xué)艙命名為“巡天”，具備自主飛行能力，正常任務(wù)時與空間站共軌飛行，進行高分辨率天文觀測，開展天體物理和空間天文學(xué)研究。需要燃料補給和設(shè)備維修時，光學(xué)艙可與空間站對接，進行推進劑補加和設(shè)備維修維護，提高自身壽命和工作性能。

　　“計劃在光學(xué)艙里架設(shè)一套口徑兩米的巡天望遠鏡。如果在軌10年，可以對40%以上的天區(qū)進行觀測。”周建平說。這套望遠鏡，可以源源不斷地為科學(xué)家們研究宇宙學(xué)和天文學(xué)提供海量的觀測數(shù)據(jù)。

　　中國空間站的設(shè)計研制，秉持規(guī)模適度、安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟高效的理念，總體上體現(xiàn)中國特色和技術(shù)進步。周建平說，中國的空間站可以進一步擴展，為未來留有發(fā)展空間。根據(jù)空間科學(xué)研究和應(yīng)用的需要，可以對接更多的艙段，也可以通過在軌維修、在軌技術(shù)升級等方式來滿足需求。中國空間站的研發(fā)，遵循規(guī)模適度原則，有利于控制工程的成本，重點突出載人航天的特色，突出發(fā)揮人在太空中的作用。

　　空間站怎么建？

　　分為關(guān)鍵技術(shù)驗證、建造和運營3個階段實施。長五B首飛后，將先后發(fā)射“天和”核心艙、“問天”實驗艙和“夢天”實驗艙。航天員將多次出艙活動，參與空間站建造

　　根據(jù)飛行任務(wù)規(guī)劃，空間站工程分為關(guān)鍵技術(shù)驗證、建造和運營3個階段實施。中國載人航天工程辦公室副主任林西強介紹，為完成空間站建造，共規(guī)劃了12次飛行任務(wù)。在長五B首飛后，將先后發(fā)射“天和”核心艙、“問天”實驗艙和“夢天”實驗艙，進行空間站基本構(gòu)型的在軌組裝建造，也規(guī)劃了發(fā)射4艘神舟載人飛船和4艘天舟貨運飛船，進行航天員乘組輪換和貨物補給。

　　“未來的11次任務(wù)是高密度的發(fā)射任務(wù)，充滿了大量的新技術(shù)和新挑戰(zhàn)，發(fā)射頻率和任務(wù)復(fù)雜性都大幅提升?！敝芙ㄆ浇邮懿稍L時說。這也將是一段非常輝煌的試驗歷程。11次任務(wù)的完成，將意味著中國空間站正式建成。

　　空間站的試驗核心艙計劃在2020年前后發(fā)射，目的在于驗證空間站關(guān)鍵技術(shù)。完成驗證以后，將陸續(xù)發(fā)射兩個實驗艙與之對接，空間站隨之也將從建造階段轉(zhuǎn)入運營階段。從核心艙階段開始，航天員也將開始實際參與建造空間站，承擔(dān)不少任務(wù)。例如，他們要多次進行復(fù)雜的出艙活動。屆時，航天員可以利用機械臂協(xié)同完成載荷的在軌安裝、調(diào)試、升級等工作。

　　實際上，在近地軌道建設(shè)空間站，就意味著需要掌握大型空間設(shè)施的建造技術(shù)和運營管理技術(shù)，具備強大的維護維修升級能力。航天員出艙和利用機械臂，都是重要的手段。

　　“一名航天員在艙內(nèi)操作機械臂，一名航天員在艙外太空行走。無論是艙段轉(zhuǎn)位、大設(shè)備的移動，還是航天員自身的移動，都可以通過機械臂完成?！敝芙ㄆ秸f，“空間站設(shè)計有兩類機械臂，人機配合，讓空間站建造維修成為可能。”

　　“往太空運送物資的成本非常高，進行物資循環(huán)利用并提高物資循環(huán)利用率，是世界載人航天關(guān)注的重大技術(shù)問題?！敝芙ㄆ秸f。

　　通過新的技術(shù)支持，中國航天員在空間站的補給將得到更好保障。此前我國航天員在軌飛行的最高紀(jì)錄是33天，航天員生存所必需的水和氧氣由航天器直接帶入太空。為了讓航天員實現(xiàn)更久的在軌停留，空間站設(shè)計了完整的可再生生命保障系統(tǒng)。電解制氧時產(chǎn)生的氫氣與航天員呼出的二氧化碳，將通過化學(xué)反應(yīng)生成氧氣，這也能夠降低氧氣的補給需求。

　　空間站如此龐大的系統(tǒng)，需要強有力的電力保障。空間站的電源系統(tǒng)包含兩對“翅膀”——單翼翼展約30米的柔性太陽翼。這個系統(tǒng)能夠為空間站提供可靠、充足的不間斷供電。此外，空間站將采用電推進技術(shù)作為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。

　　空間站有何用？

　　在軌運行期間，將面向前沿科學(xué)探索、人類生存和太空活動，支持開展大規(guī)模的空間科學(xué)實驗、技術(shù)試驗和空間應(yīng)用等活動

　　空間站建成后，將是航天員的“太空之家”，也是科學(xué)研究的“太空實驗室”。一流的太空實驗平臺，將為科學(xué)家們?nèi)〉檬澜缂壍闹卮笸黄铺峁┯辛ΡＵ稀?/p>

　　按規(guī)劃，空間站將在軌運行10年以上。圍繞地球運行期間，將面向前沿科學(xué)探索、人類生存和太空活動，支持開展大規(guī)模的空間科學(xué)實驗、技術(shù)試驗和空間應(yīng)用等活動。

　　載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)專家說，中國的空間站既是為中國科學(xué)家，也是為全球科學(xué)家提供的科學(xué)探索平臺，通過空間站這個平臺，有望涌現(xiàn)出更多科學(xué)成果，揭示宇宙的諸多奧秘。

　　空間站資源十分寶貴，經(jīng)過科學(xué)且慎重的遴選，空間站上將搭載安裝包括生物學(xué)、材料科學(xué)、基礎(chǔ)物理、微重力、流體等類別相關(guān)的科學(xué)研究實驗設(shè)施。

　　包括與空間站共軌飛行的巡天望遠鏡在內(nèi)，空間站規(guī)劃部署了密封艙內(nèi)的十多個科學(xué)實驗柜、艙外暴露實驗平臺。這些科學(xué)實驗柜，每一個都可看成是一個小型的太空實驗室，支持一個或多個方向的空間科學(xué)與應(yīng)用研究。

　　具體來說，在人類生存方面，空間站將圍繞人類長期太空生存和提高地面生活質(zhì)量方面開展研究與應(yīng)用。在太空活動方面，空間站支持開展遙科學(xué)技術(shù)、在軌組裝與維修維護、人機聯(lián)合作業(yè)等應(yīng)用技術(shù)試驗驗證，增強人類的太空活動能力和在軌服務(wù)能力，拓展人類的活動范圍。

　　在空間站中，航天員既是空間站的居民，同時也是被研究對象。例如，迄今有11名中國航天員出色地完成了6次載人飛行任務(wù)，同時也有效驗證了航天員選拔訓(xùn)練技術(shù)以及健康、生活和工作三大駐留保障技術(shù)，為未來空間站長期飛行奠定了堅實基礎(chǔ)，提供了強有力的技術(shù)支撐和保障?？臻g站時代，圍繞航天員的科學(xué)與技術(shù)研究將繼續(xù)開展。

　　“我們的目標(biāo)是建設(shè)并運營國家級太空實驗室，為空間科學(xué)研究與應(yīng)用提供全面支持，推動我國空間科學(xué)研究進入國際先進行列，并不斷將取得的先進科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用?！敝袊茖W(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心主任高銘說。

　　空間站誰來住？

　　在空間站的常態(tài)化運行中，有3名航天員作為一個乘組長期飛行，乘組定期輪換。未來將有不同類型的航天員，如飛行工程師和科學(xué)家入駐

　　目前，執(zhí)行空間站建造階段四次飛行任務(wù)的航天員乘組已經(jīng)選定，正在開展任務(wù)訓(xùn)練。我國第三批預(yù)備航天員選拔工作也將于今年7月前后完成。

　　在空間站的常態(tài)化運行中，有3名航天員作為一個乘組長期飛行，乘組定期輪換。輪換期間，最多可有6名航天員同時在空間站工作，完成交接后，前一個乘組乘坐載人飛船返回地球。

　　相比于此前我國載人航天飛行任務(wù)的約兩年一次，空間站建造和運營期間每年有多次發(fā)射，需要航天員的類型、人數(shù)會更多。

　　目前，我國的航天員都是從現(xiàn)役空軍飛行員中選拔，他們主要是航天駕駛員?？臻g站將開展太空科學(xué)實驗，除了良好的身體素質(zhì)這個共性要求外，未來需要不同類型的航天員，如航天飛行工程師和載荷專家（科學(xué)家）。飛行工程師執(zhí)行對空間站的建造、維護維修等任務(wù)，科學(xué)家也就是載荷專家，可以在空間站這個太空實驗室中做實驗。根據(jù)空間站的實驗項目，選擇相關(guān)專業(yè)背景的科學(xué)家進行訓(xùn)練，也是航天員選拔與訓(xùn)練的一個主要方向。

　　首位進入太空的中國航天員楊利偉介紹，我國從2018年開始選拔第三批航天員，這次選拔在數(shù)量、種類、范圍上都有所變化。不單單從空軍飛行員當(dāng)中選拔，還要面向社會的相關(guān)領(lǐng)域進行選拔，比如相關(guān)工業(yè)部門和科研院所、大學(xué)。

　　空間站任務(wù)對航天員的能力也要求更多。未來，航天員在軌駐留的時間大大延長。目前中國航天員的最長紀(jì)錄是在太空駐留1個月，將來會是3個月、6個月甚至更久。航天員的技術(shù)技能將發(fā)生很大變化。過去航天員在太空做的大部分是艙內(nèi)實驗，將來空間站建造階段，航天員大量的工作要在艙外空間進行。

　　載人航天工程航天員系統(tǒng)副總設(shè)計師黃偉芬進一步解釋，在空間站任務(wù)中，空間站艙段多、運行時間長，航天員每天需要把大量的時間用于站內(nèi)維護和管理方面，還必須參與空間站組裝、建造，進行空間站維護、維修和設(shè)備更換。同樣，空間站任務(wù)中，航天員必須完成大量的空間科學(xué)實驗、技術(shù)試驗以及有效載荷操作，學(xué)科專業(yè)眾多，跨度極大，對航天員的專業(yè)知識儲備和科學(xué)素養(yǎng)提出了極高的要求。

　　執(zhí)行過神舟十一號飛行任務(wù)的航天員陳冬說，空間站任務(wù)在軌飛行時間長，實驗項目會更多，希望自己通過加強學(xué)習(xí)，成為科研型航天員，可以獨立設(shè)計實驗，“將來在太空再去親手完成，感覺一定非常奇妙?！保ㄓ浾?余建斌 劉詩瑤）

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