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中国空间站:天宫“筑家”

原创
太空 和平号空间站
中国航天报

随着神舟十四号载人飞船发射成功,中国空间站建设也从关键技术验证阶段转入在轨建造阶段。

中国天宫空间站模拟图(照片来源:中国载人航天办)

1971年4月19日,世界上第一个空间站——苏联“礼炮1号”进入太空,从那时起人类在太空中便有了可以栖身的住所。空间站从诞生之初到如今已经有超过50年的发展历史。

在这50年里,空间站不断发展迭代,内部空间越来越大,发电量越来越大,功能越来越丰富,技术也越来越先进,成为了人类进行科学研究、探索太空的前哨站。从构型上来看,空间站从礼炮系列那样的单体空间站,发展到像和平号那样的大型模块化空间站,再到国际空间站这样重量超过400吨的庞然大物,可以说,空间站发展的历程就是人类航天技术发展的一个缩影。

我国分别在2011年和2016年发射了天宫一号目标飞行器和天宫二号空间实验室,为建造真正的空间站奠定了坚实的基础。在它们的生命周期中,我国验证了大量与空间站建设相关的关键技术。空间交互对接、推进剂补给等实验,为中国空间站的建造和运营积累了宝贵经验,奠定了坚实基础。而2022年,中国空间站将建设完成,成为目前人类在太空“唯二”的家园。

T字形结构

中国空间站目前规划的构型总体上可以分为三个部分,即一个核心舱和两个实验舱。在运营过程中,空间站组合体的最大重量可以超过100吨。“问天”和“梦天”两个实验舱对接在“天和”核心舱前端球形对接端口的左右两端,组成T字构型。两个实验舱与核心舱节点舱对接后,还剩两个端口和核心舱的后端端口可以对接神舟载人飞船和天舟号货运飞船。

核心舱中部自带有一对高性能柔性砷化镓太阳翼,而在两个实验舱的末端桁架上也各带有一对更长的柔性太阳翼。单个太阳翼完全展开的长度将近30米,它们在部署后可以为空间站组合体提供极为充足的电力。当两个实验舱对接完毕后,核心舱的太阳翼将会被航天员们移到实验舱的两端,让每一个太阳翼都能发挥最大的效能。

天和核心舱

空间站的核心舱最早在苏联和平号空间站上出现,结构大体上可以分为节点舱、小柱段和大柱段。天和核心舱本体截至目前是中国航天打造的最重载荷,重量超过了22吨。

天和核心舱

天和核心舱是中国空间站的中枢,也可以说是空间站的大脑。它是整个空间站的控制大厅,用于统一控制和管理空间站组合体,控制机械臂,为提供航天员生活和工作的场所,同时支持开展科学研究项目。天和核心舱的居住条件与过去所有空间站甚至国际空间站相比都相当优越。核心舱有三个卧室、一个厕所和一个包裹式淋浴间,每一个卧室的空间都相当大,且每一个卧室都有一扇窗户,随时可以看见太空的美景。并且中国空间站卧室在设计之初就对噪声和振动进行了严格管理,控制标准比国际空间站上的更加严格,最大程度保证了航天员的身心健康和睡眠质量。

天和核心舱还担负着一个重要使命,即为空间站进行升轨操作。空间站运行在340千米到450千米之间的近地轨道,在这个高度里仍然存在极为稀薄的大气阻力,在持续的绕轨飞行中庞大的空间站会逐渐丢失高度,如果不进行升轨操作,空间站迟早会重返大气层。天和核心舱上的发动机会在必要时点燃,抬升中国空间站的轨道,保障空间站的安全,而核心舱上还有若干调姿发动机,可以在必要时调整空间站的姿态。

天和核心舱上有3个专业科学实验机柜:无容器材料实验柜、医学样本分析和高微重力科学实验柜及人系统研究机柜。航天员生存所必需的制氧设备和废物处理装置等系统,用于加热食物和处理复水食物的设备也在核心舱内。人体在太空中长时间驻留时如果不进行一定程度的运动,会导致骨质疏松和肌肉萎缩等后果,在核心舱内安装有自行车、跑步机来帮助航天员们进行锻炼。

问天和梦天实验舱

问天实验舱将是中国空间站迎来的第一个实验舱,长度17.9米,最大直径4.2米,重约20吨。其内部包含了四个实验机柜:生命生态实验柜、生物技术实验柜、变重力科学实验柜、科学手套箱兼低温储物柜。其主要任务是开展舱内舱外的空间科学实验和技术实验;问天舱内还有三个卧室和一个厕所,作为航天员的工作生活和应急避难场所,在乘员轮换期间,与核心舱共同承担六位航天员的生活起居。问天实验舱上有核心舱部分关键平台功能,在需要时可以执行空间站的管理和控制。问天实验舱还可以为中国空间站提供一个专门用来进行太空行走的气闸舱。目前中国空间站上所使用的气闸舱是由球形对接端口兼职的,使用时必须关闭球形对接端口和小柱段之间的密封门,太空行走需要的航天服目前也储存在端口内,使用起来并不方便。这个问题将在问天实验舱发射后得到解决。

问天实验舱

问天实验舱发射时还会再携带一个小型机械臂上天,与目前在核心舱上已经进入工作状态的机械臂配合,若两个机械臂合体,则这个长组合机械臂的长度将会达到约15米。“问天”和“梦天”还各有一个用于转位的小机械臂。

问天实验舱和梦天实验舱的外部还有可以放置实验设备和物体的暴露平台,配置了多个标准载荷接口或大型载荷挂点,可用于挂载各种实验仪器和载荷,开展天文观测、地球观测、空间材料科学、空间生物学等多种类型的暴露实验或应用技术试验。

而梦天实验舱将是中国空间站迎来的第二个实验舱,长度17.9米,最大直径4.2米,重约20吨。其内部包含了九个实验机柜:流体物理实验柜、两相系统实验柜、燃烧科学实验柜、高温材料科学实验柜、超冷原子物理实验柜、在线维修装调操作柜、航天基础试验机柜、高精度时频实验柜。“梦天”的主要任务与“问天”基本一样,“梦天”也有一个气闸舱,不过“梦天”的气闸舱是专门用于载荷和货物的舱外试验项目的。

中国空间站是中国载人航天工程开展近30年来,所有中国航天人的心血结晶。可以说,从应用技术的先进性到人员居住的舒适度,中国空间站在各方面都处于世界领先水平。中国空间站将至少在轨运行10年,并将通过不断地在轨维护延续寿命,就像如今的国际空间站一样。空间站建造完成后,扩建工作还会继续开展,其中包括将于明年发射巡天望远镜,后续还有更多的建设步骤。未来中国空间站将会变得更大、更完善,为人类文明和技术进步做出更大贡献。

评论
无限探索者
少师级
一代代航天人前赴后继、砥砺奋进,终于一步步实现了这样一个太空梦想,点亮了太空中这颗闪耀的星星。
2022-08-22
无限探索者
少师级
中国空间站必将成为超越地球纽带的共同家园,成为世界各国合作探索宇宙的前哨。
2022-08-22
热爱科普的俊哥
进士级
我国空间站的建设必将成为超越地球纽带的共同家园,成为世界各国合作探索宇宙的前哨。
2022-08-22