中国航天未来展望:建造轨道空间站,实现登月

头条推送科普中国头条创作与推送项目头条创作与推送2016-10-17 16:29
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神舟11号成功发射后标志着中国已经进入空间实验室的运营,两名航天员长达1个月的在轨停留接近美国宇航局1970年代天空实验室时期的任务要求。先从空间实验室起步,然后在此基础上组装空间站,这也是美苏成功的经验。但是也有曲折的地方,比如美国在天空实验室之后研制了航天飞机,苏俄则继续推进空间站,最终苏俄建成了和平号空间站,而美国的航天飞机只成功了一半。毕竟航天飞机的重复使用性太差,最后弄成每一次发射都需要准备另一架航天飞机待命时刻准备救援。于是美国宇航局转而发展苏俄的飞船系统,但仍然需要肯定的是,如果没有航天飞机,国际空间站还真没法建成。

中国航天未来展望:建造轨道空间站,实现登月

建立永久性的空间实验室

中国的载人航天以三步走战略推进,第一步是发展无人和载人飞船,神舟五号之后基本确定该阶段完成。第二步是突破载人航天的关键技术,比如航天员进入轨道后需要舱外行走、需要手动、自动控制与目标飞行器对接、以及多人多天在轨支持。这一步在神舟六号之后基本开始执行,目前天宫一号(微博)和天宫二号任务都成功实现,神舟11号对接后暗示第二步战略基本进入尾声。第三步是建立永久性的空间实验室,这就是需要有科学家进入轨道,因为航天员的专长不是做实验,而是控制飞船,空间实验室要发挥出效果就要各个领域的专家进入太空,由科学家们去主导空间实验。

天宫二号的任务已经接近空间实验室的筹备,两名航天员要停留一个月的时间,验证多人多天的轨道支持方案。一旦航天员形成长期在轨停留,这样才能让科学家进入轨道,前者负责操控飞船,后者开展空间科学实验,由此形成的体系才算是空间实验室。美国宇航局在1970年代的天空实验室任务期间还仍然使用宇航员作为科学实验的主力,但是到了国际空间站任务期间,已经实现了让科学家进入轨道,比如今年7月初升空的联盟飞船就携带了分子生物学家凯特,完成了第一次太空中DNA测序。

100吨级空间站

天宫二号作为空间实验室雏形的倾向已经十分明显,在逐渐验证多种轨道技术、生命保障体系之后,空间站的建造才算开始。天宫二号的质量为8.6吨,这个吨位还不及空间站核心舱,但是空间站的核心舱的制造需要建立在天宫系统飞行器上。根据中国的空间站建造方案,由三个核心构成,分别是核心舱、实验室I和实验舱II。三个舱的质量达到60吨以上,然后在这个基础上对接两艘载人飞船和一艘货运飞船,形成一个100吨左右的空间站。从结构上看,与苏俄的和平号空间站相似,但并非国际空间站的桁架结构。

事实上100吨级的空间站算是一个迷你的轨道建筑,也是空间站范畴中小而精的结构,核心舱必须有,外接两个实验舱算是最低配置,和平号除了核心舱模块之外,还有量子1号、量子2号、光谱号、晶体号、自然号等功能舱,整个系统在120吨以上,可对接多艘航天器。1995年航天飞机与和平号空间站对接后系统全重也增加在200吨以上,目前国际空间站的总质量为400吨左右。

未来展望:建造轨道空间站,实现登月

中国建成空间站的时间大约在2020年前后,这个时候国际空间站仍然在轨运行。根据国际空间站15年的寿命,大约2024年至2025年,但这并不代表国际空间站一旦寿命就坠入大气层烧掉。美国宇航局很可能会延长国际空间站的运行时间,毕竟和平号当初的设计寿命仅为5年,之后运行了15年之久,国际空间站的设计寿命是15至20年,只要美国宇航局解决钱的问题,国际空间站就能继续运营下去。事实上轨道上保持两座空间站对人类而言是个好事,至少存在了对接合作的可能性,从外空和平的角度看,空间站是个不错的平台。

但是到了2025年之后,轨道上可能会更加热闹,那些私人航天企业也准备建造轨道空间站,甚至还要实现登月。诸如谷歌X大奖这样的计划就是让私人航天企业发射月球探测器,在月球表面行走并传回图像。随着航天科技的成熟,许多原来只有国家行为才能实现的火箭发射、空间站运营开始向私人化方向转变,他们有更低的发射单价、更成熟的管理体系,将是轨道上的又一匹黑马,中国需要有针对性的规划。(资料来源:《知识就是力量》杂志社)

专家:川陀太空团队研究员,载人航天与天文科普专家

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