2021年04月29日 12:16:38
來源：果殼
4月29日11時22分，新一代運載火箭長征五號B將中國迄今最大的航天器“天和”號核心艙送入預定軌道，標志著中國空間站時代即將開啟。
長征五號B火箭點火升空，將天和號核心艙送入軌道 | Tea-tia攝
當今最重單體艙段
所謂空間站，是一種在近地軌道上長時間運行的，可供多名航天員長期駐留工作生活、開展空間實驗的載人航天器。
人類載人航天歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過四個系列共12座空間站。1971年第一座空間站“禮炮”1號升空，質(zhì)量為18噸。半個世紀后的今天，唯一在軌運行的國際空間站總質(zhì)量達到了420噸，宛若一座太空宮殿。
1992年9月21日，中央政治局常委會批準我國載人航天工程按“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略實施：
第一步，發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開展空間應用實驗；
第二步，突破航天員出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術，發(fā)射空間實驗室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應用問題；
第三步，建造空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應用問題。
經(jīng)過前期任務的順利實施，多項關鍵技術實現(xiàn)突破。如今，“三步走”的最后一步就在眼前，神話傳說里的天宮即將成為現(xiàn)實。
建成后的天宮空間站渲染圖 | CNSA
中國未來的空間站被命名為“天宮”，將由1個核心艙 + 2個實驗艙組成，形成“T”字形結構，可以靠泊1艘貨運飛船和2艘載人飛船，如果將以上這些都算上，質(zhì)量將達到100噸左右。
空間站中最關鍵的一個組件是核心艙，被命名為“天和”。它全長16.6米，最大直徑4.2米，發(fā)射質(zhì)量為22.5噸，是我國研制的最大航天器，也是21世紀以來全球范圍內(nèi)發(fā)射的最大最重的航天器，超過了國際空間站上任意一個密閉艙段。
核心艙可分為資源艙、生活控制艙和節(jié)點艙。資源艙為空間站提供電力、燃料等必需資源。生活控制艙又分大柱段、小柱段，是航天員生活和工作的主要場所。節(jié)點艙是空間站的對接樞紐，用來連接各個艙段及飛船。
核心艙結構示意圖 | CNSA
從位置上講，核心艙位于空間站“T”形架構的主干上，以后實驗艙、載人飛船和貨運飛船都將與它連接。如果將來空間站要擴建，會將兩個核心艙相連，形成一條主軸，這種桁架式的結構也是未來空間站的發(fā)展趨勢。
從功能上講，核心艙是整個空間站的大腦，是當仁不讓的“核心”。它集成了控制系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)、廚房、衛(wèi)生間、睡眠區(qū)等。如果用三個簡潔的關鍵詞對核心艙的功能進行概況的話就是：管理、控制、生活。
天和號核心艙正樣 | CMS
四大“神器”令人驚嘆
這次發(fā)射的核心艙外形炫酷，體型碩大。然而，你是否知道它所攜帶的“神器”有哪些？
第一，電推發(fā)動機
電推發(fā)動機是一種不依賴化學燃燒就能產(chǎn)生推力的設備。它將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電能再轉(zhuǎn)化為機械能，具有比沖高、推力小、精度高、壽命長等特點。由于電推發(fā)動機不再需要使用固體或液體燃料，因而省去了很多復雜的機構，不僅能大幅減少航天器對燃料的需求，也能大幅減輕航天器的重量。
“天和”號核心艙上配置了大功率LT-100型霍爾電推系統(tǒng)，等到空間站建成后，一年只需發(fā)射一艘13噸級“天舟”貨運飛船就可以滿足燃料補給需求，而這方面國際空間站每年需要發(fā)射4艘貨運飛船。
第二，砷化鎵太陽能電池
“天和”號核心艙上使用了目前世界上最先進的三結砷化鎵太陽能電池翼。它的光電轉(zhuǎn)換效率高達50%以上，而傳統(tǒng)的晶硅電池通常只有20%左右，理論上限也只不過33%。此外，它還具有很好的耐溫性，250℃高溫也能正常工作。
在“天和”號上使用的太陽翼單側(cè)翼展為13米，而明年將發(fā)射升空的“問天”號和“夢天”號兩個實驗艙的太陽翼單側(cè)翼展將達到30米！屆時，“天宮”號空間站的供電能力將達到100千瓦，而體量是“天宮”號4倍的國際空間站只能提供80余千瓦電量，而且還必須外掛散熱片。
正在接受光照測試的砷化鎵柔性太陽能電池翼
第三，機械臂
“天和”號上還裝備了一只強大有力的“手臂”——長約10米的七自由度機械臂，包含2根臂桿、2個末端作用器、2臺手眼相機和2臺肘部相機。它能夠在太空中輕松抓取重達25噸的物體，真實模擬人的手臂靈活轉(zhuǎn)動，將物體運送至空間站外部的任何位置。它甚至還能通過選擇合適的轉(zhuǎn)位基座實現(xiàn)艙外爬行。
機械臂的主要功能包括空間站艙段轉(zhuǎn)位與輔助對接、懸停飛行器捕獲與輔助對接、支持航天員出艙活動、艙外各類負載搬運、艙外狀態(tài)監(jiān)視檢查、艙外設備安裝、更換或維修等。
機械臂是空間站的核心技術之一，當今世界上只有極個別的國家掌握。比如目前國際空間站上使用的是加拿大斯巴宇航公司生產(chǎn)的第二代空間站遙控機械臂系統(tǒng)，俗稱“加拿大臂2”。加拿大也因這項重要貢獻獲得了國際空間站3%的使用權。
國際空間站上的“加拿大臂2” | NASA
第四，節(jié)點艙
節(jié)點艙是組件多艙體空間站的重要部件之一，有了它，空間站才能像搭積木一樣越建越大。雖說它是空間站的“標配”，但“天和”上的節(jié)點艙卻有著獨到之處。
它作為核心艙的一部分，是最早進入太空的艙段之一。它像立方體一樣提供了前、后、左、右、上、下六個方向的接口，其中前向接口與生活控制艙相連，左右兩個方向?qū)ｉT用于“問天”和“夢天”兩個實驗艙的停泊，軸向?qū)涌诤蛯Φ胤较驅(qū)涌谥饕糜陲w船的對接或停泊。
天和號節(jié)點艙，正前方的即為軸向?qū)涌?/p>
節(jié)點艙所有的對接口將同時適配“神舟”載人飛船和“天舟”貨運飛船。加之核心艙的資源艙一側(cè)也有一個對接口，這樣就可以同時?？?艘飛船，至于是載人還是貨運，理論上講可隨意搭配，具有很大的靈活性。
另外還剩一個對天方向的通道，并非對接口，而是出艙口。這是為便于航天員在空間站初建階段進行出艙活動而專門設計的。因此，節(jié)點艙還充當了氣閘艙的作用，真是“一專多能”。
天和號節(jié)點艙，有護欄的為航天員出艙口 | 中國航天科技集團
未來天宮驚喜多多
與航天強國相比，中國空間站的建設起步較晚。從時間上看，比“禮炮”1號晚了50年，比“和平”號晚了35年；從規(guī)模上看，“天宮”也遠比不上國際空間站。但是，它也具備自己顯著的優(yōu)勢和特點。
首先，充分利用最新技術
在“天宮”號空間站上集中體現(xiàn)了近20年來能源技術、材料技術、空間探測技術、再生生保技術、科學研究設備等諸多領域的最新成果。雖然我們起步晚，但是起點很高。
其次，獨立研發(fā)標準統(tǒng)一
國際空間站有16個國家參與建設，但是各國產(chǎn)品并未完全統(tǒng)一標準，例如美國NASA、美國SpaceX（龍飛船）、俄羅斯、歐盟等艙段對接口的制式都不相同，必須改裝或加裝轉(zhuǎn)接口才能相互連接；實驗室的標準也不盡相同，各做各的。
由于“天宮”號空間站完全由中國自主研發(fā)，有著更好的標準化設計，減少了不必要的浪費。
天宮號空間站整體結構 | POCKN
第三，科學實驗覆蓋全面
“天宮”號空間站目前的設計方案與幾年前有著巨大的變化，這是因為在論證及研發(fā)過程中，充分考慮了各方面的需求，尤其是科學家的需求。
天宮空間站在110m3的密封艙內(nèi)規(guī)劃設計了16個專用科學實驗柜和7個具有空置空間的實驗柜，另外還有3個艙外暴露實驗裝置，覆蓋了包括微重力流體物理與燃燒科學、空間生命科學與生物技術等在內(nèi)的11個空間科學與應用研究方向。
雖然國際空間站上有31個科學實驗柜，它擁有可居住容積達388m3，如果比較單位體積實驗柜的數(shù)量的話，天宮號是國際空間站的2.6倍。
第四，國際合作大國擔當
國際空間站雖有“國際”之名，但實際上只有參與建設的16個國家可以“玩”。即便如此，這幾個國家所享有的使用時間和使用空間也極不均衡。
中國空間站更顯大國擔當，首次明確向所有聯(lián)合國成員開放。目前已有來自17個國家的9個科研項目成功入選天宮空間站首批合作清單。
中國空間站建造時間表 | 微博用戶@Vony7
中國空間站之所以引發(fā)強烈關注，是因為從規(guī)劃中我們已經(jīng)看到了嚴謹、科學和自信，知道它必然超越前輩。
雖然“天和”號核心艙只是空間站的第一個組件，后續(xù)還有大量的實驗任務，但過去的30年歷程告訴我們，中國載人航天正是這樣步履穩(wěn)健地實現(xiàn)一個又一個目標的。
中國天宮，未來可期！
聯(lián)系客服
