中国空间站有(you)多大(中国空间站有多大,可以住多少人)
前不久(jiu),央视在一个对话航(hang)天人的节目中有这样一段交流(liu),空间技术研究院的一位(wei)年轻人说,梦想是看着中国的空间(jian)站和月球的空间站共同在太空(kong)中稳定运行。另一位航天人(ren)则说,载人登月可能是(shi)一个小目标,在我们有(you)生之年,能够看到我们中国的航天员在(zai)火星上着陆。
38万公里外(wai)的月球再建一座空间站?
载人登月是(shi)小目标
独拥(yong)一座空间站还不满足,载人登月也只(zhi)是小目标,为什么我们的航天人(ren)如今可以如此凡尔赛?
因为中国航天也(ye)从必然王国进入到了自由王国。航空领域的J-20战斗机总师杨伟说(shuo),所谓“必然王国”就是别(bie)人干啥,我们跟着干,那个(ge)时候我们跟着就(jiu)很起劲,而现在“自由王国”,对不(bu)起,是我们想怎么干(gan),我们怎么干。
我国航天在必然(ran)王国时代,只用了先发国家一半的(de)时间便独立建成了近百吨(dun)级具有世界先进水平的大型载(zai)人空间站,与之配套的有(you)载人/载货天地往返运输系统、具备连续覆盖能力的大型地基/天基测控系统,以及服务空间(jian)站建设与运营的各类基础设(she)施,还有庞大的人才队伍。
中国空间站舱外(wai)摄影
在深空探测领(ling)域,以探月工程为代表,不仅实现(xian)了月球探测的绕落回,还代表人类首次(ci)拓荒月背探测,目前(qian)玉兔二号月球车与嫦娥四号(hao)着陆器已经在月(yue)球背面稳定运行超过四年时间,该工程(cheng)首创的基于机器视觉理念(nian)的高可靠高安全登月技术也(ye)应用在了我国首次火星登陆任务中,助力天问一号完美实现火星探(tan)测的绕落巡。
嫦娥四号登月避(bi)障
嫦(chang)娥四号着陆器在月(yue)球背面
玉兔二号月球车在月球(qiu)背面
分离相机拍摄(she)的祝融号与着陆平台在火星乌托(tuo)邦平原的合影
实际上,嫦娥四号(hao)与天问一号就已经展现(xian)出了航天自由王国的气息。
接下(xia)来,进入自由王国阶段的我国航天(tian)还有很多事要做,近百吨级(ji)的空间站对照旺盛的(de)空间实验需求而(er)言,还是有些不够用(yong),怎么办?
正在国博开展的载人航天工程(cheng)三十年成就展给出了新答案,我们计(ji)划发射一个拥有6个(ge)对接口的大型多功能节点舱,该舱与(yu)空间站对接后可提供5个对接口(kou)用于对接来访航天器,网友(you)们期待的干字形100构型有望梦想照(zhao)进现实,届时空间站在轨(gui)支持能力将直接增大一(yi)倍。
大型多功能(neng)节点舱
多功能节(jie)点舱对接空间站后的构型
除了持(chi)续扩大规模,航天人还创造性地提出(chu)了多个伴飞舱的设计方案。
空间站的多个伴飞(fei)舱设计
伴飞舱平(ping)时可以单独自主进行(xing)科学实验工作,需要补加燃(ran)料或者维护维修时,再自(zi)主对接到空间站上去。这(zhe)就避免了必须常态化对接在一个(ge)组合体上而导致的各舱(cang)段之间的干涉问题,比如光照遮挡。伴飞舱段第一个案(an)例就是巡天光学舱(cang),未来这种运行模式的舱(cang)段可以有N个。
载人登(deng)月在过去看来是多么高(gao)不可攀的终极目标,但就像那位航(hang)天人说的那样,这只是我们的一个小目(mu)标。
我们并不把载人登月作为终(zhong)极目标,因为这项任务所解决的问(wen)题是“载人地月空间往返”,就是(shi)航天员如何去月球,又如何从月球返(fan)回的能力问题,如(ru)同我们发展神舟(zhou)飞船,是为了解决人员在空(kong)间站与地面之间的往返需求。
嫦娥五号T1试验器拍(pai)摄的地月合影
掌握地月空间(jian)载人往返能力后,接下来就是(shi)解决人员在月球表面长期驻留的能力问(wen)题,目前我们正在对这一需求进(jin)行科研攻关。
就像(xiang)那位青年航天人描绘的(de)那样,我们并不满足于只拥有一座近地(di)轨道载人空间站,我们的目标应当是(shi)同时拥有近地轨道空间站与38万公里(li)外的月球轨道空间站,后者(zhe)可以作为月面航天(tian)员的中转与保障(zhang)基地,也是可重复使用月面(mian)着陆器的燃料补给站,从而保障航天(tian)员长驻月球目标的实现。
嫦娥五号轨(gui)道器目前正在环月大幅(fu)值逆行轨道,此任务可为未来月轨空(kong)间站的部署探路。
将来具备(bei)重复使用功能的月面着陆器可往返于(yu)月轨空间站与月面科研(yan)站,只需补加燃料即(ji)可重复使用,这样一来就(jiu)不需要像阿波罗飞船那样,每(mei)次发射都要带上成本高昂的一次性月面(mian)着陆器。
载人月球探测工(gong)程运营成本大幅降低(di)是人类技术进步的必然。
“载人登(deng)月只是一个小目标”,这是大话(hua)吗?当然不是,应该说这是“水到渠成”。
将近三年前,CZ-5B遥一火箭就成功(gong)发射了旨在服务载人登(deng)月任务的“新一代(dai)载人飞船试验船”,该飞船返回(hui)舱最终成功抵御近第二(er)宇宙速度再入地球大气层的热流烧蚀,并以无损状态垂直着陆于预定着陆场,着陆精度按照参试人员的评价,那是比命中十环靶心还要高的“10.8环”。
新一代载人飞船(chuan)试验船
该飞船返回舱为了回收复用价值最大(da)化,将原本置于推进舱的高价(jia)值设备尽可能地集成在(zai)了返回舱;针对月地再入返(fan)回的高热流烧蚀(shi)问题,又应用了具有国际领(ling)先水平的轻质碳基微烧蚀防(fang)热材料;为了进一步(bu)提高着陆精度,又创新了自适应预测校(xiao)正制导技术,该(gai)技术还应用在了天问一号的(de)火星登陆任务中;为了降低着陆(lu)缓冲的冲击力以实(shi)现重复使用,开发了群(qun)伞+气囊缓冲的(de)着陆装备。
集成如此众多高新技术(shu)的返回舱内部可居住空间还(hai)相当大,达到了13立方米,是目前(qian)全球范围内已经进入太空的一系列(lie)新飞船中,内部可居住空间最大的(de)飞船返回舱。
右侧货架可拆(chai)
但是,我(wo)们还没有满足,并正(zheng)在持续优化设计方案。
载人航天工程三(san)十年成就展亮相的新(xin)一代载人飞船模型表明,优(you)化设计后返回舱最大直径数据进一步(bu)放大,内部可居住空间有望(wang)进一步扩大。这样一来就更利(li)于航天员的长时间(jian)太空旅行。在返回舱里(li),不仅有独立卫生间,甚(shen)至还有专门用于(yu)就餐娱乐的专属区(qu)域。
优化设计的“新一代(dai)载人飞船(模型)”与“新一代载人(ren)飞船试验船(实物)”对比(bi)
新(xin)一代载人飞船在轨效果图
新一代载人飞(fei)船太阳翼采用二次展开设计
新一代载人飞(fei)船推返分离效果图
与“新一代载人飞(fei)船”同步亮相的还有首次亮相的(de)“月面着陆器”,而这款(kuan)着陆器预示着我们已经形成具有我国特(te)色的载人登月方案。
月面着陆器由推进舱(cang)与登月舱两部分组成,这(zhe)与阿波罗登月舱的上升级与下降(jiang)级结构完全不同。
月面着陆器(上(shang)半部分是登月舱,下半部分是推进舱(cang))
“月面(mian)着陆器”与“新一代载人飞船(chuan)”是分开各自独立发射,前者也需要近月制动(dong)从而进入环月轨道,推(tui)进舱就承担了这部分任务,但这并不(bu)是任务的全部。
月面(mian)着陆器与新一代载(zai)人飞船在月球轨道对接(jie)会和后,航天员从飞船(chuan)转移至月面着陆器(qi),之后分离,执行登月任务,月面(mian)着陆器的推进舱在登月过程中还将(jiang)充分利用自身携带的大量燃料(liao)承担大部分的动力减速任务,在速度(du)大幅消减之后推进舱再与登月舱分离,登月舱独自进行月面软着(zhe)陆,该舱配置的下降动力正是久经战阵(zhen)的4台7500N变推力(li)发动机,该型动力及其衍生型号已经(jing)成功执行嫦娥三号、嫦娥(e)四号、嫦娥五号、天(tian)问一号总计4次地外天体软着陆(lu)任务。
月(yue)面着陆器推进舱配置的8吨级(ji)轨控发动机
月面着陆器登月舱配置的7500N变推力发动机
登月舱既是下降级,也(ye)是上升级,推进舱承担大部分动力减速(su)任务就是为登月舱在下降过程中节省燃(ran)料,以保障登月舱在月面起飞上升过(guo)程中有充足的燃料。该登(deng)月舱也可以为日后发展具备重复使用(yong)功能的月面着陆器探(tan)路。
登月舱携航天员(yuan)月面起飞后与载人飞船在月轨对接(jie)
为了降低发射质量,登月舱配置的是轻(qing)质圆形太阳翼,另(ling)外还有一辆折叠(die)式载人月球车,可以帮助航天员扩大在(zai)月面的探测作业半径。
登月舱
可展开的圆(yuan)形太阳翼
航天员出舱舱门与登月梯
折叠式载人月球车
月球车展开后载人效果(guo)图
目前,配(pei)套新一代载人飞船与月面着陆(lu)器的“CZ-10运载火(huo)箭”也进入到了全面研(yan)制的新阶段,预计到2027年可具备首飞条件,相信(xin)我们不会浪费该火箭首飞(fei)搭载机会,就如同CZ-5B遥一火(huo)箭那样。
届时就可以(yi)发射不载人但具备载人条件的(de)新一代载人飞船至月球轨(gui)道,进一步验证载人登月任务能力(li)。这次任务一旦完成,距离(li)真正的载人登月也就(jiu)只有一步之遥了。
CZ-10(新一代载人运载火(huo)箭)
CZ-10运(yun)载火箭也可以用于部署月球轨道(dao)空间站舱段,在这款火箭的支持下,比天和一号核心舱更大更重的舱段都可(ke)以直接进入地月转移轨道。
加上月球轨道空间站,我们事实上(shang)未来将有至少三座空(kong)间站,分别是近地轨道载人(ren)空间站、月球轨道空间站、月面科研站。
月面(mian)科研站
月面科研站基本(ben)型目前已经确定实施,就是嫦娥六(liu)号、嫦娥七号、嫦娥八号,尤其是后两(liang)个任务,将拓展定点登月能力,这与此(ci)前登月任务主要解决成功率(lu)需求不同,届时我们可以在月球表(biao)面实现指哪落哪,这对于(yu)建立多个航天器集合的月(yue)面科研站而言是至(zhi)关重要的一项技术能力。
除此之外我们还将获得分(fen)辨率更高的全月图、矿物分布图等遥感(gan)数据产品,有望在月球南极原(yuan)位探测水冰资源,对于月球探测,乃至整个深(shen)空探测而言,这一资源的发现与开(kai)发将是具有战略价值的。
载人月(yue)球探测为什么是水到渠成?说白了,这(zhe)就是“载人航天(tian)”与“嫦娥探月”两大工程持续向纵深(shen)推进在月面表面的大会师。
在可预见的未(wei)来,我们将同步实施近地轨道与月(yue)球的载人探测,而在更长远的未来,预计我们将同步(bu)实施“月球”与“火星(xing)”两个地外天体的载人探测任(ren)务,“多星球物种”这个名(ming)字听起来挺不错,就看谁可(ke)以将其付诸实践。
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