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天宫空间站蓄势待发,核心舱却冠名“试验”,这是为什么?

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  近日,巴丹吉林沙漠边缘那片航天人战天斗地大半个世纪的戈壁滩迎来了久违的贵客,东风航天城为迎接长征2F遥十二运载火箭的到来举行了盛大欢迎仪式,与此同时神舟十二号载人飞船也已经运抵发射场区。至此,天宫空间站首发阵容全部到位。

  

  长征2F遥十二运载火箭进场

  根据规划,天宫空间站一期工程任务划分为三大阶段,分别是“关键技术验证阶段”、“建造阶段”、“运营阶段”,除运营阶段外总计安排12次发射任务,具体如下:

  关键技术验证阶段6次发射:①长征5B遥一、②长征5B遥二/天和一号、③长征七号遥三/天舟二号、④长征2F遥十二/神舟十二号、⑤长征七号遥四/天舟三号、⑥长征2F遥十三/神舟十三号。

  

  东风航天城热烈欢迎长征2F遥十二进场

  建造阶段:⑦长征5B遥三/问天号、⑧长征七号遥五/天舟四号、⑨长征2F遥十四/神舟十四号、⑩长征5B遥四/梦天号、长征七号遥六/天舟五号、长征2F遥十五/神舟十五号。

  长征5B遥一已于去年5月5日成功发射,旨在验证该型火箭的25吨级近地轨道运载能力,发射任务取得圆满成功,搭乘该枚火箭升空旨在服务载人登月用途的新一代载人飞船试验船也高标准地完成了首飞任务。

  

  长征5B火箭的超长尺寸整流罩

  关键技术验证阶段余下五次发射任务将在接下来不到一年时间里实施完毕,第2至4次发射即为天宫空间站首发阵容,当前它们正在酒泉与文昌两座航天发射场同时进行发射前准备工作。

  从“关键技术验证”与“建造”两大阶段发射任务看,天宫空间站一期工程有且只有一个核心舱,但官方对天和一号的任务定位却是“试验核心舱”,难道我们还有其他的核心舱?

  

  试验核心舱

  这个问题的答案不是非黑即白,早在八年多前载人航天工程总师周建平就已经披露在“关键技术验证阶段”试验核心舱的作用是验证航天员长期驻留、再生生保、柔性太阳电池翼、组合体控制、航天员出舱行走、交会对接等一系列关键技术能力,并针对上述任务完成情况进行评估。

  如果试验核心舱经在轨验证表现良好则直接在轨转正为正式核心舱,如果出现无法满足评估条件的情况则根据问题进行完善升级,另起炉灶再发射新的备份核心舱。

  

  初样核心舱参与长征5B火箭全箭模态试验

  天宫空间站是载人航天工程三步走战略的最后一步,有着高安全高可靠的任务要求,一旦建成就要投入运行长达十五年甚至更长时间,容不得半点麻痹大意。

  除了高安全高可靠,天和一号核心舱超越国际空间站任一舱段的技术水平也创造了人类载人航天器的新高度。它不仅是空间站的控制中枢,还有服务航天员出舱行走的气闸舱,有用于频繁对接来访航天器的节点舱,以及大型空间机械臂,多功能集成程度刷新了人类载人航天器的新纪录,是居于载人航天领域金字塔塔尖地位的超级装备。

  

  对接节点舱兼气闸舱

  谈到“试验核心舱”就不得不提到载人航天工程二步走计划中消失的“天宫三号空间实验室”,同时,我们回顾神舟号载人飞船发射记录可知,当前即将飞天的神舟十二号与上一次神舟十一号载人飞船任务中间足足停顿了四年多时间,这又是为什么?

  在载人航天工程一步走计划中我们发射了四艘神舟无人飞船与一艘有人飞船,航天员杨利伟搭乘神舟五号成功飞天标志着载人天地往返能力的零突破。

  

  神舟五号载人飞船

  载人航天工程第二步计划分为两大阶段,第一阶段是神舟六号与神舟七号,分别掌握了多人多天飞行能力与航天员出舱行走能力。第二阶段就是以天宫一号为目标飞行器,连续发射神舟八号、神舟九号、神舟十号,掌握无人与有人空间交会对接技术,并以此能力为基础发展空间实验室。

  按照原计划,天宫二号基于天宫一号备份产品进行升级,对接口数量由1个增加至2个(实际发射的天宫二号为单对接口),因此可以具备更强的扩展能力,但并不具备燃料在轨补加能力,距离真正的空间实验室尚有一定的差距。

  

  天宫一号目标飞行器

  因此在原计划中天宫二号的任务定位是“试验空间实验室”,这一点倒是与关键技术验证阶段的天和一号试验核心舱非常相似,在这里我们首先要理清“试验”与“实验”两个词语的含义。

  “试验”是指用来检验已经存在的事物,而“实验”则是指为了检验某种科学理论或假设,而从事某种操作或者活动。具体到航天领域,试验是为了检验航天器的实际性能,而实验则是具体的科研工作任务。

  

  长征七号运载火箭助推器吊装

  原计划天宫二号也是为天宫三号打基础验证相关技术能力,天宫三号将依托新型火箭长征七号14吨级近地轨道大运载能力,发展规模更大的空间实验室,它同样配置有双对接口,具备货运飞船燃料在轨补加能力。

  意味着天宫三号可以同时对接一艘载人飞船与一艘货运飞船或载人飞船,航天员乘组可以实现在轨轮换,进而形成连续驻人能力。同时基于更大的13吨舱体规模能够搭载更多的科学实验载荷,意味着它是一款真正可以干活的空间实验室,总体性能可以与礼炮7号第二代空间站比肩。

  然而最终的事实是我们并没有看到天宫三号,这是为什么呢?

  

  天宫二号空间实验室

  因为付诸实施的天宫二号改变了原有设计,它将天宫三号的空间实验室功能合并到了自己身上。景海鹏与陈冬两名航天员搭乘神舟十一号与天宫二号对接,在太空整整驻留了一个月,因而验证了中期在轨驻留能力,随后天舟一号货运飞船与天宫二号再次对接,又验证了燃料在轨补加、快速交会对接、空间机动等一系列核心技术能力。

  

  航天员景海鹏与陈冬在天宫二号

  那么,天宫三号为什么取消,并要将一系列新技术验证任务嫁接于天宫二号呢?道理非常浅显,就是为了集中力量办大事,如此一来我们不仅节省了天宫三号的研发费用,同时也省去了与之配套对接的载人飞船与货运飞船的生产与发射成本。

  节省出的资源可以全部倾注于天宫空间站工程,要知道载人航天工程三步走计划中的前两步都是打怪升级的过程,而不是目的,我们的目的是自二十八年前载人航天工程立项伊始就已经明确,就是要建成长期有人照料的空间站,并投入实际应用,也就是我们常说的“载人为建站,建站为应用”。

  

  神舟九号与天宫一号目标飞行器对接

  每每谈及我国航天领域的发展,“保守”是不少人经常脱口而出的形容词,而实际上我们与保守一词不仅不沾边,反而在目标设定与技术追求上常常显得更为“激进”。

  仅以规模来看,天宫二号空间实验室组合体最大规模不过20吨级,而当前正在建设的天宫空间站仅一期工程最大规模就超过了110吨,后者是前者的5倍有余。

  

  天舟一号货运飞船与天宫二号对接

  只看规模“激进”当然是肤浅的,天宫空间站在技术追求上的“激进”才是经典案例,这座百吨级规模空间站得益于优异的空间利用率,以及科研机柜小型化制造水平的提升,凭借百吨级身板竟然拥有与400吨级国际空间站等量齐观的科研机柜规模。

  

  天宫空间站效果图

  天宫空间站还创新了积木 短桁架式结构,并在此基础上率先应用光电转换效率最高的柔性砷化镓太阳能电池,发供电能力再次反超国际空间站。在轨道控制上又率先应用电推发动机,同时又独具匠心地设计了与天宫空间站共轨运行的巡天光学舱,它拥有与哈勃空间望远镜同等量级的分辨率,同时视场角大300倍,在需要维修时直接与空间站对接,由航天员进行出舱维修,反观哈勃每一次维修都需要发射成本高昂的航天飞机。

  

  巡天光学舱

  诸多新技术的应用,加上天宫空间站二期拓展工程,使得它完全有能力取代国际空间站,进而成为新一代国际空间站。

  

  天和核心舱

  宛若天鹅一般高贵的天宫空间站曾经也是一只丑小鸭,早期天宫方案只是一个20吨级大核心舱加两个对接口,别说超越国际空间站,就连已经陨落太平洋的和平号都难以比肩,顶多可以算是一个大号的礼炮7号。

  然而随着国力迅速提升,航天应用需求也是急速膨胀,由此产生的效应就是航天产业链的升级换代,我们现在是要钱有钱、要人有人、要技术有技术,在这样一个背景下20吨级空间站显然不合时宜,天宫空间站遂更改为三舱结构,但这还没有完,航天人并不满足于此,于是后来就有了三舱布局 共轨巡天光学舱 二期拓展的新方案。

  

  天宫空间站二期拓展方案

  也正因为技术跨度巨大,这才有了天宫空间站关键技术验证阶段的任务布局。

  类似跨度巨大的案例近年来对于我们而言也是不胜枚举,比如一举跨过大洋彼岸近半世纪探火历程,旨在一步实现绕落巡火星的天问一号探测器,还有去年连续完成11个高难度动作的嫦娥五号无人月球采样返回任务。

  

  嫦娥五号上升器月面起飞

  回想过去的漫长岁月,西方世界的人们每天都可以接收到国际空间站的发展动态,而我们只有羡慕的份,但我们深知“临渊羡鱼不如退而结网”,今年天宫空间站关键技术验证阶段完工之时,我们将看到由天和一号核心舱、一艘天舟货运飞船、两艘神舟载人飞船组成的50吨级太空组合体,届时最多将有6名航天员身居其中。

  

  大屏幕背景即关键技术验证阶段天宫构型

  这样一个大型载人组合体对于我国而言是太空新时代的开端,对于人类而言这是时隔近二十年再次同时拥有两座具备连续载人能力的大型空间站。天宫的荣耀不仅属于中国,更属于全人类,它是在浩瀚太空构建人类命运共同体的新选择。

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