欧华导航:天宫二号中秋夜发射升空



商悦传媒   2016-09-16

导读: 天宫二号空间实验室是在天宫一号目标飞行器备份产品的基础上改进研制而成,全长10.4米,最大直径3.35米,太阳翼展宽约18.4米,重8.6吨,采用实验舱和资源舱两舱构型,设计在轨寿命不小于2年,主要任务是接受载人飞船和货运飞船访问,开展空间

天宫二号空间实验室是在天宫一号目标飞行器备份产品的基础上改进研制而成,全长10.4米,最大直径3.35米,太阳翼展宽约18.4米,重8.6吨,采用实验舱和资源舱两舱构型,设计在轨寿命不小于2年,主要任务是接受载人飞船和货运飞船访问,开展空间科学实验和相关技术试验,验证空间站建造和运营相关关键技术。

按计划,天宫二号空间实验室发射升空后,将开展平台和空间应用载荷测试,并于神舟十一号飞船发射前,做好与神舟十一号飞船交会对接的准备。因为天宫二号只有一个交会对接口,必须等神舟十一号载人飞船撤离太空后,在明年才会与天舟一号货运飞船交会对接。天宫二号任务密度较大,将进行在轨维修和空间站技术验证等试验,这将是我国建设空间站之前进行最后一次全面的技术验证。

天宫一号的主要目标是验证交会对接技术,而天宫二号则将开展较大规模的空间科学实验和空间应用试验以及航天医学实验,安排了一批体现科学前沿和战略高技术发展方向的科学与应用任务。

天宫二号原本是天宫一号目标飞行器的备份产品。中国航天科技集团公司第五研究院天宫二号总设计师朱枞鹏表示,天宫一号成功发射后,这个备份产品并没有被浪费掉,而是把它的设备用来做天宫二号。

“因为备份产品在地面上存放已久,我们对设备和材料进行了寿命试验,更换了一些非金属材料,对设备做了延长寿命的处理,确保天宫二号质量的可靠性。”朱枞鹏说。

中国载人航天工程办公室副主任武平表示,早前发射的天宫一号已于2016年3月16日全面完成了其历史使命。天宫一号预计2017年陨落,大部分结构部件将在陨落过程中烧蚀销毁,对航空活动以及地面造成危害的概率很低,可能性极小。天宫二号在轨任务末期,将受控离轨,陨落至太平洋海域,不会成为太空垃圾。

中国载人航天的“三步走”战略现正处于第二步第二阶段。天宫一号发射成功,中国载人航天进入了空间实验室阶段;天宫二号的发射成功,标志着我国即将迈入空间站时代。空间站建设是我国载人航天工程战略的第三步,计划于2020年左右建成,2022年全面运行。

空间站是多舱段的飞行器,每舱段的重量可达20吨,有多个交会对接口,能实现多飞行器同时对接,所以未来空间站的“块头”将比天宫二号大很多,将长期在轨运行十几年,航天员在空间站驻留可能达到一年以上。空间站建设涉及航天员长期驻留、微重力环境下舱内外设备维修、推进剂补充加注等一系列关键技术支持,需要通过先期试验来掌握。图片制作/沙楠

生活

天宫二号为航天员 配单车和跑步机

天宫二号是我国首个具备补加功能的载人航天科学实验空间实验室,首次实现航天员30天中期驻留、首次应用推进剂补加技术、提前验证空间站技术,并开展大量载荷科学和应用试验。为了使航天员在30天驻留期间生活和工作得舒适惬意,这个约16-18立方米的“大开间”有哪些奥妙之处呢?北京青年报记者走进了中国航天科技集团公司,一探“大开间”的奥妙。

配有一个装有灵巧手的机械臂

天宫二号是一个外部真空、内部有一个大气压的结构。评价安全性的重要指标,是漏气量要非常小。天宫二号是金属结构,但由于功能需要还有观察舷窗、开关舱门等,这些都是容易漏气的环节。航天五院的设计师根据各种结构特点设计了多种密封结构,其中最为关键的就是密封圈。一般密封圈都存在老化问题,何况太空中温度变化更加激烈。设计人员从密封圈的配方、结构形式、设计等多方面下手,又通过大量实验,终于取得了成功。

在两名航天员进入天宫二号后,将全方位对他们进行监测,对航天员的各类行为进行数据采集。这些数据,将应用于今后航天员在太空中长期驻留相关项目的研制和改进。在天宫二号中,有一个装有灵巧手的机械臂,它可以按照指令做旋转螺丝、拆卸设备等动作,开展维修技术试验。技术成熟后,它可代替航天员检修舱外设备,从而大大降低维修的风险和成本。

此外,推进剂补加技术是天宫二号的重要试验之一,这也是空间站长期飞行必须掌握的重要技术。如果这次试验成功,我国将成为继俄罗斯之后,第二个掌握在轨推进剂补加核心技术的国家。

床头蓝牙音响可接收紧急呼叫

为了让航天员在太空中有尽量大的活动空间,天宫二号结构尺寸基本按运载火箭可容许的最大包络做设计。但这给工程人员带来巨大的挑战,因为“大开间”在满足舒适的同时,必须非常轻并且特别结实。工程人员经过反复计算,研制出了这个直径3米多的薄壁“大家伙”。此外,噪音也是航天员舒适生活的一大影响因素。为最大限度地减噪,设计人员在天宫二号里制定出严格的生活区和仪器区噪声控制指标,以最大限度地把噪声控制在最小范围之内。

“我们有意识地把地板和天花板用颜色进行了区别,墙壁也采用了非常柔和的米白色。为了防止碰撞,天宫一号的地板和墙壁非常柔软,但航天员从太空回来后,提出还是硬质墙壁和地板好,所以在天宫二号中我们进行了改变,实验舱内采用了硬材质。”中国航天科技集团公司第五研究院天宫二号总设计师朱枞鹏表示。

在内部设施方面,天宫二号配备了多功能工作台,不用时可以折叠,打开后则可以在上面进行电脑操作、阅读、进餐等。对通风口也进行了改造,降低了噪音。在睡眠区,灯光可以调节,广播也可以关闭,航天员可以携带一些个人物品,如家人的照片等。床头有一个蓝牙音响,可以接收地面传输的紧急呼叫,而航天员的头戴式耳机也改成了无线的。

天宫二号内部还加入了很多特色元素,包括中国载人航天工程的标志、航天科技集团公司的标志,另外为纪念中国航天事业创建60周年,舱内还会有专门设计的符号。

为航天员配备笔记本电脑、平板电脑

天宫一号太空授课的情景让很多人印象深刻,这归功于航天人研制的测控与通信子系统中的图像、话音设备。它们为神舟十一号飞船、天宫二号空间实验室装上了眼睛和耳朵。天宫二号装备的舱内和舱外摄像机,使我们能看到航天器内外的实时影像;双向图像编解码设备在保证图像质量的前提下大大节约了天地通信带宽;采用高保真编码体制的话音设备能够与航天员进行实时通话,就算播放高质量的音乐也不在话下,让地面人员能在几百公里之外监测天宫二号和神舟十一号的一举一动。

“考虑到航天员要在天宫二号进行中期驻留,我们为航天员配备了笔记本电脑、平板电脑,航天员不仅可以工作,还可以进行娱乐、阅读;同时,航天员在太空可以收看电视节目,与家人进行短信交流。”朱枞鹏说。

体能锻炼方面,为航天员配备了健身单车、跑步机。当然,跑步机是特制的,需要用两根橡皮带从机器上绑住肩膀才能进行跑步。在饮食方面,最大程度地考虑到每名航天员的个人偏好,特制了一批太空食品。个人卫生方面,准备了特制的湿巾和刮胡刀,对集便袋进行了改进,使其气压低于舱内,防止气味扩散。文/本报记者雷嘉新华社

任务

天宫二号将在太空完成哪些实验?

天宫二号是我国首个真正意义上的空间实验室,将完成14项空间科学和应用任务,是载人航天历次任务中应用项目最多的一次。

天宫二号空间应用系统总设计师赵光恒说,这些任务涉及微重力基础物理、微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学、空间天文探测、空间环境监测、对地观测及地球科学研究应用以及应用新技术试验等8个领域。其中空间科学实验与探测项目包括空间冷原子钟实验、液桥热毛细对流实验、综合材料制备实验、高等植物培养实验、伽玛暴偏振探测等;对地观测及地球科学研究项目包括宽波段成像光谱仪、三维成像微波高度计、紫外临边成像光谱仪;应用新技术试验项目包括空地量子密钥分配试验、伴随卫星飞行试验等。

航天员亲身参与两项实验

天宫二号将与拟于10月中下旬发射的神舟十一号载人飞船对接。航天员将进入天宫二号,参与操作高等植物培养实验和综合材料制备实验。

高等植物拟南芥和水稻将随天宫二号进入太空,科学家将研究植物种子在太空中萌发、生长、开花、结籽的全过程,从而了解和掌握未来太空农业发展的可能。航天员将回收部分植物样品供地面进一步分析研究。

综合材料制备实验选用多种新型结构与类型的材料样品进行研究,如新型纳米复合光学材料、高性能热电转换材料、多元复相合金等。科学家们将揭示这些材料在地面重力环境下难以获知的物理和化学规律和性质。值得一提的是,研究人员历经三年多研制的综合材料实验装置,只用了电水壶功耗的1/9至1/5,却能实现真空环境下最高950摄氏度的炉膛温度。航天员将对材料实验炉进行开盖换样操作,这将是我国首次实现空间材料实验的航天员在轨操作。

“天极”望远镜是唯一的国际合作项目

“天极”望远镜的全称是“天极”伽玛暴偏振探测仪,由中科院高能物理研究所牵头,瑞士日内瓦大学、瑞士保罗谢尔研究所、波兰核物理研究所等参与,是天宫二号上唯一的国际合作项目。

伽玛暴是宇宙伽玛射线暴的简称,它的起源及相应的物理过程一直是天文学最前沿课题之一。这十几年来,人们对伽玛暴的研究取得了长足进步,但有关伽玛暴的一些基本问题还是没有得到很好解决。

作为国际上最灵敏的伽玛暴偏振探测仪,“天极”的探测效率比国际同类仪器高几十倍,它预期运行两年,可以探测到大约100个伽玛射线暴,为更好地理解宇宙中极端天体物理环境下最剧烈的爆发现象的产生机制作出重要贡献。

搭载国际第一台空间运行的冷原子钟

天宫二号搭载了多项空间物理实验,如空间冷原子钟实验、空地量子密钥分配试验等,均属国际科学前沿,科学意义重大。

冷原子钟是一种高精度的计时装置。科学家们将激光冷却原子技术与空间微重力环境相结合研发成功的空间冷原子钟,将成为国际上第一台空间运行的冷原子钟,可以使飞行器自主守时精度提高两个量级。该实验在原子物理研究方面具有重大意义,在国防安全、高精度星钟等方面具有广泛应用价值。

量子密钥分配试验将在基于载人航天空间平台上实现天-地量子密钥传输试验,以及业务数据天地激光通信。该实验将为未来建立不可破译的信息安全系统、在国际上率先建立实用化的保密通信网络奠定基础。

伴随卫星成天宫二号“自拍神器”

我国载人航天的历次巡天任务都少不了在浩瀚的宇宙中从各个方位“感知”地球。天宫二号也搭载了多个新一代对地观测遥感器和地球科学研究仪器。

如宽波段成像光谱仪、三维成像微波高度计、紫外临边成像光谱仪等,突破了系列关键技术,在资源环境、生态环境、农林应用、海洋环境、大气污染和大气成分监测以及全球变化研究等领域有着广泛应用。

天宫二号飞行期间还将在轨释放一颗伴随卫星。伴随卫星飞行试验将进一步验证小型高功能密度卫星、在轨释放、驻留伴随飞行等技术,并为未来新型航天器编队飞行技术奠定基础。

这颗伴随卫星搭载了高分辨率全画幅可见光相机,将在空间绕飞试验过程中对天宫二号与神舟十一号组合体进行高分辨率成像,堪称天宫二号和神舟飞船的“自拍神器”。

空间环境分系统将实时监测辐射环境

航天员和航天器进入太空面临着外层空间环境的影响。在太空中,能量很高的带电粒子辐射可能导致航天器材料性能下降或损坏,也可能破坏航天员的器官组织,严重时甚至有生命危险。另外大气环境也会对运行其中的航天器产生影响。

天宫二号空间环境分系统由带电粒子辐射探测器、轨道大气环境探测器和空间环境控制单元3台仪器组成。它们将实时监测天宫二号轨道上的辐射环境和大气环境,实现舱外16个方向的电子、质子等带电粒子的强度和能谱监测,以及轨道大气密度、成分及其时空变化与空间环境污染效应监测等。

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