解读天宫二号:中国距建成空间站还有多远?

中国天宫二号空间实验室发射成功,并相继与神舟十一号载人飞船、天舟一号货运飞船对接成功,实现航天员中期驻留。下一步就是建成中国空间站。那天宫二号在这个过程中的意义如何?天宫二号的成功距建成空间站还有多远呢?

2016年10月19日清晨,中国航天员景海鹏打开了他所在的神舟十一号飞船轨道舱的舱门,缓缓飘浮进另一个太空舱。此前,他已经随着神舟十一号在太空中遨游了两天。此刻他端详着眼前这个接近15立方米的空间,欣喜不已,因为在接下来的一个月内,这个太空舱就是他与另一位航天员陈冬的居所。

这个太空舱就是中国第一个真正意义上的空间实验室天宫二号。

vcg11494043806_1
天宫二号(来源:视觉中国)

 

航天“三步走”

中国航天业起步较晚,1986年开始实施国家高技术研究发展计划(863计划)时,才提出载人航天技术的发展途径和总体方案。经过专家们反复论证,至1992年,中国载人航天工程获批准实施,并确定了“三步走”的发展战略:

第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用实验;

第二步,在第一艘载人飞船发射成功后,突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术,并利用载人飞船技术改装、发射一个空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;

第三步,建造载人空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

2003年神舟五号载人飞船发射成功,意味着成功迈出第一步。随着近几年多艘神舟飞船相继升空,天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室完成发射任务,第二步也已达成。接下来,中国载人航天工程便进入到第三步工作中。

空间站是在近地轨道上长时间运行,并可供多名航天员长期工作和生活的航天器。1986年由苏联发射的和平号空间站是人类第一个可长期居住的空间研究中心,其在太空中服役了近15年。之后,由美、俄等16个国家共同建造的国际空间站于2000年建成,并长期载人,至今仍在太空中工作。

此前,中国从未参与过国际航天合作。而天宫二号总设计师朱枞鹏表示,我国计划在2022年建成自己的天宫号空间站,天宫二号就是为发展空间站打下基础的试验性航天器。

shutterstock_578607847
国际空间站(来源:shutterstock)

 

“备胎”也有大用处

空间站的建设不是一蹴而就,需要由不同的空间站组件合并而成,还要与载人飞船拼接,所以掌握交会对接技术是进行这一切活动的先决条件。中国2011年发射了天宫一号目标飞行器,相继与神州八号、神舟九号、神舟十号飞船对接成功,并实现了航天员短期驻留,标志着我国已经突破了空间交会对接等基础技术。

vcg11429485794_1
神舟九号飞船与天宫一号飞行图(来源:视觉中国)

 

其实,天宫二号的前身就是天宫一号的“备胎”,更准确地说叫航天备份器。由于航天业的高风险性,航天器一般都会有一个备份器。天宫一号发射成功后,为了避免浪费,研制团队对天宫一号备份器进行了“寿命”分析,并更换了旧损设备,改造成了满足工作要求的天宫二号。

天宫二号分为资源舱和实验舱,前者主要为太空飞行提供能源和动力,后者则是航天员生活与工作的场所。由于此次航天员需要进行30天的中期驻留,为了给他们营造一个像家一样舒适的环境,天宫二号的室内灯光、噪音、装饰等都有特殊的调试。比如设置了当桌子使用的多功能小平台,舱内灯光采用米黄色色调,并安装了床头灯等等。

天宫二号在轨设计寿命为两年,期间主要完成三大任务:航天员中期驻留、推进剂在轨补加(即太空加油)和在轨维修技术试验。此外还会进行14项空间科学和应用任务,涉及微重力基础物理,空间材料科学,空间生命科学和空间天文探测等多个领域。

做好一切准备的天宫二号,在2016年9月15日中秋之夜,于酒泉卫星发射中心发射升空。

20160915102958560a
天宫二号发射(来源:中新社)

 

探访天宫

一个月后的10月17日,搭载着景海鹏、陈冬两位航天员的神舟十一号飞船也发射升空,两天后与天宫二号完成了自动对接,成为组合体。景海鹏、陈冬旋即开启了为期30天的的天宫驻留之旅。

vcg11494214724_1
景海鹏、陈冬进入天宫二号(来源:视觉中国)

航天员在天宫二号上做了什么工作?

按计划,两位航天员开展了失重生理效应研究、人机协同在轨维修等一系列科学实验和技术试验,并协助释放了伴随卫星。伴随卫星是天宫二号的安全辅助工具,负责监测工作状态、安全防卫和提供相应的技术支持。伴随卫星还搭载了高分辨率全画幅可见光相机,对组合体进行了近距离观测和“自拍”。在释放过程中,两位航天员利用手持摄像机从舱内拍摄到了伴随卫星从天宫二号下方掠过的视频。

另外,航天员也在伽玛暴偏振探测、空间冷原子钟、新型材料制备等应用项目上获取了丰富的数据和成果。

航天员吃什么?

大家都知道,太空失重的环境限制了航天员在饮食上的选择,早期的航天食品多是牙膏式的糊状食品。经过科研人员不断改进,如今天宫二号上的饮食已变得多种多样。

据景海鹏介绍,他们的食谱五天一循环,包括主食、副食、即食、饮料、调味品、功能食品等6大类近100种食品,而且可以根据航天员自己的喜好,进行同类替换。主食包括八宝饭、什锦炒饭、玉米粥、米糕、面包等;副食有黑椒牛柳、红烩猪排、叉烧鸡肉等肉食,以及裙带菜、胡萝卜,贡菜等蔬菜;饮料包括果汁、菜汤等,调味品则有蜂蜜和豆瓣酱。考虑到景海鹏、陈冬分别来自山西和河南,工作人员还为他们配备了山西的陈醋和河南的面食。更特别的是,两位航天员还能泡茶喝,每个茶包装在特制的包装袋中,注水后完成复水(即重新吸收水分,恢复原状),然后通过加热器进行加热,便可饮用。

航天员工作之余还做了什么?

因长期飞行消耗体能,人体抗过载能力降低,所以航天员在太空中需要保持锻炼。两人主要是做拉力器锻炼、自行车锻炼以及跑步训练。太空还能跑步?没错!这是中国航天员首次在太空中使用跑台束缚系统跑步。但由于姿势不容易掌握,人体要发力的肌肉也不同,所以尝试了三天,景海鹏才成功跑起来。

另外,两位航天员还做了一些很有趣的实验,如人工种植生菜和养蚕。由于生菜的生长周期正好是30天,还可以为后续长期的航天工作提供食材,所以航天员首次在太空尝试种生菜。但此次种出来的生菜还需经过科学检测才能确定是否可以推广。而养蚕试验是由香港中学生设计的,目的是观察蚕在太空中吐丝结茧有何不同。 值得一提的是,景海鹏在天宫二号中度过了他50岁生日,他也吃到了工作人员为他准备的两个罐头装的奶酪蛋糕,这让他特别惊喜和难忘。

vcg11496666008_1
航天员在天宫二号上跑步(来源:视觉中国)

 

来自地球的“快递”

2017年4月,天宫二号迎来了第二位造访的“客人”——天舟一号。天舟一号是中国首个货运飞船,与载人飞船不同,它的作用是为未来空间站中长期驻留的航天员和空间科学实验提供货物补给,是名副其实的“太空快递员”。

天舟一号与天宫二号完成自动交会对接后,先后验证了空间站货物补给、推进剂在轨补加、自主快速交会对接等关键技术,为中国空间站的建设和运营积累了重要经验。平稳运行5个月后,天舟一号完成所有任务,离轨进入大气层烧毁。

 

2018年9月,据中国载人航天工程办公室发布的消息,已圆满完成两年在轨飞行和各项试验任务的天宫二号,将于2019年7月受控离轨。如今,中国空间站的各个组件也在按部就班地制造,其中天和号核心舱已经可以向公众展示,两个实验舱也正在研发中。未来几年,浩瀚的太空便会迎来中国空间站与新一批中国航天员到访。

 

 

参考资料:

《国新办举行天宫二号与神舟十一号载人飞行任务有关情况发布会》国务院新闻办公室 2016/11/18

《叩开中国空间站时代的大门——新华社记者对话天宫二号总设计师朱枞鹏》 新华社 2016/9/15

《太空日记:中国人首次太空泡茶 航天员也能“挑食”》 新华社 2016/11/5

《太空日记:中国人首次在太空当“菜农” 栽培装置部分来自3D打印》 新华社  2016/11/13

《关于中国首艘货运飞船,这“五大”亮点必须知道》 澎湃新闻 2017/4/20

上载日期:
2018年11月15日

延伸阅读