解讀天宮二號:中國距建成空間站還有多遠?

中國天宮二號空間實驗室發射成功,並相繼與神舟十一號載人飛船、天舟一號貨運飛船對接成功,實現航天員中期駐留。下一步就是建成中國空間站。那天宮二號在這個過程中的意義如何?天宮二號的成功距建成空間站還有多遠呢?

2016年10月19日清晨,中國航天員景海鵬打開了他所在的神舟十一號飛船軌道艙的艙門,緩緩飄浮進另一個太空艙。此前,他已經隨着神舟十一號在太空中遨遊了兩天。此刻他端詳着眼前這個接近15立方米的空間,欣喜不已,因為在接下來的一個月內,這個太空艙就是他與另一位航天員陳冬的居所。

這個太空艙就是中國第一個真正意義上的空間實驗室天宮二號。

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天宮二號(來源:視覺中國)

 

航天「三步走」

中國航天業起步較晚,1986年開始實施國家高技術研究發展計劃(863計劃)時,才提出載人航天技術的發展途徑和總體方案。經過專家們反復論證,至1992年,中國載人航天工程獲批准實施,並確定了「三步走」的發展戰略:

第一步,發射載人飛船,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,在第一艘載人飛船發射成功後,突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術,並利用載人飛船技術改裝、發射一個空間實驗室,解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題;

第三步,建造載人空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。

2003年神舟五號載人飛船發射成功,意味着成功邁出第一步。隨着近幾年多艘神舟飛船相繼升空,天宮一號目標飛行器、天宮二號空間實驗室完成發射任務,第二步也已達成。接下來,中國載人航天工程便進入到第三步工作中。

空間站是在近地軌道上長時間運行,並可供多名航天員長期工作和生活的航天器。1986年由蘇聯發射的和平號空間站是人類第一個可長期居住的空間研究中心,其在太空中服役了近15年。之後,由美、俄等16個國家共同建造的國際空間站於2000年建成,並長期載人,至今仍在太空中工作。

此前,中國從未參與過國際航天合作。而天宮二號總設計師朱樅鵬表示,我國計劃在2022年建成自己的天宮號空間站,天宮二號就是為發展空間站打下基礎的試驗性航天器。

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國際空間站(來源:shutterstock)

 

「備胎」也有大用處

空間站的建設不是一蹴而就,需要由不同的空間站組件合併而成,還要與載人飛船拼接,所以掌握交會對接技術是進行這一切活動的先決條件。中國2011年發射了天宮一號目標飛行器,相繼與神州八號、神舟九號、神舟十號飛船對接成功,並實現了航天員短期駐留,標誌着我國已經突破了空間交會對接等基礎技術。

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神舟九號飛船與天宮一號飛行圖(來源:視覺中國)

 

其實,天宮二號的前身就是天宮一號的「備胎」,更準確地說叫航天備份器。由於航天業的高風險性,航天器一般都會有一個備份器。天宮一號發射成功後,為了避免浪費,研製團隊對天宮一號備份器進行了「壽命」分析,並更換了舊損設備,改造成了滿足工作要求的天宮二號。

天宮二號分為資源艙和實驗艙,前者主要為太空飛行提供能源和動力,後者則是航天員生活與工作的場所。由於此次航天員需要進行30天的中期駐留,為了給他們營造一個像家一樣舒適的環境,天宮二號的室內燈光、噪音、裝飾等都有特殊的調試。比如設置了當桌子使用的多功能小平台,艙內燈光採用米黃色色調,並安裝了床頭燈等等。

天宮二號在軌設計壽命為兩年,期間主要完成三大任務:航天員中期駐留、推進劑在軌補加(即太空加油)和在軌維修技術試驗。此外還會進行14項空間科學和應用任務,涉及微重力基礎物理,空間材料科學,空間生命科學和空間天文探測等多個領域。

做好一切準備的天宮二號,在2016年9月15日中秋之夜,於酒泉衛星發射中心發射升空。

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天宮二號發射(來源:中新社)

 

探訪天宮

一個月後的10月17日,搭載着景海鵬、陳冬兩位航天員的神舟十一號飛船也發射升空,兩天後與天宮二號完成了自動對接,成為組合體。景海鵬、陳冬旋即開啟了為期30天的的天宮駐留之旅。

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景海鵬、陳冬進入天宮二號(來源:視覺中國)

航天員在天宮二號上做了甚麼工作?

按計劃,兩位航天員開展了失重生理效應研究、人機協同在軌維修等一系列科學實驗和技術試驗,並協助釋放了伴隨衞星。伴隨衞星是天宮二號的安全輔助工具,負責監測工作狀態、安全防衞和提供相應的技術支持。伴隨衞星還搭載了高分辨率全畫幅可見光相機,對組合體進行了近距離觀測和「自拍」。在釋放過程中,兩位航天員利用手持攝像機從艙內拍攝到了伴隨衞星從天宮二號下方掠過的視頻。

另外,航天員也在伽瑪暴偏振探測、空間冷原子鐘、新型材料製備等應用項目上獲取了豐富的數據和成果。

航天員吃甚麼?

大家都知道,太空失重的環境限制了航天員在飲食上的選擇,早期的航天食品多是牙膏式的糊狀食品。經過科研人員不斷改進,如今天宮二號上的飲食已變得多種多樣。

據景海鵬介紹,他們的食譜五天一循環,包括主食、副食、即食、飲品、調味品、功能食品等6大類近100種食品,而且可以根據航天員自己的喜好,進行同類替換。主食包括八寶飯、什錦炒飯、玉米粥、米糕、麵包等;副食有黑椒牛柳、紅燴豬排、叉燒雞肉等肉食,以及裙帶菜、胡蘿蔔,貢菜等蔬菜;飲品包括果汁、菜湯等,調味品則有蜂蜜和豆瓣醬。考慮到景海鵬、陳冬分別來自山西和河南,工作人員還為他們配備了山西的陳醋和河南的麵食。更特別的是,兩位航天員還能泡茶喝,每個茶包裝在特製的包裝袋中,注水後完成復水(即重新吸收水分,恢復原狀),然後通過加熱器進行加熱,便可飲用。

航天員工作之餘還做了甚麼?

因長期飛行消耗體能,人體抗過載能力降低,所以航天員在太空中需要保持鍛煉。兩人主要是做拉力器鍛煉、自行車鍛煉以及跑步訓練。太空還能跑步?沒錯!這是中國航天員首次在太空中使用跑台束縛系統跑步。但由於姿勢不容易掌握,人體要發力的肌肉也不同,所以嘗試了三天,景海鵬才成功跑起來。

另外,兩位航天員還做了一些很有趣的實驗,如人工種植生菜和養蠶。由於生菜的生長週期正好是30天,還可以為後續長期的航天工作提供食材,所以航天員首次在太空嘗試種生菜。但此次種出來的生菜還需經過科學檢測才能確定是否可以推廣。而養蠶試驗是由香港中學生設計的,目的是觀察蠶在太空中吐絲結繭有何不同。 值得一提的是,景海鵬在天宮二號中度過了他50歲生日,他也吃到了工作人員為他準備的兩個罐頭裝的奶酪蛋糕,這讓他特別驚喜和難忘。

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航天員在天宮二號上跑步(來源:視覺中國)

 

來自地球的「快遞」

2017年4月,天宮二號迎來了第二位造訪的「客人」——天舟一號。天舟一號是中國首個貨運飛船,與載人飛船不同,它的作用是為未來空間站中長期駐留的航天員和空間科學實驗提供貨物補給,是名副其實的「太空快遞員」。

天舟一號與天宮二號完成自動交會對接後,先後驗證了空間站貨物補給、推進劑在軌補加、自主快速交會對接等關鍵技術,為中國空間站的建設和運營積累了重要經驗。平穩運行5個月後,天舟一號完成所有任務,離軌進入大氣層燒毀。

 

2018年9月,據中國載人航天工程辦公室發佈的消息,已圓滿完成兩年在軌飛行和各項試驗任務的天宮二號,將於2019年7月受控離軌。如今,中國空間站的各個組件也在按部就班地製造,其中天和號核心艙已經可以向公眾展示,兩個實驗艙也正在研發中。未來幾年,浩瀚的太空便會迎來中國空間站與新一批中國航天員到訪。

 

參考資料:

《國新辦舉行天宮二號與神舟十一號載人飛行任務有關情況發布會》國務院新聞辦公室 2016/11/18

《叩開中國空間站時代的大門——新華社記者對話天宮二號總設計師朱樅鵬》 新華社 2016/9/15

《太空日記:中國人首次太空泡茶 航天員也能「挑食」》 新華社 2016/11/5

《太空日記:中國人首次在太空當「菜農」 栽培裝置部分來自3D打印》 新華社  2016/11/13

《關於中國首艘貨運飛船,這「五大」亮點必須知道》 澎湃新聞 2017/4/20

上載日期:
2018年11月15日

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