中國(guó)載人航天工程總設(shè)計(jì)師“解密”中國(guó)空間站

 

資料圖

 

中國(guó)載人航天工程總設(shè)計(jì)師獨(dú)家“解密”中國(guó)空間站和天宮二號(hào)

 

全國(guó)兩會(huì)上公布的“十三五”規(guī)劃綱要草案提出，將深空探測(cè)及空間飛行器在軌服務(wù)與維護(hù)系統(tǒng)作為“科技創(chuàng)新2030——重大項(xiàng)目”六大重大科技項(xiàng)目之一。全國(guó)政協(xié)委員、中國(guó)載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平8日接受新華社專訪，獨(dú)家披露了2020年前后建成的中國(guó)空間站和今明兩年將實(shí)施的天空二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室的任務(wù)。

 

【中國(guó)空間站：多接口的“變形金剛”】

 

中國(guó)空間站什么樣？

 

周建平表示，中國(guó)計(jì)劃在2020年前后建成的空間站總體構(gòu)型是三個(gè)艙段，一個(gè)核心艙，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，每個(gè)艙都是20噸級(jí)，整體呈T字構(gòu)型。核心艙有五個(gè)對(duì)接口，可以對(duì)接一艘貨運(yùn)飛船、兩艘載人飛船和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，另有一個(gè)供航天員出艙活動(dòng)的出艙口。

 

“中國(guó)空間站是可以進(jìn)一步擴(kuò)展的，根據(jù)空間科學(xué)研究和應(yīng)用的需要，可以對(duì)接更多的艙段。”周建平說。

 

建設(shè)空間站的背后，是大型空間設(shè)施建造技術(shù)的巨大跨越。我國(guó)“天舟”貨運(yùn)飛船采用模塊化設(shè)計(jì)，具有全密封貨艙、半密封／半開放貨艙、全開放貨艙三種構(gòu)型，可以把不同的載荷包括小型艙段運(yùn)輸上去，由航天員和機(jī)械臂將其裝配到空間站上。這要求我們掌握大型空間設(shè)施的建造技術(shù)和運(yùn)營(yíng)管理技術(shù)，具備強(qiáng)大的維護(hù)維修升級(jí)能力。

 

“中國(guó)空間站的研發(fā)，遵循了規(guī)模適度原則。這么大的工程，適度規(guī)模有利于控制工程的成本，重點(diǎn)突出載人航天的特色，突出發(fā)揮人在太空中的作用。中國(guó)空間站建成之時(shí)，國(guó)際空間站將達(dá)到壽命末期。”周建平說。

 

【空間站使命：太空中的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室】

 

“空間站的神圣使命是，成為太空中的中國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，支持科學(xué)家從事前沿科學(xué)探索、空間技術(shù)研究和空間資源的開發(fā)和利用。最終目的是為全人類造福。”周建平說。

 

空間站資源十分寶貴，經(jīng)過科學(xué)慎重遴選，空間站上將搭載安裝包括生物學(xué)、材料科學(xué)、基礎(chǔ)物理、微重力、流體、燃燒等十余大類的科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)設(shè)施。

 

“材料科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)施設(shè)備，能夠利用太空微重力環(huán)境制備新材料，研究材料的空間使用性能。未來很多研究，孕育在新材料的研發(fā)中，具有廣闊工業(yè)價(jià)值。”周建平說，一流的太空實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將為科學(xué)家們?nèi)〉檬澜缂?jí)的重大突破提供條件保障。

 

【宇宙之眼：比哈勃視場(chǎng)角大300百多倍的巡天望遠(yuǎn)鏡】

 

周建平表示，未來會(huì)單獨(dú)發(fā)射一個(gè)十幾噸的光學(xué)艙，與空間站保持共軌飛行狀態(tài)。

 

“計(jì)劃在光學(xué)艙里架設(shè)一套口徑兩米的巡天望遠(yuǎn)鏡，分辨率與哈勃相當(dāng)，視場(chǎng)角是哈勃的300多倍。如果在軌十年，可以對(duì)百分之四十以上的天區(qū)，約一萬七千五百平方度天區(qū)進(jìn)行觀測(cè)。”周建平說。

 

這套望遠(yuǎn)鏡，天區(qū)和波段覆蓋廣，像質(zhì)好，將是中國(guó)人的“宇宙之眼”。它可以源源不斷地為科學(xué)家們研究宇宙學(xué)和天文學(xué)提供海量的科學(xué)數(shù)據(jù)，為中國(guó)科學(xué)家站在世界科學(xué)前列、做出重大原創(chuàng)性成果提供有力支撐。

 

“宇宙的構(gòu)成和演化，暗能量、暗物質(zhì)、黑洞的研究……我們期待對(duì)宇宙學(xué)、天文學(xué)的基本問題取得重大突破。”周建平說。

 

【后發(fā)優(yōu)勢(shì)：世界領(lǐng)先的信息系統(tǒng)、太陽(yáng)翼、機(jī)械臂】“中國(guó)不是最早進(jìn)入宇宙空間的，換一個(gè)角度理解，反而有后發(fā)優(yōu)勢(shì)。近年來，信息技術(shù)、新能源、自動(dòng)化和人工智能技術(shù)的進(jìn)步，將綜合體現(xiàn)在中國(guó)空間站上。”周建平說。

 

中國(guó)的空間站基于當(dāng)代最新技術(shù)成果設(shè)計(jì)建造，信息化程度更高、能力更強(qiáng)。“尤其在通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用等方面，我國(guó)的空間站都相當(dāng)先進(jìn)。這也得益于當(dāng)代技術(shù)發(fā)展和國(guó)家科技進(jìn)步。”周建平說?？臻g站如此龐大的系統(tǒng)，需要強(qiáng)有力的電力保障。

 

“中國(guó)空間站有兩對(duì)‘翅膀’——單翼翼展約30米的柔性太陽(yáng)翼。它們與雙軸對(duì)日定向機(jī)構(gòu)、高效能鋰離子電池等一起，構(gòu)成了空間站先進(jìn)、強(qiáng)大的電源系統(tǒng)。”周建平說，這個(gè)系統(tǒng)能夠?yàn)榭臻g站提供可靠、充足的不間斷供電。

 

“目前，地面上太陽(yáng)能光伏發(fā)電，太陽(yáng)能到電能的轉(zhuǎn)化率一般在百分之十幾左右?？臻g站使用最新研發(fā)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化效率可達(dá)30%以上。”周建平說。

 

“一名航天員在艙內(nèi)操作機(jī)械臂，一名航天員在艙外太空行走。無論是艙段轉(zhuǎn)位、大設(shè)備的移動(dòng)，還是航天員自身的移動(dòng)，都可以通過機(jī)械臂完成。”這不是科幻片，而是不久將來的現(xiàn)實(shí)。“中國(guó)空間站有兩類機(jī)械臂，長(zhǎng)度累計(jì)15米。人機(jī)配合，讓空間站建造維修成為可能。”周建平說。

 

【太空經(jīng)濟(jì)：循環(huán)利用和高效利用】

 

往太空運(yùn)送物資的成本非常高，載人航天的發(fā)展必須把經(jīng)濟(jì)性作為重大、優(yōu)先問題。“進(jìn)行物資循環(huán)利用并提高物資循環(huán)利用率，是世界載人航天關(guān)注的重大技術(shù)挑戰(zhàn)問題。”周建平說。

 

中國(guó)空間站設(shè)計(jì)了完整的可再生生命保障系統(tǒng)。航天員呼出的水蒸氣會(huì)通過冷凝水的方式回收，排泄的尿液也會(huì)回收凈化，重新作為飲用水和生活用水使用。電解制氧時(shí)產(chǎn)生的氫氣與航天員呼出的二氧化碳，將通過化學(xué)反應(yīng)重新生成氧氣，這也降低了氧氣的補(bǔ)給需求。

 

提高單位物質(zhì)的效率是提高經(jīng)濟(jì)性的有效手段。中國(guó)空間站將采用電推進(jìn)技術(shù)作為空間站軌道維持的動(dòng)力裝置，這將顯著降低空間站運(yùn)行期間的推進(jìn)劑補(bǔ)給需求。

 

我國(guó)也在研究下一代載人天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展思路，將瞄準(zhǔn)可重復(fù)使用的目標(biāo)，以期進(jìn)一步降低空間運(yùn)輸?shù)某杀荆岣咝б妗?/p>

 

【航天員：將從工程師和科學(xué)家中選拔】

 

目前，我國(guó)的航天員都是從現(xiàn)役空軍飛行員中選拔，主要承擔(dān)航天器駕駛?cè)蝿?wù)。“空間站將開展太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)，除了良好的身體素質(zhì)這個(gè)共性要求外，未來需要不同類型的航天員，尤其是工程師和科學(xué)家。”周建平說。

 

一類是能夠管理維護(hù)維修航天器的飛行工程師。設(shè)備出了故障能夠修理，新技術(shù)出來后能夠給航天器升級(jí)。這就需要從有相關(guān)教育背景和工作經(jīng)歷的人中選拔，經(jīng)過大量訓(xùn)練，成為航天員。另一類是優(yōu)秀科學(xué)家，到了太空后，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析結(jié)果、調(diào)整方案、設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案，都需要科學(xué)家來完成。根據(jù)空間站的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇相關(guān)專業(yè)背景的科學(xué)家進(jìn)行訓(xùn)練，也是未來航天員選拔一個(gè)主要方向。

 

【航天員中期駐留天宮二號(hào)：約30天】

 

周建平表示，今年年中至明年上半年，我國(guó)將實(shí)施載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)，驗(yàn)證未來空間站關(guān)鍵技術(shù)。目前天宮二號(hào)已完成總裝，各系統(tǒng)正在緊張備戰(zhàn)。

 

今年第三季度發(fā)射天宮二號(hào)。神舟十一號(hào)飛船將乘載兩名男航天員，與天宮二號(hào)完成對(duì)接，并在太空駐留30天。今年的載人航天任務(wù)將進(jìn)入應(yīng)用發(fā)展新階段，在天宮二號(hào)上進(jìn)行多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

 

“在完成和神舟十一號(hào)飛船的交會(huì)對(duì)接和空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)后，天宮二號(hào)還將在2017年上半年驗(yàn)證天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船的對(duì)接和資源補(bǔ)給技術(shù)。”周建平說。

 

【植物生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)：水稻和擬南芥】

 

周建平表示，今年下半年發(fā)射升空的天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室，將開展包括植物生長(zhǎng)全周期實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

 

“未來太空探索需要人類長(zhǎng)期在太空生活。為了探索太空閉環(huán)生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)，天宮二號(hào)將進(jìn)行‘從種子到種子’的植物全生育發(fā)展過程實(shí)驗(yàn)。目前，計(jì)劃種植水稻、擬南芥兩種植物，考察長(zhǎng)日照和短日照的不同生長(zhǎng)情況。”周建平說。

 

【中國(guó)創(chuàng)舉：從天宮分發(fā)量子密鑰】

 

“空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的各次飛行都安排了多項(xiàng)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目。”周建平介紹，例如天地量子密鑰傳輸試驗(yàn)、激光通信試驗(yàn)等，在信息安全領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

 

這些項(xiàng)目中，大多是當(dāng)前世界最前沿的探索領(lǐng)域。比如，空間冷原子鐘的實(shí)驗(yàn)。天宮二號(hào)將搭載全球第一臺(tái)冷原子鐘，利用太空微重力條件，穩(wěn)定度高達(dá)10的負(fù)16次方。超高精度的原子鐘是衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)。再比如三維成像微波高度計(jì)，能夠在一個(gè)寬幅的三維海平面測(cè)量中，得到精度優(yōu)于5厘米的測(cè)量結(jié)果，將海浪高低測(cè)量出來……

 

“中國(guó)一直本著和平開發(fā)利用太空的原則，歡迎并致力于國(guó)際合作。”周建平說，天宮二號(hào)將搭載中國(guó)科學(xué)院與瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)聯(lián)合研制的伽馬暴探測(cè)設(shè)備。這臺(tái)設(shè)備比過去國(guó)際上類似儀器的探測(cè)效率高數(shù)十倍。中歐科學(xué)家將一起測(cè)量宇宙的伽馬暴射線和散射狀態(tài)，從而研究揭示宇宙結(jié)構(gòu)、起源、演化的一些問題。

 

除此之外，天宮二號(hào)還將開展材料制備試驗(yàn)，研究納米復(fù)合光學(xué)材料、高性能熱電轉(zhuǎn)換材料、高性能合金材料等。

 

【長(zhǎng)征七號(hào)首飛：搭載新一代載人飛船返回艙】

 

我國(guó)無毒低污染新一代中型運(yùn)載火箭長(zhǎng)征七號(hào)將于今年6月首飛。它將搭載一個(gè)新型縮小比例的飛船返回艙，這是我國(guó)載人航天的創(chuàng)新探索項(xiàng)目。周建平表示，一次發(fā)射任務(wù)囊括試驗(yàn)火箭和飛船返回艙兩個(gè)新品，這是我國(guó)載人航天工程勇于擔(dān)當(dāng)、節(jié)約高效、跨越發(fā)展理念的生動(dòng)詮釋。

 

長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭2017年將發(fā)射我國(guó)首款貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)，它的研發(fā)成功標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入空間能力得到大幅提升，這將為我國(guó)從航天大國(guó)到航天強(qiáng)國(guó)添加精彩一筆。(新華社“新華視點(diǎn)”記者余曉潔、孫彥新、劉陽(yáng)、劉斐)