中國(guó)空間站構(gòu)想圖
按照中國(guó)載人航天工程三步走戰(zhàn)略，中國(guó)載人航天已駛?cè)敫咚侔l(fā)展的快車道。“神舟系列飛船已經(jīng)進(jìn)入了小批量生產(chǎn)階段，天宮二號(hào)和天宮三號(hào)目標(biāo)飛行器的研制和測(cè)試工作也在快馬加鞭進(jìn)行中，我國(guó)貨運(yùn)飛船已立項(xiàng)并進(jìn)入研制階段。”中國(guó)航天科技集團(tuán)公司所屬中國(guó)空間技術(shù)研究院天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器和神舟八號(hào)飛船總設(shè)計(jì)師張柏楠在接受本報(bào)記者采訪時(shí)表示。
神九、神十進(jìn)展順利
我國(guó)載人航天工程獨(dú)具特色，每一艘神舟飛船的任務(wù)都各不相同：“神舟五號(hào)”圓了中國(guó)人千年飛天夢(mèng)，“神舟六號(hào)”實(shí)現(xiàn)了兩人多天飛行，“神舟七號(hào)”實(shí)現(xiàn)了航天員出艙，“神舟八號(hào)”則突破了空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)。
“神舟八號(hào)”是一艘具有重要意義的飛船，至此，中國(guó)載人航天工程的天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)基本定型，這就意味著神舟飛船的技術(shù)狀態(tài)已經(jīng)穩(wěn)定，產(chǎn)品可以通用。同時(shí)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)都已交由空間實(shí)驗(yàn)室為主承擔(dān)，飛船成為單純的運(yùn)輸工具，不再承擔(dān)科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。
整個(gè)交會(huì)對(duì)接任務(wù)要發(fā)射三艘飛船，也就是“神舟八號(hào)”、“神舟九號(hào)”和“神舟十號(hào)”。三艘飛船的技術(shù)狀態(tài)完全一致，也就是一次投產(chǎn)了三艘飛船，為未來(lái)空間站提供運(yùn)輸系統(tǒng)，連神舟飛船上行載荷模擬的都是將來(lái)空間站建設(shè)要用的級(jí)別。
“神舟八號(hào)”已經(jīng)發(fā)射成功，并與“天宮一號(hào)”共同實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次交會(huì)對(duì)接；“神舟九號(hào)”目前正處于大型試驗(yàn)階段，明年就可以具備出廠條件，屆時(shí)將根據(jù)“神舟八號(hào)”任務(wù)完成情況確定具體任務(wù)；“神舟十號(hào)”也完成了整體總裝過(guò)程，開始測(cè)試，到明年下半年也具備發(fā)射能力，并將滿載3名航天員實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，驗(yàn)證手動(dòng)交會(huì)對(duì)接技術(shù)和組合體環(huán)境控制。
我國(guó)空間站工程目前已經(jīng)立項(xiàng)，未來(lái)神舟飛船可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)安排，每年提供1次～2次載人發(fā)射服務(wù)，甚至更多。神舟飛船現(xiàn)在已經(jīng)具備了一年多次發(fā)射的能力，這與未來(lái)空間站建設(shè)和維護(hù)的需求相當(dāng)。
貨運(yùn)飛船呼之欲出
“我國(guó)在空間站建設(shè)之前，計(jì)劃通過(guò)2次～3次的空間實(shí)驗(yàn)室飛行，驗(yàn)證交會(huì)對(duì)接技術(shù)、組合體控制技術(shù)，同時(shí)還要驗(yàn)證在軌補(bǔ)給技術(shù)和載人生保技術(shù)。”張柏楠介紹道，空間站的建成運(yùn)行，除了突破交會(huì)對(duì)接技術(shù)之外，還需要實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)大的關(guān)鍵技術(shù)突破，其一就是在軌補(bǔ)加技術(shù)。
一般來(lái)說(shuō)，空間站需要在太空飛行10年～15年，而其運(yùn)行所需的推進(jìn)劑、航天員補(bǔ)給、維修更換的設(shè)備、科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品等都需要通過(guò)地面運(yùn)送，所以需要有具備一定貨運(yùn)能力的飛船提供各種補(bǔ)給。俄羅斯的“進(jìn)步號(hào)”、歐洲的ATV、日本的HTV都是現(xiàn)役先進(jìn)的貨運(yùn)飛船。同時(shí)，除了貨運(yùn)飛船本身之外，要建造自己的空間站還必須要突破推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)。
據(jù)張柏楠介紹，正常情況下，推進(jìn)劑都是靠高壓氣體從儲(chǔ)箱擠壓到發(fā)動(dòng)機(jī)里，壓力可達(dá)約200個(gè)大氣壓。但要實(shí)現(xiàn)補(bǔ)加，就必須先把氣體重新擠回到氣箱中，相當(dāng)于要把已經(jīng)降得很低的氣壓提升到200多個(gè)大氣壓。這項(xiàng)工作在地面完成并不復(fù)雜，但在太空環(huán)境，由于飛船對(duì)功耗和重量要求指標(biāo)非常苛刻，不可能把大型的壓氣機(jī)帶上太空，所以推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加就比較難。而且根據(jù)方案不同，可能也會(huì)遇到油氣分離等技術(shù)難點(diǎn)，而這些在地面都很難驗(yàn)證。因此，美國(guó)從沒(méi)做過(guò)在軌補(bǔ)加，目前只有俄羅斯的“進(jìn)步號(hào)”和歐洲的ATV具備推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加的能力。
我國(guó)的貨運(yùn)飛船也要突破這一關(guān)鍵技術(shù)。為此，我國(guó)計(jì)劃發(fā)射自主研制的貨運(yùn)飛船，與天宮三號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)對(duì)接并驗(yàn)證在軌補(bǔ)加技術(shù)，確保將來(lái)空間站飛行推進(jìn)劑能夠不斷補(bǔ)充。
目前，我國(guó)貨運(yùn)飛船也已經(jīng)立項(xiàng)并開始研制，而且貨運(yùn)飛船的各項(xiàng)指標(biāo)也都瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，并與國(guó)際先進(jìn)指標(biāo)相當(dāng)。
“天宮系列”環(huán)環(huán)相扣
空間站建設(shè)運(yùn)行過(guò)程中,另一項(xiàng)非常重要的關(guān)鍵技術(shù)就是載人生保技術(shù)。
“天宮一號(hào)”開展了電解制氧和水氣分離等試驗(yàn)，而到后續(xù)天宮三號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室階段將會(huì)驗(yàn)證完整的載人生保系統(tǒng)，測(cè)定和驗(yàn)證其工作性能。
張柏楠解釋道，我國(guó)目前發(fā)射的飛行器都是短期飛行，氧氣靠高壓氣瓶提供，二氧化碳靠消耗化學(xué)藥品吸收，水從地面帶，其他廢水收集起來(lái)?xiàng)売谩Ｒ坏┑娇臻g站運(yùn)行階段，就要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期飛行，而不能依靠這種非再生模式，因?yàn)槲镔Y消耗量非常大，完全靠貨運(yùn)飛船運(yùn)輸，代價(jià)就更大。
所以要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)行，下一代環(huán)境控制和生物保障系統(tǒng)就必須舍棄之前的非再生模式，轉(zhuǎn)而聚焦物理化學(xué)生命保障模式，實(shí)現(xiàn)部分再生。
張柏楠舉例說(shuō)，比如氧氣可以靠電解水來(lái)產(chǎn)生，電解水則來(lái)源于航天員廢液。但電解水生成的氣體如何在太空失重的環(huán)境下跟液體分離開來(lái)，也有一定難度。“天宮一號(hào)”就要試驗(yàn)電解制氧的核心技術(shù),而通過(guò)載人生保技術(shù)，效益也是非常顯著的。
以航天員的飲用水為例，一個(gè)航天員一天一般需要2.5公斤～3公斤的飲用水，如果全靠地面運(yùn)送，每天僅是3名航天員的飲用水就要七八公斤，加上水箱可能達(dá)10公斤。而通過(guò)收集冷凝水再過(guò)濾提純的方式為航天員提供飲用水，每天的消耗量也就1公斤左右，甚至更低，這將大大減少飛船上行載荷的要求。（劉斐）
來(lái)源：中國(guó)航天報(bào)
