本日志标题:长征、神舟、天舟、天宫、天和、梦天、问天、巡天是什么?        [2021-6-18]

昨天,我国神舟十二号载人飞船把三名航天员送上太空,随后又与空间站天和核心舱成功对接,三名航天员也顺利进入我们自己的太空家园。为我们伟大的祖国祝福!

随着大家对新闻的关注,伴随而至的是一大堆航天产品名词,长征、神舟、天舟、天宫、天和、梦天、问天、巡天有些“傻傻分不清”了。

其实,这些名词都和我们国家航天局的四大重点任务之一“中国载人航天工程”有关(其他三大重点任务是北斗导航系统、高分辨率对地观测系统和探月与深空探测)

载人航天工程



载人航天工程是个巨大工程,是我国航天史上迄今为止规模最大、系统组成最复杂、技术难度和安全可靠性要求最高的跨世纪国家重点工程,由航天员、空间应用、载人飞船、运载火箭、发射场、测控通信、着陆场、空间实验室等八大系统组成。



另外,我们国家的载人航天工程发展非常稳健有序,早在1992年国家就确定了载人航天工程按“三步走”的发展战略实施

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,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;

第三步,建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。


首先说说火箭!

无论是发射靠近地球的卫星、飞船,还是奔向月球、火星的探测器,都需要借助一个大家伙:火箭。

为什么需要火箭,就不能使用飞机吗?

众所周知,要想把航天器送入太空进入一定轨道要克服地球引力,这就需要足够的推力,而普通的飞机还没有这个能力。当然,美国已经退役的航天飞机则是特制的飞机能直飞太空,但成本很高。

所以,我们的办法和国际上大部分国家一样,先用火箭把航天器送入一定高度,然后由航天器借助推进系统进行太空轨道运行。

那么,火箭似乎就成了探索太空工程的第一步,而我们国家自行研制的航天运载工具就是“长征”系列火箭。

长征火箭在没有诞生时就已经起名,因为当时我国航空事业起步晚,征途漫漫,航天人给火箭起名为长征,而长征最后胜利,也预示着将来一定会胜利。

火箭顶端可以放卫星,也可以放载人、载物飞船,也可以放到月球、到火星的探测器。

1970年4月24日“长征一号”运载火箭首次发射“东方红一号”卫星成功,标志着中国人独立自主地掌握了进入空间的能力。

经过半个世纪的发展,我们国家的火箭技术已经非常成熟,长征系列运载火箭经历了由常温推进剂到低温推进剂、由末级一次启动到多次启动、从串联到并联、从一箭单星到一箭多星、从载物到载人的技术跨越,逐步发展成为由多种型号组成的大家族。具备进入低、中、高等多种轨道的能力,入轨精度达到了国际先进水平。



其中1997年至2008年间,中国共发射长征系列运载火箭72枚,平均每年发射6枚,12年间无一次失败,达到了100%的发射成功率。2009年至今,中国发射了长征系列运载火箭246枚,平均每年发射18.85枚,其中发射成功236枚,部分成功3枚,失败7枚,达到了95.93%的发射成功率。

因为稳定可靠性,长征火箭不仅为我国航天事业做出贡献,还对外提供商业发射服务。所以,每当看到我国火箭发射几乎从没担心过,稳稳当当,尤其是这次的载人发射。

顺便说一句,提到火箭发射都离不开火箭发射场,场地的官方名称叫中国卫星发射中心,我们国家有5个,分别是酒泉卫星发射中心、西昌卫星发射中心、太原卫星发射中心,以及文昌卫星发射中心和中国东方航天港(海上发射中心母港)。

其中酒泉卫星发射中心是我国创建最早也是规模最大的发射中心,同时也是中国的载人航天发射场。另外在海南建设的文昌发射场,利用纬度低的优势,提高地球同步轨道卫星运载能力,同时也发射货运飞船、实验舱。


接着说说飞船!

飞船,又称宇宙飞船。是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的航天器。

我们国家把用来载人的航天器叫“神舟”,用来载物的叫“天舟”。“舟”就是船的意思。

神舟是出租车载人的,天舟是快递车送货的。

一般天舟系列货运飞船执行完任务后,将受控离轨再入大气层销毁,极少量残骸陨落南太平洋海域。

货运飞船主要运送三类物品,一是空间补给的燃料、设备,以维持空间站的在轨寿命;二是航天员的工作生活用品,以保障航天员在空间站的长期驻留;三是科学设备,以保障空间站进行空间科学研究。

反正,天舟货运飞船不必像神舟载人飞船那样考虑复杂的生命保障系统、再入大气时的保护系统,也不必携带复杂的通讯设备和飞船控制系统,成本大大降低,而运输的有效重量大大提高。


下面重点说说“神舟”载人飞船。


为解决载人航天工程第一步,我们国家从1999年开始,先后发射了神舟一号到四号,进行模拟测试,其实1、2号是无人飞船,3、4号是搭载模拟人飞船。

其中“神舟二号”发射倒计时前几天,由于操作失误,发射平台启动使得火箭与11层平台撞在一起。经过检测,火箭一共有18处损伤,导致飞船不得不推迟发射。

不但“神舟二号”惊悚,接下来的“神舟三号”也遭遇了部件故障,“神舟四号”遭遇超低温天气。

我们现在看到神舟飞天的辉煌,却没人了解背后一路劈荆斩刺的艰苦。


到了2003年10月15日,神舟五号发射,就是我们熟悉的中国太空第一人杨利伟所乘飞船。毕竟是第一次载人,当时飞船在轨时间只有21小时28分,但各项真人反馈为后续的飞船技术改善提了很多有用信息。比如舱内8Hz左右的低频振动与人体内脏形成共振差点让杨利伟感觉到牺牲,比如杨利伟听到的“敲玻璃声”其实是飞船在非常环境下的被挤压的声音,后来这些问题都得到了改善。

另外在“神舟五号”飞船返回着陆时候,杨利伟打开舱门的时候脸上是带着鲜血,据说是返回时候嘴角附近被头上的耳麦震动划破了皮。总之,第一次的风险性极高,杨利伟成为第一人是冒着巨大的风险,但最终成功了。




紧接着的是神舟六号,把两名宇航员费俊龙、聂海胜送上太空,实现了多人、多天,并且还完成了从返回舱到轨道舱的工作转换。

这里顺便介绍下神舟飞船的结构,它一般是由轨道舱、返回舱、推进舱、附加段四部分组成



航天员在发射升空和返回的时候都是在返回舱内的,返回舱就是外观看起来黑黑的,其实是宇航员的安全护体。

另外,轨道舱是集工作、吃饭、睡觉和盥洗等诸多功能于一体的舱,宇航员除了在发射和返回在返回舱,其他在天的时间都是在轨道舱。

当宇航员返回地面时,改变轨道需要一定的推力,这就需要推进舱的推进系统。所以返回舱和推进舱一起与轨道舱脱离,最终返回舱返回,推进舱在降临过程中焚毁。

返回舱返回后,轨道舱相当于一颗对地观察卫星或太空实验室,它将继续留在轨道上工作半年左右。有的轨道舱时间长了可能会失去动力变成太空垃圾,最终坠下地面在过程中焚毁。

附加段也叫过渡段,是为将来与另一艘飞船或空间站交会对接做准备用的。

可以说,载人飞船的轨道舱和返回舱是主要部件,相当于“一室一厅”。


再回到我们的神舟飞船系列,到了神舟七号,一下子上去了三名宇航员:翟志刚、刘伯明、景海鹏。这次任务的最大亮点是首次空间出舱,航天员翟志刚出舱高举国旗的画面依然清晰动容。



当时还有个小插曲,第一是当时负责出舱的翟志刚、刘伯明换好舱外航天服,准备打开舱门。在地面做了无数次试验准备之后,翟志刚信心满满地转动手柄,没想到舱门丝毫未动。原来,飞船其它设备材料还在缓慢地释放气体,舱内的气压仍然高于没有空气的宇宙空间。后来刘伯明赶紧上前帮忙,两位航天员花了很大力气总算打开了通往浩瀚宇宙的舱门。

第二个情况是紧随而至的,在两个航天员打开舱门的同时,舱内响起语音警告:“轨道舱火灾!轨道舱火灾!”景海鹏赶紧检查火情。刘伯明当机立断,把国旗塞给翟志刚。地面指挥大厅听到了他们这样的对话——刘伯明:坚持,反正任务我们继续。翟志刚:明白。刘伯明:着火我们也来不及了,不管了。翟志刚:成。

北京时间2008年9月27日16时44分,全世界通过电视直播,看到了在黑色的宇宙帷幕之中,身着白色“飞天”航天服的翟志刚,挥舞国旗,向中国人民、向全世界人民问好。那面凝聚了航天人深情的五星红旗,在太空中无比鲜艳。

后来消息传来:火灾告警属于系统误报,神舟七号一切正常。几年后,回忆起当时的情形,翟志刚说,他们跳过了原计划中先取回舱外实验装置的步骤,提前在太空展示国旗,只是因为:“如果真回不来了,就把这舞动国旗的画面,当作我们的永别吧。” 长使英雄泪满襟!英雄才是国家的脊梁!


神舟八号没有载人,主要是完成和空间站“天宫一号”的交会对接测试,为下一步载人飞船与空间站对接打下基础。

然后,神舟九号,送了景海鹏、刘旺、刘洋三名航天员上去,其中刘洋成为中国首位女航天员。这次发射的意义是实现了载人飞船与空间站的交汇对接。

神舟十号,把聂海胜、张晓光、王亚平三名航天员送了上去,这次任务最有印象的画面是王亚平进行中国首次太空授课,给全国人民演示了很多大家都很关心的太空现象,比如展示失重环境下物体运动特性、液体表面张力特性等物理现象。本次任务成功,标志中国载人航天工程全面进入载人空间站工程建设阶段。



神舟十一号,对接的天宫二号空间站,两名航天员景海鹏、陈冬在空间站呆了32天。任务的成功,为中国空间站建造运营和航天员长期驻留奠定了坚实的基础。

这次的神舟十二号,人数是是三名:聂海胜、刘伯明、汤洪波,时间上是3个月,比以往更长了——刚好在7.1前上去向党献礼,然后在10.1前回来举国欢庆。


所以,你看,从无人飞船,到模拟载人,再到真人上去一天,到多人多天,再到出舱,然后是与空间站对接测试,接着又是在空间站更长时间,一步一个脚印。

载人飞船的任务完成得非常出色:既能上去,也能安全返回,既能对接空间站,还能进行出舱活动。

现在看来,我们的飞船技术也已经非常成熟,包括这次神舟十二号,已经完成了7次的载人飞行。

未来更大的挑战可能是载人绕月飞船、载人登月飞船,对飞船的技术要求会更高。


说完火箭和飞船,下面就来说说空间站了!

空间站的构想最早来自科幻想象,二战期间德国甚至考虑架设高空轨道武器即所谓的“太阳炮”,就是将武器放地球轨道的空间站的一部分。

后来二战结束,美苏争霸,航空航天的技术力量比拼日新月异,在美国阿波罗11号飞船于1969年抢先登陆月球后,苏联在与美国登月的太空竞赛中落败,因此转向了其他方向(如空间站)来展示他们的航天实力和开发太空资源。

也就是说苏联优先开启了空间站的建造,著名的和平号空间站就是苏联一手打造,苏联解体之后归俄罗斯所有。后因年代久远,硬件老旧,维护成本高等原因,和平号空间站已经于2001年3月23日坠落地球解体。

因为苏联在空间站建设方面的经验,在苏联解体后美国和俄罗斯联系准备空间站的建设。这就是目前已经运行很久的“国际空间站”(下图所示),所谓“国际”就是由美国、俄罗斯、欧洲航天局、日本和加拿大主导共同建设的空间站。



虽然在建设完成后有很多国家的宇航员都进入过该空间站,但因为各种原因,比如“沃尔夫条款”,中国人一直被“国际空间站”拒之门外。

所以,有志气的中国航天人奋发图强,一步一个脚印打造属于我们自己的空间站。

目前空间站的技术已经经历了四代技术。

第一代空间站的技术特点是单模块,一个对接口。我们国家的“天宫一号”就是采用的这种技术。

理论上来说,天宫一号并非真正的空间站,实际上官方也称作是“目标飞行器”,其实就是个迷你的空间实验室。

天宫一号的主要目的是试验交会对接技术,为我国将来建设空间站做重要技术准备的。



空间交会对接技术是除了载人航天器的发射并返回技术、空间出舱活动技术之外,载人航天的三大基本技术之一。

所以,天宫一号在2011年9月29日发射升空,先后与神舟八号、神舟九号和神舟十号飞船完成多次空间交会对接,为中国载人航天发展作出了重大贡献。

当时神舟十号宇航员王亚平进行的太空授课就是在天宫一号内进行的。

2016年3月16日,天宫一号正式终止数据服务,最终于2018年4月2日再入大气层,销毁部分器件。


有了天宫一号的经验,我们国家在2016年9月15号发射了天宫二号空间实验室。

这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。为什么这样说呢,因为天宫二号不仅和神舟十一号飞船进行了对接,还和天舟一号货运飞船进行了对接,货运飞船就是运送推进剂等补加能源的。



而且天宫二号进行时间更长的宇航员停留,考核验证航天员中期驻留、推进剂补加、在轨维修等空间站建造运营关键技术。

同时,天宫二号还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,应该说是我国第一个真正意义上的太空实验室。

天宫二号2019年7月16日终止数据服务,最终于2019年7月19日受控离轨并再入大气层,落入南太平洋预定安全海域。

所以有了天宫一号的对接技术演练,有了天宫二号的补加功能测试和大规模空间科学实验。我们迎来了伟大的真正意义上的2021空间站。

首先,空间站名字不再是天宫三号,而是把“天宫”作为一个空间站整体进行命名。

整个中国空间站采用的是第三代空间站技术,特点是特点多模块,积木式结构。前苏联的和平号空间站也是这种技术。

我们的空间站最终要包括五大模块,分别是“天和”核心舱、“梦天”实验舱、“问天”实验舱、“神舟”号载人飞船和“天舟”号货运飞船,未来还会有“巡天号”空间天文台。

为什么说2021年很伟大,截止到神舟十二号上去,短短3个月上去了三个部件,一气呵成!

首先是在2021年的4月29日11时23分,长征五号B遥二运载火箭搭载空间站天和核心舱,在海南文昌航天发射场发射升空。

随后在2021年5月18日得到消息:空间站天和核心舱完成在轨测试验证。这意味着我国建设空间站的计划,已经成功迈出了坚实的一步。



顺便说说天和核心舱的作用。

天和核心舱是用于空间站的统一管理和控制以及航天员生活,有3个对接口和2个停泊口。



天和核心舱的顶部有一个节点舱,这个节点舱非常厉害,属于万用转接头,节点舱有4个对接口,分别是1个前向对接口、1个对地球方向径向对接口、2个侧向停泊口。

停泊口是未来用于问天实验舱、梦天实验舱与天和舱组装形成空间站组合,对接口用于神舟飞船、天舟飞船及其他飞行器访问空间站。



这天和核心舱“第一棒”跑出后,天舟二号货运飞船和神舟十二号载人飞船将紧跟其后,“接力”发射。

紧接着,2021年5月29日20时55分,天舟二号货运飞船在海南文昌发射场成功发射。空间站天和核心舱将迎来了第一位“访客”。

天舟二号货运飞船入轨后顺利完成入轨状态设置,并采用自主快速交会对接模式精准对接于天和核心舱后向端口,整个过程历时约8小时。

天舟二号携带了航天员生活物资、舱外航天服及空间站平台设备、应用载荷和推进剂等,与天和核心舱完成交会对接后,转入组合体飞行阶段,将按计划开展推进剂补加和空间应用项目设备测试等工作。


再然后,就是我们都熟悉的神舟十二号飞船发射。北京时间2021年6月17日9时22分,搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射。

北京时间2021年6月17日15时54分,神舟十二号载人飞船入轨后顺利完成入轨状态设置,采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱前向端口,与此前已对接的天舟二号货运飞船一起构成三舱(船)组合体,整个交会对接过程历时约6.5小时。

这其中因为天舟二号货运飞船已经和天和核心舱后向端口进行对接,所以神舟十二号载人飞船必须追上天和核心舱并绕到前面,和节点舱的前向接口进行对接。



以上的画面,就是截至到目前我们已经完成的空间站雏形。


下一步,预计明年2022年,我们国家还将选择时间把两个实验舱发射上去并进行对接组合。

其中实验舱I命名“问天”实验舱,主要任务是支持密封舱内应用和舱外试验,备份核心舱部分平台功能,存放航天员消耗品、空间站备品备件和补给货物。配置主份气闸舱,支持航天员出舱活动,配置小机械臂。



实验舱II命名为“梦天”,主要任务是支持密封舱内应用和舱外试验,配置货物专用气闸舱,在航天员和机械臂配合下,支持载荷、设备自动进出舱。




那么这样一看,我们现在已经上去的天和核心舱、核心舱尾部货运飞船、核心舱前端的载人飞船,再加上左右两个实验舱,一个初具规模的空间站就形成了。未来如果需要再加舱,通过节点舱再接核心舱的方式可以搭积木而成。




未来的空间基地

还记得我们前面说到的“国际空间站”吗?它采用的是第四代空间站技术——桁架挂舱式结构,即以桁架为基本结构,增压舱和其它各种服务设施挂靠在桁架上,形成桁架挂舱式空间站。

我国家的空间站技术依然是第三代技术,从空间站能满足科学实验的效用上来说,其实没有什么区别,而且桁架维护成本更高,好处是容量更大。

下面一张图片是对比“国际空间站”和我国空间站的,实际上“国际空间站”占面积很大的是太阳能电池板。



中国空间站的主要供电来自于问天号和梦天号实验舱外部的四块太阳板,这四块太阳板的光电转化率超过了30%,能提供80kw/h的供电。

对比国际空间站上的发电功率和它们那16块太阳能面板的光电转化率(仅为15%),可以说中国空间站的发电效率更高,与之相比同样能源强劲。这体现了中国空间站确实占据了良好的后发技术优势。

另外,国际空间站上美俄分别带了自己的科研机柜上天,加起来一共30多个机柜,但俄国因为曙光号舱段漏气,只好废弃大多数的科研机柜。

美欧部分连接舱用的太多了,浪费较多,真正的功能舱并不多,剔除掉这些连接器空间和桁架尺寸,国际空间站并不比中国空间站大多少。

而中国的梦天号科研舱的直径和其他尺寸对比下来是最大的,问天号科研舱也不小于日本的希望号,可以说在一期工程完工后只有三名宇航员常驻的中国空间站的科研效率和空间是很不错的。以后天和号备份舱与之连接后,六个宇航员的常驻规模将与国际空间站驻扎规模持平。

据说中国已与俄罗斯、意大利和日本等17个国家签订了空间站合作协议,中国给他们无偿使用空间站,合作开发出来的技术大家共享。意大利和日本似乎已经开始研发中国制式的太空货仓了。

据说“国际空间站”将延期使用到2030年,从那以后,天空中就只有中国空间站可用了。

不过为什么欧美国家为什么对空间站没有持续跟进,表面来看是因为成本过高,“地主家也没余粮”所以就搁置了,另外本身各国之间的关系也很微妙,比如美国和俄罗斯。

从另外一方面来看,“国际空间站”在天运行了这么长时间,欧美国家该做的空间实验也已经做了很多,相关的科研成果想要有新的转化也越来难,所以空间站可能属于他们的一种“鸡肋”。而我国因为之前没有加入到“国际空间站”,很多空间实验必须要自己来才可以,所以中国空间站必须要建。

当然,还有一种说法是,欧美国家可能是在瞄准月球,直接在月球上建立空间实验基地,月球这种天然着落场想怎么扩建就怎么建,未来还可以做星际发射场。



我们国家也在加大探月工程和深空探测,未来需要一代又一代的智慧中国人比学赶超。

现代宇宙航行学的奠基人、航天之父,前苏联科学家齐奥尔科夫斯基曾说“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。"

浩瀚太空,将会有越来越多的中国身影,我们的目标是星辰大海!

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By [cnbruce] at 10:18:18 | 评论 [0] | 浏览 [2425] | TrackBack| 返回顶部

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