刚刚,「神舟十二号」发射!这次载人航天有什么不一样?

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06-17 09:29

上个月,天问一号成功登陆火星,并释放出我国首辆火星车「祝融」,在一次发射中出色地完成了围绕火星飞行、降落、巡航的任务,堪称人类航天史上的壮举。

而今天,我们将再进一步。

就在刚刚,被称作「神箭」的长征二号 F 遥十二运载火箭搭载着神舟十二号载人航天飞船发射了,聂海胜、刘伯明和汤洪波三位宇航员将乘坐这班飞船飞往我国自主载人航天空间站天宫,而且这次将大幅度提升驻留时间,达 3 个月之长。

时隔近 5 年,我们终于再度跨上了载人航天之旅,建设「天宫」。

目标「天宫」,出发!

这次负责运送的长征二号 F 运载火箭对于不少人来说已经是熟面孔了,专为发射载人飞船的它,可将 8.6 吨的有效载荷运送到近地点 200 公里、远地点 350 公里的地球近地轨道。

▲ 图片来自:航天爱好者网

长征二号 F 火箭的安全性表现十分不错,目前它所参与的发射任务全部圆满成功,这也是它被称作「神箭」的原因之一,而这次它和航天员们飞往的目的是天和核心舱,也是我国空间站天宫的核心组成部分。

在这里三位宇航员将开展长达 3 个月的工作,同时天和核心舱也是他们主要的生活区域,为了保证航天员基础生活体验,天和核心舱配备有设 3 个卧室 1 个卫生间,同时准备了 120 多种航天食品,航天员还可以使用太空跑台和自行车进行锻炼。

▲ 天和核心舱曾在珠海展览. 图片来自:新京报

筹备发射时,央视还对中国载人航天工程副总设计师杨利伟进行了采访,他表示此次参与航天任务的三位宇航员均是从第一批和第二批宇航员中选出,他还透露目前具备航天飞行的宇航员共计为 16 位。

航天员聂海胜参加过神舟六号、神舟十号载人飞行任务,航天员刘伯明参加过神舟七号载人飞行任务,航天员汤洪波是首次飞行。

其他宇航员在之后也有机会按照规划登上我国空间站天宫去执行任务,而这次对参与神舟十二号任务的宇航员的要求是三人全部需要具备出舱能力,以便进行轮换。

也正因此,宇航员们为此都进行了严密的训练,除了比较常见的体能训练、失重模拟训练,更为重要的是模拟工作训练,包括宇航员在天和核心舱上要完成的装备组装、在机械手帮助下的出舱设备更换等工作等。

而这次发射正值疫情期间,也给整个火箭发射、入驻空间站的任务提出了不小的挑战,还好神舟十二号载人航天团队快速反应,打通了航天员中心到 AIT 大厅的多个网络传输环节,同时引入机器判读,减少了现场人员配置,在减少交流的同时做好发射筹备与执行。

我国上一次载人航天任务是由神舟十一号飞船在 2016 年完成的,当时航天员景海鹏、陈东出色地完成了任务,在太空驻留时间达一个月,而这次随着神舟十二号的发射,这一纪录将被打破,三位航天员将驻留 3 个月。

值得一提的是,驻留期间三位航天员也将在太空中享受一把特殊的 「拆快递」体验,上个月天舟二号货运飞船成功发射并与天宫空间站交接,这艘飞船所装包裹达到了 160 多件,等待航天员去开启。

▲ 天舟二号 图片来自:航天科技五院

驻留时间大幅度增长,除了对航天器、空间站的考验,也是对航天员本身体力和心理的巨大考验,作为核心舱「天和」的首批入驻人员,他们此次任务也将为后续其他宇航员登上空间站提供宝贵经验。

同时这也是我国载人航天三步走战略的新起点,按规划之后我国将继续发射梦天和问天两大实验舱,与此前发射的天和核心舱、天舟二号货运飞船、载人航天飞船等组成完整的天宫载人航天空间站。

▲ 天宫空间站的基本结构. 图片为艺术图

这次神舟十二号载人航天任务更像是一次空间站载人实训,为 2022 年空间站全面建设投入使用打好基础。

神舟十二号,载人航天工程「三步走」的新起点

早在上世纪 90 年代,我国就定下了载人航天工程三步走的战略,这次神舟十二号载人航天发射正是第三步「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」的重要步骤。

为此我国已经筹备了多年,它们当中有不少已经成为了这次神舟十二号载人航天飞船任务的基础技术或设施,建设天宫空间站是一段学习之旅,同样是一段创新之旅。

以载人航天中最关键的技术之一空间交会对接技术为例,中国空间技术研究院空间站系统总设计师杨宏曾表示:

两个航天器的机、电、热,各个多专业系统要有机地融为一体,就相当于 1 加 1 还要等于 1。分离的时候,两个航天器还要各自成为独立的飞行器。

要将几吨的航天器接上并不容易,为此经过不断摸索与创新,天宫一号与神舟八号完成了空间对接作为转折点,此后相关技术不断进步,这次神舟十二号飞船与空间站对接按计划也会用上和天舟二号一样的快速自动对接技术。

根据光明日报的报道,对比以往快速自动对接技术有巨大的提升,做到了全相位、全自动快速对接。全相位指的是无论是飞行器与空间站的相对位置是 1/4 圈还是半圈、整圈,都能以最快速度或在规定时间内对接好,不需要根据空间站位置来定发射时间。

▲ 天舟二号与空间站对接

全自动指的则是自动对接,在上一次天舟二号与空间站的对接中就做到全自动,据中国航天科技集团五院天舟二号货运飞船副总设计师党蓉表示

以往飞船的交会对接从发射到具备交会对接条件需要大约 2 到 3 天时间,过程中还需要大量的人工参与。而此次天舟二号与天和核心舱对接,整个过程历时约 8 小时,不用地面干预,就像无人驾驶汽车一样。

当然了为了任务能顺利,飞船一般也还会配备一套手动对接系统。而我国的 8 小时快速对接技术在全球范围内也属于最快的那一批,SpaceX 的龙航天飞船最近与国际空间站对接就耗费了 40 小时,而去年俄罗斯的联盟号航天飞船仅花费 3 小时左右就完成了与国际空间站对接。

▲ SpaceX 龙飞船

更快的对接速度不仅可以减少航天员在飞船狭小空间内滞留的时间,还可以更好更快地将一些对时间保存要求高的物品,如生物制剂送到空间站内妥善保存。

这次航天员将前往的天和核心舱同样也是我国高端技术的结晶,核心舱全长约 16.6 米,大柱段直径  4.2 米,小柱段约 2.8 米,重量达到了 20 吨级,不仅具备长期飞行能力、支持航天员生活,还能开展航天医学、空间科学等实验。

▲天和核心舱

为了保障航天员在太空稳定驻留,核心舱中就有不少相应的支持技术,中国航天中国航天科工集团有限公司二院 206 所研发的环控生保尿处理子系统正是其中之一,据该所空间机电技术研究室主任崔广志表示

在单一工作周期内,尿处理子系统能够从 6 升尿液中提出 5 升的蒸馏水,且经过净化的再生水超出国家卫生标准,完全可以满足在空间站中长期驻留的航天员饮用、清洁、制氧等多种用途。

这不仅保障了航天员们安全驻留在空间站,同时也通过循环利用减轻了空间站负载压力。

▲天宫空间站. 图片来自:新华社

同样的,为了保障安全驻留天舟二号货运船中储藏室的物资还配备了一个具备无线射频识别功能的标签,航天员可以通过专用设备快速找到具体的物资,这无论是在生活物资取用还是装备转载方面都提升了效率,时间在太空驻留中显得极为重要。

说到这里,你可能会觉得这些技术离普通人有些遥远,但其实它们已经在潜移默化地改变我们的生活了。

功在当代,利在千秋

载人航天工程无疑是个需要耗费巨大人力物力的国家项目,但同时它也在创造经济效益甚至改变人们的生活,早在 2016 年中国长征火箭有限公司就推出了相应的中国火箭商业化服务体系。

▲ 图片来源:Quartz

服务体系中包括了提供火箭发射方案,利用现有长征系列火箭发射任务的剩余运力,面向商业市场提供高性价比的载荷搭载服务,未来甚至还会开发相应的太空载人旅游服务,这些都能创造一定的经济效益。

而对于建设我国自有空间站天宫而言,一方面将发射技术掌握在自己手中,可以省下不少「船票钱」,NASA 就曾多次向俄罗斯购买船票,让航天员搭乘航天飞船前往空间站。

而且俄罗斯一直在提升船票价格,从 2000 多万美元提到了 9000 万美元,NASA 甚至一度仅仅船票钱就花了 30 多亿美元,SpaceX 的航天飞船被 NASA 选中的原因之一就是价格优势。

另一方面我国并没能参与到目前正在运营的国际空间站当中,而要在太空中进行长期有规律的技术试验,空间站的重要性不言而喻,建设自有空间站也就十分必要了。

除了航天领域的火箭商业化,影响更加深远的是空间实验技术,根据《瞭望》杂志我国近年来的 1000 多种新材料中,80% 是在空间技术的牵引下研制完成的,其中有不少已经民用化、商业化。

其创造的直接经济利益是十分庞大的,民生证券研报,商业航天项目预计投资超千亿,航天板块或迎战略机遇期。美国、欧洲多家评估机构显示,航天领域每投入 1 元,将产生 7 元至 12 元的回报。

对太空的探索是全人类的目标,我国空间站建成后也将基于「和平利用、平等互利、共同发展」的原则与全球多个国家和地区开展合作,已遴选出来自 17 个国家的 9 个项目,参与在天宫空间站的联合实验项目。

 

另一方面太空技术也确实在改变我们每一个人的生活,如航天员在微重力环境容易流失骨质,在这方面的研究以及相关药物不仅解决了航天员在太空的生活问题,相关药物还能治疗老年人的骨丢失疾病,眼动仪、耳式温度计以及利用医学影像来检测内部损伤和癌症等产品和技术,都和航天技术密切相关。

现在火热的自动驾驶技术中也有航天技术的身影,中国航天科技集团八院利用航天科技的积累打造出国内首款低成本防撞雷达,帮助测量周边物体位置,辅助驾驶的同时保障安全,相关技术还在不断发展。

此外还有生物、网络通讯等多方面的技术研究,而且此次三位航天员进驻天和核心舱的时间更长,除了为之后航天员登上空间站做准备外,还有更多时间可以筹备相关空间实验。

上一次载人航天之旅中,虽然入驻时间只有一个月,但航天员们仍然进行了实验,他们甚至亲手种下了生菜种子。

毫无疑问的是随着这次神舟十二号发射我们离建设天宫空间站更进了一步,随之而来的是相关技术的沉淀,它们当中有的直接成为了新技术,有的则将会未来改善我们的生活水平。

 

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