2021年4月29日11时23分,搭载空间站天和核心舱的长征五号B遥二运载火箭,在我国文昌航天发射场点火升空。之后,天和核心舱与火箭成功分离,进入预定轨道,太阳能帆板两翼顺利展开且工作正常,发射任务取得圆满成功。此次发射任务成功,标志着中国空间站在轨组装建造全面展开,为后续关键技术验证和空间站组装建造顺利实施奠定了坚实基础。
参加此次发射任务的运载火箭及天和核心舱,分别由中国航天科技集团有限公司所属的中国运载火箭技术研究院和中国空间技术研究院抓总研制。这是长征系列运载火箭的第367次飞行。
按照空间站建造任务规划,今明两年我国将接续实施11次飞行任务,包括3次空间站舱段发射、4次货运飞船以及4次载人飞船发射,于2022年完成空间站在轨建造,实现中国载人航天工程“三步走”发展战略“第三步”的任务目标。
文、图/广州日报全媒体记者肖欢欢 通讯员杨欣、桑茜、庞丹、朱怡蓝
中国空间站:
“观景别墅”三室两厅
航天科技集团五院空间站系统副总设计师朱光辰比喻说,如果神舟飞船是一辆轿车,天宫一号和天宫二号就相当于一室一厅的房子,而空间站是三室两厅还带储藏间,算是“豪宅”了。据悉,天和核心舱的设计寿命是15年,并可通过维修延长寿命。
航天科技集团五院空间站任务总设计师杨宏介绍说,为了让航天员在太空中的长期生活更加舒适,核心舱在设计上较过去有了很大突破,供航天员工作生活的空间约50立方米,未来加上两个实验舱后,整体能够达到110立方米。不仅活动空间大,航天员在空间站的补给也得到了更好保障。此前我国航天员在轨飞行时间的最高纪录是33天,航天员生存所必需的水和氧气由航天器直接送入太空。为了让航天员实现更久的在轨停留,空间站设计了完整的可再生生命保障系统。航天员呼出的水蒸气会通过冷凝水方式回收,排泄的尿液也会回收净化,重新作为饮用水和生活用水使用。电解制氧时产生的氢气与航天员呼出的二氧化碳,将通过化学反应生成氧气,这也能够降低氧气的补给需求。
航天科技集团五院空间站系统总体主任设计师张昊介绍,天和核心舱的密封舱内配置了工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区六个区域。不仅能够保证每名航天员都有独立的睡眠环境和专用卫生间,而且在就餐区配置了微波炉、冰箱、饮水机、折叠桌等家居,还配置了太空跑台、太空自行车、抗阻拉力器等健身器材,以满足航天员日常锻炼。
此外,舱内情景照明可由手机APP控制。说到手机,核心舱不仅配上了,可以实现在轨航天员之间通话和天地通话;还配了天地视频通话设备,可以实现与地面的双向视频通话;此外,还有可以支持航天员收发电子邮件的测控通信网和相关设备。“航天员在太空上网,跟我们在地面上上网没什么区别,航天员还可以随时接通地面电话和地面通话。”张昊说。
空间站“专属列车”
创造多个“国内第一”
为我国空间站任务“量身定做”的长征五号B运载火箭,是我国目前近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭,具备近地轨道25吨的运载能力。长征五号B遥二火箭发射空间站核心舱,是长征五号B火箭的首次应用性发射,也是空间站建造的开局之战,将全面吹响我国打造载人空间站的集结号。继长征五号B运载火箭跑出“第一棒”后,长征七号运载火箭和长征二号F运载火箭将接力发射货运飞船和载人飞船,这将是我国航天历史上首次呈现多型长征火箭执行同一任务的情况。其“大力出奇迹”的关键所在,就是由航天科技集团八院805所抓总研制的4个3.35米助推器。据长征五号运载火箭副总指挥兼副总设计师鲍国苗昨天向记者介绍说,4个助推器为长五B火箭提供了90%以上的起飞推力,并创造了多个“国内第一”。
一是国内第一个规模最大的液体助推器,不仅体现在它10层楼高的“个头”和直径3.35米“腰围”,还体现在单个助推器推力最大,达到240吨,超过了普通中小型运载火箭的起飞推力;二是国内第一次采用了气动外形良好的斜头锥和前捆绑主传力结构,前捆绑点大偏置集中力设计载荷高达310多吨,后捆绑点径向设计载荷高达80多吨,这对助推器的结构设计要求非常高,必须要“站得稳”“牢传力”“耐高温”;三是国内第一次采用助推器支撑全箭竖立载荷,有效减轻了芯级重量和芯级结构的设计难度,提升了全箭运载能力。
天和核心舱实现“三个首次”
核心舱推进系统首次实现完全自动化
首先一项关键创新,是较2017 年天舟一号货运飞船实施“太空加油”的精彩表现,本次核心舱推进系统首次实现了完全自动化的高难度技术突破。科研人员为其研制出全新的自动补加程序,使其不再需要地面指令干预或是航天员的辅助,即可实现完全自主补加。“太空加油”技术和关键设备由六院801所完全自主研制,科研团队历经十余年艰苦拼搏,突破国外技术封锁,首创国内自主研发的压气机及浮动断接器,为我国后续大型空间站建设奠定了坚实基础。“太空加油”技术的成功填补了我国航天领域的空白,实现了我国空间推进领域的一次技术跨越。
我国航天器上首次有了电推进的身影
另一项首次创新,是核心舱推进系统除了配备4台轨控发动机、22台姿控发动机这些在航天技术中常用的常规动力。以外,还额外配置了四台霍尔电推进发动机,首次将电推进动力应用到航天器上。
首次为航天员设计了出舱更换维修方案
第三个首次是六院801所研发团队根据核心舱在轨15年的寿命要求,结合实际需求和产品风险评估,在以往可靠性设计、安全性设计的基础之上增加了维修性设计,首次设计了包括控制驱动器、霍尔电推进发动机气瓶等设备可实现由航天员出舱在轨更换维修的方案。
中国空间站100%国产化
国际空间站是目前在轨运行最大的空间平台,是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室。它的规模大约有423吨,由美国、俄罗斯、加拿大、日本等16国联合,先后经历12年建造完成。
中国空间站由一个核心舱和两个实验舱组成,在总体规模上不及国际空间站,这主要是在建设思路上按照符合中国国情,有所为、有所不为来考虑,综合当前需求和耗费等因素。采用规模适度、留有发展空间的思路,既可以满足重大科学研究项目的需要,又同时具备扩展和支持来往飞行器对接的能力。在建设过程中始终追求技术进步,充分采用当代先进技术建造和运营空间站,全面掌握大型空间设施的建造和在轨操作能力;同时注重应用效益,在空间站应用领域将取得重大创新成果,追求运营经济性。此外,中国空间站由我国自主建造,实现了产品全部国产化,部组件全部国产化,原材料全部国产化,关键核心元器件100%自主可控。
中国空间站五大工程目标
一是建造并运营近地空间站,突破、掌握和发展大型复杂航天器的在轨组装与建造、长期安全可靠飞行、运营管理和维护技术,提升国家航天技术水平,带动相关领域和行业的科技进步。
二是突破、掌握和发展近地空间长期载人航天飞行技术,解决近地轨道长期载人航天飞行的主要医学问题,实现航天员长期在轨健康生活和有效工作。
三是建成国家太空实验室。发展具有国际先进水平的空间科学与应用能力,开展多领域空间科学实验和技术试验、空间应用以及科普教育。
四是开展国际(区域)合作,为人类和平开发和利用空间资源做出积极贡献。
五是以在轨服务、地月和深空载人探测需求为牵引,试验和验证相关关键技术,为载人航天持续发展积累技术和经验。
长征五号B运载火箭VS长征五号运载火箭
相同点:
长征五号B与长征五号是同属一个火箭系列的不同构型,长征五号B火箭与长征五号火箭共享了芯一级和助推器的大部分关键技术,减少了一部分研制工作量,但是从研制难度上看,长五B这种一级半构型的火箭,在我们国家尚属首次。
不同点:
从外观上看,长征五号B运载火箭与长征五号运载火箭的最大区别在于整流罩,长征五号运载火箭的整流罩长度大约12.3米,而长征五号B火箭的整流罩长度达到了20.5米,是我国目前最大的火箭整流罩。
从用途上看,长征五号运载火箭一般用于发射高轨道的大型卫星以及各类深空探测器,如嫦娥五号月球探测器、火星探测器等;长征五号B运载火箭主要用于发射近地轨道的大型卫星及飞船,如载人空间站的核心舱和实验舱等。
人物故事
广东青年担当火箭飞行遥测第一棒
2021年4月29日11时23分,长征五号B在文昌航天发射场成功发射,将“天和”核心舱顺利送入太空预定轨道,中国正式步入空间站时代。伴随着火箭扶摇直上,在指挥控制大楼的“快评间”内,火箭飞行状态快速评估工作正在紧张进行。现场,一位戴着眼镜、脸盘清瘦的青年航天人,正认真观察着电脑屏幕上不断变化的关键参数,嘴角不时扬起成功的欣喜。他叫李礼航,来自广东梅州,是西昌卫星发射中心技术部测控系统工程师,此次任务中,负责对场区遥测系统工作进行质量监督和提供技术支持。
此次任务,李礼航跟岗学习发射场测控技术总体工作,参与了测控总体技术方案设计、技术状态协调和质量把关等工作,为承担好后续空间站建设系列发射任务做准备。
谈及自己的岗位,李礼航脸上满是幸福的光,“感觉自己是幸运的,圆了儿时的梦。”“能从事航天事业,是我从小的愿望。”他说,“随着天文知识逐渐丰富,自己也渐渐明白,地球之外有着浩瀚的宇宙等待我们去探索。”也就是从那时候起,向往航天、热爱航天的情愫就埋进了李礼航的心底。
2017年底,李礼航博士毕业,正值我国航天事业蓬勃发展。他来到了西昌卫星发射中心,入职中心技术部成为了一名系统工程师,从事测控技术相关工作,并参与执行了多次北斗三号卫星发射任务。期间,为了实现航天发射过程中火箭残骸的快速搜索回收,他积极参与到中心“火箭残骸信息处理与发布系统”的研制工作中,完成了大量火箭残骸落点历史数据的统计分析,建立了残骸分布范围和评估模型,提高了该系统对火箭残骸分布范围预测的准确性。
“从高中时的‘见证者’变成如今的‘参与者’,感到自豪的同时,更感到责任在肩,我会用严慎细实的工作为祖国的航天事业尽好自己的一分力量。”李礼航说。谈及对广东学子的建议,李礼航说:“每个人都有自己的人生安排,所以我没有什么建议,我想和学子们分享一个成长感受:用心体验身边的一切美好,那是不断向前的动力。”(文、图/广州日报全媒体记者 冯秋瑜 通讯员何玲)
“航天发射没有一条路是坦途”
“5,4,3,2,1,点火……”4月29日中午11时23分,海南文昌发射场测试发射大厅内,“天和”01指挥员廖国瑞喊出他航天生涯中第一次“点火”口令。长征五号B遥二运载火箭点火发射,将“天和”核心舱送入太空。本次任务为了达到“进度和质量都保住”的标准,廖国瑞始终憋着一股劲,在一线全程跟进任务,找出各分系统间的制约因素和耦合关系,及时在动态中调整计划,“找回”时间。站在全局考虑问题,是廖国瑞认为的“01”工作最大的特点。
“本次任务适逢海南进入前汛期,降雨概率和降雨量大幅增加。发射前夕持续反复的雷雨天气,稍有不慎便可能增加箭上电子元件受损的风险,这对塔架、箭体的防护工作提出了很高要求。为此,发射场实施了严密的防雨方案。”廖国瑞说。谈及首次担任“01”指挥员的感受,廖国瑞坦言:“航天发射没有一条路是坦途,每往前迈一步都不容易,但我们每个人都有战胜困难的决心和勇气。”
2011年研究生毕业的廖国瑞在西昌卫星发射中心开始他的航天生涯,当时西昌正处于高密度任务阶段,他在一年内作为主操作手执行了6次发射任务。2013年,廖国瑞被调到文昌参与新发射场建设,凭着前期在西昌的锻炼和积淀。他所在的控制系统作为火箭测发三大系统之一,被比作火箭的“神经中枢”,肩负着确保火箭姿态稳定、准确入轨的重要任务。
面对无文书规程、无设备设施、无人员经验的“空白”开局,廖国瑞决心从零开始。在逐步完善控制系统搭建的同时,他重点针对新一代运载火箭的故障应急处置,编修了几十套应急预案。2016年6月25日的长七首飞是廖国瑞在文昌执行的第一发任务。2017年,他凭借过硬的专业素质再次担任系统指挥员,执行“天舟一号”任务,被誉为发射场“金手指”和“天舟舵手”。勤勉与汗水、责任与担当、光荣与使命,都是廖国瑞追梦太空路上的精神信标。他笑称自己的知识储备和业务能力在不断“更新”,经历了毕业奔赴西昌、调往文昌后,这回以“01”指挥员身份历练过的自己已是第三次出发的“3.0版本”了。(文、图/广州日报全媒体记者冯秋瑜 通讯员徐斌如)