今天9時22分,搭載神舟十二号載人飛船的長征二号F遙十二運載火箭,在酒泉衛星發射中心準時點火發射,神舟十二号載人飛船與火箭成功分離,進入預定軌道,順利将聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員送入太空,飛行乘組狀态良好,發射取得圓滿成功。
▼神州十二号發射視頻回放
中國航天載人火箭發展早在上世紀 90 年代,我國就定下了載人航天工程三步走的戰略,這次神舟十二号載人航天發射正是第三步「建造空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題」的重要步驟。
自 20 世紀 70 年代, 我國先後研制成功“長征一号”“長征二号”“長征三号”和“長征四号”系列運載火箭。20 世紀 80 年代後期,在上述型号基礎上又陸續研制了“長征二号E”“長征二号F”“長征三号甲”“長征三号乙”“長征四号甲”和“長征四号乙”等型号的運載火箭,滿足了大容量應用衛星和載人飛船、空間實驗室發射的需要。進入21世紀,新一代“長征”系列火箭研制成功,運載能力大為提高,可滿足發射大型載荷和空間站艙段的需要。
這次負責運送的長征二号 F 運載火箭對于不少人來說已經是熟面孔了,專為發射載人飛船的它,可将 8.6 噸的有效載荷運送到近地點 200 公裡、遠地點 350 公裡的地球近地軌道。
長征二号 F 火箭的安全性表現十分不錯,目前它所參與的發射任務全部圓滿成功,這也是它被稱作「神箭」的原因之一,而這次它和航天員們飛往的目的是天和核心艙,也是我國空間站天宮的核心組成部分。在這裡三位宇航員将開展長達 3 個月的工作,同時天和核心艙也是他們主要的生活區域,為了保證航天員基礎生活體驗,天和核心艙配備有設 3 個卧室 1 個衛生間,同時準備了 120 多種航天食品,航天員還可以使用太空跑台和自行車進行鍛煉。
我國為何要大力發展航天? 中國航天産業在美國等西方發達國家的技術封鎖下,始終堅持 自主可控 的發展方向。一方面,在航天強國的目标下,中國航天産業“國家隊”不懈努力,取得了諸多成就。另一方面,在商業航天相關支持政策的落地以及國家将衛星互聯網納入 “新基建”戰略的推動下,商業航天市場的“多嬌”引無數商業航天公司競折腰,衆多商業航天發射實驗争相開展,大量商業衛星星座計劃接連不斷地被提出。除了航天領域的火箭商業化,影響更加深遠的是空間實驗技術,根據《瞭望》雜志我國近年來的 1000 多種新材料中,80% 是在空間技術的牽引下研制完成的,其中有不少已經民用化、商業化。其創造的直接經濟利益是十分龐大的,民生證券研報稱,商業航天項目預計投資超千億,航天闆塊或迎戰略機遇期。美國、歐洲多家評估機構顯示,航天領域每投入 1 元,将産生 7 元至 12 元的回報。
太空技術也确實在改變我們每一個人的生活,如航天員在微重力環境容易流失骨質,在這方面的研究以及相關藥物不僅解決了航天員在太空的生活問題,相關藥物還能治療老年人的骨丢失疾病,眼動儀、耳式溫度計以及利用醫學影像來檢測内部損傷和癌症等産品和技術,都和航天技術密切相關。
最後,發展航天對于國防安全有重大意義。人類社會早就進入太空時代。随着軍用航天器的迅速發展,各種軍用衛星、載人航天器、彈道導彈與反彈道導彈等空間新式武器形成了一體化的太空戰場軍事系統,并将在聯合戰役中發揮重要作用。
空間飛船概述空間飛船是人類進入太空乘坐的空間飛行器、在太空進行各種科學研究活動的實驗平台和進行空間開 發與軍事活動的飛行平台。當前全球主要使用的空間飛船主要可以分為載人飛船及空間站兩類。
① 載人飛船
載人飛船是一種用運載火箭發射到近地軌道作短期飛行,執行特定航天任務後再返回地面的載人航天 器,通常是一次性使用的航天器。載人飛船的主要構成類似衛星空間系統中的保障系統,包括結構系統, 熱控制系統,電源系統、姿控系統、軌控系統及測控系統,除此以外,空間飛船還需要環境控制和生命保 障系統,為座艙内提供足夠的氧氣,一定的壓力和适當的溫度等。按照載人飛船發展的技術水平和結構特點,載人飛船已經經過了三代的發展,具體發展過程如表所示。
表-載人飛船發展曆程
當前,載人飛船一般由軌道艙、服務艙及返回艙三個主要艙段構成。其中返回艙是飛船的核心部分, 是整個飛船的控制中心,供宇航員在上升和返回時乘坐;軌道艙是宇航員在軌道上的工作場所,安裝有各種實驗儀器設備;服務艙通常安裝電源系統、生命保障系統等
② 空間站
空間站則是一種在近地軌道長時間運行,可供多名航天員在其中生活和工作的載人飛行平台。小型空 間站一般可一次發射完成,大型空間站通常分批發射組件,在太空中進行組裝。空間站設有不同用途的艙 段,如工作實驗艙、科學儀器艙等,空間站外部裝有太陽能電池闆和對接艙口,保證站内電能供應和實現 與其他航天器的對接。
空間站的發展可以分為四代,第一代特點為單艙,僅有一個對接口,型号包括蘇聯的禮炮 1 号到禮炮 5 号以及美國的天空實驗室;第二代空間站的特點為單艙,有兩個對接口,型号包括蘇聯的禮炮 6 号和禮 炮 7 号;第三代空間站的特點為多艙,采用了積木式結構,代表型号為和平号空間站;第四代空間站的特 點為多艙,同時采用了衍架結構和積木式的“混血”結構,代表型号為國際空間站。
空間站的核心子系統包含電力系統、熱控系統、環境控制與保障系統以及姿态與軌道控制系統。
當前,在軌服役的空間站僅有美國主導建設的國際空間站,并計劃于 2024 年退役。2021年4月29日,我國在文昌航天發射場使用長征五号B遙二運載火箭,将中國航天科技集團五院抓總研制的空間站天和核心艙成功送入預定軌道。我國的規模為 66 噸,可載 3 人,艙段包括“天和”核心艙、“問天”實驗艙Ⅰ及“夢天”實驗艙Ⅱ。
空間站的技術指标主要包含增壓倉容積,總質量、電功率、結構尺寸、軌道參數、成員人數、數據傳 輸率及運行壽命等。
空間飛船技術發展趨勢載人飛船方面,作為體現一個國家自由進出空間的水平,開發和利用空間的重要前提,載人飛船技術 已經成為航天強國未來載人航天技術發展新的競争焦點。當前各國對下一代載人飛船的研發進展如表所示。
表-下一代載人飛船研發進展
根據中國空間技術研究院相關研究人員在《新一代多用途載人飛船概念研究》披露,新一代載人飛船的技術發展呈現出如下特點:
(1)适應多任務,模塊化設計。
(2)較低的制造和運營成本。
(3)氣動外形以鈍頭體為主。
(4)自身動力逃逸是提高安全性和系統性能的有效手段。
(5)采用新型材料和結構降低飛船質量。
本文作者:材料委天津院
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