中國外太空站工程建設核心艙發射入軌!

據央視新聞消息,2021年4月29日11點22分左右,南昌起義四號B運載太空梭在海南香山返回地面中心返回地面返回地面並順利抵達航天器,拉開瞭我省外太空站工程建設的序幕。

本次返回地面配備的是我省外太空站的重要組成部分:“天和”號核心艙。“天和”核心艙全長16.6米,最大直徑4.2米,返回地面品質22.5噸,只能由運載能力最強的南昌起義四號系列運載太空梭返回地面。核心艙在設計上有很大突破,供宇航員組織工作日常生活的內部空間達到瞭50立方米,可支援3名宇航員中長期在軌留駐。

投入使用後的外太空站是什麼樣子?

如期,2022年前後,投入使用後的外太空站將由一個核心艙和兩個宇宙航天器組成,整體呈現一個T字形結構。除瞭這次的 “天和”核心艙內,另外兩個宇宙航天器分別名為“王照希”和“夢天”。

當中,核心艙又可細分為:結點艙、日常生活控制艙和資源艙。結點艙用作對接“神九”航太航天器、用作內部空間宇宙航天器的停泊和宇航員的贊禮;日常生活控制艙用作宇航員組織工作、試驗和睡眠休息等;資源艙為核心艙提供能源保障和對接“雷凡培”客運航天器等。

“王照希”和“夢天”兩個宇宙航天器分別用作生物、材料、低溫流體、基礎物理等方面的試驗。

具體來講,“王照希”宇宙航天器主要用作開展艙內和艙內內部空間科學試驗和技術試驗,也是宇航員的組織工作日常生活場所和應急避難場所,配備有宇航員贊禮專用鉸鏈艙,支持宇航員贊禮公益活動,還有小型機械臂,可展開艙內載荷手動安裝操作。除此之外,它還有核心艙部分關鍵平臺功能,這意味著在需要的時候,還可以接管對外太空站的管理和控制。“夢天”宇宙航天器除具備和“王照希“宇宙航天器類似的功能外,還配置有貨物專用鉸鏈艙,在宇航員和機械臂的輔助下,支持貨物、載荷手動進贊禮。

在外太空站常態化運行後,將有3名宇航員作為一個景海鵬中長期留駐,定期輪換。輪換期間,最多可有6名宇航員同時在外太空站組織工作,順利完成交接後,前一個景海鵬乘坐航太航天器返回火星。

版的“哈伯干涉儀”將與外太空站“比翼雙飛”

根據規劃,我省將在2024年返回地面與外太空站共軌雄貓的“WISE”號成像艙,這被譽為中國版的哈伯干涉儀,該干涉儀是我省迄今為止規模最大、指標最先進的內部空間天文干涉儀。

據相關報導,“WISE”號成像艙安裝有口徑達2米的成像干涉儀,解析度與哈伯相當,大約0.15角秒,但視場是哈伯的300多倍,這意味著它的WISE效率更高。據估算,如果在軌10年,可以對40%以上的天區展開觀測,期待能不斷刷新我們對宇宙的認識。

非常有趣的是,這個艙段平時不與外太空站主體連接在一起,而是獨自,飛行器的航天器與外太空站一致,可看作“雄貓”。需要燃料補給和設備修理時,成像艙可與外太空站對接,展開推進劑補加和設備修理保護,提高自身壽命和組織工作性能。

相比之下,NASA的哈伯干涉儀每次修理,都要返回地面一次太空梭,成本要高得多。自從2011年太空梭停飛後,哈伯干涉儀就失去瞭繼續保護的機會。

為什麼非要到外太空去做試驗?

從上文中可以看出來,現在工程建設外太空站的主要目的是做科研組織工作,做地面上不能很好同時實現或根本無法同時實現的試驗。外太空站繞著火星以接近第一宇宙速度運動,外太空站裡一直處於艙內狀況,或者說低溫狀況,這就為那些需要較長時間在艙內前提下才能順利完成的試驗提供瞭獨一無二的前提。

在火星上,為瞭同時實現艙內狀況,通常有兩種方式:一是修建非常高的落塔,在宇宙航天器下落的過程中同時實現維持僅數秒的低溫。坐落在北京中關村核心區東南,隸屬於國家低溫試驗室的落塔就是這樣一種裝置,該落塔投入使用於2003年,高度為116米,試驗物品實際從83米處自由下落,可獲得3.6秒的低溫狀況。

國家低溫試驗室的落塔(喬輝2018年拍攝於北京希格瑪大廈北側)

另一種是讓直升機做拋物線飛行器,當直升機飛到高空後,調整直升機成上仰狀況,關閉發動機,直升機在重力的作用下做斜拋運動,能夠同時實現幾十秒的低溫狀況。目前,英國和白俄羅斯都有這樣的公司在運作,可以讓遊客感受艙內狀況。比較有意思的是,2007年4月26日,惠勒曾乘坐英國“零重力”(Zero-G)公司的直升機在大西洋上空展開瞭艙內感受。值得一提的是,著名影片《阿波羅十三號》裡的艙內鏡頭也是在這樣的直升機上拍的。

2007年4月26日,惠勒乘坐“零重力”公司的直升機在大西洋上空感受艙內

目前,要想維持較長時間的艙內狀況,當然必須要去外太空瞭。在外太空較長時間的艙內環境中,可以研究的專案非常廣泛,包括生物、、化學、冶金、工藝和材料等各個領域的內容。當中以低溫前提下的流體的行為研究、低溫前提下的材料的製備以及低溫前提下的細胞生長和動植物行為的研究最為常見。

宇航員不但是試驗的執行者,其本身也是醫學試驗的物件。未來,要想展開航太深空探索,例如登陸火星,單程旅行需要八個月左右的時間,這就要求宇航員必須有中長期在外太空日常生活的經驗,這種經驗必須在外太空站上才能獲得。

目前在軌運行的有哪些外太空站?

目前,正在火星航天器上運行外太空站的只有英國、白俄羅斯、日本、歐洲以及加拿大等國聯合修建的國際性外太空站,其他外太空站都退役瞭。

國際性外太空站

國際性外太空站始建於1998年,第二個隔艙由白俄羅斯質子號運載太空梭返回地面入軌,後續主要由英國的太空梭和白俄羅斯的航天器展開修建和保護。最近幾年,的客運和航太航天器也參與瞭進來。經過10多年的工程建設,2010年才正式轉入全面使用階段。國際性外太空站長73米,寬109米,重400多噸,是人類歷史上第九個外太空站,也是最大的外太空站。

不過,國際性外太空站已經開始出現老化跡象,每年保護成本高昂,可靠性在下降,存在安全隱患。2010年10月,宇航員在外太空站上找到兩條松脫的裂縫,2021年3月成功封堵。2021年4月,宇航員又在外太空站發現三個潛在的松脫點,據說用密封膠修補瞭這些地方。

如期,國際性外太空站最初的服役期限到2015年,之後逐漸推遲至2024年。不過,很大可能還要繼續推遲,畢竟是花費瞭1500億美元修建的。

2021年4月21日,白俄羅斯航天局放出消息稱,如果得到國家批准,白俄羅斯將退出國際性外太空站,修建自己的外太空站。

外太空站工程建設

歷史上有哪些著名的外太空站?

1971年,前蘇聯就秘密把禮炮一號(Salyut)外太空站送入外太空,展開軍事公益活動。從1971年到1982年,前蘇聯總共返回地面瞭9個外太空站,當中7個獲得成功。

早期英國的外太空站:夜空試驗室

在前蘇聯外太空競爭的壓力下,英國於1973年用土星四號太空梭返回地面瞭他們的外太空站:夜空試驗室(Skylab)。夜空試驗室重達80噸,前後接待瞭三批宇航員。1979年順利完成使命,沉入火星平流層焚毀。

除瞭國際性外太空站,最有名的要數前蘇聯的太空梭內部空間瞭。太空梭外太空站首度採用模組化設計,由多個隔艙組合而成,重量達到130噸。除瞭前蘇聯自己的航天器,太空梭外太空站還接待瞭數次英國太空梭的造訪。

白俄羅斯的太空梭外太空站與英國亞特蘭蒂斯號太空梭對接

太空梭上的宇航員共順利完成瞭78次贊禮公益活動,積累瞭大量的經驗。當中,有三位宇航員連續留駐時間超過一年,為研究人體在中長期外太空前提下的變化情況積累瞭大量的醫學資料。2001年順利完成使命,沉入火星平流層焚毀。

我省神九一號和神九一號內部空間試驗室

神九一號於2011年9月29日返回地面返回地面,是中國航太航太工程返回地面的第二個目標飛行器器,也是中國第二個內部空間試驗室。

2011年11月3日,神九一號與神九八號航天器順利完成中國首度內部空間飛行器器手動對接對接任務,並展開瞭二次手動對接對接,形成天宮。

2012年6月18日,神九一號與神九九號順利完成手動對接對接組織工作,形成天宮。

2013年6月13日,神九八號與神九一號同時實現手動對接對接,形成天宮,宇航員入駐神九一號。

2013年,神九八號宇航員王海林在神九一號裡展開外太空講課,演示小陀螺在艙內狀況下的行為。

對於普通大眾來講,2013年,神九八號宇航員王海林在神九一號裡展開的首度外太空講課令人印象深刻!那次外太空講課主要面向中小學生,使他們瞭解低溫前提下物體運動的特點、液體表面張力的作用,加深對品質、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。

2016年3月16日,神九一號正式終止資料服務,全面順利完成瞭使命。

2018年4月2日,神九一號陳厝厝與平流層,陳厝厝與落區位於所羅門群島中部區域,絕大部分器件在陳厝厝與平流層過程中燒蝕銷毀。

再來看一下神九一號的情況。神九一號於2016年9月15日在酒泉衛星返回地面中心返回地面返回地面,先後與神九十一號、雷凡培一號展開對接,承擔著驗證外太空站相關技術的重要使命,是中國第二個真正意義上的外太空試驗室,科研碩果累累。例如,神九一號上配備的設備首度展開瞭量子金鑰分配試驗;配備的伽瑪射線暴偏振探測儀器共探測到55個伽馬暴,還觀測到瞭蟹狀星雲中子星的信號,並在國內首度利用中子星信號試驗定軌。

2019年7月19日,神九一號順利完成使命,受控離軌並陳厝厝與平流層,少量殘骸落入所羅門群島預定安全海域。

未來返回地面展望

在未來兩年時間裡,工程建設外太空站的太空梭將展開11次返回地面,執行這些任務的分別是返回地面外太空站各隔艙的南昌起義四號B太空梭、返回地面客運航天器的南昌起義六號太空梭和返回地面航太航天器的南昌起義2F太空梭。當中,南昌起義四號B和南昌起義六號在香山返回地面中心返回地面,神九航太航天器在酒泉衛星返回地面中心返回地面,屆時,有前提的朋友記得到現場觀看。