据中国载人航天工程办公室消息,北京时间11月3日9时32分,空间站梦天实验舱顺利完成转位。
转位期间,梦天实验舱先完成相关状态设置,再与空间站组合体分离,之后采用平面转位方式经约一小时完成转位,与天和核心舱节点舱侧向端口再次对接。今天下午,神舟十四号航天员乘组将进入梦天实验舱。
梦天实验舱转位完成标志着中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成,向着建成空间站的目标迈出了关键一步。未来,中国空间站还可能进行扩展舱段的组装,进而形成“十”字、“干”字等扩展构型。按计划,后续将开展空间站组合体基本功能测试和评估。
据介绍,空间站在轨运行时,都是平行于地球飞行。但在梦天舱转位过程中,需要将空间站组合体调整到近乎垂直于地球的姿态,相当于把它竖起来。为什么要以这种姿态来进行转位呢?
为何是“T”字构型?
问天实验舱、梦天实验舱这两个尺寸、质量特性大体一致的舱段,经过地面技术人员的精确控制,通过精准转位对向布置在天和核心舱两侧,形成“T”字的一横,天和核心舱则是那一竖。
这样一来,天和核心舱仍保持着前向、后向、径向三向对接的能力。后向对接口可对接货运飞船,使组合体可以直接利用货运飞船的发动机进行轨道机动;前向、径向两个对接口不仅可以接纳两艘载人飞船实现轮换,而且在保持正常三轴稳定对地姿态时,两对接口都在轨道平面内,即可让载人飞船在轨道面内沿飞行方向和沿轨道半径方向直接对接,使航天员的天地往返更加安全快捷。
问天实验舱、梦天实验舱配置的两对大型太阳翼,成为T字一横远端的两个“大风车”,不管空间站以何种姿势飞行,都能实现高效发电。此外,两实验舱的气闸舱都分别位于T字一横的端头,在正常工作泄压或异常隔离时,均不影响其他密封舱段构成连贯空间,保证了空间站在轨稳定运行。
“T”字构型有何优势?
“为了使航天器易于运动控制,构型要保证主结构和质量分布尽量对称、紧凑,以获得好的质量特性。”航天科技集团五院空间站系统总指挥王翔表示,转位后的“T”字构型结构对称,从姿态控制、组合体管理等角度来看,都是比较稳定的构型,易于组合体的飞行。且由于其受到的地心引力、大气扰动等影响较为均衡,空间站姿态控制消耗的推进剂和其他资源较少。
如果采用非对称构型,组合体的力矩、质心与所受到的干扰相对于姿态控制、轨道来说都不是对称的,其飞行效率更低,控制模式更加复杂,一旦构型发生偏转,就需要付出额外的代价和资源将其控回。
也正是因此,航天科技集团五院在前期设计时,就将组合体作为完整系统考虑,确保问天实验舱和梦天实验舱的尺寸、质量特性大体一致,从而获得整体构型下较好的动力学特性。
长征五号B遥四火箭成功发射梦天实验舱(图源:新华社)
三步走的宏伟规划
梦天实验舱的发射,是延续长达30年的中国载人航天工程三步走计划的收官之作。1992年,中国启动载人航天921计划时,就制定了这个三步走的宏伟规划。
第一步,突破载人航天,初步掌握载人航天技术。完成这些任务,我们用了15年时间。
第二步,发射小型空间实验室,实现短期驻留飞行能力。2017年,天宫二号空间实验室、天舟一号货运飞船和神舟11号载人飞船相继发射,中国航天员单次留空时间纪录增长到30天。在这个阶段,我们掌握了单舱段小型空间站的建造发射和运行、交会对接、太空货船等技术。
第三步,发射大型模块化空间站,实现长期驻留飞行能力。中国只花了一年半的时间,就完成了和平号级别的多舱段(模块化)大型空间站的建造和组装,创下了世界空间站史上的建造速度新纪录。
中国空间站还有哪些值得期待?
30年前的梦想,今天终于成真!然而,这不是故事的结束,而是新篇章的开始。中国空间站的设计寿命是10-15年。但按照和平号空间站和国际空间站的经验,我们空间站的最终寿命也一定会大大超期。后续它有哪些值得期待?
一、期待中国空间站成为太空探索和科研创新的前哨基地。
梦天实验舱地面照片(图源:中国载人航天工程办公室)
空间站可以成为各种新概念、新技术、新材料的孵化器和验证平台。中国空间站本身就已经采用了很多首创的新技术,很快它们就会得到验证。这些成果应用到其他航天器中,能加速整个行业的技术进步。期待未来能有大量创新技术上空间站进行试验和验证。
空间站是地球之外人类目前仅有的基地,也是未来太空城市的雏形。从长期看,它将成为支持人类在近地轨道、地月空间乃至太阳系内活动的重要基础设施。中国即将发射的共轨巡天舱(太空望远镜)就是利用空间站来支持其运行的首次尝试。我们期望中国空间站成为国际上独一无二的“航天母舰”。我们也期望它能成为试验新型天地运输系统的目的地、探索月球和火星的试验场和出发地。
二、期待中国空间站成为提升中国形象、激励青少年、提高全民科学素质的“营销达人”。
中国空间站已经是中国最具价值的品牌之一。期待有一天,全世界的青少年谈起太空,就会打开中国空间站直播,而不是马斯克的星舰直播。全世界的平面设计师,想用太空和空间站的照片,就会去CNSA官网,而不是从NASA下载。
中国空间站上拍摄的高清太空及地球景色(图源:聂海胜)
期待未来十多年中,不断出现的新事物能使空间站话题一直保持热度。让过去30年投在载人航天工程上的巨额资金充分发挥它的二次价值,是真正的事半功倍。
三、期待中国空间站成为国际合作大平台。
从建设伊始,我国就对外宣布,中国空间站开放国际合作。2016年,中国便和联合国外层空间事务办公室合作,在世界范围内征集和遴选上中国空间站进行的实验。2019年,中国和联合国在维也纳共同宣布,来自日本、印度、巴基斯坦、德国、法国等17个国家的9个项目入选。我们期待这些实验装置如期送上中国空间站,实验顺利进行。
德国航天员马天和意大利女航天员萨曼莎在中国训练(图源:国防时空)
合作实验和合作飞行是进一步合作的基础。
2021年6月欧洲航天局发表的欧洲载人飞船方案中,就考虑了对接中国空间站。
美国希望和中国空间站合作的人也大有人在,比如发射主教(Bishop)气闸舱到国际空间站的Nanoracks公司创始人Jeffery Member。他在2017年来武汉参加商业航天大会时就表达了合作的意愿。
中国空间站和发展中国家的合作也有良好的前景。中国通过联合国向全球开放空间站的做法,受到了发展中国家普遍的欢迎。沙特已经参与过中国探月任务,阿联酋则将在嫦娥七号上搭载自己的月球车。期待中国空间站第二批实验征集,也期待在空间站这个合作大平台上有来自发展中国家的惊喜。
四、期待空间站成为推动商业航天的助推器。
去年1月,中国载人航天工程办公室公开征集空间站运营低成本货物运输方案。这可以看作是一个类似NASA COTS(商业轨道运输服务计划,催生了货运龙飞船和天鹅座飞船)的尝试,也是一个很好的开端。
未来中国空间站的商业模式也完全可以自主创新。商业公司可以发射扩展舱段对接空间站,空间站提供供电、热控、供氧、通信等基础设施服务。商业公司也可以发射低轨共轨航天器,利用空间站作为维护基地。空间站作为太空基础设施提供公益性服务,可进一步鼓励商业航天活动。空间站服务的舱段和共轨航天器越多,空间站的作用和价值就越大。总之,想象空间很大,值得期待。
我们也可以期待中国空间站成为“太空酒店”的雏形。如果发射成本大大减低,太空旅游的市场规模就会指数增长。人类走出地球可能就从太空旅游开始,其意义和潜力无可估量。我们期待中国空间站有一天能对接一个试验性旅游居住舱,然后慢慢扩大规模,成为未来太空城市的起点。
梦天实验舱的发射和中国空间站的建成标志着中国载人航天进入了一个全新的历史阶段。从现在开始,我们已经和航天列强们并驾齐驱。我们已经驶入了未知的海洋。我们不知道前面将遇到什么,但未来一定是激动人心的。
因为未知,所以期待。因为未知,你可以无限期待。