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長(zhǎng)征5B遙二火箭拋整流罩

兩年之內(nèi)天宮空間站將建成為一座國(guó)家級(jí)太空實(shí)驗(yàn)室，為達(dá)成這一目標(biāo)我們將整個(gè)任務(wù)周期劃分為“關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證”與“在軌建造”兩大階段，各安排6次發(fā)射任務(wù)，總計(jì)12次發(fā)射任務(wù)。

關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段發(fā)射任務(wù)安排

去年5月5日將新一代載人飛船試驗(yàn)船發(fā)射入軌的長(zhǎng)征5B遙一火箭就是“關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段”的首發(fā)任務(wù)，旨在驗(yàn)證該型火箭20噸級(jí)近地軌道運(yùn)力，此次天和核心艙飛天是第二次任務(wù)。

長(zhǎng)征5B遙一運(yùn)載火箭整流罩

通過(guò)對(duì)比同款火箭兩次發(fā)射任務(wù)可以很直觀地看到它們的繼承與發(fā)展，天和核心艙發(fā)射質(zhì)量22.5噸，新一代載人飛船試驗(yàn)船則是21.6噸，長(zhǎng)征5B遙二火箭芯一級(jí)工作時(shí)間是480多秒，初始目標(biāo)軌道高度大于300公里，遙一任務(wù)則是475秒，初始目標(biāo)軌道高度是200公里。

核心艙柔性太陽(yáng)能電池翼展開(kāi)

這意味著作為首飛任務(wù)長(zhǎng)征5B遙一只是開(kāi)辟了近地軌道大運(yùn)載的技術(shù)通路，并沒(méi)有將運(yùn)力發(fā)揮至極限，但也正因?yàn)檫b一任務(wù)的實(shí)施我們才能對(duì)火箭性能有充分的掌握，這才使得核心艙具備了直接入軌的信息支撐。

長(zhǎng)征5B遙一首飛任務(wù)

天和核心艙是人類(lèi)近十余年來(lái)發(fā)射的最大噸位單體航天器，是天宮空間站的控制中樞。

核心艙分為大柱段、小柱段兩部分，大柱段直徑4.2米，小柱段直徑2.8米，全長(zhǎng)16.6米，按照住宅樓平均層高不高于2.8米計(jì)算，當(dāng)它站立起來(lái)足有6層樓房高。

天和核心艙小柱段

天和也可以說(shuō)是人類(lèi)迄今為止配套最為齊全的空間站核心艙，全艙有5個(gè)對(duì)接口，大柱段資源艙有后端通道對(duì)接口，小柱段前端節(jié)點(diǎn)艙有4個(gè)對(duì)接口，可以對(duì)接兩座22噸級(jí)大型實(shí)驗(yàn)艙，同時(shí)還能接納3艘運(yùn)輸載具，具備航天員在軌輪換以及推進(jìn)劑補(bǔ)加能力。

通常情況下核心艙后端通道主要用于貨運(yùn)飛船對(duì)接，并具備推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加能力，天和核心艙冗余能力更強(qiáng)，有兩個(gè)推進(jìn)劑補(bǔ)加對(duì)接口，另一個(gè)位于節(jié)點(diǎn)艙軸向?qū)涌?，即將發(fā)射的天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船晚些時(shí)候就將驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)艙推進(jìn)劑補(bǔ)加能力。

天和核心艙結(jié)構(gòu)示意圖

節(jié)點(diǎn)艙除了接納大型艙段與飛船，還具備獨(dú)立的氣閘艙功能，服務(wù)天宮空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段航天員出艙任務(wù)需求。到明年進(jìn)入在軌建造階段時(shí)，節(jié)點(diǎn)艙基于自身節(jié)點(diǎn)位置，航天員在此出艙更方便兩座實(shí)驗(yàn)艙與核心艙的相關(guān)線路連接操作。

環(huán)形扶手一側(cè)即是節(jié)點(diǎn)氣閘艙出艙口

核心艙之所以設(shè)計(jì)2.8直徑的小柱段是因?yàn)檫@里不僅要安裝大型太陽(yáng)能電池翼，還配置有一套承載力達(dá)到25噸的大型七自由度空間機(jī)械臂，該機(jī)械臂可以輔助航天員出艙活動(dòng)，并基于艙體爬行功能助力航天員實(shí)現(xiàn)空間站外表面的全觸達(dá)。

在大柱段前緣與小柱段接壤位置安裝有6個(gè)大型控制力矩陀螺，這些裝置可以助力天宮空間站實(shí)現(xiàn)零推進(jìn)劑消耗條件下的姿態(tài)機(jī)動(dòng)。

大柱段前緣的控制力矩陀螺

在建造階段實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位對(duì)接會(huì)產(chǎn)生巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，力矩陀螺可以確?？臻g站始終處于正確姿態(tài)朝向，在運(yùn)行期間空間站太陽(yáng)翼還有常態(tài)化對(duì)日指向需求，控制力矩陀螺零推進(jìn)劑消耗的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步顯現(xiàn)。

天和核心艙還在世界上率先實(shí)現(xiàn)電推動(dòng)力在載人航天器領(lǐng)域的應(yīng)用，它可以補(bǔ)償大氣阻力產(chǎn)生的軌道衰減，電推工質(zhì)相較于傳統(tǒng)火箭推進(jìn)劑比沖更高，能夠顯著降低空間站運(yùn)營(yíng)成本。

天和核心艙應(yīng)用電推進(jìn)技術(shù)

核心艙內(nèi)部更是別有洞天，資源艙是平臺(tái)設(shè)備的主要安裝區(qū)域，小柱段則配有3個(gè)航天員睡眠區(qū)，同時(shí)還有健身、娛樂(lè)等生活設(shè)施，在如此密集的設(shè)備安裝需求下核心艙仍然保有50立方米的居住活動(dòng)空間。

核心艙內(nèi)部功能分區(qū)

與之對(duì)比，國(guó)際空間站實(shí)現(xiàn)上述功能則需要“星辰號(hào)服務(wù)艙+曙光號(hào)功能貨艙+團(tuán)結(jié)號(hào)節(jié)點(diǎn)艙”三大艙段，即便如此也無(wú)法完全復(fù)現(xiàn)天和一號(hào)核心艙的所有功能，在實(shí)施運(yùn)輸載具對(duì)接任務(wù)時(shí)還需要形制各樣的對(duì)接適配器。

星辰號(hào)服務(wù)艙+曙光號(hào)功能貨艙+團(tuán)結(jié)號(hào)節(jié)點(diǎn)艙

論居住性這三大艙段更是有苦難言，宇航員如果在星辰號(hào)服務(wù)艙連續(xù)居住超過(guò)3個(gè)月就有永久性失聰風(fēng)險(xiǎn)，原因是噪聲太大，曙光號(hào)也好不到哪去，原本也是一個(gè)核心艙但如今卻淪為貯存推進(jìn)劑的貨艙。

天和一號(hào)核心艙能有如今的造詣離不開(kāi)一系列超級(jí)裝備的鼎力支持，比如2016年建成投入使用的航天科技五院天津大型航天器AIT中心配套建設(shè)的KM-8環(huán)境模擬器，它以17米直徑、35米高的尺寸數(shù)據(jù)位列世界第三，同類(lèi)裝備就連俄羅斯也要向我們進(jìn)口。

KM-8環(huán)境模擬器

還有攻克長(zhǎng)征5B大直徑艙箭分離技術(shù)的振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)施，天津AIT中心有一套推力世界第一的電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)，天和核心艙以實(shí)物狀態(tài)參與試驗(yàn)獲取了飛行過(guò)程中所需要的所有數(shù)據(jù)。

天和核心艙振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

此時(shí)此刻回望載人航天工程來(lái)時(shí)的路更是令人不勝感慨，二十九年前《關(guān)于開(kāi)展我國(guó)載人飛船工程研制的請(qǐng)示》首次提出載人航天三步走戰(zhàn)略，即：

第一步，在2002年前，發(fā)射兩艘無(wú)人飛船和一艘載人飛船，建成初步配套的試驗(yàn)性載人飛船工程，開(kāi)展空間應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

神舟號(hào)載人飛船

第二步，在第一艘載人飛船發(fā)射成功后，大約在2007年左右，突破載人飛船和空間飛行器的交會(huì)對(duì)接技術(shù)，并利用載人飛船技術(shù)改裝、發(fā)射一個(gè)8噸級(jí)的空間實(shí)驗(yàn)室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間站應(yīng)用問(wèn)題。

第三步，建造20噸級(jí)的空間站，解決有較大規(guī)模的、長(zhǎng)期有人照料的空間站應(yīng)用問(wèn)題。

航天員景海鵬與陳冬在太空

如今我們已經(jīng)連續(xù)完成14人次航天員的天地往返任務(wù)，掌握了載人航天、多人多天、出艙行走、空間交會(huì)對(duì)接、中期在軌駐留等一系列核心技術(shù)，至天和一號(hào)核心艙成功入軌，夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)的不再是昔日20噸級(jí)蝸居版空間站，有時(shí)候不把自己逼一下就不知道究竟有多大的潛力，國(guó)家亦是如此。

天宮空間站二期拓展工程

舍棄20噸級(jí)方案后，又演化出了60噸級(jí)三艙方案，后來(lái)又有了獨(dú)立巡天光學(xué)艙的四艙共軌方案，這還沒(méi)有完，最終我們定下的是基于天和一號(hào)核心艙、備份核心艙為主體，外加4個(gè)實(shí)驗(yàn)艙、1個(gè)巡天光學(xué)艙的7艙方案，最大構(gòu)型直逼180噸級(jí)，科研機(jī)柜規(guī)模、發(fā)供電能力等核心指標(biāo)均實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)際空間站的全面反超。

進(jìn)入太空的天和一號(hào)核心艙

從這一刻開(kāi)始我們的歷史將另起一行書(shū)寫(xiě)！