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原创速度22马赫!百吨级空间站曾被烧成火球,天宫迎来凤凰涅槃时刻

原标题:速度22马赫!百吨级空间站曾被烧成火球,天宫迎来凤凰涅槃时刻

十八年前的昨天(3月23日),一座质量接近130吨的大型空间站“和平号”以约22马赫速度高速再入大气层,当它划破天际的一刹那大部分身躯都被高速再入产生的高温烧成火球,最终仅有少量零件散落在南太平洋冰冷的海水中。

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和平号空间站

和平号陨落也预示着一个超级大国的陨落,而那一年我国神舟二号无人飞船的发射升空则宣示着另一个超级大国的兴起。

目前我国新一代载人飞船试验船正在海南文昌航天发射场进行全面测试,再有一个月时间它将由长征五号乙运载火箭发射升空,未来它将主要用于载人登月任务,同时新一代载人飞船也将开发近地轨道版本用于天宫空间站航天员天地往返任务。

新一代载人飞船

新一代载人飞船试验船首飞不仅仅是载人登月任务的发令枪,更开启了天宫空间站工程的建设大幕。

执飞新一代载人飞船试验船的长征五号乙遥一火箭是天宫空间站12次发射计划的首次发射,旨在验证长征五号乙运载火箭工况可靠性。与首飞任务同步进行的还有天宫空间站初样核心舱与长征五号乙遥一的合练任务,待长征五号乙遥一飞行任务完成后,天和号核心舱将转入正式发射准备周期,预计于明年年初发射入轨,正式进入天宫空间站在轨组装建造阶段。

长征五号乙遥一运载火箭

谈到天宫空间站就不得不提到十八年前陨落南太平洋的和平号空间站,两者有着一定程度的外在相似性,但内在却早已是大不相同。

和平号空间站是人类开启大规模空间基础设施建设的鼻祖,也是苏联载人航天技术的集大成者。

太空中的和平号空间站

航天技术的发展与军事任务历来有着紧密联系,例如,发射东方1号载人飞船的东方号火箭就是R-7弹道导弹衍生产品,起初苏联研制载人空间站也是为了服务军事侦察任务。

苏联前后共发射了8座空间站,乍一看上去这个数量真是够多的,然而这只是因为航天探索早期阶段技术发展不成熟,需要大量单一且原始的试验,其中还伴随着失败。

礼炮1号空间站

苏联发射的8座空间站中有7座都是礼炮系列空间站,1971年发射的礼炮1号是人类第一座空间站,那一年美国连续发射了阿波罗14号与15号共两艘登月飞船。

礼炮1号发射质量达到了18.425吨,是8吨级天宫一号目标飞行器的两倍有余,然而一个“大”字并不能解决所有问题。虽然拥有充裕的宇航员活动空间,但首次对接礼炮1号空间站的联盟10号飞船花了整整5个小时也没能与礼炮一号对接成功,与之相反8吨级天宫一号目标飞行器却连续与神舟8、9、10号共三艘飞船对接成功,即突破了有人受控对接,也掌握了无人自动交会对接技术。

神舟10号与天宫一号组合体

第二艘对接礼炮1号飞船的是联盟11号飞船,这一次他们成功了,3名宇航员进入礼炮一号后生活了23天,创造了人类在轨新纪录。但是联盟11号飞船再入返回时却由于均压均衡阀提前开启导致返回舱失压,3名宇航员因此身亡。

礼炮1号在功能单一情况下还造得那么大,主要是因为轨道高度只有200多公里,轨道飞行阻力更大,因此需要数吨燃料进行轨道维持。在经过5个多月飞行后礼炮1号燃料耗尽,最终再入大气层烧毁,与之对比天宫一号目标飞行器则在轨服役了四年多时间。

礼炮1号与联盟飞船对接示意图

礼炮2号与3号是在礼炮1号掌握在轨交会对接技术基础上研制的两座军用空间站,18吨级的礼炮2号仅在轨13天就被遗弃,在轨不到两个月再入大气层烧毁,原因是被火箭第三级碎片击中。礼炮3号也是命运坎坷,连续与联盟14号与15号两艘飞船对接,但最终只有一名宇航员进入空间站,在轨半年后再入大气层烧毁。

也就是说,苏联在发射礼炮1号、2号、3号共三座18吨级空间站之后也没能掌握我国8吨级天宫一号目标飞行器的交会对接技术。

神舟11号与天宫二号空间实验室

直到礼炮4号空间站发射之后苏联才全面掌握了有人与无人交会对接,以及在轨燃料补加技术,不过在轨科研任务能力以及在轨寿命仍然没能超越8吨级的天宫二号空间实验室。

从礼炮1号到礼炮5号都属于第一代空间站,它们的特征是只有一个单体舱室,同时只有一个对接口,无法完成宇航员无缝轮换任务,也无法同时对接有人飞船与无人货运飞船,因此无法实现空间站长期有人照料这一工程目标。

礼炮6号与礼炮7号则是双对接口空间站,解决了有人驻扎的同时进行空间站物资补给问题,为最终建成和平号多舱式空间站奠定了技术基础。

积木式空间站电池翼遮挡很严重(图为和平号)

载人空间站大体可以分为单体空间站、积木式空间站、桁架式空间站三大类别,新能源礼炮系列空间站皆为单体空间站,国际空间站则属于积木式与桁架式的结合体,而和平号则是纯粹的积木式空间站。

和平号空间站主体由核心舱、量子1号、量子2号、光谱号、自然号、晶体号组成,在轨组合质量约130吨,在轨运行时间长达15年。寿命后期美国也加入进来,发起过“航天飞机-和平号空间站计划”,连续发射11架次航天飞机与和平号空间站对接,美国借此机会积累了空间站建站与运营技术,为国际空间站项目启动创造了条件。

和平号与航天飞机对接

积木式空间站的一大弊端就是太阳能电池翼相互遮挡导致供电不足,没有充沛的电能也就无法进行大规模在轨科学实验,严重制约了空间站在轨效能。除此之外,积木式空间站复杂的舱室布局也给飞船交会对接埋下了擦碰隐患,1997年一艘进步号货运飞船与光谱舱就发生了碰撞事故。

话分两头,天宫空间站作为我国单独承建的空间站,在过去财政并不宽裕的背景下“量力而行”是经常被提及的词汇。

早期空间站方案就是天宫二号放大版

早期天宫就如同礼炮七号一样,是一座单体两对接口空间站,一个核心舱就是空间站主体结构的全部,是典型的小户型蜗居版本。这种空间站可以有效积累长期载人航天飞行的技术与经验,但与载人航天工程立项之初定下的“载人为建站,建站为应用”的战略目标却是背道而驰,20吨级空间站在轨实验效能往往比较低下。

伴随着经济发展驶入快车道,天宫空间站也有了更为远大的目标,20吨级空间站方案被废弃,60吨级空间站上马。这是一座与和平号相当类似的纯积木式空间站,由核心舱、实验舱Ⅰ、实验舱Ⅱ构成空间站主体,其中实验舱Ⅱ配置有大口径天文观测望远镜。虽然规模对此前方案大了很多,但是积木式空间站的电池翼遮挡以及飞船对接空间狭小的两大弊端也是完全继承了下来。

中期修改方案的天宫空间站是积木式结构

人们有时候会问,为什么不能上马类似国际空间站那样的?首先我们的财力即便再怎么充沛也没有充沛到可以肆意挥霍的地步,还有一个事实要搞清楚,那就是人类迄今为止并没有纯粹的桁架式空间站,所谓的国际空间站也是积木式与桁架式的结合体。

国际空间站的桁架式结构主要功能只有一个,就是安放大型电池翼,解决电池翼相互遮挡难题,其主体结构仍然是积木式。

国际空间站桁架主要用于安装电池翼

人不把自己逼一下就不知道自己的潜力究竟有多大,天宫空间站也是如此。现如今我们正在建造的天宫早已不是当年勒紧裤腰带要搞的蜗居,而是真正具有世界领先水平的大国重器。

新一代天宫空间站也摒弃了纯粹的积木式结构布局,问天号与梦天号实验舱两端新设计了桁架式结构,这里将配置两部单个展开面积达100平米的大型柔性砷化镓太阳能电池翼,在集中供电设计框架下,发供电能力不仅大幅度超越了和平号空间站,也全面超越了现如今正在轨道上运行的“国际空间站”。

柔性太阳能电池翼

这一切完全归功于两座实验舱上的小型桁架,与之对比国际空间站的桁架则是通过数次额外发射才完成在轨对接,天宫空间站的桁架不需要额外安排发射,可以伴随实验舱一同上天,可谓是四两拨千斤。

天宫空间站桁架式结构

完成终极进化的天宫空间站还解放了实验舱Ⅱ的宝贵空间,将大口径巡天光学望远镜独立出去,成为一座与天宫空间站共轨运行的光学舱,在需要在轨维修时可以与天宫对接。与此同时,百吨级天宫空间站实验机柜数量也与400吨级国际空间站旗鼓相当,再加上充沛的电能,可以说这是一座能力过剩的天基基础设施,它的意义早已超出国界。

凭借这样一座具有划时代意义的空间站,可以在九天之上拉起一个完全由我们主导的太空朋友圈。

十八年前和平号空间站在太空见证了超级大国的陨落,如今天宫空间站则将在太空见证另一个超级大国的升腾。历史让人敬畏,历史也催人奋进!

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posted @ 20-03-25 06:36  作者:admin  阅读量:

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