對接的「班組長」試驗的「先遣兵」
中國載人航天工程分三步走:一是航天員上天;二是多人多天飛行、航天員出艙,實現飛船與空間艙的交會對接,並發射短期有人照料的空間實驗室;三是建立永久性空間站。
張柏楠介紹:「天宮一號在整個載人航天工程中主要承擔著兩項重要使命,一是突破交會對接技術和組合體控制技術,二是作為空間實驗室的雛形,驗證空間站關鍵技術,為將來的空間站建設打基礎。」
在交會對接任務中,天宮一號目標飛行器扮演著一個引導者和指揮管理者的角色,就像一個團隊中的「班組長」,始終掌控著工作進度。
當神舟八號飛船進入預定軌道,並開始搜尋和探索天宮一號的倩影之時,天宮一號就會相應地向對方提供引導信號,告訴對方「我在這裡」,並給追蹤飛行器提供引導信息。
等到雙方相會,實現對接後,神舟八號飛船就將「大權」上交,安心地停靠在天宮一號身邊,按照其指令和控制來飛行。
這時,天宮一號就義不容辭地承擔起了「班組長」的職責,不僅要控制好自己,還要照顧並控制好神舟八號的狀態,也就是突破組合體控制技術。
「完成組合體的控制和管理,並非易事。以前衛星也好、飛船也好,都是自己管自己,而現在天宮一號卻不能再獨善其身。」張柏楠解釋道,對接完成後,天宮一號要為神舟八號飛船供電,起碼滿足500瓦的供電能力,以補充飛船能源不足的問題。這同時也是對將來空間站整個能源系統統一調配、統一管理技術進行試驗驗證。
整個組合體的姿態和軌道也都要由天宮一號來統一控制,控制重量翻了一番,等於從輕裝上陣到負重前行,無論是指令還是遙測,雙方都要重新適應。
天宮一號還將扮演空間站建設「先遣兵」的角色。
航天強國俄羅斯的經驗值得借鑒。張柏楠介紹,俄羅斯從「禮炮1號」到「禮炮7號」,前後反覆試驗,不斷進行空間站技術驗證,並最終完成和平號空間站的建設工作,這是個循序漸進的過程。
用最小的試驗樣本突破關鍵技術,並獲取最大的實驗成果,即用最少投入換取最大產出,這也是中國特色的載人航天發展之路。
天宮一號裡有很多未來空間站會用到的技術和設備,比如大型控制力矩陀螺。據張柏楠介紹,飛船短期飛行靠發動機控制,中型衛星靠動量輪控制,而空間站這種大型空間設施則要靠力矩陀螺才能控制。
此外,天宮一號應用的電池發電效率高達27%∼28%,已經跟國際先進水平相差無幾。在信息傳輸上,也改變了以往依賴地面的被動局面,轉而依靠中繼衛星實現更快更高效的通訊。
在軌補加技術也是未來空間站的一個關鍵技術,而天宮一號就可以實現推進劑在軌補充,其先進的金屬膜殼儲箱未來就可以直接應用於空間站的推進系統之中。
築起中國的「太空家園」
對於一個國家來說,建設空間站到底有多重要?
「它是人類向深空進軍的重要試驗平台,許多關鍵技術需要在空間站進行驗證。同時,空間站也是開展空間科學實驗、造福地球的重要平台。」中國工程院院士、中國載人航天工程首任總設計師王永誌給出了這樣的闡釋。
中國載人航天工程新聞發言人曾表示,我國將在2020年前後建成規模較大、長期有人參與的國家級太空實驗室。
其中,2016年前,研製並發射空間實驗室,突破和掌握航天員中期駐留等空間站關鍵技術,開展一定規模的空間應用;2020年前後,研製並發射核心艙和實驗艙,在軌組裝成載人空間站,突破和掌握近地空間站組合體的建造和運營技術、近地空間長期載人飛行技術,並開展較大規模的空間應用。
「由此可見,空間站潛在的技術突破和可能取得的重大實用價值得到了世界的認可,建造空間站是通向未來更高更遠目標的必由之路。」張柏楠介紹。
由於多種原因,中國尚未成為國際空間站的成員國,但隨著天宮一號的發射和未來空間實驗室設想的不斷實現,我國將會更深入地參與國際空間站的活動。
美國宇航局專家詹姆斯·奧伯格曾評價,中國載人航天的飛速發展,不僅證明高科技水平日趨提高,也將使其獲得與國際空間站完全合作的機會。
中國建設載人空間站已成為航天事業發展的催化劑。
據介紹,這項工程的啟動,直接推動了新一代長征五號大推力運載火箭等新興航天項目的發展。
中國航天科技集團副總經理袁家軍透露:「待到中國在2020年前後建成一個60噸級的載人空間站後,還會開展較大規模的長期有人在軌照料的空間科學實驗和應用活動。」
天宮一號已經飛天,歷經55年跨越式發展的中國航天事業,終於向載人空間站時代邁進了一大步。未來,航天人還要箭指蒼穹,築起中國的「太空家園」。 |