中國太空站建設或為史上最快 轉型「航太母艦」不是夢?

撰文:劉言
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在人類航天探索史上,當「飛向神聖天空」還是一件遙遠的事情時,17世紀科學革命關鍵人物開普勒(Johannes Kepler)在給意大利科學家伽利略(Galileo Galilei)的信中已寫道:「我們應該建造適合飛向神聖天空的船與帆」,及至「航天之父」齊奧爾科夫斯基、「導彈之父」馮•布勞恩等航天先驅時代,已提出了太空站的設想。人類在探索太空的歷程中創造了一個又一個奇蹟,以載人航天發展歷史過程來看,發射和運行大型太空站是載人航天技術走向成熟的標誌。

中國太空站建設已進入密集發射期,2021年邁入關鍵技術驗證和建造階段,計劃在2022年投入運行。(多維新聞製作)

中國當代探索外太空較之西方晚了數十年,但在2003年實現了第一次載人航天飛行,已是全球第三個實現載人航天的國家;在國際太空站面臨「退役陰影」之際,中國太空站建設正穩步推進,出於多種原因,未來太空將極有可能唯有中國太空站……從整體而言,中國太空站任務分為關鍵技術驗證、組裝建造和運營三個階段,2021年邁入了關鍵技術驗證和建造階段。

當下,中國太空站建設已進入密集發射期,繼4月29日中國太空站任務首發飛行器——天和核心艙發射成功後,5月29日天舟二號貨運飛船又順利升空,次日與天和核心艙完成交會對接。至此,天舟貨運飛船和長征七號運載火箭組成的太空站貨物運輸系統,完成了第一次應用性飛行。6月,神舟12號還將為天和核心艙送去3名航天員,開始數月的駐留。

今明兩年,在接續實施11次發射任務,包括3次太空站艙段發射、4次貨運飛船及4次載人飛船發射後,一個60噸級的模塊化太空站將在2022年橫空出世。作為中國自主建設的常駐大型太空站,官方媒體稱其稱之為「國家級太空實驗室和太空母港」。

全球建設速度最快、效費比最高的太空站

中國於1992年確定載人航天工程「三步走」發展戰略,建造太空站、建成國家太空實驗室,是中國實現該戰略的重要目標。從2003年神舟五號首次將航天員送入太空,中國成為世界上第三個成功將人類送上太空的國家,至今已過去18年,中國的載人航天工程業已成功進行了載人飛船和短期太空實驗室的發射和運行,完成了1992年批准立項時提出的「三步走」規劃中的前兩步。

天和核心艙的發射成功成為中國太空站建設的奠基禮,中國擁有自己的太空「前哨」的夢想——建設長期有人駐留的大型太空站,已日益成為現實。

天和核心艙是中國太空站的主要控制節點,是未來中國太空站的指揮控制中心,具備交會對接、轉位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙、保障太空科學實驗能力。(多維新聞製作)

公開資料顯示,中國太空站將是人類歷史上建設速度最快的模塊化太空站。蘇聯和平號從1986年核心艙發射,到1996年最後一個艙段自然號完成對接,用時10年;由美國、俄羅斯、加拿大、日本等16國聯合建造完成的國際太空站從1998年曙光號發射,到2011年萊昂納多號最後加入,歷時13年之久。

中國太空站由中國自主建造,實現了產品全部國產化,部組件全部國產化,原材料全部國產化,關鍵核心元器件100%自主可控。其基本構型由天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙組成,三艙飛行器依次發射成功後,將在軌通過交會對接和轉位,形成「T」構型組合體,長期在軌運行,太空站設計在軌壽命不短於15年。

2011年發射的天宮一號和2016年發射的天宮二號均屬試驗性質的太空站,航天員只能在其中短時間逗留。而4月29日發射成功的天和艙是中國太空站的第一個艙段,也是未來長久性太空站的核心艙。

法新社的報道指出,中國太空站首個模塊的發射是中國將人類永久送入太空雄心勃勃計劃的一個里程碑,文章還提及2003年中國首次成功實施載人飛行,以及正在實施的首次火星探測任務,讚歎中國自1970年發射第一顆衞星以來,在航天領域取得了巨大的進步。

中國太空站的有所為和有所不為

按照中國的計劃,在2022年天宮號太空站投入運作之前,還將會發射多個類似的太空站模塊。屆時,總重量達到66噸的中國太空站將會在離地球340至450公里的太空軌道運行。作為最新建設的太空站,中國太空站的規劃和設計吸取了以往的經驗教訓,也充分考慮了中國的能力和需求,建設思路上按照符合中國國情,有所為、有所不為來考慮,其特點體現在合理的規模、優化的設計和最新的技術上。

本着有所為有所不為的建設思路,中國太空站總體規模上雖然不及國際太空站,但其五大工程目標不可謂不宏大。(多維新聞製作)

和平號太空站的經驗表明,為維持太空站的長期運行,三人機組是必要的。藉助於現代通信和自動化技術,在當下,三人機組已能完成不少的實驗。中國太空站設計為三人常駐、短期最多六人(一般為機組輪換時),設計有23個實驗機櫃位,實驗能力遠超規模更大、有7個艙段的和平號。

模塊化(積木式)結構已在和平號和國際太空站(加壓艙段)上被證明是成熟技術,擴展性極強。中國太空站摒棄了國際太空站的桁架結構,採用了模塊化(積木式)結構,並且通過可移位的大型柔性太陽電池板,解決了各艙段電池板互相遮掩的問題,同樣實現了桁架式太空站的效果。

值得一提的是,中國太空站的艙段採用了很多獨特的優化設計,如一體化的對接和氣閘艙、展開式暴露平台等。此外,共軌巡天艙既有自由飛行航天器的優點,停靠太空站時又能像固定艙段一樣得到維修和保養。業界人士表示,中國的太空站未來甚至可能視需要發展為「航太母艦」。

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另外,中國太空站具備了技術上的後發優勢,採用了不少在國際太空站上得到驗證的較新技術,如自爬行機械臂、國際標準實驗機櫃、高壓供電體制等,並且在全球太空站歷史上首次採用了電推進系統維持軌道,首次在太空站採用了柔性的高效砷化鎵電池板等。

中國太空站實現了相對較低的成本、較快的建造速度,以及強擴展性與高效費比,西方業已認識到,「他們(中國人)設立戰略性,長期性的目標,而且為達到這些目標進行專注的,系統性的努力。」不遠的將來,就在這個6月,神舟12號即將為中國太空站天和核心艙送去3名航天員,北京雄心勃勃的太空計劃又將邁出歷史性的最新一步。