中國載人航天族譜大盤點

中國載人航天家族再添新丁：天舟一號。4月20日晚，這個我國第一艘貨運飛船飛向太空。我們距離太空筑家的夢想，又近了一步。

從嫦娥奔月到萬戶飛天，千百年來，中國人從未停止過對浩瀚宇宙的探索。在地球之外的太空建起一座“自由家園”更是這一探索中的重要一環(huán)——為我們走向更深空建立起一座補給站、前哨站、試驗室。

航天器可以停泊在此維修、補給，以最佳的狀態(tài)揚帆再戰(zhàn)；“中國哈勃”太空望遠鏡－巡天號光學艙可以扎根在此，心無旁騖地探尋生命起源、宇宙奧秘；中國航天員可以舒適地長期工作、生活在此，利用獨特的宇宙環(huán)境資源，開展科學技術的研究和試驗，擁抱“太空經(jīng)濟時代”的到來。

這一切的前提是，屬于中國人的太空家園的建立。如今載人航天家族已有四大成員就位：神舟載人飛船、天宮一號目標飛行器、天宮二號空間實驗室，以及剛剛發(fā)射的天舟一號貨運飛船，他們的終極目標就是“搭起”中國人自己的空間站。

太空巴士、補給專車撐起天地生命線

兵馬未動糧草先行。在浩瀚宇宙中建家、駐守絕不是件簡單事，需要源源不斷的物資供給，特別是航天員在軌所需要的燃料、食品、空氣等資源必須得依靠地面的支持。

當然，航天員飛天“上班”、落地“下班”所乘坐的通勤工具也必須安全可靠，既能經(jīng)受住火箭發(fā)射的高強度震動，太空環(huán)境極端溫度“冰火兩重天”的考驗，高能粒子、太空碎片撞擊等重重挑戰(zhàn)，還得具備自動駕駛、室內恒濕恒溫、24小時“Wi-Fi”覆蓋等多樣功能。

根據(jù)航天科技集團五院專家的說法，專家采取了“客貨分流”的方式，通過神舟飛船、貨運飛船不同解決方案聯(lián)合作戰(zhàn)的模式，來支撐空間站建設和運營的生命線。

神舟飛船是航天員專屬的“太空巴士”。為了打造好這艘太空生命方舟，五院技術人員采取了從無人到有人、從一人到多人“小步快走”的驗證方式。

神舟一號、二號、三號、四號“四兄弟”是勇闖太空的先行者，他們以身試險，聯(lián)手進行無人飛行試驗，全面驗證了飛船發(fā)射、艙段分離、從太空返回等各項關鍵技術。

在“四個哥哥”榜樣力量的帶動下，神舟五號不負眾望，搭載航天英雄楊利偉完成了我國首次載人飛行，也樹立起我國“太空巴士”建造標桿。

隨后的神舟六號至神舟十一號兄弟，青出于藍而勝于藍，又在功能、性能上進行了持續(xù)完善，為太空巴士的標準化、批量化生產立下了汗馬功勞。

貨運飛船，顧名思義以貨物運載為初衷，沒有了保障航天員“舒適”功能的羈絆，它把載重本領練到了極致。

按照航天科技集團五院天舟一號總設計師白明生的說法，神舟飛船只能攜帶數(shù)百公斤物資，還不及貨運飛船的一個零頭，采用了高性能減重設計、輕量化貨架設計的貨運飛船能一次裝載6噸多的物資，本領超過俄羅斯現(xiàn)役貨運飛船。

貨運飛船還有一項獨特的本領——在軌推進劑補加技術，也就是我們俗稱的太空加油，這也是“太空之家”能得以連續(xù)工作15年的重要屏障。根據(jù)專家的說法，有了貨運飛船超強運輸、補給能力的支撐，3名航天員能在“太空之家”連續(xù)工作180天，各類試驗物資也可以源源不斷地運抵空間站，把空間站建設成為我國在太空的新技術試驗田。

交會對接技術、組合體控制技術：讓“太空之家”的搭建成為可能

受制于火箭運載能力等因素，中國人尚不能一次性地把近百噸的空間站發(fā)射升空，空間站在太空的構建采取的是“搭積木”方式，需要先單獨發(fā)射各艙段、再拼接組合，實現(xiàn)“1＋1＋1＝1”整體性能最優(yōu)的效果。

此外，空間站的構型不是固定不變的，隨著神舟飛船、貨運飛船及特殊功能載荷艙的加入，空間站整體構型會如同壘積木一樣，越來越大。

而支撐空間站“百變如一”的關鍵，就是交會對接技術、組合體控制與管理技術。

交會對接要實現(xiàn)兩個航天器在高速運行中毫厘不差地對接成功，難度堪比“萬里穿針”，之前，世界上只有美國、俄羅斯兩國掌握此項技術。

根據(jù)航天科技集團五院專家的說法，為了突破并掌握這一空間站構建的關鍵技術，五院技術人員專門研制了神舟八號、九號、十號和天宮一號目標飛行器，通過多次對接試驗全面掌握了自動交會對接、人控／手動交會對接等多項技術。

此外，天舟一號貨運飛船還要與天宮二號開展快速交會對接試驗，驗證“6小時快速對接”的獨門秘籍，航天科技集團五院天舟一號副總設計師徐小平告訴記者，這將為空間站應急救援提供支撐，推動我國把交會對接技術從“練好”到“練精”躍升。

交會對接完成后，如何實現(xiàn)原本獨立航天器間的資源統(tǒng)籌，讓其成為一個統(tǒng)一整體，也是一道難題。

徐小平說，五院技術人員在神舟八號、九號、十號與天宮一號交會對接，神舟十一號與天宮二號交會對接等多次任務中，反復試驗了組合體控制與管理技術，在神舟、天宮組成“天神”組合后，“塊頭較大”的天宮接管了整體控制權，對電力、動力、飛行狀態(tài)等進行統(tǒng)一調度。

如今，天舟一號貨運與天宮二號交會對接任務中，五院技術人員還將進一步驗證“以小控大”“以大控小”模式，運用塊頭較小的天宮二號控制整個組合體，并檢驗貨運飛船短時控制組合體的能力。

徐小平說，這一技術成果在今后的空間站建設中應用廣泛，如在天舟一號停靠、接駁空間站期間，將擔當與空間站組合運行期間的“充電寶”功能，為空間站提供穩(wěn)定的能源輸出，減少空間站本體的能源消耗；在空間站姿態(tài)出現(xiàn)異常時，貨運飛船可以接過組合體控制權，為航天員撤離和營救爭取寶貴時間。

出艙技術、在軌維修技術：讓“太空之家”的穩(wěn)定運行更有可能

群星閃耀的浩瀚宇宙雖風景獨好，可長期駐守的生存環(huán)境卻十分惡劣：在這里“白天”即陽照區(qū)、“夜晚”即非陽照區(qū)的溫差能達到200多攝氏度，沒有空氣的外部環(huán)境中卻遍布著高能粒子、宇宙射線，還要時時小心空間碎片等“流彈”的侵擾。

如此，要保證“太空之家”在15年任務期保持良好的身體狀態(tài)，在軌維修的硬本領必不可少。

當故障發(fā)生在“太空之家”外部時，航天員必須穿上嚴密的出艙航天服，到艙外執(zhí)行維修工作。對此，在神舟七號飛船任務中，五院的技術人員成功進行了此類技術的試驗驗證。

       當故障發(fā)生在“太空之家”內部時，維修就簡單多了，如同科幻電影表現(xiàn)的那樣，當一套大型設備發(fā)生故障時，技術人員像插拔U盤一樣，快捷地拔下?lián)p害的部件，插上一個新部件后，設備恢復了正常運轉的場景。現(xiàn)實中，技術人員打造出了可快速更換的模塊單元，只需進行“插拔式”的工作，就能快速完成在軌維修工作。

這一點在神舟十一號與天宮二號任務交會對接中也得到了驗證，航天員和自動化機械臂都可以勝任此項工作。

“天舟一號不是載人航天家族的‘老幺’，隨著空間站核心艙、實驗艙的研制成功和投入使用，載人航天家族人丁會更興旺。”航天科技集團五院院長張洪太說，這些航天器為正式啟動空間站建設打下了堅實基礎。

不久后，我國載人空間站組建即將正式啟動，作為空間站構成的本體艙段，核心艙、實驗艙I、實驗艙II正在緊鑼密鼓的研制當中，將與貨運飛船、神舟飛船一同在太空建起我國第一個“太空之家”。（記者 邱晨輝 通訊員 郭兆煒 劉之輝）

(責編：賀迎春、熊旭)