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1+1=1:载人航天的交会对接

2018-08-07 09:50 来源:科技日报 
2018-08-07 09:50:16来源:科技日报作者:责任编辑:张佳兴

  中国空间站系统总设计师 杨 宏

  正是因为有老一代的科学家不懈的艰苦奋斗,才有了中国航天现在一个又一个的辉煌。各个媒体之前对载人航天报道了很多,今天我就重点讲讲载人航天中天宫空间实验室的情况。天宫是什么样的飞行器?是干什么用的?跟神舟飞船是什么关系?在载人航天“三步走”战略当中又是处在什么样的位置?我想做个简单的分享。

  中国载人航天“三步走”战略

  首先我想简单地解读一下载人航天“三步走”的发展战略。

  第一步,就是要把航天员安全地送入太空再安全地接回来。我们先发射了4艘无人飞船,然后再发射神舟5号,实现杨利伟的飞天,然后安全返回。接着又发射了神舟6号,多人飞天。

  第二步交会对接的内容很多,大致分两个阶段。一个阶段是出舱活动和交汇对接。出舱活动由神舟7号完成,交汇对接是神8、神9、神10在天上完成。第二阶段是空间实验室阶段,主要解决空间实验室的问题。验证这些技术的目的都是为了第三步即建造中国空间站。第二步是一个承上启下的阶段。

  空间站是我们载人航天的第三步的目标,就是要建立我们中国人自己的太空实验室,在天上开展各种工程技术的科学实验,利用丰富的太空资源,如高真空、没重力,发挥它的科学作用,让载人航天服务于国家战略,惠及国计民生。

  人在太空长期生活问题是空间站的关键

  接下来我再谈一谈天宫。它不同于载人飞船。载人飞船负责把航天员运上去再接回来,天宫要干什么呢?天宫一号是交汇对接的目标飞行器。交汇对接必须是两个飞行器对接,我们当时设计的时候就把目标飞行器不仅仅作为一个目标而且还要作为一个空间实验室,这样既解决了交汇对接目标,又解决了空间实验室技术问题。

  空间实验室是什么东西呢?苏联和美国都有空间实验室。美国的天空实验室重量为77吨,苏联为20吨左右,我们当时因为一些能力的限制,重量只有8.6吨,还要实现空间实验室的功能。主要的难点是什么呢?首先是技术上要继承飞船技术,因为它毕竟是载人航天器,但是它不返回,要解决人在太空中的长期生活问题,还要解决空间实验的问题。

  关于这个问题,我重点讲四个方面。第一个是技术,在轨航天器的组合体技术。交汇对接是两个飞行器追踪,由飞船追踪天宫,然后进行组合。组合到一起以后,控制权就归天宫,两个飞行器在一起,一加一要等于一个飞行器,这两个飞行器都是复杂的系统,都有能源、信息、控制,还有推进,多个学科的系统,两个飞行器要能融在一起形成一个组合体。将来建设空间站的时候是多个飞行器要像搭积木组合在一起,是1+N,还要等于1。这是建造空间站的核心技术,也是我们的难点。

  第二个是长寿命的设计风险。低轨道的情况下飞行器要长寿,这里面有很多的设计难点。长时间应用的部件、每分钟上万转的电极能不能长期在天上运行?能不能适应空间的环境,我们的材料能不能经受得住?天宫一号要在天上待两年,要三次对接,如果寿命达不到,整个对接任务就会受影响。所以长寿命设计是个难点。我们必须把它的寿命设计出来,还要验证出来。

  第三个方面,是风险识别和风险控制。大家知道木桶原理,这么大的天宫实验室短板在哪里?你要把短板找出来,要有办法给它在设计上加长,过程控制上加强,可靠性方面加强,还有对策上加强。但是识别风险是一个难题,在这里面我们有一整套的设计方法,来找出这个短板来。如果找不出来,天上出了事那就没有办法。

  第四就是以人为本的安全性设计和舒适性设计。在以人为本的理念上安全是第一的,其次是舒适。航天员长期工作生活在天宫空间实验室,这个时候的大气环境,舱内的空气、氧气、有害气体能不能满足生存条件?装一个新房子还有不少异味,航天员的安全性、健康,要受很多因素影响。由于我们长期在轨运行,太空垃圾是很大的麻烦。所以天宫空间实验室必须有空间的防护作用,既当防护板还要防辐射。以人为本,要以人为核心,形成一个热循环体,就是航天员在舱内要发出热量,产生湿气,湿气收集起来提纯的水还可以再喝。热量散发出来,可以把热量收集起来,用于舱内的空气加热。再把多余的热量排放到太空去。太空有一个辐射器,这个辐射器同时也是空间实验室的防护板。必须紧紧围绕人的安全性还有舱内的舒适性,保证人的安全和舒适。

  天宫一号取得成功以后,是跟3个飞船对接,原来作为备份的天宫二号就被赋于了新的任务,这里面开展了多项实验。

  中国载人航天要走自主创新之路

  通过天宫的研制我有一个深深的体会,成功是有规律的,关键核心技术必须牢牢掌握在自己手里,必须坚定不移地走独立自主的发展道路。作为航天一线设计师,在这里借这个机会说说我们航天人的心声。

  必须清醒地认识到,我们距离世界航天强国还有很大的差距,时刻要保持清醒的头脑。我们经常说的一句话,就是戚总带着我们的时候经常说的,成功不等于成熟,一次成功不等于次次成功,次次成功也不等于下一次就一定能成功。所以航天人时刻要保持一个清醒的头脑,一切从零开始。当年戚发轫总设计师带着我们的时候,每发射完一条飞船,成功返回以后,就要一切从零开始,因为这个成功是过去,是历史,要开始新的任务必须从零开始。正视差距,埋头苦干,多干少说,只干不说。这是我们航天人的心声。

  载人航天是个集体项目,是成千上万人集体智慧的结晶。老一代航天人不仅为我们打下坚实的技术基础,更给我们留下宝贵的精神财富,就是“两弹一星”精神、载人航天精神。我认为,应该把老一代科学家爱国主义精神和高尚情怀视为我们的宝贵财富,代代相传。

[责任编辑:张佳兴]

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