此时此刻,天宫二号正在发射塔架待命出征。天宫二号是我国第一个真正意义上的空间实验室,它将创下中国载人航天历史上的多个第一:第一次实现航天员30天驻留;第一次验证推进剂太空补加技术;第一次试验在轨维修技术;第一次开展较大规模的空间应用。而要实现这么多的第一次,要克服的困难可想而知。
从外形看,天宫二号和天宫一号基本相同,都是以资源舱和实验舱的两舱结构组成。资源舱为非封闭结构,主要功能是为天宫二号在太空飞行提供能源和动力。实验舱是密封舱,是航天员太空生活和开展空间科学实验的地方。
设计人员透露,和天宫一号相比,天宫二号内部的设计风格有了明显的变化,这是为了第一次实现航天员30天驻留,让航天员长时间的太空生活更加舒适。
为了方便航天员生活,和天宫一号相比,天宫二号内部增加了多功能小桌、锻炼身体的跑步平台、降低了噪音、重新设计了可调节灯光,地毯也换成了航天员行走更舒适的硬质地板。
据了解,我国在发射天宫二号一个月后,还将发射神舟十一号载人飞船,与天宫二号对接,明年还将发射天舟一号货运飞船与天宫二号对接,第一次在太空验证推进剂补加技术。
中国航天科技集团五院天宫二号空间实验室系统总设计师朱枞鹏介绍:“将来空间站长期在轨要飞10年以上,它的燃料要不断消耗,要通过货运飞船给它补加,这个技术必须要通过空间实验室来掌握。”
所谓推进剂补加,形象地说就是“太空加油”。看似简单,却是公认的世界性难题,目前仅有俄罗斯、美国等极少数航天强国掌握这项顶尖技术。中国要建造空间站,必须要掌握这项关键技术,因为太空航天器在轨运行期间,需要消耗推进剂来维持轨道和姿态,但航天器发射时所携带的推进剂的量是一定的,推进剂消耗完毕,就意味着航天器寿命的终结,必须通过不断给空间站提供推进剂,维持空间站长期运行。如何在几年的时间内突破这项关键技术,对中国航天人来说,是巨大的挑战。
2011年,天宫一号成功发射后不久,一项艰巨的任务就落到中国航天科技集团六院上海空间推进研究所一群平均年龄只有30多岁的年轻人肩上,那就是5年后要在天宫二号上试验推进剂补加技术。此时,中国的推进剂补加技术还处于关键技术和设备的攻关阶段。
中国航天科技集团六院天宫二号推进系统主任设计师江铭伟说,关键技术攻关还没有结束,很多核心的单机都没有研制出来就要进行发射任务,当时基层的设计人员觉得压力非常大。
推进剂补加系统的简单工作原理是这样的:首先,天宫二号启动压气机将贮箱里的增压气体回抽到高压气瓶中,当贮箱压力下降到适宜补加的压力后,货运飞船将贮箱内的推进剂通过舱外补加管路挤压到天宫二号的贮箱里。原理很简单,但要做到补加系统长寿命、高可靠性,困难重重,中国航天人一度想寻求国际合作研制。
江铭伟说:“当时俄方,补加这一块,要给他们单独来做,而且他们不提供单机配套的服务,要做是整个舱段给他们来做,相当于我们整个空间实验室这个舱都要给他们了,他们认为我们国家暂时没有能力去做这一件事情,而且要价也非常高。”
依靠国外技术不现实,中国航天人只能依靠自己。江铭伟率领一群年轻人向这个世界性难题发起了冲刺。
要突破推进剂补加技术,研制压气机成为最大的拦路虎。国外一台空间站压气机要价几千万美元,而且根本不可能卖给中国,只能自己造。经过一年多攻关,研制生产压气机遇到了最大的麻烦,制造壳体的一种新型合金材料,虽然在理论和仿真基础上都是能够符合要求的,但是在实际制造过程总出现开裂现象,导致整个壳体没法制造出来。
江铭伟说,他们在很长时间内都找不到方向,因此整个项目都停滞了,大家静下心来仔细思考,请了很多专家一起来探讨,更改了一些热处理的工艺参数,最终成功地攻克了这个难题。
2013年,上海空间推进研究所研制的压气机顺利通过关键技术攻关验收。这意味着中国推进剂补加技术最为关键的环节攻破了,明年将在天舟一号货运飞船发射成功后进行实际验证。
未来空间站要维持长期在轨运行,一方面要依靠飞船进行太空“加油”,另一方面还要依靠一种关键“神器”来“省油”,而且,这种叫控制力矩陀螺的神器,已经在天宫一号上使用了。
据了解,在天宫二号上安装了多台控制力矩陀螺,有了这些装置,天宫二号就可以较完美地控制好姿态,而不必像飞船一样靠发动机点火消耗推进剂进行调姿了。
据了解,天宫二号上搭载了全新配套的空间应用系统科学设备,将开展14项空间科学和应用实验。例如,空间冷原子钟实验、伴随卫星飞行试验、空地量子密钥分配试验,创造我国历次载人航天器任务之最,并且还将首次验证空间站维修技术,首次搭载机械臂操作终端试验器,首次开展我国人机协同太空在轨维修实验等。总设计师朱枞鹏告诉记者,因为天宫二号轨道比天宫一号高了50公里,设计团队根据新的轨道环境情况,还特别为天宫二号空间实验室制定了300多项故障预案,确保安全和飞行成功。
我国的载人航天工程采取三步走策略。天宫二号处于第二、第三步之间的关键节点,它将为我国后续空间站建设和运营奠定坚实基础,积累宝贵经验。
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