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空间探索:从载人飞天到外星探测

日期:2017/8/30 作者: 王煜 阅读 ( 4860 )【 来源 : 新民周刊 】
阅读提示:中国深空探测完成了一个个“小目标”,而它们将合力助推民族飞天梦的实现。
记者|王 煜
 
      近五年来,中国的航天事业有了种种突破:第一个空间实验室建立,宇航员在轨停留时间创下新纪录;运载火箭成功升级换代,擎起迈向航天强国的中国力量;嫦娥五号蓄势待发,火星探测正式立项……中国深空探测完成了一个个“小目标”,而它们将合力助推民族飞天梦的实现。
 
创造纪录的“天宫”
 
  2016年9月15日,“天宫二号”在酒泉卫星发射中心发射成功。相对于“天宫一号”的“目标飞行器”定位,天宫二号是我国第一个真正意义上的空间实验室。
  中国载人航天工程办公室副主任武平介绍,发射天宫二号的主要目的是接受神舟十一号载人飞船的访问,完成航天员中期驻留,考核面向长期飞行的乘员生活、健康和工作保障等相关技术;接受天舟一号货运飞船的访问,考核验证推进剂在轨补加技术;开展航天医学、空间科学实验和空间应用技术,以及在轨维修和空间站技术验证等试验。
  武平说:天宫一号的主要目标是验证交会对接技术,而天宫二号则将开展较大规模的空间科学实验和空间应用试验以及航天医学实验,安排了一批体现科学前沿和战略高技术发展方向的科学与应用任务。
  2016年10月17日搭载着航天员景海鹏、陈冬的神舟十一号载人飞船发射,随后成功与天宫二号对接。天宫二号成为中国有史以来最忙碌的空间实验室,也成为中国驻留航天员时间最长的飞行器。各类计划的实验项目涉及微重力基础物理、空间材料科学、空间生命科学等多个领域,其中两项有驻留30天的航天员直接参与操作,一项为国际合作。这些项目中,大多是当前世界最前沿的探索领域。
  比如,天宫二号搭载全球第一台冷原子钟进入太空,并进行相关实验。利用太空微重力条件,这台冷原子钟的稳定度将高达10的负16次方,可以将航天器自主守时精度提高两个数量级,能大幅提高如北斗卫星定位系统的导航精度。再比如另外2个重点项目:试验从太空分发量子密钥、伽玛暴偏振探测等,都具有国际领先水平和重要意义。
  两名航天员返回之后,天宫二号的另一项任务是验证与货运飞船天舟一号的交会对接以及推进剂在轨补加等技术。
  2017年4月22日,天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室顺利完成自动交会对接。随后,天舟一号与天宫二号进入组合体飞行阶段,按计划开展了推进剂在轨补加,以及空间应用和航天技术等领域的多项实(试)验。之后,“天舟”与“天宫”分离,又开展了第二次交会对接。
  天宫二号和神舟十一号载人飞行任务,首次实现了我国航天员中期在轨驻留,开展一批体现国际科学前沿和高新技术发展方向的空间科学与应用任务,标志着我国载人航天工程取得了新的重大进展。
  在此基础上,2020年,中国的“天宫”空间站将初步建成,包括“天和”核心舱、“问天”和“梦天”两个实验舱,以及“巡天”共轨飞行望远镜。这也是中国的载人航天“三步走”计划的最终目的。
  这些舱段,每个都是大约20多吨重。最终组合而成的空间站,虽然比不上国际空间站300多吨的大体量,但也能够支持宇航员的长期驻留。这不仅能为我国的空间科学提供更多、更翔实、更宝贵的资料,同时也能为今后更进一步的载人航天任务,例如在太空中实现长期驻留甚至建设月球基地,打下坚实的基础。
 
大力士“胖五”
 
  我国的上述空间站计划的实现,与新型大推力运载火箭的研发计划是相辅相成,息息相关的。火箭运力的不足,将使得我国的探测器无法到达月球之外的其余星体,空间站的建设也无从说起。
  这个问题已经开始解决。 2016年11月3日,我国最大推力新一代运载火箭长征五号首次发射任务取得圆满成功。
  此次发射成功,标志着我国运载火箭实现升级换代,运载能力进入国际先进行列,是中国由航天大国迈向航天强国的重要标志。
  据国家国防科工局、国家航天局介绍,长征五号运载火箭实现了我国液体运载火箭直径由3.35米至5米的跨越,采用5米直径芯级,捆绑4枚3.35米直径助推器,全长约57米,起飞重量约870吨;具备近地轨道25吨级、地球同步转移轨道14吨级的运载能力,比现役火箭地球同步转移轨道运载能力提升了2.5倍以上。由于它相对于以前其他长征火箭,显得“膀大腰圆”又“力大无比”,所以得到了“胖五”的昵称。
  作为新一代运载火箭的扛鼎之作,长征五号使用了最新研制的两款火箭发动机——推力120吨的YF-100以及推力70吨(真空)的YF-77。芯一级直径达到了5米,采用双联装YF-77发动机,助推级有四个,每个直径3.35米,采取双联装YF-100发动机,因此整个火箭的一级相当于有足足10台发动机,起飞推力超过了1000吨。在如此强大的推力的作用下,长征五号实现了运载能力质的飞跃。
  值得注意的是,此次发射也是新一代氢氧发动机YF-77的第一次实战。这个2001年立项的发动机,在走过了15年的风雨之后,终于可以施展才能了。在研制的过程中,技术团队遇到了国内外罕见的技术瓶颈,直接导致了一段时间的研发停顿。但最终,这个困难还是被克服了,并将其踩在了脚下。更重要的是,这个过程为后续更大推力的发动机的研发,提供了相当多颇具价值的经验。
  此次长征五号通过了首发考验,也标志着海南文昌卫星发射中心已经正式进入常规发射序列,做好准备迎接未来发射任务的准备。 
  长征五号是实现未来探月工程三期、载人空间站、首次火星探测任务等国家重大科技专项和重大工程的重要基础和前提保障。按计划,2017年嫦娥五号落月采样返回、2018年发射空间站核心舱、2020年发射火星探测器等任务都将依靠长征五号来实现。
  在发射上面这些特殊载荷的同时,长征五号也可以肩负起发射普通卫星的任务,特别是发射“东方红五号”卫星平台。 
  作为即将上线的新一代运行于地球同步轨道的超大型卫星平台,“东方红五号”的发射质量将达到8吨,能携带1.2吨到2.2吨的有效载荷,这就意味着它将能携带更多的发射器,其工作效率也将大大增长。长征五号可以将“东方红五号”卫星平台直接送上地球同步轨道,大大延长卫星使用寿命。而且更重要的是,在将来,长征五号可以实现“一箭双星”的发射,这对于我国未来的商业卫星发展也有重要的促进作用。 
 
深入月球与走向火星
 
  长征五号的实验如果顺利,就能保障接下来载人登月计划“嫦娥工程”和火星探测计划。
  2004年,中国正式开展月球探测工程,并命名为“嫦娥工程”。嫦娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。2007年10月24日,“嫦娥一号”成功发射升空,在圆满完成各项使命后,于2009年按预定计划受控撞月。2010年10月1日“嫦娥二号”顺利发射,也已圆满并超额完成各项既定任务。2012年9月19日,嫦娥三号卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务完成。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。
  根据中国探月工程“绕”“落”“回”三步走战略,无人月球探测的三期工程主要实现采样返回,其主要任务由嫦娥五号月球探测器承担,计划于2017年完成。嫦娥五号主要科学目标包括对着陆区的现场调查和分析,以及月球样品返回地球以后的分析与研究。
  嫦娥五号的第一个科学目标是开展着陆点区的形貌探测和地质背景勘察, 获取与月球样品相关的现场分析数据,建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系。 
  第二个科学目标是对返回地面的月球样品进行系统、长期的实验室研究,分析月壤与月岩的物理特性与结构构造、矿物与化学组成、微量元素与同位素组成、月球岩石形成与演化过程的同位素年龄测定、宇宙辐射与太阳风离子与月球的相互作用、太空风化过程与环境演化过程等,深化月球成因和演化历史的研究。 
  为了实现科学目标,嫦娥五号将搭载多种有效载荷,主要包括降落相机、光学相机、月球矿物光谱分析仪、月壤气体分析仪、月球地热资源探测器、月壤结构探测仪、采样剖面测温仪、岩芯钻探机和机械取样器等。
  在此以后,中国将进入载人登月阶段。根据中国科学家的设计,我国计划采用的方式是先用运载火箭将飞船送上地球轨道,随后飞船自行移动至月球轨道,释放出登陆舱,降落在月球表面,宇航员登陆月球。活动完成后,宇航员返回登陆舱,飞离月球,与在月球轨道上等待的飞船重新对接,至此登月过程结束。
  除了月球之外,中国航天人的目光落向了火星。2016年1月11日,中国的首次火星探测任务得到正式批复。火星探测项目是继载人航天工程、探月工程之后中国又一个重大空间探索项目,也是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动。
  火星探测在公众传播上有了新思路。中国探月与航天工程中心于2016年10月宣布将邀请郎平、刘慈欣、谭盾、TFBOYS、姚明等11位社会文化艺术名人为中国火星探测工程宣传推广工作代言。这是中国重大科技工程首次启用形象大使。
  据了解,11位“火星大使”将义务宣传中国火星探测工程,通过积极发挥形象大使的强大影响力,增进广大群众对中国实施火星探测工程重大意义的深刻理解,鼓励青少年对科学知识的强烈追求,为工程征集、设计更加富有时代性、民族性、群众性的名称和图形标识,更好地展示中国火星探测工程的国家形象。  
  中国首次火星探测任务计划于2020年在海南文昌发射场,由长征五号运载火箭将火星探测器直接送入地火转移轨道。
  从2017年到2022年,我们将见证中国航天经过了十多年厚积而终于薄发的硕果。各种以新一代运载火箭为载体的新装备、新产品也将不断涌现,帮助我们实现从“航天大国”到“航天强国”的转变。 
  2016年4月24日,在我国迎来首个“中国航天日”之际,习近平总书记作出重要指示:“经过几代航天人的持续奋斗,我国航天事业创造了以‘两弹一星’、载人航天、月球探测为代表的辉煌成就,走出了一条自力更生、自主创新的发展道路,积淀了深厚博大的航天精神。”
  我国航天事业的发展,既离不开航天战线工作人员矢志不渝的奋斗与拼搏,更离不开党和政府一以贯之的政策引导与扶持。“十三五”规划纲要中将“实施创新驱动发展战略”列入第二篇,并特别提及要加快突破航空航天领域核心技术。
  如今航天成果已被广泛应用于经济建设和社会发展各个领域,进入寻常百姓家。发展航天技术,不仅是民族智慧、经济实力、综合国力的重要体现,也促进了我国生产力的发展,提高了我国国际威望,提升了全国人民的民族自豪感和自信心。飞天梦,也是强国梦。
  
链接:中国航天托举国际“卫星梦”
  
  据统计,2016年我国全年发射次数首次超过美国,跃居世界首位。近五年,长征系列运载火箭共完成86次发射任务,将100多个航天器成功送入预定轨道,发射成功率达97.67%。未来,中国航天科工“虹云工程”还将通过发射156颗卫星,帮人们在世界任何角落自由接入宽带互联网。
  与此同时,中国航天人还不断开拓国际市场,帮助其他国家实现“卫星梦”。
  2012年9月29日,委内瑞拉在中国协助下研制的第二颗观测卫星“弗朗西斯科·米兰达”在位于中国甘肃的酒泉卫星发射中心成功发射。这是继2008年中国成功帮助委内瑞拉发射“西蒙·玻利瓦尔”卫星之后,双方的第二次合作。这是委内瑞拉拥有的第一颗遥感卫星,主要用于委内瑞拉国土资源普查、环境保护、灾害检测和管理、农作物估产和城市规划等。
  2013年4月26日中午,中国在酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭以“一箭多星”发式,将国家科技重大专项高分辨率对地观测系统首颗卫星“高分一号”成功发射升空,同时还成功搭载发射了两个荷兰卫星分配器和三颗分别由厄瓜多尔、阿根廷和土耳其研制的小卫星。
  2013年12月21日,由中国研制的玻利维亚首颗通信卫星“图帕克·卡塔里”星成功发射升空,玻利维亚也因此拥有了第一颗卫星,并成为继巴西、阿根廷、智利、哥伦比亚和委内瑞拉之后,拉美第六个拥有卫星的国家。
  2015年11月21日,老挝有史以来的第一颗卫星“老挝一号”在中国西昌卫星发射中心成功发射升空。老挝一号是我国向东盟国家和地区出口的首颗卫星,将为老挝提供卫星电视直播、无线宽带接入、国际通信等服务。
       2016年1月16日0时57分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射了白俄罗斯通信卫星一号,这是白俄罗斯共和国首颗通信卫星,也是中国航天首次向欧洲用户提供卫星在轨交付服务。此次发射任务圆满成功,标志着中国航天迈出了开拓欧洲市场、服务世界航天的重要一步。白俄罗斯通信卫星一号设计寿命15年,主要用于白俄罗斯及覆盖地区的广播、电视、通信、远程教育和宽带多媒体服务等。而此次发射是长征系列运载火箭的第223次飞行。(整理/陈 冰)
 
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