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纳兰容若

自在飞花轻似梦,无边丝雨细如愁

 
 
 

日志

 
 

天宫二号成功发射 中国迈向空间站时代  

2016-09-16 20:02:07|  分类: 【中国航天】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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纳兰容若 - 网易博客

“天宫”邀明月,共赴中秋约——天宫二号发射侧记

  西北戈壁,中秋的月亮分外明亮。

    2016年9月15日晚,中国酒泉卫星发射中心迎来了历史上又一重要时刻:

    我国第一艘真正意义上的空间实验室——天宫二号将从这里踏上新的征程。


  夜空下,长征二号F运载火箭托举着长10.4米、最大直径3.35米的天宫二号空间实验室静静矗立在发射塔架旁。箭在弦上,引而待发。“30分钟准备!”“5分钟准备!”“1分钟准备!”……渐次响起的口令声穿越茫茫戈壁,叩击着每一位关注中国航天事业人的心。倒计时由10指向0秒。“点火!”中国载人航天工程发射系统零号指挥员王洪志的声音浑厚有力,伴随着轰天巨响,天宫二号承载着使命与期盼腾空而去,熊熊燃烧的火箭尾焰把中秋的夜空染成了一片耀眼的橘红。

  这是长征二号F火箭第12次执行任务。此前的13年里,这支“金牌火箭”曾将天宫一号和10艘神舟飞船成功送入太空,圆了10名航天员的飞天梦。今天,它又一次托举着天宫二号奔向浩瀚星空。


    夜色中,一轮圆月与火箭划出的亮白色弧线在天幕上组成一幅充满诗意的图景。

  助推器分离——捆绑在箭体上增加推力的4支小火箭完成使命;一、二级分离——火箭飞过平流层和中间层,芯一级自动脱离;整流罩分离——火箭已飞出稠密的大气层,天宫二号离开整流罩的保护,独自面对这浩瀚宇宙……


  22时13分55秒,器箭分离,天宫二号消除分离姿态干扰,建立运行姿态。

    中国载人航天工程总指挥张又侠宣布:“天宫二号空间实验室发射任务圆满成功!”


    指控大厅沸腾了,热烈掌声经久不息。此时共中秋,天宫再飞天。从1958年创建以来,中国航天人在酒泉成功发射了104颗卫星、10艘飞船和1艘目标飞行器,为中国航天事业的发展创造了骄人的十个第一。今天,天宫二号发射成功,标志着我国载人航天工程又迈出承上启下的关键一步。这是中国航天之路的新高度,也是中华民族复兴之路的新跨越。


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揭秘“天宫二号”空间实验室:到底有多牛?
 

    在超期服役长达两年半之后,中国第一个空间实验室天宫一号“完成使命”。而即将升空的接力者——“天宫二号”空间实验室,则将开创更多“第一次”,除了要印证航天员在轨中期驻留,还要开展14项实验,涉及八大领域。

    按计划,“天宫二号”空间实验室将于北京时间9月15日22时04分发射。

    2016年10月,中国将发射“神舟十一号”载人飞船,与“天宫二号”空间实验室进行对接,进行30天的航天员中期驻留试验;2017年,“长征七号”火箭将发射“天舟一号”货运飞船,与“天宫二号”进行对接,进行推进剂在轨补加等空间站建造运营关键技术的验证,其目的是为了中国将在2020年前后建成的永久性空间站。


“天宫二号”上的新设备

    “天宫二号”与“天宫一号”相同,均为长期在轨自动运行、短期载人的飞行器,是为未来的长期性空间站建设做准备。但两者相比,“内在”的变化很大。“天宫二号”较大改进是装备更豪华、装载量提高、内部环境更好。值得一提的是,“天宫二号”的系统设计是模块化的,也就是说它出现问题时可快速更换和在轨维修,这在国内空间领域属于首创。

    此外,为了方便航天员太空生活,“天宫二号”在内部增加了很多贴心的设计。中国航天科技集团五院“天宫二号”空间实验室总设计师朱枞鹏在接受采访时介绍说:“我们要以人为本,给航天员创造一个更好的生活和工作环境。”

    “天宫二号”首次使用可展开的多功能小平台,航天员可以在上面写字、吃饭、做科学实验,生活工作两不误;通信方面为航天员配备了蓝牙耳机和蓝牙音响;用地板取代了地毯;舱内灯光采用米黄色色调,亮度可手动调节,并为每个航天员安装了床前灯。事实上,30天的太空驻留不仅是对航天员本身的考验,也是对中国载人航天技术全新的挑战。如何长时间提供适合人生活的环境,如何长时间提供包括水在内的物资供给,都将在“天宫二号”任务中得到验证。


“天宫二号”上的新实验

    虽然“天宫一号”、“天宫二号”都属于空间实验室,但后者更为正规,或者说“天宫二号”才是真正意义上的空间实验室。6月2日,中国科学院空间应用工程与技术中心高级顾问顾逸东院士介绍了“天宫二号”的部分空间科学任务。比如“空—地量子密钥分配与激光通信试验”,密钥分发是实现“无条件”安全的量子通信的关键步骤,这项试验将验证量子密钥分发的核心环节,在天地间传输密钥。再如“伽马暴偏振探测”项目,将对伽马暴和太阳耀斑进行高灵敏度偏振观测。

    “可望开辟伽玛射线偏振探测天文新窗口。”顾逸东说。

    “天宫二号”搭载的伽马暴探测设备由中国科学院与瑞士日内瓦大学联合研制,这台设备比过去国际上类似仪器的探测效率高数十倍,中欧科学家合作研究揭示宇宙结构、起源、演化问题。此外,“天宫二号”还将搭载全球首台冷原子钟,开展“液桥热毛细对流实验研究”、“多样品材料空间生长实验”、“空间高等植物培养实验”等项目。“天宫二号”热毛细对流空间实验项目主任设计师、中国科学院力学研究所研究员康琦解释,为生产出高质量的半导体材料,就要科学控制单晶硅在晶体生长过程中浮力对流和热毛细对流的影响,而太空特有的微重力环境将使科学家深入剖析热毛细对流的真实过程。


    这次飞行中,“天宫二号”还将释放一颗伴随卫星。

    这是一颗微纳卫星,搭载多个试验载荷,并具备较强的变轨能力,具备开展空间任务的灵活性与机动性。伴随卫星将在任务期间开展对空间组合体的飞越观测等试验,为主航天器的技术试验提供支持,并拓展空间技术应用。


空间实验室与空间站的区别

    空间实验室是建造在太空中的实验室,这种特殊的实验室需要先发射无人空间实验室,然后再用运载火箭将载人飞船送入太空,与停留在轨道上的无人空间实验室交会对接。接下来,航天员从飞船中进入空间实验室,开展工作,完成工作后再乘飞船返回地球。因此,中国在发射“天宫二号”后,还将发射“神舟十一号”载人飞船,与“天宫二号”对接,从而完成空间实验室的建造。而空间站是指可供多名航天员巡访、长期工作和居住生活的载人航天器。

    空间站最大的特点就是规模和体积庞大、在轨运行的时间久,比如由美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局共同建造的国际空间站,已经为人类工作了16个年头。空间实验室像是空间站的前身,为发展空间站,从载人飞船过渡到载人航天基础设施的试验性航天器。前者是为建造复杂程度更高的空间站所做准备工作。


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航天员"入宫"后可玩跑步机看电视  与家人短信交流

 

    不久之后,两名航天员将以地球“来客”的身份造访此前以无人状态来到太空的天宫二号。

    在接下来的30天里,“天宫二号”如何保障航天员的衣食住行?

    为此,天宫二号对饮食居住环境进行改善,为航天员营造家的感觉。其中舱内色彩、光线、降低噪音等都做了人性化的环境布置;航天员可在空间实验室收到地面电视信号,能跟家人进行天地通话和私人通信;为保证航天员在微重力环境下身体机能不衰退,天宫二号配置了力量训练设备,并定期对航天员心血管和身体医学指标进行监测。


配备多功能工作台,不用时可折叠

    天宫二号将为航天员提供更宜居的环境,特别是针对航天员要驻留30天这一实际,做了很多人性化改造。其中,有意识地把地板和天花板用颜色进行了区别,墙壁也采用了非常柔和的米白色。为了防止碰撞,天宫一号的地板和墙壁非常柔软,但航天员从太空回来后,提出还是硬质墙壁和地板好,所以在天宫二号中进行了改变,实验舱内采用了硬材质。

    在内部设施方面,天宫二号配备了多功能工作台,不用时可以折叠,打开后则可以在上面进行电脑操作、阅读、进餐等。对通风口也进行了改造,降低了噪音。在睡眠区,灯光可以进行调节,广播也可以关闭,航天员可以携带一些个人的物品,如家人的照片等。床头有一个蓝牙音响,可以接收地面传输的紧急呼叫,而航天员的头戴式耳机也改成了无线的。


    天宫二号内部还加入了很多特色元素,包括中国载人航天工程的标志、航天科技集团公司的标志。

    另外为纪念中国航天事业创建60周年,舱内还会有专门设计的符号。


航天员可与家人进行短信交流

    天宫二号总设计师朱枞鹏说,考虑到航天员要在天宫二号进行中期驻留,我们为航天员配备了笔记本电脑、平板电脑,航天员不仅可以进行工作,还可以进行娱乐、阅读;同时,航天员在太空可以收看电视节目,与家人进行短信交流。

    在饮食方面,最大程度地考虑到了每名航天员的个人偏好,特制了一批太空食品。

    个人卫生方面,准备了特制的湿巾和刮胡刀,对集便袋进行了改进,使其气压低于舱内,防止气味扩散。


【衣】准备保暖服和“祥云”睡袋

    “天宫二号”为航天员准备了外部绣有祥云图案的睡袋。睡袋的材料采用了特殊材料,具有抗阻燃、防静电、松紧可调、重量轻等特点。此外,天宫二号还为航天员准备了保暖内衣、保暖裤、运动服、运动袜等。考虑到太空工作的特殊需求,这些衣服设计都比较特别,有的衣服装有电缆,有的口袋用于放置辐射测试仪等。


【食】储藏负离子饮用水和氧气

    由于航天员会在“天宫二号”发射1个月之后前往,为了保障食物的新鲜,天宫二号没有为航天员提前准备食物,而是由神舟十一号飞船来搭载。不过,天宫二号为航天员准备了可以长时间储藏的饮用水和氧气。并且,饮用水里面添加了负离子,让航天员可以喝到更纯净的水。


【住】温度控制在19℃到23℃

    按照医学指标,“天宫二号”为航天员设置了舒适的环境,温度控制在19到23度,湿度为50%左右。氧气浓度与地面一致。同时,对舱内的有害气体、微生物进行过滤、清除,保证舱内空气清新。此外,“天宫二号”为航天员准备了大小便收集袋,收集袋采用负压技术,能够避免异味散出。


【行】特殊跑步机用于全身锻炼

    “天宫二号”安装了太空锻炼器材,包括特殊的跑步机用于全身锻炼;健身自行车用于锻炼下肢肌肉、以及拉力器用于锻炼肩部和背部肌肉。值得一提的是,为了解决在失重状态下如何跑步的问题,设计人员在跑步机上配备了一根有弹性的橡皮带,当航天员站在跑步机上时,把橡皮带像背书包一样背在肩上,有弹性的带子会将人勒住,人就不会飘起来,腿部也会感到力量。


揭秘1:“天宫二号”都带了什么升空?

    天宫二号总设计师朱枞鹏介绍,“天宫二号”搭载了有效载荷51件,有机械臂、空间冷原子钟、高等植物培养箱、伴随卫星、紫外临边成像光谱仪等。这些载荷涉及微重力基础物理、微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学等10多项空间科学和应用任务。

    比如,机械臂。舱内机械臂的灵巧手,跟人的手类似。可以用来做一些简单的维修工作,比如拧螺丝,拆设备。当然,未来的舱外机械臂用途更多,可以为空间站做舱外维修工作。

    比如,“天宫二号”高等植物培养箱。培养箱相当于迷你版太空温室,用于培育水稻和拟南芥。通过试验,最终目的是在空间站种庄稼,为航天员长期空间生活提供补给。

    比如,空间冷原子钟。利用“天空二号”里的微重力条件,这台冷原子钟的稳定度将高达10的负16次方,可以将航天器自主授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。

    再比如一些家具。“天宫二号”里面为航天员准备了跑步机、健身车、折叠多功能桌、冰箱等。


揭秘2:天宫二号将做哪些“高大上”的太空实验?

    天宫二号是我国首个真正意义上的空间实验室,将完成十余项高精尖的实验任务,是载人航天历次任务中应用项目最多的一次。天宫二号将与拟于2016年10月中下旬发射的神舟十一号载人飞船对接,航天员将进入天宫二号,参与操作高等植物培养实验和综合材料制备实验。人类未来要星际旅行、移民外星球,首要任务是解决食物自给、氧气和循环水等问题。高等植物培养实验就是要研究地球上的植物是否可以克服太空微重力等极端环境影响,在太空环境中正常生长。

    天宫二号搭载了多项空间物理实验,如空间冷原子钟实验、空地量子密钥分配试验等,均属国际科学前沿,科学意义重大。量子密钥分配试验将在基于载人航天空间平台上实现天-地量子密钥传输试验,以及业务数据天地激光通信。该实验将为未来建立不可破译的信息安全系统、在国际上率先建立实用化的保密通信网络奠定基础。

    我国载人航天的历次巡天任务都少不了在浩瀚的宇宙中从各个方位“感知”地球。天宫二号也搭载了多个新一代对地观测遥感器和地球科学研究仪器。如宽波段成像光谱仪、三维成像微波高度计、紫外临边成像光谱仪等,突破了系列关键技术,在资源环境、生态环境、农林应用、海洋环境、大气污染和大气成分监测以及全球变化研究等领域有着广泛应用。


“对接天眼”全新升级

    “对接天眼”——光学成像敏感器(CRDS),由位于运输飞船上的相机和位于目标飞行器上的目标标志器组成。技术人员对其进行了全新升级,“对接天眼”的太阳杂光抑制能力等大幅提升;首次捕获时间也提高了一个数量级——由原来的约十秒缩短至不到几百毫秒。


【科研项目】

空间冷原子钟——有望实现3000万年误差一秒

    天宫二号空间实验室将开展的实验中,包括空间科学物理领域重点项目——空间冷原子钟实验,有望实现3000万年误差一秒的超高精度,对卫星定位导航等生产生活及引力波探测等空间科学研究将产生重大影响。空间冷原子钟可以将航天器自主守时精度提高两个数量级,大幅提高导航定位精度。


高等植物培养——太空“温室”种植水稻拟南芥

    在“天宫二号”实验室内,高等植物培养也是众多科学任务中唯一的生命科学实验。此次“天宫二号”所搭载的高等植物培养装置,就将在微重力的环境下搭建起一个温度舒适、光照可控的迷你“温室”。在这个温室内,所种植的是粮食作物的典型代表水稻和绿叶植物的典型代表拟南芥。

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