[科普中國]-天和核心艙成功發(fā)射——載人航天常態(tài)化晨曦初現(xiàn)

剛剛，“長征五號(hào)B遙二”運(yùn)載火箭經(jīng)歷了 8分多鐘的飛行，成功托舉“天和”核心艙進(jìn)入預(yù)定軌道，我國空間站建設(shè)的大幕正徐徐拉開。

光陰飛逝，時(shí)光荏苒，如今的“長征五號(hào)”系列運(yùn)載火箭已經(jīng)連續(xù)成功飛行5次，大有成為下一個(gè)“金牌火箭”的趨勢。

圖片來源：新華社

看著飛行過程，筆者甚至打起了哈欠——這跟一年多前“長征五號(hào)遙三”復(fù)飛時(shí)的屏息凝視相比，心態(tài)已然完全不同。

當(dāng)我們認(rèn)為“長征五號(hào)”運(yùn)載火箭的成功已經(jīng)不是一件新鮮的事情的時(shí)候，說明我們的境界又上了一層。

五星紅旗點(diǎn)亮星空 中國空間站正式開工

回到任務(wù)本身。

此次任務(wù)的載荷“天和”核心艙重達(dá)22.5噸，刷新了去年由新型載人飛船創(chuàng)下的21.6噸的最大質(zhì)量載荷的新紀(jì)錄。它的容積更是達(dá)到了50立方米，也是我國目前發(fā)射的尺寸最大的載荷，還是我國迄今為止功能最多的航天器。

“天和”號(hào)核心艙的成功發(fā)射，拉開了我國“天宮”空間站建設(shè)的序幕。

從整體上來看，“天和”核心艙可以分為三部分——節(jié)點(diǎn)艙、小柱段與大柱段。

“天和”核心艙構(gòu)成圖（圖片授權(quán)自星智科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)，各部件名稱由作者標(biāo)注）

其中，節(jié)點(diǎn)艙與小柱段的直徑均為2.8米，大柱段的直徑為4.2米。這樣的設(shè)計(jì)具有充分的科學(xué)依據(jù)——由于長征五號(hào)的直徑為5米，因此其整流罩底端的直徑也是5米，同時(shí)再留出一部分安全空間，因此，內(nèi)部載荷的最大直徑就是4.2米。不僅核心艙的最大直徑是這個(gè)數(shù)字，2020年5月發(fā)射的新型載人飛船試驗(yàn)船直徑也是4.2米。

更進(jìn)一步的，我們可以對空間站進(jìn)行功能分區(qū)，包括用于擴(kuò)大規(guī)模，同時(shí)可用于實(shí)現(xiàn)太空行走的節(jié)點(diǎn)艙；艙內(nèi)成員生活、休息的區(qū)域（位于小柱段），艙內(nèi)成員工作、科研與控制艙段的控制艙（位于大柱段前端以及小柱段后端），裝載有燃料等重要資源的資源艙（位于大柱段后端）。

長得像“和平號(hào)”就是“抄襲”？你對“天和”有誤解

此時(shí)，細(xì)心的你可能已經(jīng)注意到了，這個(gè)核心艙無論從外形還是功能來看，都很像“和平號(hào)”空間站的核心艙。

不過，這既不能說明我們落后俄羅斯航天幾十年，也不是對俄羅斯人方案的“抄襲”，而是設(shè)計(jì)使然。

設(shè)想一下，如果核心艙完全設(shè)計(jì)成為一根直徑4.2米的柱子，那么太陽能電池板、機(jī)械臂、通信天線之類的外部設(shè)施將沒有地方可以安裝，且由于長征五號(hào)的整流罩頂部是收斂成近似錐形的，那么顯然頂端還會(huì)有一部分空間浪費(fèi)。

因此，設(shè)置一個(gè)2.8米直徑的小柱段和節(jié)點(diǎn)艙，將有助于外部設(shè)施的安裝以及整流罩空間的利用，擴(kuò)大整體容積。

優(yōu)秀的設(shè)計(jì)大抵是相似的，其背后遵循著相似的科學(xué)與技術(shù)原理。

而且，雖然外形相似，但“天和”核心艙除了比“和平號(hào)”的核心艙大了一圈之外，在細(xì)節(jié)上還有很多不同點(diǎn)。

“天和”核心艙自帶一個(gè)出艙活動(dòng)專用的氣閘，“和平號(hào)”的核心艙則沒有這樣的設(shè)計(jì)，全部都是對接口，這就意味著“和平號(hào)”在建站初期的出艙活動(dòng)只能通過對接口實(shí)現(xiàn)，十分不便。對于入駐“天和”的航天員而言，不僅出艙的過程更便利，**位于大柱段的機(jī)械臂還可以更進(jìn)一步地?cái)U(kuò)展航天員在艙外的活動(dòng)范圍，**無論是艙外實(shí)驗(yàn)還是在軌維護(hù)也將變得十分方便。盡管隨著空間站的建設(shè)，主氣閘將在后續(xù)階段由“問天”實(shí)驗(yàn)艙擔(dān)當(dāng)，但節(jié)點(diǎn)艙的出艙口仍然可以作為備份出艙口使用。

“天和”的主要能量來自兩片太陽翼——與“和平號(hào)”的硬質(zhì)太陽能帆板不同，這個(gè)太陽翼是柔性材質(zhì)的。在不改變輸出功率的前提下，柔性太陽翼實(shí)現(xiàn)了大幅減重，收攏時(shí)的包絡(luò)尺寸也更小，這也幫助“天和”能夠攜帶更多的有效載荷。

“天和”自帶的動(dòng)力系統(tǒng)能夠自行維護(hù)軌道，并可以由“天舟”系列貨運(yùn)飛船在軌補(bǔ)加推進(jìn)劑。“天舟一號(hào)”成功試驗(yàn)的在軌加注推進(jìn)劑技術(shù)，在數(shù)年后的今天，終于將得到應(yīng)用。同時(shí)，安裝與小柱段、與大柱段之間的一系列動(dòng)量輪模塊，將能夠使空間站在運(yùn)行過程中緩慢改變姿態(tài)，減少燃料消耗。而且“天和”核心艙還自帶離子發(fā)動(dòng)機(jī)，這種極高比沖的發(fā)動(dòng)機(jī)將能夠進(jìn)一步節(jié)約寶貴的燃料，這些措施都可以讓核心艙能夠在軌運(yùn)行得更久。

“天和”模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的艙內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜與安裝在科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)單元將使太空實(shí)驗(yàn)變得更加方便——只要遵循同一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它們都將能夠被裝入科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜中，既方便了航天員的操作，也提高了科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜的使用與周轉(zhuǎn)效率。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)機(jī)柜的運(yùn)行過程中，海量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將通過核心艙自帶的高增益天線不斷下行至地面，方便地面的科研工作者們實(shí)時(shí)掌握空間站內(nèi)科研載荷的工作狀態(tài)。相信通過一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展，我們對于太空環(huán)境將會(huì)取得新的認(rèn)識(shí)。

“天舟”“神舟”蓄勢待發(fā) 精彩仍將繼續(xù)

讓我們再把目光轉(zhuǎn)向今年的后續(xù)任務(wù)吧。

“長征七號(hào)”與“天舟二號(hào)”仍然在緊鑼密鼓地組裝中。下個(gè)月，“天舟二號(hào)”貨運(yùn)飛船將滿載著補(bǔ)給物資與“天和”核心艙開展對接工作，在預(yù)定軌道上靜候航天員們的到來。

“神舟十二號(hào)”的乘員組也在為“天和”的在軌任務(wù)開展訓(xùn)練，航天員乘組呼之欲出。距離上一次中國航天員進(jìn)入太空，已經(jīng)過去了4年有余。上一次，航天員景海鵬、陳冬在太空生活了33天，完成了一系列空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了航天員中期駐留的目標(biāo)。

天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)完成交會(huì)對接后，航天員打開天宮二號(hào)的艙門，順利進(jìn)入“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室（圖片來源：見水?。?/p>

今年，中國人將重回太空，為人類和平利用太空作出新的更大貢獻(xiàn)。

不僅如此，我們還將進(jìn)入載人航天常態(tài)化的新時(shí)代。

因?yàn)榻衲赀€有第二批航天員乘組出征。他們將接替第一批乘組，在太空中繼續(xù)執(zhí)行在軌飛行任務(wù)。一切順利的話，我們將獲得更多關(guān)于空間環(huán)境對航天員長期影響的第一手信息，而這些信息是十分珍貴的，即便是美國、俄羅斯等航天大國，在各種期刊上所披露的內(nèi)容也只是冰山一角。

還是今年，“天舟三號(hào)”也將啟程前往“天和”核心艙，接替“天舟二號(hào)”，提供更多的物資，開展更多的空間站運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)，保障核心艙的在軌運(yùn)行，滿足核心艙內(nèi)的航天員的生存需求。

任務(wù)仍將繼續(xù)。

明年開始，“天宮”空間站將進(jìn)一步擴(kuò)展：兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙“問天”、“夢天”將先后由“長征五號(hào)B”運(yùn)載火箭發(fā)射，它們將分別與核心艙對接，在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙完成對接之后，“天宮”空間站的建設(shè)期就將結(jié)束。

天宮空間站示意圖（圖片來源：中國國家航天局）

**到那時(shí)，極大擴(kuò)容的科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜將讓“天宮”空間站化身國家級“太空實(shí)驗(yàn)室”。**屆時(shí)，除了飛行員出身的航天員之外，科研人員也將進(jìn)入太空，成為“載荷專家”，更高效地在軌開展研究工作。

經(jīng)過這些建設(shè)，我們將看到一個(gè)完全可以預(yù)料得到的未來——進(jìn)入太空的門檻勢必降低。閱讀到這篇文章的你，在未來也可能有機(jī)會(huì)遨游星海。

**幾年后，“巡天”太空望遠(yuǎn)鏡也將啟程前往太空，與空間站共軌飛行。**太空望遠(yuǎn)鏡將會(huì)把它的目光聚焦于深邃浩渺的宇宙，為我們帶來更多壯麗的宇宙奇景。這里我們想特別強(qiáng)調(diào)下“共軌飛行”這個(gè)概念，由于望遠(yuǎn)鏡和空間站是共軌飛行，將大幅降低望遠(yuǎn)鏡的維修難度和成本?？臻g站內(nèi)的航天員可以隨時(shí)準(zhǔn)備好為太空望遠(yuǎn)鏡提供維護(hù)服務(wù)，讓它能夠工作得更久，更穩(wěn)定。

我們的腳步仍不會(huì)停止。

更長遠(yuǎn)地來看，“天宮”空間站的規(guī)模甚至還有進(jìn)一步擴(kuò)大的可能——如果我們將第二個(gè)核心艙，第三、第四個(gè)實(shí)驗(yàn)艙送入太空與“天宮”對接，那么我們將得到一個(gè)重達(dá)一百多噸的大型太空復(fù)合體！或許到那個(gè)時(shí)候，空間站內(nèi)會(huì)迎來講著不同語言的訪客。在地面，人與人之間的藩籬以國境線的形式存在著，而在太空，我們將親如手足，共同為人類這一物種探索未知疆界、和平利用太空而不懈奮斗。

奔向星海的腳步永不停歇

就在您讀到這篇文章的時(shí)候，“天和”核心艙已經(jīng)進(jìn)入了預(yù)定的軌道。

從今天開始，中國的載人航天事業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)型，中國航天員在太空中生活的時(shí)長將在停滯了4年之后繼續(xù)增長，也將不斷地增長。我們曾經(jīng)錯(cuò)過了大海，但這一次，我們將不會(huì)再錯(cuò)過星海。