梦天发射,天宫空间站收官之战!
发布时间:2022-11-01
出品:科普中国
作者:太空精酿
监制:中国科普博览

  202210311537,中国天宫空间站第二个实验舱“梦天”成功在文昌航天发射场升空,准确进入预定轨道,即将与在轨的天宫空间站完成交会对接任务。


 火箭发射图

 (图源:央视)

  本次发射,意味着天宫空间站建设进入最后的收官阶段。三个关键问题,带你了解中国航天这次“梦天”发射。

一、“梦天”和“问天”有什么区别?

  天宫空间站是中国载人航天自1992年起步以来连续发展30年的成果,它意味着中国将拥有一个航天员长期驻留的空间站平台。这里能提供长时间的微重力环境,免于绝大部分地球大气层的干扰,是一个独一无二的“太空实验室”,进行各类科学研究。而从最长远的目标来看,人类要离开地球这个“摇篮”,大型空间站也是必备的“太空之家”。


  实验舱和模块化设计实验柜,是“太空实验室”的灵魂

  (图源:中国载人航天)

  它有三个最核心的构成:“天和”核心舱“问天”实验舱“梦天”实验舱。核心舱是航天员们主要工作与生活的地方,也是整个空间站的控制中心。而两个实验舱,则主要负责完成复杂的空间科学实验,它们共携带了25个大型的实验柜。简而言之,只有实验舱的存在,才能让天宫空间站孕育出各类太空科技产出从而反哺我国相关行业的发展。

  两个实验舱也有各自的分工。其中“问天”可看作是核心舱的备份,具备空间站统一管理和控制能力,带有航天员生命维持系统,也可用于航天员出舱行走,同时主要负责生命科学类实验。

  

  庞大的“梦天”实验舱出厂前场景

  (图源:央视)

  而“梦天”则专注于各类微重力科学的研究,它带有外部实验平台和小型机械臂,自身的实验载荷气闸舱能实现大型实验设备的“出舱行走”,在飞船外部进行太空辐射和空间物理等方面的研究。一方面,“梦天”是个专业纯粹的微重力科学实验室;另一方面,它也是个独特的太空载荷布置平台,从这里布置卫星到空间站附近轨道,仅是“咫尺之遥”。

二、“梦天”的“发”、“接”、“转”太空之旅怎么完成?

  梦天是个长17.9米、直径4.2米、重约20吨的庞然大物。要把它送入太空,必须依靠中国航天现有最强力的“太空起重机”长征五号B火箭。相比长征五号火箭,它移除了约11.5米长的芯二级,是一个典型的“一级半(芯一级+助推器)”构型,然后使用了更大更长的整流罩(长 20.5米、直径5.2米),用以保护更大的天宫空间站各舱段,是个不折不扣的“大力士”。2020年5月5日长征五号B火箭首次发射成功后,也正式标志着天宫空间站建设最需要的得力工具准备完毕。后续的三大舱段,都由它送入太空。

  

  长征五号基本型和B型运载火箭对比图

  (图源:Memorian-QN

  进入太空后,实验舱就要跟踪天宫空间站并准确交会对接。一方面,火箭发射窗口必须抓稳,才能让二者的轨迹更容易重合;另一方面,“梦天”实验舱和天宫空间站都需要进行复杂的轨道和姿态控制,让二者处在最完美的姿态,在太空中准确对接。它们分别是20吨级和60吨级的大家伙,要在高速运动下做到分毫不差的对接,难度可想而知。在对接到核心舱后,“梦天”还需要让出对接口、在太空中转90度,实现与“问天”实验舱的对称分布,这个过程需要复杂的机械臂系统进行调节。

三、“梦天”发射后,天宫空间站何时完工?

  梦天实验舱的发射,标志着天宫空间站建设所需的全部重要舱段都集合完毕。在未来几个月内,距离最后的全面建成,还需要几个重要步骤。


  天宫空间站的最终形态

  (图源:中国载人航天)

  1. 在未来进行“梦天”实验舱的位置转移后,天宫空间站的“T字型”核心结构将正式完成;

  2. 航天员需要全面测试“梦天”实验舱的实际运营状态,进行出舱作业,完成一些外部设备的安装组建;

  3. 进行新一批货运飞船补给,包括实验设备、科研材料、生活物资和加注燃料等;

  4.进行航天员的轮换,正式实现空间站常态化运营。

  尤其是最后一步,将是中国航天的“高光时刻”。目前,三名航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲已经在天宫中迎接“梦天”。他们是中国载人航天史上具有里程碑意义的一组航天员:一方面,他们都是新一代(第二批)航天员,是历史上首次全“新人”组合;另一方面,他们已能身兼重任,完成了天宫空间站的最核心建设任务。在他们任务结束之前,神舟十五号的三名航天员也将抵达天宫空间站,届时将会出现6名航天员同时在轨的壮观场景,天宫空间站也将达到重量和体积的最大时刻。

  

  蔡旭哲,陈冬,刘洋

  (图片来源:中国载人航天

  梦天实验舱的发射成功,标志中国空间站三舱“T”字的基本构型完成。中国空间站就像拼积木一样,一步步组装建造接下来,我们还需拭目以待!

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