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天宫空间站朋友圈持续扩大,重量级玩家表达合作意愿:可建新舱段

国际空间站自部署第一个曙光号多功能货舱以来已有二十三年历史,如今这座空间站可以说是垂垂老矣,不仅承受着不计其数的技术故障折磨,合作伙伴之间的裂痕也日渐加深。

国际空间站

鉴于一系列难以逆转的形势,近日,俄航天局负责人罗戈津向天宫空间站投来了橄榄枝,他表示,我们可以探讨建造新的模块和舱体。

德米特里·罗戈津

也就在一个月以前,航天员杨利伟也披露了关于天宫空间站的国际合作动态,他说,现在许多国家向我们提出了培养航天员、联合飞行等申请。我们也在工程上预留了国际合作资源,小到实验,大到舱段级合作,预留了交会对接口,以服务将来的国际合作

天宫空间站天和一号核心舱

载人航天工程经过多年快速发展,如今的造诣也早已超越了当年攻关神舟载人飞船的年代,按照三步走规划发射了一系列神舟飞船与空间实验室及舱段,先后掌握了载人天地往返、多人多天、航天员出舱行走、空间交会对接、在轨补加推进剂、航天员中期驻留、组合体运行、空间绕飞等一系列关键技术。

五年前,由伴星二号拍摄的神舟十一号与天宫二号空间实验室组合体。

自前年以来载人航天工程全线转入空间站关键技术验证阶段工作,通过长征5B遥一火箭发射任务验证了22吨级近地轨道运力,部署了天和一号试验核心舱,先后发射了两艘天舟货运飞船、两艘神舟载人飞船,验证了航天员长期驻留、多舱船组合体运行、空间站航天员出舱技术、机械臂辅助转位、遥操作对接等空间站运营技术。

长征5B遥一是天宫空间站关键技术验证阶段的首次飞行任务

正如俄宇航员安东·什卡普列罗夫说的那样:

安东·什卡普列罗夫

“又快又好”这丝毫不是什么夸张,在今年剩下不到9个月时间里,我们还将实施6次载人航天工程任务发射,今年年底前就可以完成天宫空间站在轨组装建造任务,建造速度之快超过了人类以往载人航天史上的任何一座空间站。

这里的“快”不要以为天宫空间站是占了规模相对较小的便宜,而是天宫主要舱段部署间隔时间比国际空间站更短。

今年将要实施的6次载人航天工程发射任务依次分别是:天舟四号货运飞船/长征七号遥五运载火箭、神舟十四号载人飞船/长征2F遥十四运载火箭、问天号实验舱/长征5B遥三运载火箭、梦天号实验舱/长征5B遥四运载火箭、天舟五号货运飞船/长征七号遥六运载火箭、神舟十五号载人飞船/长征2F遥十五运载火箭。

文昌航天发射场将在4个月时间里发射两枚长征5B,大火箭密集发射能力的小试牛刀。

届时一座三舱构型近百吨级的天宫空间站将闪耀太空,在神舟十五号与神舟十四号两批飞行乘组轮换之际将呈现6名航天员同驻太空盛况。

高效率在轨组装建造背后是载人航天工程12个大系统间的密切协作高效联动,舱段密集发射更考验大火箭高密度发射能力。

天宫空间站不仅是我国载人航天技术的集大成者,更是人类载人航天技术的集大成者,应用了高光电转换效率的柔性太阳翼、霍尔电推发动机、大型七自由度空间机械臂等一系列高新技术装备。

天和一号核心舱电推发动机测试

天和核心舱三结砷化镓柔性太阳翼

那么,如此先进的天宫空间站为国际合作准备了哪些资源呢?

载人空间站最高等级合作是舱段级合作,也就是俄航天局负责人罗戈津所说的“建造新的模块和舱体”。

进行舱段级合作对于天宫而言就需要有一定数量的可用对接口,该空间站所有被动对接口均布置于天和一号核心舱,分别是前向对接口、第一象限径向对接口、第二象限侧向停泊口、第四象限侧向停泊口、后向对接口,其中两个侧向停泊口分别用于问天实验舱与梦天实验舱的对接靠泊,另外三个均为飞船对接口。

天和一号核心舱的5个对接口

三个飞船对接口中的前向对接口预留了舱段对接靠泊功能,可以用于舱段扩展任务。

如此一来是不是就意味着天宫空间站后续只能增加1个合作舱段?当然不是。

天宫空间站三舱构型加上对接飞船的最大在轨质量近百吨,而其设计最大规模为180吨左右,按照既定的拓展规划,天和一号核心舱前向对接口可以再对接天和二号核心舱,天和二号核心舱再对接两个20吨级实验舱。

天和一号核心舱前向对接口具备扩展大型舱段对接靠泊能力

新增加一个天和二号核心舱就意味着至少新增3个可用对接口,如果该核心舱取消气闸舱功能,新增对接口数量可升级至4个,这样一来就可以接纳更多的外方舱段。

空间站核心舱如此重要的舱段当然不会只有一个

经过拓展之后,天宫空间站的常态化驻留航天员规模可由3人升级至6人,在轨轮换时航天员人数可达9至12人,在轨保障能力可与400吨级的国际空间站等量齐观。

天宫空间站六舱拓展构型,再加一个巡天光学舱,最大构型规模达180吨级。

除了舱段级合作,还有大量的在轨实验资源可用于合作,而这又是我们的一大创新。天宫空间站当前构型的科学研究机柜数量是25台,与国际空间站的31台科学研究机柜数量等量齐观。

天宫空间站部署的科学研究机柜

我们的在轨实验合作模式与门户有别的国际空间站不同,载人航天工程可以免费为合作方提供上行发射与在轨搭载服务,此时此刻想必很多人都会想起一百多年前的那句“量中华之物力,结与国之欢心”,如果这么想那就大错特错。

因为此类合作有一个关键的入选门槛,那就是入选载荷必须与我方共享所有的科研数据,要知道在航天领域,载荷研制成本通常都远大于发射成本,我们虽然要付出一定的发射成本,但出钱的大头是合作方。

问天实验舱配置的变重力科学研究机柜

昔日的屈辱是为别人花自己的钱,如今的强盛则是花别人的钱办自己的事。

共享科研数据的合作模式可以使得天宫空间站高效率聚焦科研,少了很多不必要的重复建设,天宫空间站虽未冠名“国际”,但却是真正意义上的“国际空间站”。

早在4年前,我们就向联合国所有成员国发布了合作机会公告,经过多轮评比审核,最终有来自17个国家、23个实体的9个项目成功入选第一批合作清单。

入选天宫空间站首批空间科学实验清单的项目

那么,有没有来自大洋彼岸的项目?有的,只是我们出于科学价值评判,他们的项目没有达到我们的要求被刷了下来。

“我是国际评审组的组长”

天宫空间站每年都可以进行数以百计的在轨实验项目,未来还将有更多外方合作项目进驻天宫,源源不断的在轨科研实验也必将助力我国各条战线的快速迭代升级。

有人说,如果俄罗斯加入进来可以使我们少走一些弯路,我想这是一句“错换了时空的评价”。

我们与俄罗斯之间的载人航天合作的确是由来已久,昔日神舟载人飞船就曾得到过他们不少帮助,比如在神舟七号首次航天员出舱活动中,就引进了一套俄制海鹰号舱外航天服作为备份。

神舟七号首次舱外活动中刘伯明穿着的便是“俄制海鹰号舱外航天服”

而如今两家之间的“再合作”则印证了一千多年前著名哲学家韩愈所说的一句话,就是“弟子不必不如师,师不必贤于弟子”。

俄载人航天技术的集大成者毫无疑问就是在国际空间站任务中贡献的舱段,分别是,曙光号多功能货舱、星辰号服务舱、微型实验舱1、微型实验舱2、科学号实验舱、新码头号对接舱,总体技术水平停留在上世纪八九十年代。

国际空间站星辰号服务舱舱内

比如,一个天和一号核心舱的功能就足以比肩星辰号服务舱+曙光号多功能货舱+NASA的团结号节点舱组合体;近些年联盟号载人飞船最大的技术突破就是具备了快速交会对接能力,而天宫空间站刚进入关键技术验证阶段就立马应用了6.5小时快速交会对接技术,前不久天舟二号货运飞船再入大气层前又验证了2小时快速交会技术;时至今日俄载人航天系统还不具备独立研制大型空间机械臂的能力,而我们具备25吨承载力且位姿精度居于世界领先水平的天和机械臂已经投入应用。

天宫空间站天和一号核心舱以“一舱之力”比肩国际空间站三大舱段

所以,实在是不能按照“刻舟求剑”的思维逻辑去看待两家之间的航天合作。

近年来俄舱段在国际空间站的境遇是纯干活状态,31台科学研究机柜没有一台是他们的,平时就是常态化部署两名宇航员进行有限的在轨科研实验工作,并承担国际空间站的姿轨控任务,除此之外也不是没有好处,最大的好处就是维系了载人航天产品线不断档。

联盟系列载人飞船

随着国际空间站日渐式微,他们也不是没想过退路,目前也在推进轨道服务站计划,该站预计将于2030年初步建成,整体规模仅有50吨级,可以保障两名航天员的在轨工作生活,但是没有航天员长期连续驻留能力,只能采取间隔部署的方式运营,整体技术水平只是在上世纪八九十年代水平基础上略微有些提升,如此前景怎能不让其担忧?

俄轨道服务站一期不具备航天员连续驻留能力

反观天宫空间站,我们常用“豪华太空别墅”来形容其内部居住空间之大,而“大”只是表象,其内在是基于整站一体化理念的融合式设计,实现了能源系统、热控系统、信息系统、通信系统等多系统的高度融合,俄航天局若能与天宫空间站进行舱段级合作,将意味着他们必须按照我方更为先进的标准进行舱段设计与制造,这是一种需求牵引的技术升级合作。

今年我们可以看到的天宫空间站构型

从曾经的学生,到如今的老师,类似反哺式合作对于双方而言早已不是什么新鲜事物,比如我们的航天级元器件也早已实现对俄出口。

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