400公里“天外”,中国如何建设“太空家园”?

  (中国焦点面对面)400公里“天外”,中国如何建设“太空家园”?

  中新社北京4月29日电 题:400公里“天外”,中国如何建设“太空家园”?

  ——专访中国航天科技集团五院总体设计部空间站总体研究室主任王为

  4月29日,中国在文昌航天发射场用长征五号B火箭成功发射空间站天和核心舱,全面转入空间站在轨建造。中国空间站有哪些看点?未来普通人是否有机会前往空间站?中国航天科技集团五院总体设计部空间站总体研究室主任王为接受中新社“中国焦点面对面”专访,进行专业解读。

  访谈实录摘编如下:

  中新社记者:60年前宇航员加加林成功进入太空,开启人类载人航天序幕。今年不仅是人类首次载人航天60周年,同时也是中国航天事业创建65周年。您认为中国在这一特殊年份建设空间站有何特殊意义?“年轻”的中国空间站有何看点?

  王为:中国的载人航天工程从1992年开始启动。比起人类载人航天60年的历史,我们的起步不算早。但是从发展角度看,我们追赶的步伐是稳健、快捷的。中国载人航天启动研制以来就规划了“三步走”计划,第一步是研制载人飞船,实现人员进入太空并安全返回。第二步是研制空间实验室,与载人飞船实现交会对接,短期内有航天员在空间实验室进行一定规模的空间科学实验,实现一个月左右在轨的生活和工作。第三步要建设中国自己的空间站,空间站的主要目标是实现中国人在太空连续、长期的驻留,这对整个国家和中华民族来讲非常有意义。这意味着中国人在太空有了长久家园,在世界载人航天发展60周年这个特殊年份里,能启动空间站这一中国人的“太空家园”建设意义非常重大。

  空间站有何看点?第一、中国空间站的构型比较简洁,规模适度。第二、年轻的空间站能够更好用到一些新技术,特别是现在迅猛发展的信息网络通信技术、人工智能技术。第三、空间站留给我们的想象空间很大,其目前的规模适度、构型简洁,但在其基础上可以不断进行舱段扩展。

00公里“天外”,中国如何建设“太空家园”?"

  中新社记者:天和核心舱是中国发射的首个空间站舱段,它的“核心”体现在哪?今明两年,中国将通过11次任务完成空间站基本构型的在轨建造,后续10次任务将如何安排?

  王为:核心舱的核心作用(在于):首先在外部形状上,空间站是由天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱构成,另外载人飞船、货运飞船也需要对接。这些航天器舱段都是与核心舱对接,它作为“枢纽”起到空间站的集成作用,把各个飞行器给联通起来。

  从功能上来说,它起到整个空间站控制核心的作用。比如说空间站的姿态、轨道控制。空间站的“大脑”是由核心舱的计算机来控制其他舱段的设备联合起来工作,这也体现了核心的作用。航天员生活环境主控的节点也是在核心舱上。

  这两年空间站建造会有11次任务,天和核心舱是第1个任务。后面的10次任务是这么安排的,中国要发射问天实验舱和梦天实验舱,与核心舱进行交会对接,通过构型转位形成T字的三舱构型。另外还要发射4艘货运飞船和4艘载人飞船,货运飞船为人员在轨生活工作提供物资,载人飞船把航天员运至空间站进行生活和工作。

北京时间4月29日11时许,中国在文昌航天发射场用长征五号B遥二运载火箭发射空间站天和核心舱。 中新社记者 骆云飞 摄
北京时间4月29日11时许,中国在文昌航天发射场用长征五号B遥二运载火箭发射空间站天和核心舱。 中新社记者 骆云飞 摄

  中新社记者:建成后的空间站长啥样?“高大上”的空间站和我们普通人的生活有什么联系?

  王为:空间站目前规划了三个舱段:天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱,在轨构型基本是一个T字构型,在T字构型的两侧是太阳翼帆板,像两个风车一样转动。

  空间站具备了很强的在轨应用和科学试验支持能力。对普通人生活来说,空间站定位为国家太空实验室,肯定会为科技发展开展大量的实验。第一方面是研究人自身在太空的生活,以前中国航天员在轨生活为一个月左右,空间站建好以后航天员能实现更长时间地在轨驻留,可开展空间环境对人身体健康影响的研究,可能为以后普通人进入太空开展前期的研究工作。

  第二方面是一些科学方面的研究,包括天文、物理、生物等基础科学。这些技术会为推动整个社会科学技术的进步发挥作用,科技的进步最终也会反馈到生活。

  第三方面更实用,即一些新技术在太空的应用。最直接的比如航天新技术可以在空间站上先试一试,改进后再应用到其他航天器上。与航天相关的遥感、通信技术等都是直接服务于普通老百姓的生活。

  第四方面是生物技术如制药,国际空间站上有大量实验,这些技术的发展可能直接产生面向老百姓的产品。

中国航天科技集团五院总体设计部空间站总体研究室主任王为在北京接受中新社“中国焦点面对面”专访。中新社记者 张兴龙 摄
中国航天科技集团五院总体设计部空间站总体研究室主任王为在北京接受中新社“中国焦点面对面”专访。中新社记者 张兴龙 摄

  中新社记者:未来中国空间站将运行在高度约400公里的近地轨道。您能否解释为什么空间站只“飞”这么高?要将这样一个庞然大物送入太空,执行发射任务的长征五号B火箭与发射普通卫星的火箭有什么不同?

  王为:400公里是一个经过选择、不高不低的轨道。轨道太低的话空间站进入到大气层会掉下来。国际上基本把100公里作为界限,高于100公里才算进入太空,所以空间站的轨道高度肯定要高于100公里。

  那么是不是越高越好?事实上也并非如此,轨道太高也会有问题。同样重量的东西从地面运到高轨道比运到低轨道代价更高。轨道太高对运载火箭,飞船能力及整个航天系统的成本是不利的。从这个角度来说,轨道低反而有好处,但也不能太低。因为轨道空间不是一无所有,它有一些稀薄大气,在过低轨道停留时间过长,由于大气的衰减作用,轨道就会降低,这样就需要更多维持轨道(高度)的推进剂,即“加油”更多,这对运营成本会造成不利影响。

  轨道过高,空间的辐射环境会更恶劣,对长期在轨生活的航天员产生不利影响。

  综合来看,我们选择了400公里的轨道。国际上基本都选择这个轨道范围来建设近地空间站。因此400公里可以算是“最优解”。

  空间站特点就是大,舱段质量是20吨左右,这要求火箭的运载能力要强,所以我们采用的长征五号B火箭是中国目前近地轨道运载能力最强的新一代火箭,从国际上来看它也是主流的大型运载火箭。

  长征五号B火箭采用的是一级半构型,火箭包括芯一级加上4个助推器。这型火箭没有一二级的分离,可靠性更高,这也符合载人航天高可靠性的特点。火箭采用的是液氢、液氧的无毒推进剂,和载人需求非常契合。

  中新社记者:1998年国际空间站发射了第一个模块,中国空间站的建造比国际空间站晚20多年。与国际空间站相比,中国空间站有何特点和后发优势?

  王为:从规模角度来说,中国选择规模适度的空间站,也是充分借鉴国外发展经验。其实空间站是一个持续运行在近地轨道上的载人平台,其维护对国家的支持力度要求很高。国际空间站有10多个国家来(共同)维护,主要由美国、俄罗斯两个国家开展,运营时会面临很多问题。中国空间站选择现在的规模和构型,也是充分借鉴此前2个空间站而提出的。

  第二个特点,因为我们建造时间晚,一些新的技术,特别是信息电子技术相对前面2个空间站已实现更新换代。中国空间站的软件规模比前面2个空间站更大些,更多功能不是通过硬件来实现,而是通过软件、自动化的手段去开展。这些基本上都是后发优势。

天和核心舱。来源:航天科技集团五院
天和核心舱。来源:航天科技集团五院

  中新社记者:空间站建造完成后,中国还会单独发射“巡天”望远镜,与空间站保持共轨飞行状态。与传统光学望远镜相比,这个布局在太空中的“巡天”望远镜将发挥什么作用?

  王为:“巡天”望远镜从模式上来看是非常大的创新。飞行器和空间站长期共轨飞行,短期停靠在空间站上进行维修维护,实现推进剂的补加和加油。如此一来,中国空间站类似于一个“太空母港”,飞行器能够停靠在上面来接受服务,这种模式是非常创新的。和平号空间站和国际空间站目前还没有这种模式。

  具体到“巡天”望远镜,它本身是一个架在太空上的“天眼”,其分辨率和哈勃望远镜相当,但巡天观测的范围比哈勃望远镜更广泛,这有利于我们对太空进行普遍的巡天观察,可能会在天体物理方面取得一些突破性的科研成果。

  “巡天”望远镜可以停靠在空间站上进行维修维护,这为以后探测功能的升级提供了手段。换言之,“巡天”望远镜以后可以不断替换新的探测设备,使“眼睛”的视力逐步提升,帮助我们更好地捕捉到宇宙深处一些细微的科学信息。

  中新社记者:执行中国空间站建造阶段的4个航天员乘组已经选定,今明两年12名航天员将先后进入太空。未来4个航天员乘组将如何轮换?航天员会在太空中执行哪些任务、开展哪些有趣的研究呢?

  王为:之前中国航天员在轨停留的最长时间在一个月左右,因此这4个航天员乘组的在轨停留时间会有一个循序渐进的过程,最终大概会停留半年左右。即上一个航天员乘组在太空待半年,下一组航天员上来、交接班形成轮换,实现连续的空间站驻留。

  航天员在天上,一方面是会辅助开展相关的科学实验,包括自身在太空生活的相关实验研究。另一方面,航天员也会进行出舱活动,辅助空间站的相关建设工作。

中国航天科技集团五院总体设计部空间站总体研究室主任王为在北京接受中新社“中国焦点面对面”专访。中新社记者 张兴龙 摄
中国航天科技集团五院总体设计部空间站总体研究室主任王为在北京接受中新社“中国焦点面对面”专访。中新社记者 张兴龙 摄

  中新社记者:此前中国航天员在轨飞行的最高纪录是33天,空间站在轨建造期间航天员乘组将在太空中驻留3到6个月甚至更长时间。如何保障航天员在太空中的安全和生存?未来普通人有机会去往空间站吗?

  王为:为了保障航天员长期在轨生活,我们在技术上有几方面支持:第一,最重要的就是空间站舱内适宜航天人生活的环境。之前中国的空间实验室使用的是消耗性方式,比如按一个月的量带氧气上天,消耗完了就回来。而空间站用到的是再生生命保障支持技术,能够把物质循环起来,尽量节省从地面往空间站运输消耗品的数量,降低其在运行过程中对地面支持的需求。可再生的生命保障环境可使航天员实现更长时间的停留。

  第二,航天员在天上长时间停留要消耗大量的物资,要定期发射货运飞船去提供物资,把一些垃圾废弃物及时带下来。

  第三,空间站内部为航天员长期生活提供宜居的环境,比如天上的物品物资管理,生活休息支持环境,我们也会尽量用到一些能方便生活的技术,来支持航天员的长期在轨生活。

  咱们空间站建成为普通人进入太空打开了巨大的空间。以前要在太空生活,没有长期驻留平台是无从谈起的。有了空间站这个长期支持人员驻留的平台,以后普通的老百姓就可以通过各种方式(进入太空)。随着以后太空旅游、商业航天的发展,大家可能有机会到空间站上住一住,看一看太空风景。这也是我们从事载人航天的梦想,能够给大家提供一个“太空家园”。

  中新社记者:目前中国第三批航天员已选拔完成并投入训练。与杨利伟、王亚平等第一、第二批航天员相比,第三批航天员的人员选拔有哪些新标准?

  王为:第三批航天员选拔范围比前面两批航天员更加广泛,这也是为了以后空间站长期在轨运行的需要。因为以前的任务比较特定,实验的任务就是为了验证载人航天技术,开展一些适度规模的科学实验。但后期空间站运营,目标就慢慢从技术试验转向应用。

  因此除了专业的航天驾驶员,还有飞行工程师,主要负责空间站的维修维护。另外还会面向应用选拔一些载荷专家,载荷专家会专门为科学实验做一些技术研发。因此其选拔标准和航天驾驶员有些不同,还得考虑专业领域,对其在太空从事专业活动有一些要求,(两者在)标准上有一些差异。

图片来源:航天科技集团五院
图片来源:航天科技集团五院

  中新社记者:未来空间站建成并投入使用后,您认为中国人往太空寄送“快递”是否会更频繁?中国在空间站开展的科技创新研究将如何惠及广大民众的生活?

  王为:天舟货运飞船就是“快递小哥”,工作会更辛苦,每年都要往空间站上不断运货。一方面要维持空间站运行和保障航天员生活,另一方面还要将各种各样的科学实验载荷运到空间站做实验。“天地物流”会更加频繁,要建立一个常态化的“天地物流”运输循环。

  空间站实验的最终目的就是要服务民众生活,服务国家建设,相关的技术成果一方面是会增进对宇宙的认识,让我们更加了解宇宙空间,特别是近地轨道空间环境内人的生活情况、太空蔬菜培养或动物等相关技术。比如,太空育种就是最典型技术,(在太空育种后)再挪到地面生长,从中找出比较好的种子再培养。这些(太空)技术最终通过转换,会转化为我们(日常)实际会用到的技术和产品。(完)

【编辑:刘湃】