[透视天宫一号]天宫一号

  9月29日晚,中国首个空间试验平台天宫一号在酒泉卫星发射基地发射升空,顺利进入预定轨道。天宫一号预计在轨寿命两年,相继完成和“神八”、“神九”以及“神十”飞船的空间交会对接任务。
  天宫一号的研制为货运飞船和空间站实验舱的研制奠定了基础,它的使用也为后继天宫二号和天宫三号太空实验室的运行积累经验。天宫一号的实验将大大延长中国载人航天飞行时间,以利于进行更久的低轨道长时间飞行,以及研究太空环境对人类的影响等太空生物医学实验。
  天宫一号作为小型空间实验室,采用的是实验舱和资源舱两舱结构。实验舱由密封的前锥段、圆柱段和非密封后锥段组成。密封的前锥段和柱段为航天员短期驻留提供了在轨生活工作空间,可容纳3名航天员生活,非密封的后锥段安装试验遥感设备。资源舱为柱状非密封舱,配置推进系统,太阳电池翼等,为天宫―号的飞行提供能源保障,为飞行姿态控制提供动力。
  实验舱:宜居“天宫”,保障对接
  密封实验舱内航天员的有效活动空间有15立方米,较之以往神舟飞船六七立方米的小空间而言,有了很大扩展,更加适合航天员长时间居住工作。实验舱同时也是飞行器运行的核心舱、控制舱。实验舱内四壁都是机柜,里面有操作台,仪表板,照明等设备,所有设备都采用了圆角设计,以避免航天员与设备的磕碰。
  天宫一号里的配套设施还包括环境控制与生命保障装置,以及航天员长期生活所需的各种装备,为航天员提供了一个基本的活动空间,保障航天员驻留期间在轨科研工作和生活。
  为了对抗长期失重环境下飞行引起的肌肉萎缩和骨丢失等症状,天宫一号比神舟系列飞船多了一些太空锻炼器材和航天医学实验设备。
  自行车功量计就是其中一种。航天员把自己束在自行车上后可以蹬自行车,每天按照提前规定的体力消耗完成锻炼任务。此外,天宫一号还携带了一个下体负压筒,航天员站在这个桶状物里面后,下体负压筒高度可以到达人体腰部,腰以下部分可以密封起来抽气,气体抽出后航天员的血液就会流向下体,使失重情况下血液上涌的现象得到缓解。医学设备中还有一种可以以不同频率、不同力度敲打航天员腿部骨骼和肌肉的设备,根据记录数据进行分析。
  天宫一号还设了两个专用睡眠区,里面有独立的照明系统,航天员能自主调节光线。天宫一号做了多项人性化设计,为航天员提供了舒适的环境,包括照明、空气供给、航天员操作时的助力把手等。同时,还给航天员提供了一些人性化的个人娱乐设施,航天员可以实现与地面的可视电话通讯。
  由于实施空间交会对接任务时,航天员飞行时间将延长,所以航天装备的数量也明显增加,各类服装鞋袜、睡袋、航天食品、诊疗箱也随着天宫一号带上太空,要满足多人多天的飞行需要。天宫一号带上天的产品还有部分电子设备,无人飞行期间不是一直工作,而是定期开机巡检。
  在实验舱前锥段前端还装有被动对接机构和交会对接测量装备,与飞船对接后,可形成直径0.8米的转移通道。天宫一号和神舟八号两个飞行器的重量都很大,在太空中以第一宇宙速度(每小时28440千米)飞行,并完成密封对接,难度可想而知。要实现顺利对接,两个飞行器的相对速度不能超过每秒0.35米,横向偏差不能超过18厘米。先进的测量系统可以称作是航天器间进行交会与对接时的眼睛。
  天宫一号的交会对接测量系统使用了远程微波雷达、近距离激光雷达的视频导航传感器(VGS)外加光学瞄准器的组合配置。天宫一号的对接装置经过检验后,将成为中国载人航天标准的对接机构,这是天宫一号对中国航天事业的重要贡献。
  资源舱:天宫一号的“生命线”
  资源舱为轨道机动提供动力,为飞行提供能源。资源舱包括发动机和电源装置等,外部安装太阳能电池翼,用于提供轨道与姿态控制的电力能源供应,以及热控环控。未来,天宫一号将在太空中飞行两年,还要和神舟八号、神舟九号、神舟十号相继对接,资源舱内的电源系统担负着向运行平台、生命保障系统以及众多的应用系统设备供电的重要任务,是其不能断的“生命线”。
  低轨道的空间环境对电源系统要求更高。一是飞行器每90分钟绕地球一圈,一圈里有50多分钟可以被太阳照到,30多分钟照不到,一天要经历16个以上的高低温循环。二是轨道附近的原子氧浓度非常高,不耐腐蚀的东西遇到就会被腐蚀掉。三是低轨道上等离子体能量少,但浓度非常高,很快会在太阳帆板上集聚,形成电场。容易使太阳帆板放电。再加上近两年是太阳活动高峰期,当飞行器飞到北极或南极上空时,必须做好防护。
  天宫一号的太阳能电池翼使用折叠式的5片太阳能电池板,是中国中低轨道航天器中最复杂的太阳翼设计。太阳能电池翼上共有近万个黑色太阳能电池片,总的发电能力约为7000瓦。另外,天宫一号采用了100伏高压电源系统,这在中国的载人航天器历史上还是首次,对安全性、可靠性要求尤其高。目前,世界上也只有国际空间站采用高压电源系统。高压电源可以使传输电力时损耗小,对整个飞行器来说,发热越少,对热控越有好处。
  此外,天宫一号资源舱上还装有中继天线,可以通过中继卫星发回信号。
  “礼炮”1号和天空实验室
  1971年4月19日发射的苏联的首个试验性空间站――“礼炮”1号,就大量应用了“联盟”号飞船的成熟技术。“礼炮”1号空间站由轨道舱、服务舱和对接舱组成,呈不规则的圆柱形,站上装有各种试验设备,照像摄影设备和科学实验设备。它与“联盟”号载人飞般对接组成的居住舱容积约99立方米,可住3名航天员。
  “礼炮”1号发射后,苏联发射了“联盟”10号飞船,并首次尝试与“礼炮”1号对接,取得成功,但由于转移舱技术故障未能使航天员进入空间站。1971年6月7日,“联盟”11号与之对接成功,3名航天员成功登上“礼炮”1号。但3人在返回地球的途中,由于返回舱的平衡阀意外提前打开,导致舱内空气泄露,死于急性缺氧和体液沸腾。
  这次事故使得苏联推迟了空间站的使用计划,“礼炮”1号此后再无人进入。飞控中心于发射后175天,发出降轨指令,将其退回到太平洋上空烧毁。同时,“联盟”号中断飞行达两年零3个月,以改进“联盟”号安全性能,将乘员从3人减为2人,并增加了1套生命保障设备,规定在上升、返回段必须穿上航天服。
  从“礼炮”1号到“礼炮”5号,苏联共相继发射了5个试验性空间站,取得了基本的技术和经验后,又发射了两个实用性空间站“礼炮”6号和“礼炮”7号,然后在此基础上最终建造出了世界首个多功能长久性空间站一一“和平”号。
  从“礼炮”1号到“礼炮”5号,都只设计了一个对接口。“礼炮”6号和“礼炮”7号则改进为两个对接口,将人和货物入口分开来;到了“和平”号空间站,对接口已经达到了6个。
  美国的第一个轨道空间实验室――“天空实验室”则是利用“阿波罗”计划中留下的设备和技术改造而成。1973年5月14日,“天空实验室”由肯尼迪航天中心发射。“天空实验室”是通过两次发射对接而成。先用运载火箭把在地面装配好的工作舱、过渡舱、对接舱和太阳能望远镜送入轨道,随后再用运载火箭把乘有3名航天员的“阿波罗”飞船送入轨道,使飞船和对接舱对接,组成完整的实验室。工作舱是航天员主要的工作和生活舱室,舱内设有环境控制系统,它能给航天员提供舒适的环境,保持室温为15.6~20℃。太阳能望远镜是天空实验室上的一个天文台。可以拍摄太阳的紫外光线和x射线等,获得精细的曰冕照片。此外,在天空实验室里还有作业室兼实验室、食堂、寝室、厕所等。
  1979年7月11日,“天空实验室”坠落在澳大利亚西部地区和南印度洋。“天空实验室”共绕地球3.4981万圈,航程达14亿多千米。先后接待过3批共9名航天员,载人飞行170多天,拍摄了182842张地球表面照片,记录了101000多米的磁带。
  天宫一号升空之际,我们回望苏、美首座空间试验平台的情况,不难发现,他们都是在宇宙飞船技术的基础上,先研制试验性空间站、再建造长期性空间站。
  与美俄相比,中国的空间站技术仍处于起步阶段。然而,天宫一号的成功发射,正是我们努力缩小差距的开始。空间站是载人航天发展的必经之路,在载人航天工程中,建设空间站是更高水平、更高层次的技术体现。对于我们每一个中国人来说,天宫一号更加意义非凡,它使中国人的飞天梦想继续延伸、拓展……
  
  
  

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