空間站代表了人類的最高科技和現(xiàn)代文明水平。中國航天人已經(jīng)站在太空空間站時代的大門口。繼2011年9月29日發(fā)射“天宮一號”目標(biāo)飛行器之后，我國將于今年9月中旬發(fā)射“天宮二號”空間實(shí)驗(yàn)室?！疤鞂m二號”升空后將分別與今年10月中旬發(fā)射的“神舟十一號”載人飛船、2017年4月中旬升空的新研制的“天舟一號”貨運(yùn)飛船先后進(jìn)行交會對接，為在2020年前后完成中國空間站的建造工作提供技術(shù)借鑒。空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)完成之后，我國將真正邁入空間站時代的大門。
“天宮一號”的空間交會對接技術(shù)成熟后，發(fā)射“天宮二號”，建成我國正式的空間實(shí)驗(yàn)室就被提上了議事日程，它擔(dān)負(fù)著為此后全面建設(shè)中國空間站進(jìn)行多項(xiàng)技術(shù)驗(yàn)證的重任。
“天宮二號”是在“天宮一號”平臺基礎(chǔ)上研制的，重量、外形與“天宮一號”相似，但是載荷會發(fā)生很大變化，在應(yīng)用上有很多不同功能，將開展多項(xiàng)技術(shù)試驗(yàn)。“天宮二號”的形狀——可能重達(dá)8.5噸，全長10.4米，最大直徑3.35米，結(jié)構(gòu)可分為前部的實(shí)驗(yàn)艙和后部的資源艙?！疤鞂m一號”的在軌壽命雖然設(shè)計(jì)為2年，但是在距離地球343千米的高度上已經(jīng)工作了近5年時間，乃系我國最長壽的近地軌道飛行器。這就意味著，當(dāng)“天宮二號”發(fā)射后，它將會和前輩“天宮一號”一起在軌飛行，完成更多的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。
至此，所有前期工作都完成了。到2020年前后的第三步任務(wù)，就是建立永久性的空間實(shí)驗(yàn)室，建成中國自己的空間工程系統(tǒng)。
按照計(jì)劃，“天宮二號”空間實(shí)驗(yàn)室和搭載有2名男性航天員的“神舟十一號”飛船將先后從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心起飛，使用的都是長征二號F運(yùn)載火箭。已經(jīng)完成研制工作的第一艘貨運(yùn)飛船“天舟一號”，將啟用新研制的“長征七號”運(yùn)載火箭從海南文昌發(fā)射場發(fā)射升空。
“天宮二號”與“神舟十一號”載人飛船對接之后，2名航天員將完成長達(dá)30天的在軌駐留，而此前我國航天員在軌駐留的最長時間紀(jì)錄是在“神舟十號”上創(chuàng)造的15天。在軌駐留時間的加倍，考驗(yàn)著一套可以長期穩(wěn)定運(yùn)行的，能夠維護(hù)航天員生命健康的設(shè)備。此次“天宮二號”上搭載的環(huán)境控制與物理化學(xué)式再生環(huán)控生保技術(shù)、受控生態(tài)生保技術(shù)實(shí)驗(yàn)保障系統(tǒng)，將對航天員提供30天的保障。
之前“天宮一號”在距地面343千米的軌道上運(yùn)行時，對星下同一地點(diǎn)的重訪周期為2天；而“天宮二號”軌道距地面近400千米，重訪周期約為3天，這一高度與未來的中國空間站運(yùn)行軌道基本相同，其軌道控制與任務(wù)組織模式也將更加接近于未來的中國空間站。之前完成軌道確定工作至少在一圈半到兩圈以上，此次任務(wù)則要求在一圈之內(nèi)完成，短弧段定軌對北京航天飛行控制中心提出了更高要求。
“天宮二號”任務(wù)中將先后對接“神舟十一號”載人飛船和“天舟一號”貨運(yùn)飛船，尤其是首次對接我國自主研發(fā)的第一艘貨運(yùn)飛船，這是此次任務(wù)最大的亮點(diǎn)。“天宮二號”與“天舟一號”貨運(yùn)飛船對接后，要通過自動系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行推進(jìn)劑補(bǔ)加。這個主要是驗(yàn)證貨物運(yùn)輸和推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加等空間站建造與運(yùn)營的關(guān)鍵技術(shù)。在今后的空間站建造和運(yùn)營中，貨運(yùn)飛船將擔(dān)負(fù)重要的任務(wù)。
從外形上看，“天舟一號”貨運(yùn)飛船與“天宮一號”較為相似，但在功能上卻有很大不同?！疤熘垡惶枴庇商幱谇安康呢浳锱摵秃蟛康耐七M(jìn)艙構(gòu)成。它的發(fā)射質(zhì)量為13噸左右，上行貨物運(yùn)輸重量大于6.5噸，下行運(yùn)力為6噸左右。下行貨物就是把空間實(shí)驗(yàn)室貨物，尤其是未來的空間站在長期運(yùn)營過程中產(chǎn)生的垃圾攜帶返回，最終在大氣層中銷毀。
我國在研制“天舟一號”貨運(yùn)飛船的過程中，分別以俄羅斯的“進(jìn)步號”貨運(yùn)飛船和歐洲空間局的自動貨運(yùn)飛船為目標(biāo)，有效解決了它們在研制過程中的問題，其性能較之前兩者更為優(yōu)越。此次“天宮二號”的任務(wù)之一就是要把貨運(yùn)飛船納入運(yùn)營體系中，通過自動系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行推進(jìn)劑補(bǔ)加。此前無人及載人飛船與“天宮一號”的對接機(jī)構(gòu)主要是電路連接，這次為了補(bǔ)加燃料，還將增加液路連接。推進(jìn)劑補(bǔ)加過程控制步驟多，流程雜，需要多天完成，若出現(xiàn)應(yīng)急情況還要進(jìn)行在軌處置，需要地面飛控系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的操作。
“天宮二號”堪稱中國載人航天工程里最忙碌的空間實(shí)驗(yàn)室。它要進(jìn)行14項(xiàng)空間科學(xué)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)任務(wù)，涉及微重力基礎(chǔ)物理、空間材料科學(xué)、空間生命科學(xué)等9大領(lǐng)域。其中，有2項(xiàng)需要航天員直接參與操作，1項(xiàng)是國際合作聯(lián)合研究的項(xiàng)目。為此，這次任務(wù)搭載的有效載荷達(dá)51臺，其中新研制的就有42臺，自主研發(fā)核心部件20余個，攻克核心技術(shù)30余項(xiàng)。同時，“天宮二號”還計(jì)劃在太空開展科普實(shí)驗(yàn)活動，是我國開展載人航天工程以來，應(yīng)用項(xiàng)目最多的一次。
此外，“天宮二號”任務(wù)還安排了天地量子密鑰傳輸試驗(yàn)、激光通信試驗(yàn)等，這些項(xiàng)目大多處在當(dāng)前世界最前沿的空間科學(xué)探索領(lǐng)域?！疤鞂m二號”將搭載全球第一臺空間冷原子鐘，它充分利用了太空微重力條件，穩(wěn)定度高達(dá)10-16。超高精度的原子鐘是衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)，這一技術(shù)可以將我國航天器自主守時精度提高兩個數(shù)量級，大幅提高導(dǎo)航和定位精度。同“天宮二號”一起升空的伴飛小衛(wèi)星，還將對交會對接全過程進(jìn)行近距離成像觀測。
同時，“天宮二號”還將攜帶三維成像微波高度計(jì)，能夠在一個寬幅的三維海平面測量中，得到精度優(yōu)于5厘米的測量結(jié)果，可以精確測量出海浪的高低值。此外，在“天宮二號”空間實(shí)驗(yàn)室還將開展材料制備實(shí)驗(yàn)，研究納米復(fù)合光學(xué)材料、高性能熱電轉(zhuǎn)換材料、高性能合金材料等新型材料。這些實(shí)驗(yàn)不僅具有很高的科學(xué)價值，而且還有可能在未來對我國的航天技術(shù)帶來新的推動力。
天宮，是中華民族的優(yōu)美神話和美好想象。在不久的將來，地球軌道上又將多一個人造天宮。太空從此有了中國人的歡笑，“天街”也熱鬧起來……
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