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全球现役最大单体载人航天器飞赴太空,扩展中国空间站

作者:三体引力波

今天中国空间站时代迎来关键时刻,动用中国最强火箭长征五号B,运送第二大模块问天号实验舱发射升空,飞赴390公里高度的近地轨道,对接天和号核心舱。

●发射速览

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●发射过程

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▲问天号实验舱发射过程影像

这次动用火箭序号为遥三的长征五号B,位于中国最南端航天发射场海南文昌航天发射中心一号工位LC101发射。LC101专属于长征五号/B火箭发射;LC201专门用于长征七号/长征八号火箭。

北京时间2022年7月24日14:22,中国现役运力最强火箭长征五号B磅礴而起,穿过云雾萦绕,17秒后箭体开始转向东南;升空约177秒,4枚助推器与主火箭分离;升空约223秒,20.5×5.2米大型整流罩分离;升空8分钟后主火箭两台发动机关闭,随后5秒主火箭与问天号分离操作;再之后问天号实验舱经过一系列操作逐步进入近地轨道,对接目标瞄准位于390公里高度、赤道倾角41.58°的天和号核心舱。

发射约13小时后进行交会对接,问天号实验舱与天和号核心舱前向端口对接,形成一字型组合体。到时候,正在空间站执行神舟十四号飞行任务的三名航天员(陈冬、刘洋、蔡旭哲),将全程参与见证整个对接过程。这也是中国空间站首次在有航天员时发射并对接主模块。

预计9月份(梦天号实验舱发射前1个月),动用10米长的机器臂将其转移到侧面端口,这样中国空间站两大在轨模块:天和号核心舱+问天号实验舱组成L型组合体,待今年10月发射部署梦天号实验舱之后,由此组成T型组合体,这意味着中国空间站基本成型。

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●问天实验舱

这是中国空间站第一个实验舱,也是中国空间站第二大模块,实验舱直径4.2米,长度17.9米,堪比一辆公交车;发射质量约为22.5吨,航天员活动空间接近50立方米,由工作舱、气闸舱、资源舱构成,堪称目前全球现役长度最大、直径最大的单体载人航天器。

问天号作为中国空间站基本构型的两个大型在轨实验舱段第一个,内部配置了跟天和核心舱一样的生活设施,包括三个睡眠区、一个卫生区、一套厨房设施,这意味着问天号可以跟天和号核心舱同时支持两艘载人飞船停靠、6名航天员太空生活。

问天实验舱还配置了小型多功能机械臂和气闸舱(今后问天号气闸舱将作为舱外活动的主要出入口,天和号气闸舱将作为备用),并且具备核心舱对于空间站组合体管理控制功能的备份舱段,一旦核心舱平台出现故障,可以切换到问天号实验舱继续执行空间站控制和管理功能。可以说,问天号是天和号时刻准备着的备份。

问天号之所以被称为实验舱,其主要功能将提供额外的导航航空电子设备、推进和方向控制、适合进行零重力实验的环境,以及太阳能电池板为空间站供电。问天号舱内装载8个实验机柜、舱外实验平台配置22个标准载荷接口,为接下来一系列空间科学实验和技术试验提供多用途平台。

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●后续任务

首个实验舱问天号对接后,第二个实验舱梦天号预计将在今年10月发射升空,由此组成T型组合体,这意味着中国空间站基本成型。今年内建成的中国空间站(CSS)属于基本型(质量~100吨,相当于国际空间站1/5)。

作为中国空间站基本构型的两个大型在轨实验舱段第二个,梦天号属于专业与储存应用舱,后端配置实验载荷气闸舱,既可将大型载荷投放到真空,还可以实现舱外试验项目的不断更新。

梦天号之后的大戏便是巡天太空望远镜。现计划2023年发射,与中国空间站处在同一轨道独立运行,需要维护时与之对接。2024年前后投入科学观测。

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巡天太空望远镜又称巡天空间望远镜、巡天号光学舱,既可以说是中国空间站组成部分之一,也是中国首个地外空间大型天文望远镜,望远镜口径2米,质量15.5吨,与中国空间站长期共轨飞行,任务期10年以上。

巡天模块是占据最主要观测时间的空间望远镜,属于视野极为宽阔的相机,视场达到1.1x1.2平方度。在成像质量与哈勃望远镜相当的情况下,巡天望远镜的视场可达哈勃望远镜的300倍。在整个巡天周期里,巡天模块会覆盖17500平方度的天区,占整个天空面积40%,预计积累近20亿个星系的高质量数据。这将是中国天文学界有史以来部署最先进、最昂贵的研究设施,有望带给人类对于宇宙的崭新认识。

●未来中国空间站

今年建成的中国空间站属于基本型,未来下一步,就是拓展中国空间站的规模,再扩展一个核心舱,两个实验舱,常驻一艘载人飞船,用来航天员载人运输和应急返回等任务,最大规模可达180吨。如果达到如此规模的话,登上月球,建立月球基地,登陆火星,飞向更远的木星,已不再遥远,甚至有的计划已经并行实现。

与此同时,以美国为首的国际空间站(ISS)延长使用期限,从2024年延至2030年。计划中的全世界首个商业空间站(公理号太空站)如果顺利建造的话,也将在2024年运营、2030年起取代国际空间站。此外,俄罗斯很可能会在2024年前后自立门户,与国际空间站一分为二,独自运行俄罗斯轨道空间站(ROSS)。这意味着未来我们头顶上的近地轨道空间,会有四个太空站并行:国际空间站ISS、中国空间站CSS、公理号商业空间站Axiom Station、俄罗斯空间站ROSS。

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