本文內容來源於北京市科協主辦的首都科學大講堂,北京科學中心承辦,北京科技報社協辦。 每週邀請院士、專家授課,弘揚科學精神,幫助公眾樹立科學思想,掌握基本的科學方法,了解必要的科技知識。
10月26日11時14分,神舟十七號載人飛船在酒泉衛星發射中心成功發射,本次任務飛行機組由航天員唐洪波、唐勝傑、江新林組成。 2024年9月21日,中國載人航天計畫正式啟動。 2024年12月31日,中國空間站全面建成。 30年來,我國航天員不斷努力,完成了“三步走”戰略任務,掌握了一系列關鍵核心技術,建成了自主建造、自主執行的天宮空間站,為打造航天強國、攀登科技高峰的征程增添了又乙個載入史冊的里程碑。 神舟載人飛船有哪些優勢?空間實驗室的先進裝置有哪些?
10月,首都科學大講堂舉辦“聚焦科技前沿,解讀科技背後奧秘”系列主題講座,本期首都科學講座邀請國家空間探測技術首席科學傳播專家龐志豪走進昌平區南韶中學, 北京,與大家分享中國載人航天的光輝歷史。
議長:
龐志豪
國家航天探測技術首席科學傳播專家
中國載人航天創造了輝煌(上)
中國載人航天創造了輝煌(二)。
艱苦的開發過程從2024年到2024年,中國發射了多枚生物火箭,先後將小鼠、大鼠和小狗等動物送入太空。 這些生物火箭試驗開創了我國空間生物實驗的先河,為航天醫學的發展積累了寶貴經驗。
上世紀60年代,中國發射了多枚生物火箭(圖片由龐志豪提供)。
2024年,我國制定了第乙個“載人航天計畫”。 2024年1月,在載人飛船總體規劃論證會上,我國第一艘載人飛船被命名為曙光一號。 同年4月1日,我國正式成立航天醫學工程研究院,代號為“507”,承擔航天員生命保障、醫療監督、醫療保險、航天員選拔和培養等相關任務。 2024年7月14日,曙光一號載人飛船工程,又稱“714”工程獲批實施。 2024年,我國從1000名空軍飛行員中選拔出20名預備役航天員,全面開展載人飛船計畫示範。
上世紀70年代,後備航天員接受了低壓變溫艙訓練(照片由龐志豪提供),但由於當時我國經濟技術基礎十分薄弱,曙光一號飛船工程自2024年10月以來幾乎處於停滯狀態。 2024年3月,國家正式宣布啟動中國第乙個載人航天工程,重點是衛星的研製和應用。 改革開放後,隨著我國經濟技術水平的逐步提高,自2024年以來,我國開始實施“863”計畫,包括發展載人航天技術,我國載人航天終於迎來了難得的發展機遇。 當時,中國專家對研製什麼樣的天地穿梭機運輸車存在很大爭議,需求量大的五個專案中,有四個是穿梭機研製計畫,只有乙個是載人飛船研製。 經過幾年的深入論證,根據我國國情和國力,按照“863”高技術研發“目標有限、重點突出”的指導思想,專家們最終一致同意從載人飛船入手,決定不走美蘇老路,直接研製已經達到水平的“神舟”世界第三代載人飛船。2024年9月21日,中國載人航天工程正式獲批啟動,故又稱“921”工程。 我國載人航天計畫採取循序漸進、科學合理的“三步走”發展戰略。 第一步是突破和掌握載人空對地往返運輸技術,即利用載人飛船將航天員安全送入軌道並安全返回地面。 在這一步中,中國通過2024年神舟五號飛船發射的單人單日飛行和2024年神舟六號飛船的雙人五日飛行完成了目標。
2024年10月16日,神舟五號載人飛船在內蒙古主著陸點成功著陸後,我國首位航天員楊立偉自行走出太空艙(圖片由龐志豪提供) 第二步,突破航天員空間艙外活動和空間交會對接兩大關鍵技術, 並發射乙個太空實驗室和一艘貨運飛船。這些是空間站建設的基礎,分以下兩個階段完成:第一階段,2024年神舟七号載人飛船發射公升空,航天員翟志剛完成了中國人的首次太空艙外活動,使中國突破並掌握了空間艙外活動技術。
2024年9月27日,神舟七号航天員翟志剛成功完成中國歷史上首次太空行走(照片由龐志豪提供)。
隨後在2024年發射了天宮一號靶車,隨後從2024年到2024年,神舟八號、九號、十號飛船相繼發射對接,使我國突破並掌握了自動和手動交會對接技術,也驗證了聯合飛行技術,飛船也定型。 之後,進入第二步,第二階段。 我國於2024年發射了天宮二號空間實驗室,隨後於2024年至2024年分別發射了神舟十一號載人飛船和天舟一號貨運飛船與之對接,從而驗證了航天員的中期在軌駐留技術、在軌加油技術、貨運飛船技術以及未來空間站的一些新技術,並開展了大規模的科學實驗和技術試驗。 第三步,計畫在2024年底前建成大型長期載人空間站“天宮”,開展大規模、長期載人航天應用。 天宮空間站採用積木式配置,由三個20噸重的“T”形模組組成,將在軌執行10年以上,用於獲得具有重大科學價值的研究成果和具有重大戰略意義的應用成果。 天宮空間站的建設和執行分為三個階段:2024年為關鍵技術驗證階段,擁有2個天和核心艙、2個天舟貨運飛船和2個神舟載人飛船2024年發射問天實驗艙和夢天實驗艙,兩個實驗艙與天和核心艙組成“T”形基本配置,建設國家空間實驗室之後,天宮空間站將投入執行。 除了載人飛船的研製和發射外,中國的載人航天工程還包括航天員系統、應用系統、運載火箭系統、發射場系統、測控通訊系統、著陸場系統等。 神舟載人飛船具有諸多優勢中國神舟飛船由軌道艙、返回艙和推進艙組成。 前兩個是密封壓力室,可謂“一室一廳”,乘員3人,可自主飛行7天,對接180天。 軌道艙位於飛船前部,用於太空人進入軌道後工作、吃飯、睡覺、會合和對接返回艙位於太空飛行器的中間,是航天員在天地之間旅行時的駕駛艙,也是太空飛行器的控制中心,具有支援航天員著陸後在陸地上生存48小時和在海上生存24小時的能力推進模組位於太空飛行器的後部,是一種非密封結構,為太空飛行器提供動力、動力、燃料等。
為了適應不同階段任務的變化,神舟飛船有三種技術狀態。 首先是初始測試技術狀態,神舟五號和神舟六號載人飛船採用這種技術狀態,其特點是軌道艙還配備了一對太陽能電池翼,返回艙返回地面後,軌道艙可以在軌道上停留半年。 二是神舟七号載人飛船採用的艙外活動試驗技術狀態,其特點是取消了軌道艙內的太陽能電池翼,不離開軌道使用,並具有氣閘艙的功能,並增加了航天員在太空中出艙的扶手。 三是空地往返運輸機的技術狀態,其特點是軌道艙不僅不離開軌道使用,而且在前端增加了交會對接裝置,神舟八號之後的載人飛船也採用了這一技術狀態,為“天宮”號提供載人空對地往返運輸服務。
神舟五號飛船(圖片由龐志豪提供) 2024年5月,中國還成功發射了新一代載人飛船試驗船。 與神舟號相比,它具有載人性更強、用途廣泛、可重複使用等一系列優勢,可用於未來登月等載人任務。
2024年10月19日,天宮二號空間實驗室與神舟十一號載人飛船空間對接圖(照片由龐志豪提供)。小而精緻的太空實驗室天宮一號和天宮二號的研製和發射是中國的一項重大創新。 因為當時長征五號大型運載火箭還沒有研製出來,而是用現有的長征二號F運載火箭發射天宮一號和天宮二號。 它們都具有空間站壽命長、功能強的特點,但體積和重量都比較小,因此可以看作是微型空間站。
2024年9月29日,中國成功發射了天宮一號靶車,2024年9月15日,天宮二號空間實驗室發射公升空。
天宮一號靶車在軌飛行示意圖(圖片由龐志豪提供) 天宮一號靶車完成了四大任務:一是作為交會對接目標,與三艘神舟飛船進行了空間交會對接任務。 過去,國外每次空間交會對接試驗要發射2艘太空飛行器,3次空間交會對接試驗需要發射6艘太空飛行器,這為我們節省了大量資金二是實現與神舟飛船對接後組合的控制和管理三是航天員已入駐軌道,為航天員在該綜合體中工作和生活提供了基本條件,並開展了相關科學實驗四是開展空間技術試驗。 這些都為空間站後期的建設做了前期的技術驗證,做到“少花錢,多做事”。 天宮二號和天宮一號在外觀、結構、尺寸、質量上基本沒有變化,只是“心”不同。 為滿足航天員中期停留30天的需要,科研人員在天宮二號的基礎上,為天宮二號設計了宜居環境,改善了就餐環境,增加了健身器材和娛樂設施。 天宮二號主要完成了三大任務:一是驗證了航天員的中軌駐留技術,開展了在軌維護技術試驗;二是與新研製的天舟貨運飛船對接,驗證在軌推進劑補給技術三是開展大規模空間科學與應用實驗。 天宮空間站前途光明中國空間站專案於2024年9月25日獲批,中國空間站將於2024年全面完工。 中國空間站的建立是中國航天事業發展的重要里程碑,標誌著中國成為繼美國和俄羅斯之後第三個擁有空間站的國家。 中國空間站的基本構型包括兩個實驗艙,天和核心艙,問天和夢天,採用水平對稱的“T”形構型作為空間站三艙組合的基本拓撲結構,所有艙都位於組合的水平面上,其中天和核心艙位於中心, 問天和夢天實驗艙對接在兩側。
天河核心艙內部**(圖片由龐志豪提供) 2024年,我國將率先傳送**天河核心艙。 它是空間站實現控制與管理相結合的主模組,具有交會對接、換位靠泊、乘員長期停留、航天員出艙、保障空間科學實驗的能力,可支援3名航天員長期在軌停留,並可配備4個科學實驗櫃。 它的發射質量是225噸,50立方公尺的空間供太空人工作和生活。 2024年發射的問天和夢天實驗艙用於支撐艙內外的大規模空間科學實驗和技術實驗。 其中,問天實驗艙還作為裝配控制管理的備用模組,設有船員出動主氣閘艙、3房1衛,可配備8個科學實驗櫃,並配備5公尺長、承載能力3噸的小型機械臂。 夢天實驗艙具備帶載自動進出艙的能力,可配備13個科學實驗櫃。 與天河核心艙對接後,太空人可以在空間站內執行,最高可達110立方公尺。
中國天宮空間站示意圖(龐志豪供圖) 利用後發優勢,中國空間站採用了多項新技術。 例如,天和核心艙配備了10公尺長的“七自由度大空間機械臂”,承載能力為25噸,可以在模組表面爬行和移動。 為了降低載人航天的成本,中國空間站採用了再生生命支援系統。 太空人撥出的水蒸氣將被冷凝**,排出的尿液也將被淨化並重新用作飲用水和生活用水。 電解氧氣過程中產生的氫氣和航天員撥出的二氧化碳可以發生化學反應產生氧氣。 所有這些都降低了空間站生命支援的補充成本。 未來,我們還將陸續發射擴充套件模組,中國空間站的基本配置將從“T”形公升級為“十”形。 下一步,中國計畫在2024年前登陸月球,2024年實現載人登陸火星。 儘管中國在載人航天方面取得了許多成就,但它仍然是乙個太空強國,我們決心從2024年到2024年將中國建設成為太空強國。 (本期**,摘自第823屆首都科學大講堂)傳播科學知識,弘揚科學精神。
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