中国150亿打造第一个空间站：“天宫”太空实验室

ZT 中国150亿打造第一个空间站：“天宫”太空实验室
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送交者: 离乡客 于 2008-10-03 17:32:13
天宫”系列太空实验室
——组建中国第一个宇宙空间站
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工程总投资：150亿元左右
工程期限：2000年——2020年
按照我国载人航天计划，中国最终将建设一个永久性的宇宙空间站。
据中国工程院院士、神舟飞船原总设计师戚发轫介绍，中国航天的目标分为三大步，第一步是把人送上太空，这个目标在神五顺利升空时即已达成。第二步是继续突破载人航天的基本技术：多人多天飞行、航天员出舱在太空行走、完成飞船与空间舱的交会对接。第三步就是建立永久性的空间试验室，进行科学试验。神七升空，意味着三步曲中的第二音阶已然奏响，随后的神八到神十飞船将相继升空，以奇丽的太空之舞构筑起中国自己的“天宫”系列太空实验室。
我国将在2010年至2015年间发射“天宫”一号目标飞行器和“天宫”二号、“天宫”三号两个空间实验室，还将分别发射2艘无人飞船进行无人对接试验，然后再发射5艘飞船进行载人对接试验和载人驻留试验，预计在7年内连续发射7艘太空飞船。
在神五和神六的时候，大家看到我国的载人航天工程只有七大系统，实际上是八大系统，只是正在研制中的空间实验室系统，没有参与此前的‘神舟’系列。关于“天宫”太空实验室的研制，早在神舟六号飞行期间就已经展开，仍在紧张研制。在实现“太空行走”和交会对接技术之后，以空间实验室为平台的空间应用系统将发挥更大的作用。
有了自己的空间实验室甚至空间站，也就有了更多用于空间科学试验的空间，空间应用系统在载人航天工程中的比重也将随之增大。外太空处于真空和失重状态，而且没有大气的阻隔，太空中还有太阳电磁辐射和高能粒子辐射，这样的环境不适合人类居住，但却为人类提供了独特的试验环境。太空生命科学试验不仅可以进行植物育种、发明新的药物，而且在半导体、特种材料、天文学、对地观测等方面的好处更是不一而足。神舟七号飞船将进行固体润滑材料的外太空暴露试验，试验数据有助于改善润滑剂效能，应用于汽车还能达到节能减排的作用。因此，以神七为起点的空间站建设，将为科学研究带来更大的舞台。
中国第一个太空站会是什么模样？
空间实验室是设立在太空的用于开展各类空间科学实验的实验室。据悉，我国目前在研的“天宫”空间实验室采用两舱结构，分别为实验舱和资源舱。该站的大致模样：包括一个核心舱、一架货运飞船、一架载人飞船和两个用于实验等功能的其他舱，总重量在100吨以下。这个空间站建成后，核心舱可不断加舱。届时，每年将往空间站发射若干个航天器。
中国的首个空间站将是一个符合中国需要、适度规模的空间站。实验舱可保证舱压、温湿度、气体成分等航天员生存条件，可用于航天员驻留期间在轨工作和生活，密封的后锥段安装再生生保等设备。实验舱前端安装一个对接机构，以及交会对接测量和通信设备，用于支持与飞船实现交会对接。资源舱为轨道机动提供动力，为飞行提供能源。航天员的生活必需品和工作所需的材料、设备均由飞船运送，载人飞船停靠在实验室外边，作为应急救生飞船。如果实验室发生故障，可随时载航天员返回地面。航天员工作完成后，乘飞船返回。
空间实验室的建设过程是，先发射无人空间实验室，而后再用运载火箭将载人飞船送入太空，与停留在轨道上的实验室交会对接，航天员从飞船的附加段进入空间实验室，开展工作。
空间实验室系统的主要任务有：
（1）进一步掌握飞行器空间交会对接技术；
（2）突破航天员中期驻留、飞行器长期在轨自主飞行、再生式生保和货运飞船补加等关键技术；
（3）验证天地往返运输飞船的性能和功能；
（4）进行一定规模的空间应用。
2010年太空盛会一月连续发射三艘飞船
继神七之后，未来的神八、神九及神十预计将于2010年升空，在太空中三艘飞船连结在一起，组成小型空间实验室。据神舟设计师介绍，三艘飞船会连续发射，一个目标上去了，需要马上发射下一个上去进行对接。从神八发射到神十上天，三艘飞船发射的间隔只会有一个月甚至更短的时间，届时国人将见识“三星连发”的太空盛会。
目前，载人飞船系统正在大力开发研制神舟八号飞船和货运飞船，在不远的将来，具有上行运送、储存5.5吨货物能力的新一代货运飞船，将为空间实验室和空间站提供推进剂补加，为空间站补充水和气体并提供废弃物存放条件。
“天宫”一号目标飞行器将在2010年发射，实际上是空间实验室的实验版，主体为短粗的圆柱型，直径比神舟飞船更大，前后各有一个对接口。采用两舱构型，分别为实验舱和资源舱，实验舱由密封的前锥段、柱段和后锥段组成，实验舱前端安装一个对接机构，以及交会对接测量和通信设备，用于支持与飞船实现交会对接。资源舱为轨道机动提供动力，为飞行提供能源。“神舟8号”将是一艘无人的神舟飞船，不搭载航天员，与“神舟8号”进行无人自动对接试验。
中国空间技术研究院研制的“天宫”二号空间实验室将主要开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验。
“天宫”三号空间实验室将主要完成验证再生生保关键技术试验、航天员中期在轨驻留、货运飞船在轨试验等，还将开展部分空间科学和航天医学试验。
按最早的计划，神舟8号、9号都是标准的神舟飞船。神舟9号将与神舟8号的留轨轨道舱实现对接，作为太空交会的第一次演练(神舟7号由于实施太空行走，轨道舱进行改造，任务完成后不留轨)。
突破飞船空间交会对接技术
依照这一过程，建设空间实验室就必须突破飞船空间交会对接技术，空间交会对接技术难度很大。
交会和对接其实是两个过程。两个或两个以上的航天器通过轨道参数的协调，在同一时间到达太空中同一位置，这称为“交会”。对接是在交会的基础上，通过专门的对接机构将两个航天器连接成一个整体。空间交会对接的难度很大，因为在太空中，航天器都是高速运行的，时速到达28000公里以上，而且任何两个航天器之间的实际相对运动参数总是有偏差。如果计算不准，就可能发生飞船相撞事故，因此，需要进行大量试验才能掌握这一技术。
交会对接中，一个航天器是被动的，称为目标航天器，另一个是主动的，称为追踪航天器。如果要作一个形象化的比喻，则与武术中的擒拿招式相似。擒拿，简单地讲就是一方将另一方“控制住”。
交会对接系统通常包括跟踪测量系统、姿态与轨道控制系统、对接机构系统等。两个航天器在太空进行对接，其初始条件是两者保持对接机构的同轴接近方式和确定的纵向速度，以及在其他线坐标和角坐标上的速度为零。但两个航天器之间的实际相对运动参数总是有偏差的。一般情况下，两个航天器之间的相对位置及其平动速度通常是靠主动航天器轨道控制系统和两个航天器的姿态控制系统来维持的，前者适用于控制质心的平动运动，后者适用于控制绕质心的转动运动。
航天器的空间交会对接有两种控制方法，一种是人工控制，另一种是自动控制。用人工控制来完成太空交会对接可以提高交会对接的成功率。自动控制交会对接可靠性高，不需考虑人员的安全和救生问题。在航天器的交会对接技术方面，未来的发展趋势是人工控制和自动控制相结合，以提高交会对接的灵活性、可靠性和成功率。在我国载人航天工程的时间表上，载人航天二期（2010-2015）工程的第一阶段（2010-2012），将发射神8、9、10、11号飞船，实现交会对接演练，突破这一难关。
根据航天专家的乐观估计，我国有望在2020年前后发射上百吨级的空间试验站。在此之前，至少将进行两三次空中对接试验。将先发射目标航天器，然后神八将和先它发射升空的目标航天器在太空交会对接，再一次吹响我国向太空进军的号角。神九也没有航天员，只是发射目标飞行器。两艘飞船先期探路成功后，神十随后就会发射升空，这一次将重新带航天员上去进行空间实验室的工作。
火箭“力士”当坐骑穿云渡月擎“天宫”
不过，只有具备了20吨以上运载能力的火箭，才有资格发射核心舱，此外空间站在运行期间也需要大运载能力的货运飞船来回运输大量物资，而目前我国的火箭运载能力只有10吨。目前中国正在研制的新一代大推力长征5号运载火箭正在研制之中，其运载能力将达到25吨。基本与国际上的顶级水平相当，可以满足在低轨道发射空间实验室的需要，也可以在高轨道为月球探测、其他深空探测服务。
据中国运载火箭技术研究院长征2F火箭总设计师刘竹生介绍，在发射空间实验室时，现有的用于“神六”的长征2F运载火箭适应不了大推力的要求，所以必须搞新一代大型运载火箭。过去，我国研制的火箭用的是单发动机，未来的新一代运载火箭将采用双发动机技术。双发动机分别用不同的推进剂，一种发动机烧液氢液氧，一种烧液氧煤油。现在的火箭用的推进剂是有毒的四氧化二氮，而液氢液氧产生的化合物只有水，所以它是清洁、环保的能源。
"长征五号 "是一种无毒无污染的高性能火箭，有4个助推器，身高59.5米，起飞重量为643吨，起飞推力为833.8吨。与现有的运载火箭相比，新一代运载火箭近地轨道的运载能力能从现在的10吨提高到25吨，地球同步转移轨道的运载能力可以从现在的5.5吨提高到14吨。
长征五号运载火箭总设计师李东介绍说，14吨的运载能力意味着可以发射更重的、功能更全的卫星，可以进行一箭多星的发射，提高它的发射效率和组网的速度。25吨意味一次可以把25吨的载荷送入到地球的低轨道，也就是"神舟"飞船运行的这样一个轨道，可以进一步发展空间站，空间实验室。
据了解，目前长征五号火箭的120吨级液氧煤油发动机首次整机试车已经成功，第一阶段技术方案的论证和设计工作基本完成，计划在今年年底进入第二阶段，也就是初样研制阶段。
由于新型大推力火箭直径达到了5米，很难通过铁路或公路运到中国已有的发射厂，因此火箭的研制、产业化基地选在了靠海比较近的天津滨海新区，发射基地选在了海南的文昌。
正在建设的中国大运载火箭长征五号的产业化基地，项目总投资达到45亿元，规划建筑面积50万平方米。在2009年年底一期工程完成以后，可以满足新一代运载火箭的研制需要。
中国现在的运载火箭进入了一个高密度的发射时期，这个基地的建成，能够满足未来30年，每年年产20到30发这样的运载火箭的生产能力，平均每月2枚。