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公元2021年4月29日11時22分，長征5B遙二運載火箭搭載著天宮空間站天和核心艙在海南文昌航天發(fā)射場點火升空，火箭程序轉(zhuǎn)彎、助推器分離、拋整流罩、一級關(guān)機四大時序動作在480多秒飛行時間內(nèi)一氣呵成，隨后不久就迎來了歷史時刻“器箭分離”，天和核心艙順利進入預(yù)定軌道，標(biāo)志著我國航天空間站時代的到來。
長征5B遙二火箭發(fā)射天和核心艙 長征5B高53.657米，起飛質(zhì)量849噸，起飛級推力約1078噸，近地軌道運力大于22噸，這是一款一級半構(gòu)型火箭，特點是無需級間分離，分離動作少，芯一級從點火起飛到入軌打滿全場，結(jié)構(gòu)簡單可靠性高，難點是要突破大直徑艙段分離與大推力直接入軌技術(shù)。
打滿全場的芯一級 打滿全場的芯一級火箭與核心艙都是大個頭，二者的分離動作會產(chǎn)生沖擊振動問題，更難的還是大推力直接入軌，芯一級兩臺YF-77氫氧發(fā)動機既是海平面動力又是高空動力，百噸級推力要在飛行末段迅速降下來，相當(dāng)于是猛踩一腳剎車，而自身狀態(tài)又很平穩(wěn)。
長征5B遙二火箭拋整流罩 兩年之內(nèi)天宮空間站將建成為一座國家級太空實驗室，為達成這一目標(biāo)我們將整個任務(wù)周期劃分為“關(guān)鍵技術(shù)驗證”與“在軌建造”兩大階段，各安排6次發(fā)射任務(wù)，總計12次發(fā)射任務(wù)。
關(guān)鍵技術(shù)驗證階段發(fā)射任務(wù)安排 去年5月5日將新一代載人飛船試驗船發(fā)射入軌的長征5B遙一火箭就是“關(guān)鍵技術(shù)驗證階段”的首發(fā)任務(wù)，旨在驗證該型火箭20噸級近地軌道運力，此次天和核心艙飛天是第二次任務(wù)。
長征5B遙一運載火箭整流罩 通過對比同款火箭兩次發(fā)射任務(wù)可以很直觀地看到它們的繼承與發(fā)展，天和核心艙發(fā)射質(zhì)量22.5噸，新一代載人飛船試驗船則是21.6噸，長征5B遙二火箭芯一級工作時間是480多秒，初始目標(biāo)軌道高度大于300公里，遙一任務(wù)則是475秒，初始目標(biāo)軌道高度是200公里。
核心艙柔性太陽能電池翼展開 這意味著作為首飛任務(wù)長征5B遙一只是開辟了近地軌道大運載的技術(shù)通路，并沒有將運力發(fā)揮至極限，但也正因為遙一任務(wù)的實施我們才能對火箭性能有充分的掌握，這才使得核心艙具備了直接入軌的信息支撐。
長征5B遙一首飛任務(wù) 天和核心艙是人類近十余年來發(fā)射的最大噸位單體航天器，是天宮空間站的控制中樞。 核心艙分為大柱段、小柱段兩部分，大柱段直徑4.2米，小柱段直徑2.8米，全長16.6米，按照住宅樓平均層高不高于2.8米計算，當(dāng)它站立起來足有6層樓房高。
天和核心艙小柱段 天和也可以說是人類迄今為止配套最為齊全的空間站核心艙，全艙有5個對接口，大柱段資源艙有后端通道對接口，小柱段前端節(jié)點艙有4個對接口，可以對接兩座22噸級大型實驗艙，同時還能接納3艘運輸載具，具備航天員在軌輪換以及推進劑補加能力。 通常情況下核心艙后端通道主要用于貨運飛船對接，并具備推進劑在軌補加能力，天和核心艙冗余能力更強，有兩個推進劑補加對接口，另一個位于節(jié)點艙軸向?qū)涌冢磳l(fā)射的天舟二號貨運飛船晚些時候就將驗證節(jié)點艙推進劑補加能力。
天和核心艙結(jié)構(gòu)示意圖 節(jié)點艙除了接納大型艙段與飛船，還具備獨立的氣閘艙功能，服務(wù)天宮空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段航天員出艙任務(wù)需求。到明年進入在軌建造階段時，節(jié)點艙基于自身節(jié)點位置，航天員在此出艙更方便兩座實驗艙與核心艙的相關(guān)線路連接操作。
環(huán)形扶手一側(cè)即是節(jié)點氣閘艙出艙口 核心艙之所以設(shè)計2.8直徑的小柱段是因為這里不僅要安裝大型太陽能電池翼，還配置有一套承載力達到25噸的大型七自由度空間機械臂，該機械臂可以輔助航天員出艙活動，并基于艙體爬行功能助力航天員實現(xiàn)空間站外表面的全觸達。 在大柱段前緣與小柱段接壤位置安裝有6個大型控制力矩陀螺，這些裝置可以助力天宮空間站實現(xiàn)零推進劑消耗條件下的姿態(tài)機動。
大柱段前緣的控制力矩陀螺 在建造階段實驗艙轉(zhuǎn)位對接會產(chǎn)生巨大的轉(zhuǎn)動慣量，力矩陀螺可以確保空間站始終處于正確姿態(tài)朝向，在運行期間空間站太陽翼還有常態(tài)化對日指向需求，控制力矩陀螺零推進劑消耗的優(yōu)勢將進一步顯現(xiàn)。 天和核心艙還在世界上率先實現(xiàn)電推動力在載人航天器領(lǐng)域的應(yīng)用，它可以補償大氣阻力產(chǎn)生的軌道衰減，電推工質(zhì)相較于傳統(tǒng)火箭推進劑比沖更高，能夠顯著降低空間站運營成本。
天和核心艙應(yīng)用電推進技術(shù) 核心艙內(nèi)部更是別有洞天，資源艙是平臺設(shè)備的主要安裝區(qū)域，小柱段則配有3個航天員睡眠區(qū)，同時還有健身、娛樂等生活設(shè)施，在如此密集的設(shè)備安裝需求下核心艙仍然保有50立方米的居住活動空間。
核心艙內(nèi)部功能分區(qū) 與之對比，國際空間站實現(xiàn)上述功能則需要“星辰號服務(wù)艙+曙光號功能貨艙+團結(jié)號節(jié)點艙”三大艙段，即便如此也無法完全復(fù)現(xiàn)天和一號核心艙的所有功能，在實施運輸載具對接任務(wù)時還需要形制各樣的對接適配器。
星辰號服務(wù)艙+曙光號功能貨艙+團結(jié)號節(jié)點艙 論居住性這三大艙段更是有苦難言，宇航員如果在星辰號服務(wù)艙連續(xù)居住超過3個月就有永久性失聰風(fēng)險，原因是噪聲太大，曙光號也好不到哪去，原本也是一個核心艙但如今卻淪為貯存推進劑的貨艙。 天和一號核心艙能有如今的造詣離不開一系列超級裝備的鼎力支持，比如2016年建成投入使用的航天科技五院天津大型航天器AIT中心配套建設(shè)的KM-8環(huán)境模擬器，它以17米直徑、35米高的尺寸數(shù)據(jù)位列世界第三，同類裝備就連俄羅斯也要向我們進口。
KM-8環(huán)境模擬器 還有攻克長征5B大直徑艙箭分離技術(shù)的振動試驗設(shè)施，天津AIT中心有一套推力世界第一的電動振動試驗系統(tǒng)，天和核心艙以實物狀態(tài)參與試驗獲取了飛行過程中所需要的所有數(shù)據(jù)。
天和核心艙振動臺試驗 此時此刻回望載人航天工程來時的路更是令人不勝感慨，二十九年前《關(guān)于開展我國載人飛船工程研制的請示》首次提出載人航天三步走戰(zhàn)略，即： 第一步，在2002年前，發(fā)射兩艘無人飛船和一艘載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開展空間應(yīng)用實驗。
神舟號載人飛船 第二步，在第一艘載人飛船發(fā)射成功后，大約在2007年左右，突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術(shù)，并利用載人飛船技術(shù)改裝、發(fā)射一個8噸級的空間實驗室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間站應(yīng)用問題。 第三步，建造20噸級的空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間站應(yīng)用問題。
航天員景海鵬與陳冬在太空 如今我們已經(jīng)連續(xù)完成14人次航天員的天地往返任務(wù)，掌握了載人航天、多人多天、出艙行走、空間交會對接、中期在軌駐留等一系列核心技術(shù)，至天和一號核心艙成功入軌，夢想照進現(xiàn)實的不再是昔日20噸級蝸居版空間站，有時候不把自己逼一下就不知道究竟有多大的潛力，國家亦是如此。
天宮空間站二期拓展工程 舍棄20噸級方案后，又演化出了60噸級三艙方案，后來又有了獨立巡天光學(xué)艙的四艙共軌方案，這還沒有完，最終我們定下的是基于天和一號核心艙、備份核心艙為主體，外加4個實驗艙、1個巡天光學(xué)艙的7艙方案，最大構(gòu)型直逼180噸級，科研機柜規(guī)模、發(fā)供電能力等核心指標(biāo)均實現(xiàn)對國際空間站的全面反超。
進入太空的天和一號核心艙 從這一刻開始我們的歷史將另起一行書寫！ |
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