在轨超1000天,“回家”时间已定,天宫二号究竟有多厉害?

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  出品| 网易新闻

  作者| 东方宇文,航天学者

  据中国载人航天工程办公室消息,天宫二号已完成全部拓展试验,计划于7月19日择机受控离轨并再入大气层,正式“退休”。

  它设计寿命2年,于2016年9月15日发射升空,目前却已在轨飞行超过了1000天,先后完成了于神舟十一号、天舟一号的对接以及多项空间实验,是中国第一个真正意义上的空间实验室。

  在“天宫二号”结束其太空旅程之际,我们一起来聊聊它的各项战绩。

  厉害了word天宫二号:空间实验室

  天宫二号原是天宫一号目标飞行器的备份,但由于天宫一号表现很好,服役期远远超出当初的设计寿命,所以对天宫二号进行了适应性改装,让它执行空间实验室任务,所以称天宫二号为空间实验室。

  与天宫一号相比,天宫二号在外形、结构、尺寸和质量上基本没有变化,全长10.4米,最大直径3.35米,太阳电池翼展宽约18.4米,重8.6吨,仍采用实验舱和资源舱两舱式构型,设计在轨寿命不小于2年。但是由于天宫二号执行的航天任务比天宫一号有很大的变化,所以其内核有明显的不同。


  天宫2号主要完成以下三大任务:

  一是接受神舟十一号载人飞船的访问,完成航天员30天的中期在轨驻留任务,考核面向长期飞行的乘员生活、健康和工作保障等相关技术。这项任务已于2016年10月~11月由驾驶神舟十一号的航天员景海鹏和陈冬在天宫2号上圆满完成。

  二是接受中国第一艘货运飞船天舟一号的访问,考核验证推进剂在轨补加技术,是中国第一个具备太空补加功能的载人航天器。这项任务就是通过上述提到的天舟一号与天宫二号空间实验室通过3次交会对接来完成的。

  三是开展大规模空间科学和应用实验,以及在轨维修和空间站技术验证等试验。这项任务自天宫二号升空后就开始了,将一直持续到退役为止。

  为了完成这三大任务,并保持与天宫一号相同的重量,天宫二号进行了一些调整和改变,开展了很多新的设计工作,使天宫二号比天宫一号“飞得更高、实验更多、时间更长”。

  如何“飞得更高、实验更多、时间更长”?

  1、“飞得更高”——轨道高度393千米

  在轨道高度方面,为了验证空间站技术,天宫二号与飞船的对接高度比天宫一号与飞船的对接高度高了50千米,达到393千米,这与未来中国空间站运行的轨道高度基本相同,所以说“飞得更高”。


  (天宫2号在轨飞行示意图)

  2、“实验更多”——最大规模的科学实验

  神舟十一号载人飞船与天宫二号对接成组合体后,航天员进入天宫二号里进行了有史以来中国载人航天最大规模的科学实验和技术试验,所以说“实验更多”。

  3、“时间更长”——航天员要在太空“逗留”30天!

  航天员在天宫二号里总共生活和工作了30天,这也是中国航天员在太空连续逗留的最高纪录,所以说“时间更长”。

  天宫二号的实验舱是航天员的生活舱和工作舱,可提供60天/人的在轨驻留支持,就是说,如果1个人在里面,可以支撑待满60天;如果3个人在里面,可待20天。为了进行中期驻留试验,让航天员在天宫二号里待30天,神舟十一号只把2名航天员送入天宫二号。

  那怎么对接呢?天空二号的前端装有与飞船交会对接的设备和密封转移通道。

  资源舱里都是“宝贝”

  天宫二号的资源舱用于为天宫二号提供动力和电能,进行姿态控制、轨道控制。舱外装有太阳电池翼和中继卫星天线;舱内主要装有推进剂贮箱、镍氢蓄电池、控制环境的气瓶、控制姿态的力矩陀螺。尾部装有2台490牛轨控发动机,周围还有4台150牛备用发动机和多台姿控发动机等装置。

  环境“精装修”,航天员工作生活两不误

  由于航天员在天宫二号要驻留30天,所以对天宫二号进行了“精装修”,改善了就餐和睡眠环境,增加了锻炼设备和娱乐设施等,使航天员在驻留期间的生活和工作更加舒适、更加便利、更加丰富多彩。


  (航天员在天宫二号内跑台进行锻炼示意图)

  在天宫二号上首次使用了可展开的多功能小平台,在上面可吃饭、工作;

  为航天员配备了蓝牙耳机和蓝牙音响,以解放航天员的双手;

  多个区域增加不少硬质扶手,并引入了驻留腰带,使航天员更加方便;

  用地板取代了地毯,避免有 “一踩一个坑”的感觉;

  在锻炼器材方面,除有动感单车外,还增加了跑台;

  借助天地链路,航天员在轨时可以与地面实现视频互动;

  把航天员工作区和生活区的噪音控制在了50分贝这一适宜的程度;

  特意设计增加了进出测控区语音通报“使能或禁止功能”,航天员可以根据需要自行决定是否屏蔽测控区的语音通报。

  使中国成为世界第二个应用在轨应用补加技术的国家

  由于天宫二号要进行推进剂补加试验,试验对天宫二号推进分系统进行了适应性改造,增加了推进剂补加系统,配置了压气机等设备,采用全新的储箱设计。它在与天舟一号进行首次推进剂在轨补加后,使中国成为继俄罗斯之后第二个在轨应用补加技术的国家,技术研究成果可直接应用于后续空间站工程。

  天宫二号为后续空间站贡献了多个“第一次”

  为了后续空间站的建设,在天宫二号上首次搭建了由机、电、液等部件组成的液体回路验证系统,用于验证空间站维修技术;

  首次搭载了机械臂操作终端试验器,开展中国人机协同太空在轨维修试验,为以后空间站任务提供技术储备;

  首次采用了“插拔式”的结构设计,打造出了可快速更换的模块单元,即在某个模块单元出现问题时,可像插拔U盘一样进行更换,只需用几分钟就能完成一次维修,这在国内空间领域属于首创。

  同天宫二号一起升空的还有伴随小卫星,装有2500万像素全画幅相机,它在成功从天宫二号上释放出去后,对天宫二号和神舟十一号空间组合体进行了飞越观测等试验。


  (伴随小卫星进行飞越观测时拍摄的天宫二号与神舟十一号组合体图像)

  不止于航天,触及当今世界最前沿的探索领域

  天宫二号上装有全新配套的空间应用系统的科学设备,而且无论在数量上还是安装复杂程度上,都创造了中国历次载人航天器任务之最。它搭载了14项应用载荷,以及失重心血管研究等航天医学实验设备,主要涉及8个领域,其中绝大多数触及当今世界最前沿的探索领域,有望取得一批重大应用成果。

  世界第一台空间冷原子钟

  例如,天宫二号上装载的世界第一台空间冷原子钟是目前在空间运行的最高精度的原子钟,有望实现10-16秒量级的超高精度,把目前人类在太空的时间计量精度提高1~2个数量级,约3000万年才会产生1秒的误差,这可对卫星定位导航、引力波探测等空间科学研究产生重大影响。

  γ射线暴偏振探测仪

  其上的γ射线暴偏振探测仪用于在国际上首次对γ射线暴的偏振性质实现高精度、高灵敏度和系统性地测量,能填补在当前γ射线暴观测中缺少高灵敏度偏振测量手段的空白。


  (天宫2号上的γ射线暴偏振探测仪示意图)

  量子密钥分配试验空间终端

  其上的“量子密钥分配试验空间终端”是世界上首个基于载人航天空间平台的空—地量子密钥分配演示实验,可为载人航天的空地间量子保密通信,以及未来的实用化天地一体广域量子保密通信网络建设打下基础。

  三维成像微波高度计

  其上的宽波段成像光谱仪、三维成像微波高度计、紫外临边成像光谱仪等新一代对地观测遥感仪器和地球科学研究仪器,能产生显著的社会经济效益。其中的三维成像微波高度计是国际上首次实现宽刈幅海面高度测量并能进行三维成像的微波高度计。

  通过在天宫二号开展大规模空间科学和应用实验,以及在轨维修和空间站技术验证等试验,使中国具备了开展较大规模空间试验和空间应用的条件,从而开始进入应用发展新阶段,并有望取得一批原创性、突破性、引领性的研究成果。

  编辑| 史文慧

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