在剛剛過(guò)去的2020年，我國(guó)在航天科技領(lǐng)域取得了巨大成就，例如，新一代載人飛船試驗(yàn)船試飛成功、北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開(kāi)通、首顆Ku頻段高通量寬帶商業(yè)通信衛(wèi)星成功發(fā)射、嫦娥五號(hào)實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次地外天體采樣返回、高分衛(wèi)星專(zhuān)項(xiàng)系統(tǒng)建設(shè)圓滿收官、新一代運(yùn)載火箭長(zhǎng)征八號(hào)首飛成功等等。

2021年，我國(guó)航天將繼續(xù)再接再厲，僅中國(guó)航天科技集團(tuán)就計(jì)劃進(jìn)行40余次宇航發(fā)射任務(wù)，尤其要在火星探測(cè)領(lǐng)域和空間站領(lǐng)域創(chuàng)造出具有國(guó)際影響的高光時(shí)刻。

01天問(wèn)一號(hào)抵達(dá)火星

據(jù)悉，2020年7月23日我國(guó)首次發(fā)射的第一個(gè)火星探測(cè)器天問(wèn)一號(hào)，已順利完成了幾次在軌自檢、中途修正和1次深空機(jī)動(dòng)。它將在總的飛行里程達(dá)到4.7億公里之時(shí)，在距離地球約1.9億公里處抵達(dá)火星附近，于2021年2月10日左右實(shí)施近火制動(dòng)，俗稱“剎車(chē)”減速，從而被火星捕獲，進(jìn)入火星環(huán)繞軌道。然后，天問(wèn)一號(hào)在著陸區(qū)上空對(duì)著陸區(qū)開(kāi)展探測(cè)，為著陸火星做準(zhǔn)備。

總重約5噸的天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，著陸巡視器主要包括進(jìn)入艙和火星車(chē)。它將于2021年5月擇機(jī)實(shí)施降軌機(jī)動(dòng)，其著陸巡視器與環(huán)繞器分離。環(huán)繞器升軌返回到停泊軌道，為著陸過(guò)程提供中繼通信。著陸巡視器進(jìn)入火星大氣，依次完成配平翼展開(kāi)、降落傘開(kāi)傘、大底分離、背罩分離、動(dòng)力減速、懸停、避障及緩速下降、著陸緩沖等動(dòng)作，最終軟著陸于火星表面。

在火星表面軟著陸后，火星車(chē)與著陸平臺(tái)解鎖分離?；鹦擒?chē)駛離著陸平臺(tái)，開(kāi)始巡視探測(cè)。與此同時(shí)，環(huán)繞器進(jìn)入中繼軌道，為火星車(chē)提供中繼通信，兼顧科學(xué)探測(cè)?；鹦擒?chē)完成探測(cè)任務(wù)后，環(huán)繞器進(jìn)入使命軌道，開(kāi)展火星全球遙感探測(cè)，兼顧火星車(chē)擴(kuò)展任務(wù)中繼通信。

在完成火星探測(cè)任務(wù)中，最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)就是著陸巡視器在火星著陸。這是由于火星距離地球遙遠(yuǎn)，測(cè)控信號(hào)十分微弱，且延時(shí)達(dá)10分鐘以上，所以必須提前給著陸巡視器注入數(shù)據(jù)，使它完全自主精確地闖過(guò)氣動(dòng)減速、降落減速、制動(dòng)減速、著陸減速等一系列難關(guān)，任何步驟都不能有一點(diǎn)失誤。其難度被形容為相當(dāng)于從巴黎打一個(gè)高爾夫球，正好落到東京的某個(gè)洞里；其著陸過(guò)程也被稱為“恐怖的7分鐘”。為此，中國(guó)航天人正積極進(jìn)行各項(xiàng)準(zhǔn)備，以迎接這一巨大挑戰(zhàn)。

如果上述獲得成功，天問(wèn)一號(hào)將是世界上第一個(gè)通過(guò)一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)環(huán)繞、著陸和巡視三項(xiàng)任務(wù)的火星探測(cè)器，具有起點(diǎn)高、效益高的特點(diǎn)，可使我國(guó)深空探測(cè)能力和水平實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，成為世界第三個(gè)在火星著陸的國(guó)家、第二個(gè)在火星巡視的國(guó)家。

用環(huán)繞器可以對(duì)火星開(kāi)展全球性、綜合性的環(huán)繞探測(cè)，用巡視器可以對(duì)有科研價(jià)值的局部地區(qū)開(kāi)展高精度、高分辨率的詳細(xì)調(diào)查，對(duì)火星形態(tài)、地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、空間環(huán)境、土壤和水冰分布等進(jìn)行最全面的研究，這有利于建立起對(duì)火星全面而基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)，為我國(guó)獨(dú)立開(kāi)展行星際探測(cè)奠定重要基礎(chǔ)。

02空間站核心艙亮相

我國(guó)空間站發(fā)展雖然起步晚，但起點(diǎn)高，沒(méi)有走美蘇先發(fā)展單艙式空間站，再發(fā)展多艙式空間站的老路。我國(guó)第一個(gè)空間站“天宮”將由一個(gè)名叫“天和”的核心艙和兩個(gè)分別名叫“問(wèn)天”和“夢(mèng)天”的實(shí)驗(yàn)艙組成，每個(gè)艙都重20噸級(jí)。

2021年1月17日，中國(guó)空間技術(shù)研究院舉行了空間站“天和”核心艙任務(wù)試驗(yàn)隊(duì)出征儀式，這標(biāo)志著我國(guó)空間站建造即將轉(zhuǎn)入任務(wù)實(shí)施階段。按照我國(guó)空間站建造任務(wù)規(guī)劃，“天和”核心艙將由長(zhǎng)征五號(hào)B遙二火箭在今年春季從文昌航天發(fā)射場(chǎng)升空。

“天和”核心艙主要用于統(tǒng)一控制和管理空間站組合體，支持實(shí)驗(yàn)艙、載人飛船和貨運(yùn)飛船等飛行器與其交會(huì)對(duì)接和在軌組裝，具備接納航天員長(zhǎng)期訪問(wèn)和物資補(bǔ)給的能力，提供航天員生活和工作場(chǎng)所，同時(shí)支持部分學(xué)科的科學(xué)研究，配置了大機(jī)械臂，具有氣閘艙功能。

它有3個(gè)對(duì)接口和2個(gè)停泊口。3個(gè)對(duì)接口用于對(duì)接2艘“神舟”載人飛船及其他飛行器訪問(wèn)空間站，2個(gè)停泊口用于兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙與核心艙組裝形成空間站組合體，另有一個(gè)出艙口供航天員出艙活動(dòng)?！疤熘邸必涍\(yùn)飛船對(duì)接在核心艙后面。

該核心艙采用了一些先進(jìn)的新技術(shù)。例如，推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加、再生式生命保障和大型空間機(jī)械臂等。

其上的大型空間機(jī)械臂長(zhǎng)15米，有7個(gè)關(guān)節(jié)，達(dá)到世界先進(jìn)水平，無(wú)論是艙段轉(zhuǎn)位、大設(shè)備的移動(dòng)，還是航天員自身移動(dòng)，都可用它完成，從而能使我國(guó)空間站具有鮮明的中國(guó)特色和時(shí)代特征。

為了減少天地往返運(yùn)輸成本，“天和”將采用部分再生式生命保障系統(tǒng)，即航天員呼出的水蒸氣可通過(guò)冷凝水的方式回收，排出的尿液也會(huì)回收凈化，重新作為飲用水和生活用水使用。

此后在今明兩年內(nèi)，我國(guó)還將陸續(xù)實(shí)施10次飛行任務(wù)，包括2次空間站實(shí)驗(yàn)艙的發(fā)射、4次貨運(yùn)飛船以及4次載人飛船發(fā)射，于2022年完成空間站在軌建造，實(shí)現(xiàn)中國(guó)載人航天工程三步走發(fā)展戰(zhàn)略第三步的任務(wù)目標(biāo)。其設(shè)計(jì)壽命在十年以上，能長(zhǎng)期載3人，半年一輪換，主要用于取得重大科學(xué)價(jià)值的研究成果和取得重大戰(zhàn)略意義的應(yīng)用成果。

據(jù)有關(guān)專(zhuān)家介紹，我國(guó)空間站的特點(diǎn)是：起點(diǎn)高、效益高。它在建成后具有世界第三代空間站水平。與和平號(hào)空間站和“國(guó)際空間站”相比，我國(guó)的規(guī)模較小，但從建造成本和應(yīng)用效益的角度分析，屬于“經(jīng)濟(jì)適用型”，是符合中國(guó)國(guó)情和實(shí)際需要的理性選擇。我國(guó)既不貪大求全，但又規(guī)模適度，尤其是與目前在軌運(yùn)行的“國(guó)際空間站”相比，我國(guó)空間站載荷支持效率更高，可提供多種標(biāo)準(zhǔn)接口，有望取得較高的工程應(yīng)用效益。

03兩種飛船鼎立相助

目前，世界現(xiàn)役的載人航天器有兩種，一類(lèi)是作為交通工具的宇宙飛船，其優(yōu)點(diǎn)是可以天地往返，但它們體積小，運(yùn)行時(shí)間短，所以主要用來(lái)接送航天員和貨物；另一類(lèi)作為科研基地的空間站，其優(yōu)點(diǎn)是體積大、壽命長(zhǎng)和功能強(qiáng)，但不能進(jìn)行天地往返，需要用宇宙飛船提供運(yùn)輸服務(wù)，所以它主要用于科研、生產(chǎn)和在軌服務(wù)等。

為此，我國(guó)在研制和發(fā)射空間站艙段之前，先成功研制和發(fā)射了“神舟”載人飛船和“天舟”貨運(yùn)飛船。在“天和”核心艙升空后，今年我國(guó)還將繼續(xù)發(fā)射“神舟”和“天舟”飛船，分別把航天員和核心艙所需物資送到核心艙內(nèi)。

至今，我國(guó)已陸續(xù)成功發(fā)射了6艘“神舟”載人飛船，把11名航天員、14人次送上了太空，所以該飛船的技術(shù)比較成熟。

“神舟”總長(zhǎng)近9米，總重約8噸左右，乘員人數(shù)3人，能自主飛行7天，?？匡w行180天。它由系統(tǒng)總體和13個(gè)分系統(tǒng)組成，其中包括環(huán)境控制與生命保障、回收著陸、儀表與照明、應(yīng)急救生和乘員等分系統(tǒng)。

該載人飛船采用3艙式構(gòu)型。位于飛船前部的軌道艙用于航天員入軌后的工作、吃飯、方便和睡覺(jué)。其前端裝有交會(huì)對(duì)接裝置，可與空間站核心艙交會(huì)對(duì)接。位于飛船中部的返回艙是航天員往返太空時(shí)的座艙，也是飛船的控制中心，具有著陸后支持航天員陸上生存48小時(shí)、海上生存24小時(shí)的能力。位于飛船后部的推進(jìn)艙為非密封結(jié)構(gòu)，為飛船提供動(dòng)力、電源和燃料等。

我國(guó)曾于2017年4月20日發(fā)射了首艘貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)，它順利地完成了各項(xiàng)預(yù)定任務(wù)，從而表明“天舟”貨運(yùn)飛船達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，能滿足我國(guó)空間站的貨物運(yùn)輸需求。

“天舟”貨運(yùn)飛船由貨物艙和推進(jìn)艙組成，整船最大裝載狀態(tài)下重量達(dá)13.5噸，上行貨物運(yùn)輸能力為6.5噸，這在世界現(xiàn)役貨運(yùn)飛船中是最大的。其載貨比為48%，也是世界第一，所以能以最小的結(jié)構(gòu)重量達(dá)到最大的裝貨能力，并具備獨(dú)立飛行3個(gè)月的能力。

它不僅可以為核心艙送去航天員所需的各類(lèi)生活用品和各種科研設(shè)備等，還能作為一個(gè)空間站的臨時(shí)艙段開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，也可以提升空間站的軌道、帶回和銷(xiāo)毀空間站上的垃圾等。

04“長(zhǎng)征”三箭舉足輕重

上述介紹的空間站“天和”核心艙、“神舟”載人飛船和“天舟”貨運(yùn)飛船將分別由三種型號(hào)的“長(zhǎng)征”運(yùn)載火箭于今年發(fā)射升空，其中長(zhǎng)征五號(hào)B用于發(fā)射“天和”核心艙，長(zhǎng)征二號(hào)F用于發(fā)射“神舟”載人飛船，長(zhǎng)征七號(hào)用于發(fā)射“天舟”貨運(yùn)飛船。

首枚長(zhǎng)征五號(hào)B已于2020年5月5日將我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船及柔性充氣式貨物返回艙試驗(yàn)艙的組合體準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道，它表明我國(guó)已突破和掌握了大整流罩研制及分離技術(shù)、大推力直接入軌偏差精確控制技術(shù)、大直徑艙箭連接分離技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。另外，2020年我國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)成功進(jìn)行了2次發(fā)射，而長(zhǎng)征五號(hào)B是在長(zhǎng)征五號(hào)基礎(chǔ)上改進(jìn)研制而成的。所以，有理由對(duì)今年用長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭發(fā)射“天和”核心艙充滿信心。

長(zhǎng)征五號(hào)采用二級(jí)半構(gòu)型，長(zhǎng)征五號(hào)B是在長(zhǎng)征五號(hào)的基礎(chǔ)上去掉長(zhǎng)征五號(hào)的第二級(jí)，即采用一級(jí)半構(gòu)型。其芯級(jí)直徑為5米，裝有2臺(tái)推力均為50噸的液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)；芯級(jí)并聯(lián)了4個(gè)直徑3.35米的助推器，每個(gè)裝有2臺(tái)推力均為120噸的液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。

該火箭的起飛質(zhì)量約849噸，起飛推力約1078噸，近地軌道運(yùn)載能力不小于22噸。這是目前我國(guó)近地軌道運(yùn)載能力最大的運(yùn)載火箭，也是我國(guó)目前唯一一種只用一級(jí)火箭就能直接將有效載荷送入預(yù)定軌道的運(yùn)載火箭。其近地軌道運(yùn)載能力已躋身國(guó)際前列，為我國(guó)空間站工程任務(wù)的順利實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

長(zhǎng)征五號(hào)B總長(zhǎng)約53.66米，其中整流罩長(zhǎng)度20.5米，相當(dāng)于六層樓的高度，比長(zhǎng)征五號(hào)的整流罩長(zhǎng)8米，這也是目前我國(guó)最大的整流罩，為裝載空間站艙段而量身打造的。

長(zhǎng)征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭已在天津總裝測(cè)試廠房?jī)?nèi)完成測(cè)試，火箭將按計(jì)劃運(yùn)往發(fā)射場(chǎng)發(fā)射空間站核心艙。

今年發(fā)射“神舟”載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F是我國(guó)第一種也是目前唯一一種載人運(yùn)載火箭，它已成功發(fā)射了6艘“神舟”載人飛船、5艘“神舟”無(wú)人試驗(yàn)飛船、天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器和天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)造了發(fā)射成功率100%的13次完美飛行。其中發(fā)射載人飛船狀態(tài)時(shí)的近地軌道運(yùn)載能力為8.1噸。它是在長(zhǎng)征二號(hào)E基礎(chǔ)上廣泛采用了冗余設(shè)計(jì)，提高了元器件等級(jí)和篩選標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高了剩余強(qiáng)度系數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)也進(jìn)行了旨在提高可靠性的設(shè)計(jì)，并增加了故障檢測(cè)處理和逃逸系統(tǒng)，以保證航天員的安全，使火箭可靠性從長(zhǎng)征二號(hào)E的91%提高到97%。其頂部裝有一個(gè)類(lèi)似避雷針的逃逸塔，可使航天員的安全性達(dá)到99.7%，從而在功能、性能、可靠性和安全性方面全部達(dá)到了載人運(yùn)載火箭的要求。

長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭今年預(yù)計(jì)執(zhí)行2次載人發(fā)射任務(wù)，即先后發(fā)射神舟十二號(hào)、十三號(hào)載人飛船。

今年發(fā)射“天舟”貨運(yùn)飛船的長(zhǎng)征七號(hào)是為滿足我國(guó)載人空間站工程發(fā)射貨運(yùn)飛船的需求而研制的新一代高可靠、高安全的中型運(yùn)載火箭，也是我國(guó)首型采用全三維數(shù)字化手段設(shè)計(jì)的火箭，首枚在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射的火箭。此前它已成功發(fā)射了2次，其中包括發(fā)射天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船。它采用兩級(jí)半構(gòu)型，可以把14噸的有效載荷送入近地點(diǎn)200千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)400千米、傾角42°的地球近地軌道。

它是利用長(zhǎng)征二號(hào)F火箭成熟技術(shù)，在大體不變情況下?lián)Q成新研制的120噸級(jí)液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是：一是提高了火箭的運(yùn)載能力，把我國(guó)火箭的近地軌道運(yùn)載能力由8.6噸一下提高到14噸。二是推進(jìn)劑綠色環(huán)保，燃燒后產(chǎn)生二氧化碳和水。三是便宜，平均成本僅為常規(guī)推進(jìn)劑的1/10強(qiáng)。四是今后可重復(fù)使用。

其基本型總長(zhǎng)53.1米，芯一、二級(jí)直徑3.35米，單個(gè)助推器直徑2.25米，起飛質(zhì)量約597噸，起飛推力720噸。其芯一級(jí)裝有2臺(tái)單臺(tái)推力為120噸的雙擺液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)；芯一級(jí)并聯(lián)了4個(gè)助推器，每個(gè)助推器裝有1臺(tái)單臺(tái)推力為120噸的單擺液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)；芯二級(jí)直徑為3.35米，裝有4臺(tái)單臺(tái)推力為18噸的雙擺液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。其整流罩直徑4.2米。

長(zhǎng)征七號(hào)遙三運(yùn)載火箭目前正在進(jìn)行總裝。今年預(yù)計(jì)執(zhí)行2次貨船發(fā)射任務(wù)，即先后發(fā)射天舟二號(hào)、三號(hào)貨運(yùn)飛船。

2021年，中國(guó)航天已經(jīng)取得了“開(kāi)門(mén)紅”。2021年1月20日，我國(guó)用長(zhǎng)征三號(hào)乙火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射了天通一號(hào)03星。此后，將期待我國(guó)在火星探測(cè)、空間站建造等方面取得更加輝煌的成果。

來(lái)源：中國(guó)的航天

作 者丨龐之浩

編 輯丨王舒穎