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[军事] 【专题】筑梦“天宫”

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发表于 2021-5-4 10:35 AM | 显示全部楼层 |阅读模式


筑梦“天宫”|人类发射了哪些空间站?一张图带你看懂

澎湃新闻记者 谢瑞强 实习生 耿祥

2021-04-29 09:46 来源:澎湃新闻

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“天和”核心舱与长征五号B遥二运载火箭组合体于4月23日转运至发射区。29日上午,长征五号B遥二运载火箭已完成推进剂加注,计划于29日中午11时许发射空间站天和核心舱。
目前,“天和”核心舱与长征五号B火箭正待命出征,浩瀚的太空中即将迎来属于中国的大型空间站。
什么是空间站?人类发射了哪些空间站?一张图带你看懂。
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 楼主| 发表于 2021-5-4 10:37 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|载人空间站从近地走向深空,目标是月球和火星

澎湃新闻特约撰稿 张雪松

2021-04-30 11:06 来源:澎湃新闻

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中国空间站的“天和”号核心舱顺利发射升空,预计2022年完成“天宫”号空间站的在轨建造。
与此同时,国际空间站的合作方以美国为首,正在紧锣密鼓地筹备建造运行在月球轨道上的空间站——“门户”月球空间站,此外,中国也计划建造月球载人轨道站。载人空间站正从近地轨道逐步走向深空,服务于载人登陆月球和火星的宏伟蓝图。


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目前,各国发射的空间站均在地球低轨道运行,随着人类走向深空步伐速度的加快,载人空间站也开始走向深空。

载人深空任务需要中转站
1971年4月19日发射的“礼炮1号”是人类的第一个载人空间站,其内部空间约99立方米,在轨重量超过18吨,赋予了人类具备了长期在轨驻留能力,美国不久后也发射了试验性的天空实验室,这个试验空间站的体积重量更大。从“礼炮1号”开始到现在的国际空间站,美俄先后发射了10个空间站,但它们都位于近地轨道,而随着人类载人航天的重心转向深空,以载人空间站作为中转节点,支持深空探索的技术路线得到了越来越多的关注和支持。
美苏发射第一个空间站之前,美国“阿波罗”计划已经实现了载人登月,但“阿波罗”飞船和登月舱只能支持规模有限的插旗式登月活动。正如近地轨道空间站的出现,让人类在地球轨道实现了长期不间断驻留,要维持规模更大、更具持续性的载人深空探索,无论是实施载人登月还是登火任务,一个支持载人深空任务的空间站用处还是非常大的。
将空间站作为载人深空探测中转站并不是21世纪出现的新点子,早在20世纪80年代,美国提出的“自由”号空间站项目中,就曾旗帜鲜明地要求这个近地轨道的空间站可以支持深空探索,不仅可回收火星取样返回的返回舱,还将支持载人登月和载人登火任务。这个计划宏达的“自由”号空间站将采用双龙骨桁架式结构,大型桁架不仅挂载空间站的节点舱、实验舱和生活舱,还将挂载大型“船坞”设施。航天飞机运来深空飞船的部件后,在“自由”号空间站上组装成完整载人深空飞船组合体,从近地轨道出发执行载人登月和载人登火任务。美国宇航局1989年发布的《90天报告》中,“自由”号空间站正是在轨组装登月飞船和火星飞船的关键空间基础设施。


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美国计划在2024年进行载人登月,“门户”月球空间站将发挥重要作用,图为美国载人登月项目中用于发射“猎户座”载人飞船的SLS重型运载火箭。

冷战结束后,“自由”号空间站项目被取消,但相关技术延续下来,融入后来的国际空间站项目。国际空间站的轨道倾角约51度,不适合发射登月飞船,即使如此,美俄仍提出从国际空间站出发的月球旅游构想,其中美国太空探险公司进行推销和运作,俄罗斯能源集团负责制造月球版“联盟”号飞船,使用Block-D上面级对接飞船后完成商业环月飞行。能源集团总经理索恩采夫称每趟环月之旅价格1.5亿美元。遗憾的是,美俄联合商业载人环月方案没能得到足够的启动订单,只能一直停留在纸面上,但它显示了以空间站为中转的技术路线具备巨大的发展潜力。
2005年,时任美国总统小布什提出重返月球的“星座”计划,“星座”计划采用地球轨道交会方案,并没有引入空间站作为中转站,这个计划由于成本超支被之后上台的新总统奥巴马取消,但重型火箭改头换面以SLS的名字活了下来,成为未来载人深空发射的基础。“星座”计划取消后,美国载人航天部门一时间“拔剑四顾心茫然”,未来到底是登月还是登火举棋不定,奥巴马又提出登陆小行星的取巧方案,这也加重了未来发展方向的困扰。危机同样带来机遇,面对未来发展方向的不确定性,2010年,美国波音公司的Raftery提出了探索平台的构想,探索平台将使用国际空间站上得到验证的成熟舱段,它由美国的节点(Node)舱和公共设施(Utility)舱,加拿大的机械臂,俄罗斯的“星辰”号(Zvezda)服务舱等组合而成,并使用大型低温上面级或是电推模块运往地月L1/L2拉格朗日点轨道。波音公司工程师表示探索平台将作为在轨组装或中转的深空空间站,载人飞船先抵达这个中转站,而深空探索飞船组合体也将在这里汇合或组装,人货集结后从这里出发飞向月球、小行星或火星。波音公司提出的探索平台方案得到了大家的支持,后续具体方案不断改进完善,最后成为现在美国宇航局正在推进的“门户”月球空间站计划。
美欧日倾力打造月球空间站
波音公司Raftery先生的探索平台概念提出后,波音和赫鲁尼切夫公司都对此寄予厚望,美国宇航局也对这一方案表示兴趣。2015年,美国宇航局正式发布合同在NextSTEP计划下开始研制深空居住舱(DSH),以作为探索“门户”月球空间站的居住舱。2016年,特朗普当选为美国总统后,美国再次确定了重返月球的方向,从探索门户站演变而来的“门户”月球空间站概念得到了更强有力的支持,业界公认以“门户”月球空间站为中转站是载人登月最合适的选择。2017年,波音、洛·马、轨道·ATK和劳拉等公司等在NextSTEP-2计划下拿到动力能源模块(PPE)的概念研制合同,PPE源自小行星重定向计划的大功率电推飞行器,将作为深空门户站的动力舱段。美国宇航局早就开始预研的居住舱和动力舱,将成为深空门户站第一阶段建设的两个核心舱段。
2018年,美国宇航局提交的2019年度预算中“门户”月球空间站正式立项并申请3.332亿美元的拨款。该项目也得到了欧洲和日本的支持,新方案中美国负责提供能源动力模块、公共设施舱和居住舱,欧空局提供通信和加油舱(ESPRIT),并和日本联合研制国际居住舱(I-Hab),加拿大提供新的机械臂。俄罗斯原计划提供一个气闸舱,但后来退出“门户”月球空间站计划,使这个计划成为纯西方的深空载人门户站。“门户”月球空间站的轨道改为近直线晕轨道(NRHO),轨道近月点约3000公里远月点约70000公里,近月点时适合释放登月舱执行载人登月任务,远月点时适合前往火星等深空的载人任务。“门户”月球空间站轨道周期约7天,也就是说每隔7天有一次登月窗口。无论从“猎户座”飞船和登月舱的往返,还是通信覆盖等角度考虑,“门户”月球空间站的晕轨道都很适合支持载人登陆月球南极的探索任务。与此同时,近直线晕轨道还保持了任务的灵活性,从这里出发前往小行星或火星所需速度也不大,而PPE舱段配备的大功率电推,还能把门户站转移到更适合飞向火星的L2晕轨道。


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“门户”月球空间站有多个国家和组织参与。

国际空间站重量高达约400吨,但飞出地球轨道的代价十分巨大,“门户”月球空间站的尺寸和重量就要小多了。目前,美国宇航局已经正式发布了“门户”月球空间站的动力舱段PPE和居住舱段HALO的研制合同,PPE由原劳拉现Maxar公司负责研制,而HALO舱段由原轨道ATK现诺·格公司负责。PPE动力模块将装有大型柔性太阳翼,发电能力可达60千瓦,大功率电推的总功率可达50千瓦,可提供最大约2.5牛的推力,这个性能在电推航天器中是空前的。HALO小型居住舱由天鹅座飞船衍生而来,但装有三个对接口,除了头部可用于对接“猎户座”飞船的对接口外,侧面的两个对接口将分别用于对接登月舱和货运飞船。
美国宇航局原计划PPE和HALO各自分别发射,但现在已经决定使用“重型猎鹰”火箭一次性发射,PPE和HALO两个舱将在地面整合为一个重约15吨的整体,射入一条逃逸能量C3略小于0的低能量转移轨道,经过几个月飞行后进入环月的近直线晕轨道,支持后续的载人登月任务。“门户”月球空间站未来新增的欧空局ESPRIT舱和欧日合作的I-Hab舱将在第二阶段由本国火箭分别发射,但所有的航天员往返要依靠美国SLS重型火箭发射的“猎户座”飞船。美国宇航局还发布了“门户”月球空间站的货物补给合同,SpaceX公司以“重型猎鹰”火箭发射的“龙”XL飞船抢到了合同,未来门户站补给合同金额最高可达70亿美元之多。
支撑人类持续载人深空探索
“门户”月球空间站是美欧日等西方国家未来载人航天的新重心,它将主要用于支持载人登月活动。具体地说,美国宇航局计划使用大型商业运载火箭发射登月舱,在月球门户站汇合组装后,执行载人登月任务。“门户”月球空间站的存在,不仅作为中转站为航天员提供了更长的驻留时间和更多的登月窗口,大大提高了载人登月任务的灵活性和安全性,还也为使用多枚大型火箭分别发射登月舱的各个组成部分提供了可能,有利于提高登月任务的灵活性,降低载人登月的总体成本。
美国蓝色起源公司为首的登陆舱团队,将登月舱分为转移段、下降段和上升段三个部分,分别使用商业大型火箭发射,其中转移段和上升段还能加注后重复使用。众所周知,载人登月计划耗资极其巨大,其中重型运载火箭的研制和使用是其中最大的一块,比如“阿波罗”登月计划的190多亿美元花费中,“土星五号”火箭占了约60亿美元之多,而依托“门户”月球空间站作为组装站,使用商业大型火箭分别发射登月舱组件,可以摆脱对重型火箭的依赖。蓝色起源公司计划使用新格伦或是火神商业运载火箭发射登月舱,这两种火箭都不是为登月计划专门研制,它们首先用于近地轨道和静止轨道航天器的发射任务,用于登月发射不仅无需支付研制费用,还能和常规发射任务共同分摊运营成本,极大地降低载人登月的成本。


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“重型猎鹰”火箭也将“门户”月球空间站建设中发挥作用。

另一方面,“门户”月球空间站位于月球近直线晕轨道上,也降低了对载人飞船机动能力的要求。传统的阿波罗飞船需要独立进出近月轨道,需要超过2000米/秒的速度改变能力,而有了月球空间站作为中转,载人飞船即使只1300米/秒左右的速度增量,也能作为班车执行天地往返任务,把航天员运往门户站执行载人登月任务。同样,从远月点70000公里的月球晕轨道出发,前往近地小行星或是火星都不需要多大的速度改变能力,美国宇航局计划发射超大功率(电推功率300千瓦+)的太阳能电推飞船,从月球空间站出发载人前往火星。如果超大功率电推载人飞船从近地轨道出发,爬出地球引力井不仅需要漫长的时间,还要反复穿越范艾伦辐射带,对航天器的电子设备以及航天员的身体健康是极为不利的。此外,近地轨道上的空间站受到地球磁场的保护,而位于深空之中的月球空间站,辐射环境更接近行星际环境,在上面可以进行一年或更长的长时间驻留试验,更好的积累长时期行星际航行的经验,为长时间的载人登火任务打好基础。
总而言之,随着人类探索的脚步逐渐深入深空,为了支持规模跟大、时间更长的载人飞行任务,载人空间站也在向深空发展。深空中的空间站将成为人类探索深空的中转站和前哨站,让人类的深空活动更具经济性和可持续性,为人类未来实施大规模的载人登月任务,建造月球基地开发月球,以及踏足火星提供有力的支撑。

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 楼主| 发表于 2021-5-4 10:39 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|国际空间站老化加剧,美未来空间站走向何方?

澎湃新闻特约撰稿 林森

2021-05-04 06:58 来源:澎湃新闻

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近期,两则关于空间站的新闻引发了大众的关注。
第一个大家肯定猜到了,那就是中国的“太空网红”——“天宫”空间站。4月29日,“天和”核心舱已经发射成功,核心舱是中国空间站的重要组成部分,按照现有规划,未来我国还将继续实施11次飞行任务,预计将在2022年完成空间站建造。同时中国空间站也向全球开放欢迎各国加入,目前已经有不少国家提交进驻申请。
另一个是关于国际空间站的,4月18日俄罗斯副总理鲍里索夫向外界表示,鉴于国际空间站(ISS)已经严重老化,空间站运营合约也将于2024年到期,俄罗斯计划自2025年起退出该项目,并着手建造自己的空间站。分析认为,俄罗斯今年将发射的“科学”号多功能实验舱将是其未来空间站建设的基础。
国际空间站退役后,美国未来空间站走向何方?


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美国发射的第一个空间站“天空实验室”尺寸和重量都明显大于苏联“礼炮1号”空间站。

美国空间站的那些事儿
疯狂的冷战年代,美苏几乎在各个领域展开竞争和博弈,空间站也不例外。在载人登月竞赛中落败的苏联将航天重点转向了空间站,并率先发射了人类史上首个载人空间站——“礼炮1号”。
美国首个空间站“天空实验室”比苏联“礼炮1号”晚两年发射,其实美国空间站计划起步并不晚。1966年,美国启动了“阿波罗应用计划”,这是继“水星”、“双子星座”和“阿波罗”之后又一项大型载人航天计划,目的是发射大型载人空间站。当年,美国提出“土星”S-5B火箭箭体试验模块(SSESM,Saturn S-IVB spent-stage experiment support module)方案,用“土星”5号运载火箭的第三级箭体改造为空间站主体,SSESM在竞争中落败于载人轨道实验室(MOL)方案。1969年MOL被取消。
由于“阿波罗”18到20任务的取消,美国宇航局将剩余的3枚“土星”5号火箭用于空间站计划,SSESM改称为“天空实验室”。轨道舱由“土星”5号火箭的第三级液氢液氧贮箱改造而成,去掉了上面的火箭发动机和附属机构,用隔板分成上下两部分。1973年5月14日,美国在肯尼迪航天中心用“土星”INT-21火箭将“天空实验室”送入高度为435千米的近地圆轨道,之后发射了3艘“阿波罗”载人飞船,分别称为“天空实验室”2、3、4号任务。


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“天空实验室”剖视图。

“天空实验室”是人类单次向太空发射最重且最复杂的人造天体,重量约77吨。然而,“天空实验室”任务并不顺利。火箭升空60多秒后,微流星防护罩提前打开,被气流撕掉,还有一块太阳能电池板也被气流破坏,第一批航天员不得不对这些问题进行维修(但问题没有完全解决,这也是“天空实验室”提前关闭的重要原因)。
三批航天员总共在“天空实验室”驻留了171天,进行了270多项研究和实验,取得了不少成果。“天空实验室”原计划运行10年,但自1974年2月第三批航天员返回地球之后就被关闭,因为舱内气温升高、太阳黑子活动加强等原因,“天空实验室”不适合航天员驻留,被迫关闭。1979年7月12日运行了2200多天的“天空实验室”坠入大气层烧毁。
与苏联空间站发展连续性相比,美国空间站发展缺乏连续性,“天空实验室”关闭后,美国的航天重心转向了航天飞机,等航天飞机成功后,上世纪80年代又启动了“自由”号空间站计划。这是一个国际合作项目,日本、加拿大和欧空局都有参与,是国际空间站的前身。
冷战结束后,“自由”号空间站也随之陷入停顿,1993年时任美国总统的克林顿正式结束了“自由”号空间站计划。之后,美俄开始接触商谈合作建立空间站,“自由”号空间站重获新生,国际空间站诞生。1998年11月国际空间站的第一个组件曙光号功能货舱进入预定轨道,2011年,美国“发现”号多用途增压舱送往国际空间站,空间站建设完成,国际空间站的各个组件大多由美国航天飞机进行运输。
值得一提的是,中国当时也希望加入国际空间站项目,但因美国的反对未能成行。


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美国也参与了苏联/俄罗斯“和平”号空间站项目。

近地轨道空间站将商业化
作为一个国际合作项目,国际空间站虽然耗资巨大(已经超过1500亿美元,每年维护成本高达四五十亿美元),但仍然取得了丰富的科研成果,包括太空技术开发、物理学与生物学的微重力研究、人体生理学、地球科学和教育等。
从现在的眼光看国际空间站这个项目,国际空间站建设和运营也存在一些不足之处,值得后发国家好好研究,比如每千克有效载荷费用太高(几万美元),建设周期太长,维修任务因部件老化更加繁重。按照计划,该空间站最初的服役期限为2015年,之后被延长两次,分别至2020年和2024年,此前计划使用到2028年,但这几年频繁发生漏气等问题,显示空间站离退役已经不远了。
今年4月,俄副总理鲍里索夫表示,鉴于国际空间站已经严重老化,空间站运营合约也将于2024年到期,俄罗斯计划自2025年起退出该项目,并着手建造自己的空间站。俄罗斯已经宣称打算另起炉灶建设自己的空间站,分析认为,准备在今年7月发射的“科学”号实验舱将是俄未来空间站的核心舱,以此为基础进行建设。
美国也打着自己的小算盘,美国宇航局已经决定将国际空间站商业化,未来几年的主要目标是对客户群体在资金和合同上进行指导。美国可能会在2025年之前取消对国际空间站的相关拨款,节省下来的钱可以用于载人登月或登火等项目。
美国未来空间站发展将朝着深空化和商业化发展,目前正在研制的“门户”月球空间站尺寸和重量都比较小,主要作为载人登月的中转站,而近地轨道运行的空间站可能交给商业航天公司。而且此前美国宇航局已经将国际空间站物资补给和载人飞行交给了商业航天企业,经验和技术都满足要求。


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美国毕格罗公司研制的充气空间站,该技术也将参与到美国未来空间站竞标。

据美媒3月报道,美国宇航局最近公布了所谓的“商业近地轨道目的地”(CLD)项目,计划在2021年第四季度向四家公司授予总计4亿美元的资金,帮助启动私人空间站的开发,以取代国际空间站。美国宇航局将成为空间站的使用者,但不是所有者和运营者,这可以节约大量的资金。
除了CLD项目外,美国宇航局还向航天公司Axiom Space授予了价值1.4亿美元的合同,为国际空间站建造舱段。当国际空间站退役后,Axiom计划将其模块分离,将其改造为能够独立飞行的空间站。
眼看着中国空间站建设进入快车道,美国也有了搭“顺风车”的想法。去年6月,中国载人航天工程办公室与联合国外空司就联合对外公布,来自17个国家、23个实体的9个项目成功入选中国空间站第一批科学实验项目,这是中国载人航天工程首次通过联合国进行的大规模国际合作。
当被问及“选项目时有没有排斥来自美国的项目”,中国载人航天工程总设计师周建平直言:“我们没有排斥任何国家,也没有限定任何范围,有美国团队参与申报的项目。从科学价值和技术考量来讲,美国的项目没达到要求的标准。”

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 楼主| 发表于 2021-5-4 10:43 AM | 显示全部楼层

疯狂的冷战,美苏空间站军事应用的那些事儿

澎湃新闻特约撰稿 唐军

2021-05-04 22:01 来源:澎湃新闻

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美国计划在国际空间站上测试用于跟踪高超声速导弹发射的设备。
今年3月,美国媒体报道称,美国防部太空发展局(SDA)计划在国际空间站上测试用于跟踪高超声速导弹发射的设备。
美国将民用的国际空间站用于军事领域的举动引发了外界的担忧。俄罗斯军事专家阿列克谢∙列昂科夫认为,美国计划在国际空间站测试用于监测高超声速导弹发射的设备,将国际空间站用作五角大楼的试验平台,美国正在树立一个危险的先例。
日前,俄罗斯国防部官方电视台首次向外界公开了冷战期间空间站所使用Shchit-2导弹的照片,该导弹可以用于摧毁对方的航天器。


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疯狂的冷战年代,空间站也是重要的太空军事平台,用于执行各种军事任务。

空间站有何军事作用?
很多人认为空间站主要是一个空间实验室,服务于民用领域,其实,其诞生之初就带着浓厚的军事色彩,尤其在对抗激烈的冷战期间。
科学技术的发展,往往首先运用于军事领域,这是正常的,如果空间站具备军事应用的潜力,用于维护国家安全,其必然会承担一些军事任务。空间站是一种运行在轨道上的大型载人航天器,优点是可以载人、有效容积大和长时间在轨道上运行。
从美俄空间站军事应用历史来看,军事侦察和监视是空间站上最多的军事应用。空间站的空间比载人飞船和卫星大,可以携带大型的侦察仪器,这些仪器可以自动工作或由航天员操作,对感兴趣的目标进行侦察监视。而且空间站携带的侦察仪器尺寸限制相对小一些,比如苏联“礼炮3号”携带的“玛瑙”-1型焦距最长可达6.375米,分辨率优于3米,美国情报部门认为分辨率优于1米,可以用于详细侦察,拍摄的照片可以由航天员携带返回地面。这在上世纪70年代是非常高的水平,在传输型侦察卫星成熟之前,空间站成为返回式侦察卫星之外另一种实用的空间站侦察平台。


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“礼炮7号”的航天员在轨期间执行了大量军事任务,主要工作是对地对海侦察和监视。

空间站的第一个用途是作为武器发射平台,在进攻性或防御性太空军事行动中摧毁敌方航天器,包括军用卫星、载人飞船和空间站,而作为对地攻击平台,美苏曾设想在空间站搭载核弹头,成为一种轨道轰炸机。冷战期间,美苏都曾探索为空间站装备激光、导弹和机关炮等武器,而苏联则在空间站中实战装备了机关炮。在实际应用中,空间站始终在高真空与失重状态中,无任何气流与飞行振动,使得激光在空间实现无消耗高速传播,可以用于摧毁敌方航天器或来袭的导弹,机关炮和动能导弹也可以起到同样的作用。
空间站的第三个用途是作为指挥、支援和保障平台。空间站搭载的航天员可以长期飞行,几十天上百天都不成问题,货运飞船可以按需求为空间站进行补给,而载人飞船则可以对航天员进行轮换,保证空间站始终有航天员驻留。空间站有效容积比较大的优势也可以用于携带指挥设备,苏联通过大量实践证明空间站可以用于指挥地面部队,美国在上世纪80年代提出的“星球大战”计划中曾设想将空间站作为立体指挥中心,用于指挥太空和反导作战。
在支援和保障方面,空间站则是一个“太空母舰”,苏美建设了“航天飞机-空间站-飞船”航天体系,构建天空军事基地,以空间站为核心主体,如同母舰,为航天飞机、货运飞船、载人飞船提供停靠基地,也为军事作战提供有利的后勤支援保障体系。在太空作战中,航天飞机和载人飞船可以在空间站中进行补给与维修。
空间站虽然具有不小的军事应用能力,但也存在不小缺陷,第一个就是空间站尺寸大,目标也大,容易遭受攻击,第二个是建造费用高昂,比如国际空间站费用建造和维护费用已经超过1000亿美元,远远超过军用侦察卫星,尤其是在微小卫星技术发展的当下,空间站用于军事侦察监视更像是“杀鸡用牛刀”。
随着传输型侦察卫星的出现和军事强国太空政策的转变,空间站的军用应用也在减少,军事色彩减弱,更多是作为民用空间站使用,进行空间实验和试验。但是随着这几年多个军事大国或强国组建专门的太空作战部队,比如美国组建了独立的军种“天军”,俄罗斯则组建了“空天军”,法国、日本等国也组建了用于太空作战的部队。在这种情况,空间站的军事应用会不会重新被重视起来值得关注。


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用于美国军用空间站计划“载人轨道实验室”(MOL)试验任务的“双子星”载人飞船返回舱。

神秘的苏联“钻石”
提起苏联空间站,大家都会想到有名的“礼炮”系列和“和平”号空间站,其实苏联最早研制的空间站是“钻石”军用空间站。“钻石”空间站计划由苏联著名火箭专家切洛梅在1964年提出。根据设计,“钻石”空间站重约20吨,由“质子”-K运载火箭发射,可搭载2名航天员,主要用于军事侦察监视。空间站上配备了复杂的侦察系统包括雷达和光学侦察设备,可用于跟踪监视美国航母等大型战舰。
除了“钻石”空间站计划,苏联当时还提出了基于“联盟”载人飞船的“联盟”-R军用空间站计划,该计划由苏联著名火箭专家科罗廖夫提出。“联盟”-R空间站由11F71小型空间站和11F72“联盟7K-TK”载人飞船两个个部分组成,由“联盟”火箭分别发射,在轨对接,长15米,最大直径2.72米,可居住容积18立方米,总重量13吨,乘员2人。空间站安装了成像侦察和信号情报侦察设备。经过竞争,“钻石”号空间站计划得到了苏联军方的支持。1967年6月21日,苏共中央和苏联部长会议批准了“钻石”空间站计划。


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由于保密的需求,对外宣传的“钻石”空间站也借用“礼炮”这一名称。

1969年,苏联在美苏登月竞赛中败下阵来,勃列日涅夫上台后,切洛梅的影响力下降,为了加快发射空间站以挽回一些颜面,当时又启动了“礼炮”号民用空间站计划,军用和民用空间站并行发展。由于保密的需求,对外宣传,“钻石”空间站也借用“礼炮”这一名称,其实后续发射的“礼炮3号”、“礼炮4号”和“礼炮5号”都是“钻石”军用空间站。
“钻石”空间站配备多种侦察设备,整个系统称为“玛瑙”-1照相侦察系统,具体包括红外相机、可见光相机、地形相机和恒星相机等,空间站上自带有2-3个胶卷回收舱,重约360千克,可携带120千克左右的胶卷,被送回地面的胶卷可长2000米,冲洗后供情报机构判读。“和平”号空间站尺寸和重量比“礼炮”系列更大,可以携带更多的军事设备,在轨运行期间,其也执行相关侦察、监视、军用通信等任务或试验。


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苏联“钻石”空间站安装的23毫米机关炮。

根据相关资料,“礼炮3号”运行期间,3名航天员在飞行中完成了400多项军事研究和试验任务。“礼炮7号”的航天员在轨期间执行了大量军事任务,主要工作是对地对海侦察和监视,其60%时间都是从事对地侦察和大气层研究工作,有时候还要参与观察弹道导弹发射或反导试验。两伊战争期间,“礼炮7号”和6颗低轨道侦察卫星配合在海湾上空执行侦察监视任务,为此空间站还做了轨道机动。
值得一提的是,苏联空间站还装备了机关炮和动能导弹,具备攻击能力。其中,“礼炮3号”配备了“盾”-1自卫系统,系统包括1门23毫米机关炮,可用于自卫或攻击敌方航天器。该机关炮是R-23M航空机关炮的衍生型号,为了适应失重环境下射击进行了相应的改进。根据披露的相关资料,该机关炮在太空中进行实弹射击,一共发射了20枚炮弹。文章开头提到的Shchit-2导弹则是“盾”-2系统的重要组成部分。Shchit-2导弹由四个主要部分组成,动力由固体火箭发动机提供,并配备了自旋稳定系统,稳定系统由带叶片状翼面的旋转轮组成。弹头部分采用了混合动力推进技术,雷达制导头前部有一个尖端。战斗部则由一排排环绕在弹体上的小型榴弹组成,这是一种动能弹头,通过巨大的动能以直接碰撞的方式摧毁物体。


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造型科幻的Shchit-2导弹。

一直挖掘空间站军用潜力的美国
1965年8月25日,时任美国总统约翰逊批准一项军事空间站计划—— “载人轨道实验室”(MOL),主要用于太空侦察、研究人在太空生活的生理、医学等。2015年10月,美国国家侦查局(NRO)解密并公布了该计划诸多机密文件。虽然“载人轨道实验室”计划最后夭折,但还是能让大众一窥当年美国军事空间站计划。
按照设计,“载人轨道实验室”包括“双子星”载人飞船和轨道舱(实验舱)两个部分,“双子星”作为返回舱使用,轨道舱主要用于执行侦察任务。轨道舱内包含了密封舱和非密封舱两个隔室。密封舱里是居住舱和飞船操作系统,非密封舱里是光学系统。航天员需要负责操作“多里安”光学摄像系统,该摄像机在非密封舱内设置一个直径为1.8米的摄像主镜,连接密封舱的相机机身。有时候,航天员取走胶片放在回收舱里,然后由实验室释放回收舱送入大气层。有时候,航天员把胶片放在“双子星”飞船里,待返回时带回地面。
1969年,由于预算问题,耗资近14亿美元的俄“载人轨道实验室”被取消,项目无果而终。


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“载人轨道实验室”在轨运行设想图。

1973年发射的“天空实验室”是美国第一个成功入轨的空间站,在运行期间也承担不少军事任务,航天员在轨工作中完成了战略通信和对地面实施战略侦察等多种军事任务,共计拍摄4万多张地面照片,较为系统地对苏联等国战略武器设施及海军潜艇活动进行了观测。此外还实验观察人在空间长期生活和工作的能力以及对地进行侦察的能力。
上世纪80年代,美国提出了“自由”号空间站计划,虽然该计划是一个多国合作以民用为主的大型空间站计划,但美国也没有放弃其军事应用方面的考量,美国国防部对载人空间站进行广泛的军用应用研究,认为空间站在“星球大战”计划中扮演重要角色,可用于空间控制、空间保障和空间支援等领域。国防部报告提出了侦察、监视、导弹预警、战略通信、在轨维修等13项军事试验需求。虽然“自由”号空间站最终被取消,但对于美军来说,相关军事方面前期研究和探索仍然是宝贵的积累。


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美国首个空间站“天空实验室”在运行期间也承担不少军事任务。

航天是军民两用技术界限非常模糊的一个领域,即使在轨运行的国际空间站也逃脱不了被军方“惦记”的命运。航天员携带的长焦相机在轨道上拍摄的照片分辨率约为5-6米,具有一定的军用价值;欧空局的“哥伦布”舱外携带的设施可用于对地观测;2001年“9.11”事件后,美国多次提出利用国际空间站搜集反恐情报,支持美国的地面军事行动,但由于俄罗斯强烈反对作罢。国际空间站还多次发射微小对地观测卫星,拍摄的照片也可以军民两用。现在,美国又计划在国际空间站上测试用于跟踪高超声速导弹发射的设备。
总而言之,只要航天技术或航天器能稍微服务于军事领域,大部分国家都不会放弃,因为军方人士脑海里首先考虑的是维护国家安全。

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 楼主| 发表于 2021-5-29 09:53 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|中国空间站:100%自主可控的“太空母港”

澎湃新闻记者 谢瑞强 通讯员 庞丹

2021-04-29 14:07 来源:澎湃新闻

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天和核心舱发射成功瞬间。   截屏图

4月29日,我国空间站任务首发飞行器——天和核心舱成功发射,踏上了探索宇宙的征程。追随着天和核心舱的步伐,记者走进我国空间站抓总研制单位——中国航天科技集团有限公司五院,一解心中的诸多疑问。
一问:中国空间站长什么样?有什么用?
中国空间站以天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱三舱为基本构型。其中,核心舱作为空间站组合体控制和管理主份舱段,具备交会对接、转位与停泊、乘组长期驻留、航天员出舱、保障空间科学实验能力;问天和梦天实验舱均作为支持大规模舱内外空间科学实验和技术试验载荷支持舱段,同时问天实验舱还作为组合体控制和管理备份舱段,具备出舱活动能力,梦天实验舱具备载荷自动进出舱能力。
中国空间站三舱飞行器依次发射成功后,将在轨通过交会对接和转位,形成“T”构型组合体,长期在轨运行。组合体在轨运行寿命不小于 10 年,并可通过维修维护延长使用寿命。
开展空间站工程,将从国家全产业链角度,极大地引领和带动包括空间科学、生命科学等多种前沿学科和原材料、元器件、智能制造等多领域先进技术发展,发挥着不可替代的作用。空间站作为长期在轨运行的“太空母港”,其天然的高真空、微重力、超洁净环境也可以充分用于开展各类科学技术研究,推动科学技术进步。因此,空间站工程将产生巨大经济效益和社会效益,已经成为衡量一个国家经济、科技和综合国力的重要标志,受到各航天大国的高度重视。
二问:中国空间站与国际空间站有什么不同?
国际空间站是目前在轨运行最大的空间平台,是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室。它的规模大约有423吨,由美国、俄罗斯、加拿大、日本等16国联合,先后经历12年建造完成。
中国空间站由一个核心舱和两个实验舱组成,在总体规模上不及国际空间站,这主要是在建设思路上按照符合中国国情,有所为、有所不为来考虑,综合当前需求和耗费等因素,不搞像国际空间站那么大规模的空间站,而是采用规模适度、留有发展空间的思路,既可以满足重大科学研究项目的需要,又同时具备扩展和支持来往飞行器对接的能力。
在建设过程中始终追求技术进步,充分采用当代先进技术建造和运营空间站,全面掌握大型空间设施的建造和在轨操作能力;同时注重应用效益,在空间站应用领域将取得重大创新成果,追求运营经济性,走可持续发展的道路。
此外,中国空间站由我国自主建造,实现了产品全部国产化,部组件全部国产化,原材料全部国产化,关键核心元器件100%自主可控。
三问:中国空间站的工程目标主要是什么?
据航天科技集团五院专家介绍,中国空间站主要有五大工程目标:一是建造并运营近地空间站,突破、掌握和发展大型复杂航天器的在轨组装与建造、长期安全可靠飞行、运营管理和维护技术,提升国家航天技术水平,带动相关领域和行业的科技进步,增强综合国力。
二是突破、掌握和发展近地空间长期载人航天飞行技术,解决近地轨道长期载人航天飞行的主要医学问题,实现航天员长期在轨健康生活和有效工作。
三是建成国家太空实验室。发展具有国际先进水平的空间科学与应用能力,开展多领域空间科学实验和技术试验、空间应用,以及科普教育,获取具有重大科学价值的研究成果和重大战略意义的应用成果。
四是开展国际(区域)合作,为人类和平开发和利用空间资源做出积极贡献。五是以在轨服务、地月和深空载人探测需求为牵引,试验和验证相关关键技术,为载人航天持续发展积累技术和经验。
四问:中国空间站任务分为几个阶段,当前阶段需要突破哪些关键技术?
中国空间站任务分为关键技术验证、组装建造和运营三个阶段,目前正处于关键技术验证阶段。在这个阶段,将发射天和核心舱和 2艘载人飞船、2艘货运飞船,在轨验证7大关键技术:空间站推进剂补加、再生生保、柔性太阳电池翼和驱动机构、大型柔性组合体控制、组装建造、舱外操作、在轨维修,为实施空间站组装建造和长期运营任务奠定坚实基础。

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 楼主| 发表于 2021-5-29 09:55 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|天舟二号发射成功,鱼香肉丝、宫保鸡丁上太空

澎湃新闻记者 谢瑞强

2021-05-29 21:41 来源:澎湃新闻

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空间站天和核心舱将迎来第一位“访客”——天舟二号货运飞船。
5月29日,长征七号运载火箭在海南文昌航天发射场将天舟二号货运飞船送入太空。
据中国载人航天工程办公室消息,29日晚,搭载天舟二号货运飞船的长征七号遥三运载火箭,在我国文昌航天发射场点火发射,飞船与火箭成功分离,天舟二号进入预定轨道。随后,太阳能帆板两翼顺利展开且工作正常,发射取得圆满成功。
天和核心舱经过近30天的在轨运行等待后,将首次迎来货运飞船的到访,签收第一个太空“快递”。
那么,天舟二号货运飞船向天和核心舱运送了什么物资?先透点风,根据计划,下个月3名航天员将乘坐飞船前往核心舱工作生活约3个月,他们的“衣、食、住、行”和工作的必备物资,是这次天舟二号“快递”的重要内容之一,其中就有大家熟知且美味可口的中式美食,诸如鱼香肉丝、宫保鸡丁等配菜。


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天舟二号将携带3人3个月航天员消耗品、2套舱外航天服及平台物资。  本文图片均来自航天科技集团五院

兵马未动粮草先行
“兵马未动粮草先行”,这句话放在空间站建设中也是适用的,在发射神舟载人飞船之前,也需要先向空间站发射货运飞船,将各种“粮草”提前送到,因此货运飞船也被很多人称为“太空快递员”。
与载人飞船主要执行航天员天地往返不同,货运飞船的主要任务有三个:一是为空间站上行运输和在轨存储、补给物资;二是为空间站存储和下行废弃物资并受控陨落于预定区域;三是配合空间站进行组合体轨道和姿态控制,协助开展适应货运飞船能力的空间应用和技术试验。那么,这次天舟二号货运飞船向太空送了什么“快递”呢?
据悉,天舟二号将携带3人3个月航天员消耗品、2套舱外航天服及平台物资,与核心舱进行对接;其在停靠空间站期间,将按计划开展多项在轨试验。
根据空间站建设计划,下个月我国将发射神舟十二号载人飞船,3名航天员乘坐飞船前往核心舱。3名航天员要在核心舱工作生活约3个月的时间,因此要为他们备足各种物资,方便他们在太空里的“衣、食、住、行”和工作,此次天舟二号送去的“快递”里便有各种生活物资。
空间站的食物可谓太空一绝,让人隔空垂涎。我国的航天食品有不少传统中式菜品的身影,具有明显的中式特色。食物不仅有主副之分,讲究荤素搭配,更有独特的风味,甚至人人皆知的鱼香肉丝、宫保鸡丁……都出现在航天员的美食列表里。
舱外航天服是航天员出舱活动的必要装具。航天服主要分为舱内航天服和舱外航天服。中国载人航天工程副总设计师杨利伟委员此前介绍:舱外航天服是航天员执行太空出舱任务时穿着的,舱外航天服将航天器的很多功能浓缩到衣服上,这套服装分为6层,具有防辐射、防高低温、压力调整等作用,还具备生命保障系统。相比舱内航天服,舱外航天服重量一般有120多千克。


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测试中的天舟二号。

除了生活物资以外,天舟二号还带去了推进剂。在对接期间,天舟二号将为核心舱进行燃料加注与姿态控制。值得一提的是,天和核心舱推进系统实现了完全自主补加,不再需要地面指令干预或是航天员的辅助。
此外,天舟二号还将带去实验设备、实验资料等物资,等到神舟十二号飞船将航天员送至天和核心舱,再由航天员在轨取出并安装。至神舟十二号飞船返回后,天舟二号还会在太空表演一番“杂技”——与核心舱尾部对接口分离,自主机动至核心舱节点舱轴向对接口对接,进一步验证关键技术。
天舟二号货运飞船虽然携带大量货物,但所有货物摆放十分规律,其货架看似与普通货架无异,但所有的细节和构型都经过科学分析,中间留出通道,航天员可在货架中顺畅通行,拿取货物。
“货物千万件,安全第一件。”面对如此多的货物,如此繁杂的处理工作,空间站又将如何管理呢?航天科技集团五院天舟二号货运飞船系统主任设计师杨胜指出,空间站将地面的物流技术也应用其中,借鉴国内物流先进的管理技术,航天员通过扫描二维码的方式,便能获得货物的位置信息和产品信息,同时该系统对产品信息的库存数量还能做到动态掌控,让空间站货物一分一厘的变化都记录下来,从而确保航天员的工作生活更轻松便捷。


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天舟二号货运飞船运货能力6.9吨

国际领先水平的“天舟”
货运飞船最早由载人飞船演变而来。上世纪70年代,美苏开始发射空间站,空间站物资补给起初都是由载人飞船负责,但这种人货混装的方式运送的物资比较有限,影响了空间站的物资补给。在这种情况下,苏联最先在载人飞船基础上发展了货运飞船——“进步”号。该飞船也是世界上第一种货运飞船,由“联盟”载人飞船改进而来,可携带1.7-2.4吨左右的货物。“进步”号货运飞船不断改进,至今仍是国际空间站补给的主力。
国际空间站建成后,美国、欧空局和日本等也研制了货运飞船。至今,全世界已发射过约200艘货运飞船。
2017年4月20日,中国首艘货运飞船天舟一号在海南文昌发射场首飞成功,当年9月22日,天舟一号在完成各项任务和拓展试验后受控离轨再入大气层。任务期间,天舟一号先后验证了空间站货物补给、推进剂在轨补加、自主快速交会对接等一系列重要关键技术,为我国空间站研制建设和运营管理积累了重要经验。
天舟货运飞船由货物舱和推进舱两舱组成,采用型谱化、模块化设计思想开展平台构型和布局设计。据航天科技集团五院天舟二号货运飞船总指挥冯永介绍,天舟二号货运飞船是空间站工程建造阶段的首艘飞船,其发射重量13.5吨,运货能力6.9吨,在轨寿命不小于1年,供电能力不小于2700瓦。


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天舟二号模拟图。

作为货运飞船,运载能力自然是第一评估要素。航天科技集团五院天舟二号货运飞船总体副主任设计师雷剑宇介绍说,“目前世界上最大运载能力超过5吨的现役货运飞船只有两型,中国的天舟就是其中之一,天舟货运飞船的运载能力处于国际领先水平。”
载货比是指货物重量占整个飞船的总重量的比例,是考核货运飞船的一个主要指标,载货比数值越高,说明飞船运载货物的效率越高。据悉,天舟货运飞船载货比达到了48%,居世界第一。
据航天科技集团五院天舟二号货运飞船总设计师白明生介绍,天舟二号在设计上充分体现了中国特色,其主要设计原则和指导思想可以概括为6个方面:一是优化平台设计,严格控制平台自身重量,最大程度提高货物运输能力;二是充分整合平台资源,满足空间站推进剂在轨补加、航天员驻留资源补给以及设备维修维护更换等不同种类货物运送需求;三是丰富交会对接技术手段,实现全天候发射,入轨后可快速交会、全方位对接,形成空天应急快速响应能力;四是发挥平台在轨潜力,支持并配合空间站长期运行,开展空间科学试验,实现在轨综合应用;五是统筹平台设计,兼顾空间站关键技术和关键设备验证需求,为空间站研制尽可能多的扫除技术障碍;六是支撑现在,引领未来,标准方案与拓展方案集成设计,适应后续任务发展,一次设计、长期受益。

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 楼主| 发表于 2021-5-29 09:56 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|130余项改进,让货运飞船“专列”更可靠

澎湃新闻记者 谢瑞强

2021-05-29 22:26 来源:澎湃新闻

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5月29日,长征七号遥三火箭在海南文昌发射场准时点火升空,将天舟二号货运飞船准确送入预定轨道,发射取得圆满成功。
这是中国空间站在轨建造工程第二战,4月29日,长征五号B火箭成功将天和核心舱送入太空,长征七号由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)抓总研制,本次发射是长征系列火箭的第371次发射。
运货飞船的“专列”
长征七号火箭是为了满足中国空间站工程发射货运飞船而研制的新一代中型运载火箭。货运飞船作为向空间站及空间科学实验室运送货物和推进剂等物资的使者,被亲切的称为太空中的“快递小哥”。
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2016年6月25日,长征七号遥一运载火箭进行首飞,成功将载荷送入预定轨道。2017年4月,长征七号遥二火箭成功将我国第一艘货运飞船天舟一号送入预定轨道。
时隔四年后,太空快递业务再次开通,长征七号火箭再出发,将天舟二号货运飞船送入太空。之后,天舟二号将与在轨运行的天和核心舱进行对接,完成燃料和物资的输送,为后续载人飞船的发射奠定良好的基础。
按照空间站在轨建造任务规划,今明两年我国将连续实施11次飞行任务,包括3次空间站舱段发射,4次货运飞船发射及4次载人飞船发射。长征七号运载火箭试验队现场01指挥员、主任设计师徐利杰评论道:“2年11次任务,环环相扣,就像接力赛跑,每发任务的成败都将关乎中国空间站建造计划能否顺利实施。本次任务作为中国空间站工程建造阶段承上启下的关键之战,代表国家形象、牵动亿万人心,使命光荣、责任重大。”
作为新一代中型运载火箭,长征七号将是未来航天发射的“主力军”,以长征七号火箭为基础衍生出具备高轨发射能力的长征七号甲火箭在今年3月发射成功。随着两型火箭技术方案的完善和性能的稳定,长征七号系列火箭可逐步替代我国现役长征运载火箭有关型号,执行更多的重大发射任务。除了空间站建造阶段2年4次发射任务之外,进入空间站运营阶段后,长征七号运载火箭还将每年保持2次发射的当量。
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另外,长征七号运载火箭近地轨道运载能力达到14吨,论“力气”比传统燃料的运载火箭多出一半以上,因此它不仅可以实现大型有效载荷的发射任务,还可以搭配上面级或者二级采用多次启动技术,实现零度轨道倾角卫星发射任务、探月、探火和小行星探测等深空探测等任务。根据目前任务安排,长征七号甲火箭2025年前任务安排饱满,将每年执行3-5次发射任务。
130余项改进让火箭更经济更可靠
本次任务是长征七号运载火箭的第三次发射,距离长征七号遥二发射已经过去了4年,在此期间,型号队伍开展了大量的优化改进设计,不仅实现了从“零窗口”到“窄窗口”发射的技术跨越,另外还通过简化、优化箭上测量系统、优化贮箱增压设计等130余项改进,使火箭更加经济、可靠,更有利于批生产和高密度发射。
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与“窄窗口”相比,“零窗口”发射的难度在于发射时间精确到秒,如果发射前系统的某个环节出现问题,就只能推迟到下一个发射窗口,重新组织推进剂加注和发射工作,对发射任务带来比较大的影响。而长征七号火箭作为低温火箭,与常规火箭相比,还面临低温推进剂加注问题和复杂的发射前流程。因此,要实现“零窗口”发射,难度更大。
“发射前4分钟内,要连续完成10多个关键动作,比如贮箱增压、管路排空、连接器脱落、摆杆摆开等一系列复杂动作,哪个环节出现异常都会影响“零窗口”发射。”徐利杰介绍。在长征七号遥二火箭发射天舟一号货运飞船时,就实现了“零窗口”发射。
虽然已经具备了“零窗口”发射技术,但是为了更好的适应故障情况,提高火箭按时发射的能力,型号队伍一直技术上的突破,在长征七号运载火箭上首次采用自动获取起飞时间进行入轨目标参数在线迭代修正技术,对飞行弹道、落点等进行评估,并分析不同工况、不同起飞时间对入轨精度和运载能力的影响,并通过大量的数字和半实物仿真,最终将精确到秒的“零窗口”拓展为2分钟左右的“窄窗口”,也就是说,如果火箭起飞时间的偏差在2分钟以内,火箭就可以根据起飞时间自行修正飞行轨迹,保证货运飞船仍然能够进入核心舱所在的轨道面,提升了长七火箭对发射任务的适应性。
此次发射的长征七号火箭还简化、优化箭上测量系统设计。删减了用于研究性的测量参数,箭上测点数量约减少三分之一,测量系统单机数量减少近一半,不仅节省了成本,也有助于提升部分关键参数的采样精度。另外,本次火箭还采用了高码率Ka频段天基测量系统,与长征七号遥二火箭采用的S频段测量系统相比,传输码速率提高了20余倍,实现了火箭飞行遥测全程无盲区。
在优化箭上贮箱增压设计上。火箭团队结合前两次飞行试验结果分析,在不影响正常使用的情况下,助推器减少了一个贮箱增压气瓶,并将各模块贮箱增压压力控制带进行了优化,提升了增压气体的利用率。
为了缩短火箭的生产周期,新的长征七号火箭将火箭助推和一级尾端、一级后过渡段由复合涂层改为普通涂层。改进后,简化了施工工艺,缩短了生产周期。以一级后过渡段为例,改进后生产周期由原来的18天左右缩短到13天,为后续批量生产奠定基础。
“聚焦“零窗口”发射、聚焦飞行成败,一个细节一个细节进行梳理,充分辨识设计上存在的薄弱环节并进行改进,此外,针对其他火箭质量问题从机理上开展举一反三,确保火箭以最佳的状态、最优的性能投入到本次任务中,用过程完美确保结果圆满。”徐利杰说。

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 楼主| 发表于 2021-6-16 09:45 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|神十二即将出征,盘点中国航天员的“名场面”

澎湃新闻记者 南博一 实习生 耿祥

2021-06-16 17:03 来源:澎湃新闻

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神舟十二号载人飞船正待命出征,中国航天员时隔五年将再度飞天。
从神舟五号到神舟十一号,迄今已有11名航天员、14人次执行过载人航天飞行任务。中国航天员先后14人次勇闯苍穹,巡游太空68天,创下了中国载人航天征途上一个个“第一”,一个个“名场面”成为国民的永久记忆。
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 楼主| 发表于 2021-6-17 10:58 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|应对空间站意外情况,值班火箭最快十天内发射

澎湃新闻记者 谢瑞强 通讯员 付应丽

2021-06-17 09:47 来源:澎湃新闻

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在空间站在轨建造及运营阶段,假如空间站或飞船出现较为严重的危险或故障,地面必须快速发射救援飞船把航天员接回。因此,自遥十三火箭起,由航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)抓总研制的长征二号F运载火箭(简称“长二F火箭”)实行应急救援值班,最快10天内就能实施发射。
同时进场,并行作业
自遥十二、遥十三火箭起,长二F火箭采取“发射1发、备份1发”的“滚动备份”发射模式。以遥十二与遥十三火箭为例,两发箭同时进场,先开展遥十三火箭总装测试工作,再开展遥十二火箭总装测试和发射工作。两发火箭流程上存在交叉,型号队伍并行作业。
这对一直以来发射密度并不高的长二F火箭来说是个不小的挑战,但研制人员克服了重重困难,通过超常工作,确保了在遥十二火箭发射前,遥十三火箭完成基础级、整流罩(半罩)和逃逸塔总装测试,并封存于厂房内,进入应急值班状态,具备应急发射能力。


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长二F火箭逃逸塔和整流罩。本文图片来源:中国航天科技集团

今年是空间站在轨建造任务开局之年,长二F火箭也迎来了高密度发射年,今明两年计划执行4次发射任务,发射密度前所未有。此外,未来几年,长二F火箭还将继续以每年2发的高频率执行发射任务,在我国空间站在轨建造、运营过程中担纲重任。
征途漫漫,惟有奋斗。长二F火箭总指挥荆木春指出,火箭研制人员深感责任重大、使命光荣。大家将把成功作为信仰,按照“一次把事情做对、一次把事情做好”的理念,极端负责、挑战自我、小中见大、精益求精,不断提高火箭可靠性,优化发射场流程。


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长二F火箭具备10天内及20天内两种状态的应急发射能力。

值班火箭最快10天内发射
假如意外真的来临,接到应急救援命令后,长二F火箭基础级、整流罩(半罩)和逃逸塔可以立即同步高效开展工作。
型号队伍编制了应急发射流程,进一步优化发射场流程,减少重复性测试项目,单日延长应急工作时间,大幅缩短了发射周期。
长二F火箭总体主任设计师常武权介绍,火箭基础级经过紧急的状态恢复和必要的检查之后,由技术区转运到发射区,继续开展相应的对接和状态检查准备工作。与此同时,整流罩、逃逸塔分别完成扣罩、组装工作,随后前往发射区与火箭基础级“会合”。必要的功能检查和测试后,火箭进入发射状态,整个过程效率极高。
根据空间站应急救援任务具体需求,长二F火箭具备10天内及20天内两种状态的应急发射能力,能够快速发射飞船将航天员安全接回。


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从今年起,长二F火箭采取“发射1发、备份1发”的“滚动备份”发射模式。

竖立存放半年
当然,还有一种最令人欣慰的情况,空间站一切顺利,值班火箭一直安安静静地在技术阵地等待着,直到转入下次任务正常发射流程,这个周期最长可能有半年之久。
那么,长期竖立存放会不会对产品产生不利影响?常武权介绍,型号队伍经过大量的分析、试验之后,认为完全可以承受这些变化,不会受到影响。
火箭竖立存放时,所有单机和产品都必须安装完毕吗?型号队伍出于安全等因素考虑,分析后决定,一些箭上电池以及火工装置等暂不安装,存放于专门的库房。这样,即便接到应急救援任务,也能在规定时间内实施发射。
“常胜将军”长二F火箭,一直所向披靡,驰骋天际。现在,虽然执行值班制,但希望在未来我国空间站建造及运营过程中,意外永远不会来临,值班的长二F火箭永远都不用应急“上岗”。

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 楼主| 发表于 2021-6-17 11:00 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|“神箭”再出征!“满分”成绩是如何做到的?

澎湃新闻记者 谢瑞强

2021-06-17 09:40 来源:澎湃新闻

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有“神箭”之誉的长征二号F火箭再次成功发射神舟载人飞船,7次载人发射任务,均取得“满分”的骄人成绩。
6月17日,长征二号F遥十二运载火箭(简称“长二F火箭”)呼啸升空,成功将载有3位航天员的神舟十二号飞船送入预定轨道。我国载人航天工程空间站在轨建造阶段首次载人发射取得圆满成功,为后续任务顺利实施奠定了坚实基础。
长二F火箭由航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院(以下简称:火箭院)抓总研制,本次任务是长征系列运载火箭的第374次发射。


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垂直转运中的长二F遥十二火箭。 本文图片来源:航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院。

全战全胜的“神箭”
长二F火箭是专门为我国载人航天工程研制的火箭,也是目前我国唯一一型载人运载火箭。作为一枚“明星”火箭,每一次发射都举世瞩目。长二F火箭使我国成为世界上第三个能够把航天员送上太空的国家。
长二F火箭是专门用于载人航天的二级运载火箭,也是目前中国所有运载火箭中系统最复杂的火箭,火箭在1992年立项,1999年首飞。近30年来,长二F火箭全程参与了中国载人航天工程“三步走”战略的每一步,共执行十余次任务,其中包括发射5艘无人飞船、2个空间实验室和7艘载人飞船,均取得圆满成功,将12名、17人次航天员送入太空,在我国载人航天工程的史册上,长二F火箭留下了浓墨重彩的一笔。
长二F火箭载人飞船状态增加了故障检测和逃逸救生系统,在火箭顶部带有逃逸飞行器,全箭可靠性指标0.97,安全性指标0.997,是我国可靠性指标最高的运载火箭。
虽然发发成功,但为了圆满完成空间站在轨建造阶段的高密度发射任务,中国航天史上这枚技术最复杂、可靠性和安全性最高的航天员“专列”,进行了多项技术改进,让火箭更可靠、更安全、更灵活。
火箭院长二F火箭总设计师容易说:“载人航天,人命关天。保障航天员安全进入太空,是每个载人火箭研制人员特殊的使命和责任。”


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长二F是我国可靠性指标最高的运载火箭。

火箭更可靠
火箭院长二F火箭总指挥荆木春介绍,此次用于发射神舟十二号飞船的长二F火箭共进行109项技术状态更改,其中有70余项与可靠性提升相关。这些改进不涉及重大技术状态变化,主要是为了消除薄弱环节。
如针对发动机点火失效风险,将主机传火孔直径从4毫米改为6毫米,进一步提升点火可靠性;根据位置不同,对发动机二级游机推力室喷注口提出更加精细的角度设计要求,使推进剂能够更加充分地融合、更加高效地燃烧,为火箭提供强劲动力……
每一处改进,都体现了研制人员对可靠性的不懈追求,背后都意味着无数次的理论分析、数学仿真和试验验证。当火箭的可靠性越来越接近1的时候,小数点后每一个数字的微小变化,实现起来都无比艰辛。长二F火箭总体副主任设计师秦曈说:“在可靠性已经相当高的情况下再提升,难度可想而知”。
长二F火箭总体主任设计师常武权用考试打比方:从50分提高到90分相对容易一些,但从90分提高到91分,甚至91.1分,尽管只有0.1分的提升,但背后的工作并不比从50分提高到90分少。
在长二F火箭副总师刘烽看来,“为了确保任务成功、确保航天员安全,只要能换来百分之零点零几,甚至是零点零零几的指标提升,我们所做的任何工作都是值得的”。
越是艰难越向前。这支骁勇善战的队伍,精益求精,尽善尽美,最终将长二F火箭的可靠性从指标要求的0.97提升到0.9894,再次刷新了纪录,处于世界前列。


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执行此次发射任务的长二F火箭逃逸安控体制进行了更改,提高了保密安全性能和抗干扰性能。

航天员更安全
载人航天,人命关天,容不得半点闪失。长二F遥十一火箭在发射神舟十一号飞船时,安全性评估值达0.997,但研制队伍在追求安全性的道路上从未止步。为确保航天员安全,遥十二火箭逃逸安控体制进行了更改,提高了保密安全性能和抗干扰性能。控制逃逸发动机新增了点火功能,进一步提高了火箭的安全性。
假如火箭突发意外情况,逃逸系统启动,逃逸飞行器像“拔萝卜”一样带着返回舱飞离故障火箭。返回舱与逃逸飞行器分离后,打开降落伞,缓慢降落到地面。但开伞过程中,返回舱会受到地面低空风的极大影响。
以前逃逸飞行器只能往一个固定的方向逃逸,存在一定的安全风险。刘烽举了个例子,“如果说逃逸飞行器只能向东逃逸,正好这时地面吹来一股向西的风,这样,返回舱处于开伞状态的时候,很可能又被吹回到故障火箭的附近,航天员就比较危险。”
研制人员在现有的控制逃逸发动机的基础上,通过对软件进行调整,新增发动机点火功能,使逃逸飞行器可以向垂直于地面风的方向逃逸,更加安全、灵活。“比如说,地面刮的是南风或者是北风,现在我的逃逸能力提升了,可以提前选择与南风或北风垂直的东方向逃逸,避开地面风”,常武权说。
逃逸系统改进后,火箭安全性评估值达0.99996这一国际先进水平。常武权通俗地解释了小数点后这一串数字的意义,“就目前的技术状态,长二F火箭需要发射十万次,才会有4次逃逸失败,平均一万次发射,还不到一次逃逸失败的情况。在保障航天员安全方面,它比‘万无一失’的水平还要高一些”。


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为了适应空间站任务,此次长二F首次采用了起飞滚转技术。

火箭更灵活
本次发射中,长二F载人状态火箭还首次采用了起飞滚转技术,更加灵活。
以往,长二F火箭的任务较为单一,射向基本一致,火箭点火起飞后,经过俯仰转弯等姿态调整,直接瞄准一个固定的射向,在一个射面内飞行即可。但后续空间站在建造和长期运营过程中,轨道倾角会有0.1°到0.5°的变化范围。
而火箭要适应这种变化,有两种方法:一是针对每次任务的轨道倾角,改造瞄准间,确定火箭射向;二是通过火箭自身起飞滚转适应轨道倾角的变化和射向的变化。前者工作量巨大,并非最佳方案。
因此,型号队伍根据任务特点,从火箭自身出发,在载人状态的长二F火箭上首次应用起飞滚转技术,使火箭起飞后在空中转体,转到合适的角度后,再飞向任务要求的方向。采用该技术以后,长二F火箭更加灵活,任务适应能力也进一步提高。
此外,为了适应空间站在轨建造及长期运营需求,研制团队对火箭活动发射平台进行了全面大修,同时基于可靠性、操作性、维修性、应用成熟型号的成熟技术等多方面考虑,对平台进行了升级改进。
长二F火箭地面发射支持系统主任设计师刘海波介绍,最典型的就是在发射平台改进设计过程中,大范围采用冗余设计,不断提高其可靠性。此外,活动发射平台的操作便捷性也显著提升。
活动发射平台总体设计师任晓伟举了个例子,平台上有两台“方向机”,一主一备。原来,如果主机发生故障,需要手动拆除主机上的配件,再给备用机装上一个新的配件,全程约2小时。 “现在加一个离合手柄,1分钟就能完成主备机的切换,效率有了质的飞跃”,任晓伟说。
一些在长征五号、长征七号运载火箭活动发射平台上得到验证的成熟技术和产品,也用于替代那些老化的,工艺或技术过时的产品。如用行星齿轮减速器代替支撑臂上原来使用的滚柱密切圆减速器,使传动效率由60%左右提升至95%左右……

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 楼主| 发表于 2021-6-17 11:02 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|优化升级!神舟十二号飞船Get五个新技能

澎湃新闻记者 谢瑞强

2021-06-17 10:35 来源:澎湃新闻

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6月17日,在长征二号F火箭的托举下,神舟十二号载人飞船发射升空并进入预定轨道,发射获得圆满成功。
神舟十二号载人飞行任务是空间站关键技术验证阶段第四次飞行任务,也是空间站阶段首次载人飞行任务,飞船成功进入预定轨道标志中国空间站建造任务再次向前迈出了一大步!


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神舟十二号飞船在轨运行模拟图。本文图片 中国航天科技集团五院

不断优化升级的“神舟”
神舟十二号载人飞船是由航天科技集团五院抓总研制,是迄今为止我国研制的标准最高,各方面指标要求最严格的载人航天器,据五院总体设计部神舟十二号载人飞船系统总体副主任设计师高旭介绍,飞船由轨道舱、返回舱和推进舱构成,全船共有14个分系统,是航天员实现天地往返的生命之舟。
轨道舱配备了航天员在轨生活支持设备、交会对接敏感器等关键设备,为自主快速交会对接做好充分准备,返回舱是飞船发射和返回过程中航天员所乘坐的舱段,是飞船的“大脑”,推进舱则装配推进系统、电源等设备,为飞船提供动力,并在飞行过程中进行姿态轨道的控制。
神舟十二号载人飞船是我国空间站任务阶段第一艘载人飞船,是载人空间站建设的重中之重。那么,相对以往发射的神舟载人飞船,神舟十二号飞船Get了哪些新技能呢?
第一个新技能是首次实施载人飞船自主快速交会对接能力,在空间站不断调整姿态的配合下,神舟十二号载人飞船与空间站对接,据神舟十二号载人飞船系统总体副主任设计师高旭介绍,神舟十二号就像是有着全自动驾驶功能的“超跑”,自主计算,自主判断到达目的地。
第二个新技能是具备绕飞空间站并与空间站径向交会能力。在此次任务中,神舟十二号载人飞船的交会能力得到加强,具有更复杂的交会对接飞行模式,具备与空间站进行前向、后向、径向对接口对接和分离的功能,并将在本次任务中首次开展绕飞和径向交会对接试验。


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测试中神舟十二号飞船。

第三个新技能是具备长期在轨停靠的能力。神舟十二号载人飞船将实现在轨停靠3个月,据介绍,为适应空间站复杂构型和姿态带来的复杂外热流条件,神舟团队对返回舱、推进发动机和贮箱等热控方案,船站并网供电方案进行了专项设计。使飞船具备了供电、热环境保障的适应性配套条件,高旭用游戏技能形象地打了比方,“我们现在首次将技能点数全部点满,飞船停靠3个月是没有问题的。”
第四个新技能是可从不同高度轨道返回东风着陆场。在神舟十二号之前,载人飞船都从固定的轨道返回地球,空间站任务中空间站为了节省推进剂的消耗,轨道位置会随着不同时间节点而进行相应的调整,为满足长期停靠的要求。神舟团队为此对返回轨道重新进行了适应性的设计,使载人飞船返回高度从固定值调整为相对范围,并改进返回的算法,提高载人飞船返回适应性和可靠性。
第五个新技能是具备天地结合多重保证的应急救援能力。“载人航天,人命关天”始终是神舟团队心中至高无上的信条,为了保证天上、地上都具有保护航天员生命,在紧急条件下接回航天员的能力,神舟团队开创了天地结合的应急救援任务模式,即携带两艘飞船进场,由一艘船作为发射船的备份,作为遇到突发情况时航天员的生命救援之舟。
根据规划,神舟队伍采用“滚动待命”策略,在前一发载人飞船发射时,后一发载人飞船在发射场待命,并具备8.5天应急发射能力以实现太空救援的能力。
有了这些升级优化,神舟十二号飞船功能更加完善。高旭指出,“神舟十二号是迄今为止功能最完整、最完全的飞船,形象点来说,它已经完全实现载人航天工程立项之初载人飞船研制目标。”


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神舟十二号飞船功能更齐全。

两艘飞船首次同时进场
为保证天地结合的应急救援能力,神舟队伍在此次任务中携带两艘飞船进场,在2个多月里,一支队伍并行开展两艘飞船的总装、测试及后续工作,难度之大,任务之密集,可想而知。在距离宾馆约10公里的技术厂房,测试大厅和总装大厅总是在深夜仍然保持灯火通明的状态,工作24小时紧锣密鼓地进行着。
在这个决战决胜的主战场,没有双休日,没有节假日,神舟队伍没有一天放松警惕,没有一天放松标准,他们在用行动诠释着“特别能吃苦,特别能战斗,特别能攻关,特别能奉献”的载人航天精神内核,在面对任务巨大的压力时,面对史无前例的挑战时,这样一群勇敢、坚定、拼搏的神舟队伍,高擎载人航天精神的大旗,踏步流星,无畏前行。
“我们在这么短时间内完成神舟十二号的全部工作,神舟十三号待命前的准备工作,这是属于神舟队伍的骄傲!”神舟十二号飞船系统总指挥何宇这样深情流露。“以国为重,以事业为天,以队友为亲人,这就是神舟团队!”
在整个型号研制和发射场工作中,一次次进行预想回想,一步步实现方案优化,确保各项方案成熟,确保风险严格把控,在神舟人眼中,只有“成功”唯一的目标。在大大小小的会议上,神舟十二号飞船系统总设计师贾世锦不断叮嘱试验队员,“集中精力,精心操作,要确保发射场工作零缺陷、零失误、零遗漏。”
试验队员始终将“载人航天,人命关天”的信条铭刻在心上,将“要求更严、工作更细、标准更高、作风更硬”的载人航天高标准付诸行动,正是在这样的努力下,神舟十二号载人飞船才能以最稳定的姿态,最自信的选择举重若轻地完成好预定任务,赢得举国惊呼和世界瞩目。

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 楼主| 发表于 2021-6-17 11:04 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|神十二成功对接核心舱,这个系统是“功臣”

澎湃新闻记者 谢瑞强 通讯员 薛飞

2021-06-17 16:26 来源:澎湃新闻

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6月17日,在入轨约6.5小时后,神舟十二号载人飞船搭载3名航天员与天和核心舱完成了全自主快速交会对接。这是我国载人飞船在太空实施的首次快速交会对接。
这次快速交会对接成功进行背后离不开“功臣”——GNC系统(制导导航与控制系统)的鼎力相助。GNC分系统是飞船的核心分系统,是最体现飞船研制水平的一个方面,从飞船发射时的应急救生,到飞船在太空飞行过程中的姿态与轨道控制、帆板控制,再到与空间站全自主的交会对接,以及绕飞、人控操作等,都是由GNC系统来保证。
由航天科技集团五院502所研制的GNC系统从1999年神舟一号载人飞船首飞以来,经过多年的进化,至神舟十二号载人飞船,GNC系统进行了全面升级,为我国的空间站建设提供了有力支撑。


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神舟十二号的GNC系统进行了全面升级。本文图片 中国航天科技集团五院

多方案全自主的“快速交会对接”
相对于之前发射神舟飞船,神舟十二号载人飞船一个很大的不同就是首次在载人飞船中引入了天舟货运飞船配备的快速交会对接,具备和天舟二号货运飞船一样的全相位全自主交会对接功能。
2017年,天舟一号和天宫二号快速交会对接在轨试验圆满成功,使我国成为世界上第三个掌握近地快速交会对接的国家。上个月发射的天舟二号也采用了快速交会对接。此前从发射到交会对接,飞船需绕地球30多圈,时间按天计算,而采用快速交会对接后仅需几圈,只要几个小时。
据悉,根据任务要求的快速交会对接小于6.5小时的功能要求,航天科技集团五院502所结合近距离交会对接的时间设定,就远距离自主交会设计了多套方案,这些都是全自主方案。当然,方案还可以是个性化的,即通过地面进行按需定制,并在发射前告知GNC系统,则系统就会全程自主执行。
近距离交会在中国载人航天工程“三步走”战略第二步时已经是全自主方案,但由于空间站多对接口的新特点,以及后向对接口有货运飞船停泊时对后向合作目标的遮挡等约束。第三步近距离交会在第二步停泊点交会方案基础上,对原有设计状态和飞行模式进行改造,增加了新的飞行工况——直接交会方案,相对停泊点交会方案,直接交会方案用时更短,消耗推进剂更少。


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神舟十二号飞船。

巧设一个点,省时又省力
这是空间站附近空间中的一个点,它是近距离全自主直接交会方案的灵魂,是我国空间交会对接技术和绕飞技术进一步完善的结晶,也是载人航天工程第三步实现快速交会对接的捷径。为了适应空间站运营多对接口和快速交会对接的新需求,航天科技集团五院502所在载人航天工程三步走战略第二步掌握自动、手动交会对接和绕飞技术基础上,第三步即空间站阶段为交会对接任务新增了飞行特征点——中瞄点。
中瞄点是交会对接“中途瞄准点”的简称,是载人飞船、货运飞船和空间站交会对接前的“中转站”,位置在空间站后下方,通过该点可以最方便地,快速完成与空间站前向、径向和后向对接口的交会对接,具有省时(时间)省力(推进剂消耗)的特点。引入中瞄点是我国交会对接技术水平不断发展、设计自信实施自信的体现。
如果把交会对接比喻成爬山,则载人航天工程第二步时的后向停泊点交会方式在正式登顶的过程中要预演或彩排登顶几次,前面的登顶是为最后的正式登顶确认自己的状态及相关保障条件,费时费力。中瞄点交会方式则是通过“中瞄点”这个临近山顶的赛点,过程中就可以确认目标和保障条件,并根据自身状态动态调整攀登节奏,直至登顶,用时用力最大可节省40%。


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神舟十二号飞船与核心舱及货运飞船组合体对接模拟图。

继承+进化,保可靠保安全
神舟十二号载人飞船GNC分系统的功能实现是以组成系统的一台台单机及其软件来实现的,单机在飞船的轨道舱、返回舱和推进舱均有分布,为保证整个系统的可靠性和安全性,神舟十二号载人飞船GNC分系统采用了“最大程度的继承+面向发展的进化” 的思路来设计。如在满足分系统设计要求和尽量继承神舟十一号载人飞船技术状态的前提下,在单机选用方面尽量选择经天舟一号货运飞船、新一代载人飞船和嫦娥五号等验证过的单机,继续保持载人航天工程第一步、第二步中人控系统相对独立的设计等。
在进化方面,如为了适应空间站构型复杂、质量特性变化等新情况,系统对控制器性能进行了大幅提升,对惯性敏感器配置进行了优化升级、对光学敏感器进行了增配、对软件和算法进行了改版和通用化设计,具备了全自主交会能力等。
神舟十二号载人航天GNC系统的进化是全方位的,也是从发射到运营到返回,从头至尾的,每一步都有新进步值得国人骄傲。本次神舟十二号的航天员将在轨驻留约3个月,在返回过程中他们也能体会到神舟十二号载人航天在再入返回技术方面的进步——经过新一代载人飞船和嫦娥五号验证的“自适应预测制导”已经装备在神舟十二号载人飞船上。

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 楼主| 发表于 2022-7-24 10:10 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|“问天”实验舱出征在即,本次任务有何看点?

澎湃新闻记者 谢瑞强

2022-07-24 07:15 来源:澎湃新闻

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中国空间站即将迎来新的舱段——问天实验舱,该舱段也是我国迄今为止发射的最重载荷。
问天实验舱即将搭乘长征五号B遥三运载火箭发射升空,此前,7月18日,问天实验舱与长征五号B遥三运载火箭组合体已转运至发射区。那么,本次发射任务有何看点呢?


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问天实验舱与天和核心舱外形对比图。本文图片来源:中国载人航天官网、航天科技集团五院、一院、央视新闻截图。

空间站首次有人状态迎接航天器
此次发射是中国空间站进入建造阶段后的第三次发射,也是这一阶段首次在有人状态迎接航天器来访。
据航天科技集团五院空间站任务总设计师杨宏此前介绍,中国空间站总体构型是3个舱段,包括天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱,整体呈T字构型。其中,天和核心舱已在2021年4月发射成功。
问天实验舱发射后,将与中国空间站进行对接,这也是空间站首次在有航天员的状态下迎接航天器来访。澎湃新闻(www.thepaper.cn)从抓总研制问天实验舱的航天科技五院获悉,问天实验舱将与天和核心舱完成前向对接,完成“一”字构型。
7月17日,天舟三号货运飞船完成全部既定任务,于17日上午撤离空间站组合体。天舟三号撤离前停靠的对接端口,是空间站核心舱的前向对接口,这也是后续问天实验舱发射以后要对接的对接口,所以在问天发射之前,天舟三号要从组合体撤离,让出对接口迎接问天实验舱的到来。
23吨的问天实验舱与40多吨的空间站组合体,将是我国目前最大吨位的两个航天器之间的交会对接,也是我国空间站第一次在有人的状态下进行交会对接。如此大场面,“身经百战”的对接机构依然可以驾轻就熟。


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中国空间站总体构型是3个舱段,包括天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱,整体呈 T 字构型。

国内最大的单体航天器进入太空
据了解,问天实验舱轴全长17.9米,舱体最大直径4.2米,发射质量23吨,工作舱、气闸舱、资源舱三部分组成,与天和核心舱相比,问天实验舱更重、更大,具备更强的超万瓦级的供电能力、千兆级的信息传输能力,是国内迄今为止发射的最大的单体航天器。
问天实验舱配置了与核心舱一样的航天员生活设施,将来可以与核心舱一起,接受两艘载人飞船轮换期间6名航天员的生活,若天和核心舱出现故障,问天实验舱可以作为备份舱段对空间站进行控制。
据悉,迎来问天实验舱后,航天员将进入舱内启动生命维持系统,完成科学实验柜的组装,同时开展交叉科学实验。作为航天员未来在空间站内进行空间生命科学研究的主要基地,问天实验舱的工作舱也更为宽敞,舱内配置了多台科学实验柜,推动我国在生命生态、生物技术和变重力科学等科技领域的相关研究。
此外,全新的太空授课也将在问天实验舱开展,航天员还会择机首次从问天实验舱的出舱口出舱。此前,神舟十四号航天员乘组已经完成了对舱外航天服的巡检测试。按计划,在轨期间他们将从问天实验舱出舱口完成2到3次出舱活动。
搭载了三名航天员的神舟十四号载人飞船在上个月6月5日发射成功,采用自主快速交会对接模式,经过6次自主变轨后在当日17时42分成功对接于天和核心舱径向端口,整个对接过程历时约7小时。6月5日20时50分,航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲依次全部进入天和核心舱。6月6日,三名航天员在12时19分顺利进入天舟四号货运飞船。
据了解,神舟十四号三名航天员的伙食有鱼香肉丝、宫保鸡丁、麻婆豆腐,有鸡有鱼、荤素搭配。豆浆、月饼、巧克力,传统饮品、特色小吃等等,而且还能自己做酸奶。


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问天实验舱。

长五B火箭首次零窗口发射
执行此次发射任务的是长征五号B运载火箭(以下简称长五B火箭)。作为我国目前近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭,长五B火箭拥有长达20.5米的国内最大整流罩,近地轨道运载能力达到25吨级。
长五B火箭是在长五火箭基础上研制的一级半构型运载火箭。作为“胖五”家族的一员,其在2020年5月5日首飞成功,将新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱送入太空。2021年4月29日,长五B火箭成功发射天和核心舱,打响了空间站建造的开局之战。
根据中国载人航天工程办公室介绍,今年将实施6次飞行任务,完成我国空间站在轨建造。其中,长五B火箭在7月发射问天实验舱与天和核心舱对接,10月发射梦天实验舱与天和核心舱对接,完成中国空间站在轨建造。
澎湃新闻从抓总研制长五B火箭的航天科技集团一院获悉,本次任务中,长五B火箭实施零窗口发射,这也是长五系列火箭首次执行零窗口发射任务。“零窗口”是指发射时间范围为零的发射窗口,也就是要求火箭必须分秒不差地点火升空。
火箭院长五B火箭总体副主任设计师刘秉介绍:“问天实验舱需要与空间站天和核心舱进行快速交会对接,因此,必须在规定时间分秒不差地发射,否则将无法到达指定位置,需要耗费巨大代价调整轨道;甚至导致发射终止,那就需要等待下一个发射窗口重新组织发射,严重影响任务周期。”


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长五B火箭拥有长达20.5米的国内最大整流罩,近地轨道运载能力达到25吨级。

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 楼主| 发表于 2022-7-24 10:14 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|“胖五”再度出征,如何做到分秒不差发射

澎湃新闻记者 谢瑞强 

2022-07-24 14:39 来源:澎湃新闻

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本文图片来源:中国航天科技集团运载火箭技术研究院

“胖五”再度出征,“问天”顺利入轨。
7月24日,由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院(简称:“火箭院”)抓总研制的长征五号B遥三火箭拔地而起,成功将问天实验舱发射至预定轨道。
问天实验舱是我国空间站建造阶段首个实验舱,也是我国迄今为止发射的最重载荷。此次任务是今年完成空间站在轨建造承上启下的关键之战,其发射成功意义重大。
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首次执行零窗口发射任务
作为我国目前近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭,长征五号B运载火箭(以下简称“长五B火箭”)拥有长达20.5米的国内最大整流罩,近地轨道运载能力达到25吨级,问天实验舱是我国迄今为止重量最大的载荷,重量约为23.2吨,长五B火箭是发射问天实验舱的最佳选择。
在过去近两年 ,包括此次发射在内,长五B火箭表现不俗,取得了三战三捷的成绩:2020年5月5日首飞成功,将新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱送入太空;2021年4月29日,长五B火箭成功发射天和核心舱,空间站建造的开局之战圆满成功。此次发射成功后,长五B火箭还将在10月发射梦天实验舱,之后三舱形成“T”字基本构型,完成中国空间站在轨建造。
此次发射问天舱,是我国大型低温火箭第一次执行交会对接任务,对火箭的运载能力、入轨精度和发射可靠性都提出了更高要求。本次任务中,长五B火箭实施零窗口发射,这也是长五系列火箭首次执行零窗口发射任务。
火箭院长五B火箭总体副主任设计师刘秉介绍:“问天实验舱需要与空间站天和核心舱进行快速交会对接,因此,必须在规定时间分秒不差地发射,否则将无法到达指定位置,需要耗费巨大代价调整轨道;甚至导致发射终止,那就需要等待下一个发射窗口重新组织发射,严重影响任务周期。”
为保证准时发射,型号队伍对射前负10分钟的发射流程进行了优化,将部分流程前置。其实,距离发射2.5分钟时,火箭就已完成发射前各项准备工作,具备了点火发射能力,随时可发射。虽然只有短短的2.5分钟,但对型号队伍来说却意味着宝贵的时间和机会,射前万一发生突发情况,型号队伍可在这2.5分钟内迅速作出决策、进行处置。
准时点火只是开始,精准入轨才是成功。刘秉介绍,长五B火箭还应用了起飞时间偏差修正技术,最大修正时间为2.5分钟。“通俗理解,火箭最迟可推延2.5分钟发射,在0到2.5分钟这个时间段内的任一时间点发射,火箭都可以在飞行过程中自动修正因推迟发射导致的飞行偏差,将实验舱精准送入预定轨道。”
长五B是低温火箭,面临着低温推进剂加注问题和复杂的发射射前流程,实施零窗口发射相比常温火箭难度大得多。
原来,各系统只能按时序完成射前指令,把时间消耗在等待上一流程上。“就像面对逐题试卷限时竞答,一旦卡在前面简单的问题上,后面的题目分数很高却又不能做,显得束手束脚。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮这样比喻。
为了和时间赛跑,设计团队开展了适应“零窗口”发射要求的射前流程优化改进,对全箭射前流程环节、可优化内容及发射窗口整体前移的有关影响开展专题确认。
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“冰箭”如何“穿越火线”
大家知道,长五B火箭采用液氢液氧作为推进剂,有“冰箭”之称,在800多吨的身体里,90%是零下252摄氏度的液氢和零下183摄氏度的液氧,接近低温极限。而现在正值大暑时节,又在低纬高温之地发射,那么,“冰箭”如何穿越“火线”呢?
海南文昌发射场气候潮湿,在最热时刻发射,低温推进剂加注后,箭体表面的温度低,就会出现结露现象,箭体表面的冷凝水顺着箭体流下,这对箭体结构的防水提出了较大挑战。为此,周身冰冷的它在完成加注后要防止贮箱内部温度过高,因此采用隔热材料和工艺,在外层均设置了绝热层,就像披上了一身“隔热汗衫”,保持箭体内外温差较大的情况下维持低温环境。不但能够有效减小贮箱内部温度升高,同时可以有效缓解箭体外部冷凝水的产生。
火箭院结构系统指挥王乾解释了“隔热汗衫”的工作原理:“一方面,团队通过在整流罩内部设计排水罩和倒水孔,将舱内可能产生的水往外疏导;另一方面,在箭体的关键设备、电缆均采取防水措施,同时箭体部段间的对接面同样利用涂胶等手段进行封堵,防止外部水汽进入箭体内部。”
在执行发射任务前,约20层楼高、几百吨重的“冰箭”要从总装厂房被转移到发射塔架,整个过程需要两三个小时才能完成。为了避免“冰箭”被“热化了”,设计人员为这个“巨无霸”设置了全程冷链运输。
“大暑迎发射,又是在中午,如果不能保障全程冷链运输,金属一旦热胀冷缩就会影响煤油贮箱的容量。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮说。
所谓全程冷链运输,也就是在星罩组合体转运和火箭转运至发射区过程中,均有空调向罩内输送常温干燥空气,保障问天实验舱的舒适度。其中,星罩组合体转运主要使用的是转运车搭载的吹风设备,火箭转运发射区过程中主要使用活动发射平台上的空调。等火箭到达发射区后,整流罩部分通过空调口进行空调送风,各壳段通过舱口进行空调送风。
为了给“冰箭”和“乘客”(问天实验舱)最合适的温度,团队特意为它订制了Plus版空调房,也就是始终保持常温干燥空调送风的超大整流罩。
“我们根据问天舱外形包络情况,重点开展了罩内许用空间安全分析,”王乾说,“同时,为保证问天舱的对接安装,我们也在整流罩、载荷支架、仪器舱的多余物清洁方面做了很多工作。确保在火箭飞行和分离动作过程中,不产生多余物。”
“乘客是第一位的,除了大空间,我们还要尽量保障它的温湿度条件。”娄路亮说。“冰墩墩”的整流罩上共设置了两路送风接口,送风空调能够满足超大空间送风要求,从而保障问天舱始终处于舒适的环境。整流罩的头锥部段选用了冯卡门锥曲线,头锥高度达到5米以上,能够大大降低火箭在大气飞行中的气动加热,保障整流罩内外温差较小。同时,设计人员在整流罩外侧粘接具备优良的隔热效果的软木,能有效减小因气动加热引起的罩内温度升高,避免问天舱在穿越大气层时遭受炙烤。
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打造更可靠更高效的“胖五”
海南高温、高湿、高盐雾,同时伴随丰富的降水,对发射场地面设备造成严重的腐蚀,而长五B火箭发射的地面设备在2014年通过验收,2015年安装交付使用,按照8年的设计寿命,已临近设备的寿命末期,地面设备面临着质量问题发生率上升的风险。
“为消除该风险,长五B团队对地面设备进行了全面的检修、维护、更换和完善工作。”火箭院长五B火箭副总设计师娄路亮告诉记者,“一方面,团队对所有装机元器件进行寿命评估,对易损件、短寿件采用替换新器件方案,直接消除风险。另一方面,对有标校期和精度要求的设备、以及更换存在难度及风险的设备进行防护维修。”
同时,为从原始设计中查找隐患,从源头组织推动解决问题,长五B团队聚焦长征五号系列火箭飞行试验历史数据和射前测试数据,对已飞行的七发历史数据进行再分析,在此基础上形成了地面设备精准维修方案。据了解,研制团队在此次发射任务前共计完成整机或部件更换201台/套,占全部设备的30%。
安全、精准地将问天实验舱送到目的地是型号队伍的首要任务。为不断提高火箭可靠性,型号队伍在生产工艺等方面进行了30余项改进。
随着发射次数增多,型号队伍对火箭技术状态的认识也更加全面。目前,长五B火箭在发射场的发射准备时间约为60天,本次任务进一步优化了测试流程,在火箭模块转运、状态恢复、吊装前准备等环节,将串行工作模式改为并行。现在,53天就可完成发射准备工作,比以往缩短了7天。刘秉说,这种改进增强了火箭发射使用的便利性,有效应对了“十四五”期间的高密度发射任务。
据了解,长五B火箭将在明年承担我国第一个大型空间巡天望远镜发射任务,届时与空间站共轨飞行,开展更多的深空探测和前沿科学研究。

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 楼主| 发表于 2022-7-24 10:18 AM | 显示全部楼层

筑梦“天宫”|问天实验舱这么大,是如何造出来的?

澎湃新闻记者 谢瑞强 通讯员 张霞 樊晓霞 李彩玲 陈袁 王天明

2022-07-24 18:24 来源:澎湃新闻

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7月24日,中国空间站问天实验舱成功发射,是我国目前质量最大的单体航天器。
据悉,问天实验舱舱体总长17.9米,直径4.2米,发射重量23吨,相关指标比天和核心舱还要高,可谓更“强”更“壮”。制造这样的“大个子”,对中国航天实力是极大的考验。那么,这么大的问天实验舱是如何造出来的呢?
航天科技集团五院529厂是我国卫星、飞船的重要研制基地,也是空间站舱段结构的主要研制单位,已经完成了天和核心舱的研制任务。建造问天实验舱,挑战更多、难度更大,工艺技术人员凭借技术创新开展了顽强的冲锋,不仅创新突破了工艺瓶颈,研发了系列关键技术,保证了问天实验舱按节点高质量交付。
双筋皆修、虚实结合
问天实验舱由工作舱、气闸舱及资源舱三部分组成。其中,气闸舱肩负着长寿命及多种设备安装的使命,对重要承力结构件的要求很高。经过论证,航天科技集团五院的研制人员决定采用承力能力更高的内外双筋壁板结构。
与常规的外置筋壁板不同,内外双筋壁板需要在其内圆柱面上增加内置筋。这一操作的成形实施难度很大,而且成形缺陷、成形精度难以控制,稍有不慎即会出错。
从单筋到双筋,难度不仅仅是翻倍。外筋在外面,看得见、好操作;内筋在圆柱面内部,不仅不好操作,还要浑然一体、要求很高。研制人员开展了大量论证,进行了持续的数值仿真和试验验证。模具的设计至关重要:什么样的模具可以有效避让内筋?怎样保证双筋壁板内外两侧的成形精度?另外,内置筋的压弯成形轨迹是怎样的?工艺参数怎么设定?……这些问题以前从未遇到过,是必须啃下的硬骨头。
大家沉着冷静,开展了大量的缜密计算与论证试验,经过反复分析测试,工艺人员提出设计这样一种模具:先分、再拼,装配时避让开内筋位置,再进行产品的压弯成形,并得出了优化的压弯成形轨迹,设定了合理的成形路径和压弯工艺参数。模具搞出来了,工艺参数有了,内外双筋壁板顺利实现了精密成形,满足了设计需求。


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问天实验舱。本文图片来源:载人航天办公室问天实验舱视频截图

问天实验舱中的工作舱舱段近10米长,是我国目前为止最大的载人密封航天器舱体。为了保证舱外安装载荷的正常工作,舱外72个设备支架的接口精度要求特别高。但正是因为“个子大”,舱体结构上的精密接口尺寸受温度的影响被放大了,导致支架装调过程中测量误差大。
与此同时,当前大型舱体研制使用的厂房空间大,产品研制周期长,实现厂房长时间恒定温度环境的难度很大。为此,研制人员集思广益,巧妙提出了一种虚拟恒温测量方法,依靠数学矩阵计算原理,通过将大尺寸调测转变为小范围精测,化繁为简、变大为小,得到从“实际到虚拟”的温度补偿值,从而将易受温度影响的测量环节可靠且稳定,最终保证了支架装配的高精度,成功为问天实验舱这个大体格雕琢出一个身形精准的外形,顺利保证了问天实验舱舱外载荷的高可靠工作。
以柔化刚、随形而动
问天实验舱有一个为航天员出舱使用的舱门,舱门的门框是由焊接的工艺方式连接的,是典型的空间曲线焊缝,要求焊接变形小、质量高,以便于后续安装舱门时的顺畅和航天员在空间站中使用便利。
从平面到空间、从直线变曲线,焊接难度也呈指数级增加,对于此类空间曲线焊缝的焊接,在以往型号研制过程中均采用手工的方式来完成,而问天实验舱产品焊接厚度增加到了5毫米,研制人员手工焊接时需要一层一层地焊,热量输入大、产品尺寸不易把握,焊接后的结构应力大,无法满足空间站长期在轨运行的高可靠要求。
怎么办?研制人员反复研究,只有一条路可走,那就是空间曲线自动化焊接。针对这个新技术,他们夜以继日的攻关、测试,设计了可柔性变化的焊接工装,以柔化刚、借力打力,既满足了自动化焊接的功能,又保证了空间曲线轨迹的可靠连接,顺利完成了密封舱舱门门框的焊接,各项指标均满足设计要求。
问天实验舱的舱壁加热管路可谓是舱体的太空防护衣,是贴合舱体内壁的温控层,将确保航天员们在问天实验舱中一直是适宜的温度。问天实验舱结构的增大,对舱壁加热管路的研制提出了新的挑战:大空间代表了加热管路的数量进一步增加,管路布局的整体走向且是空间的三维结构,为此加热管路截面设计成了“Ω形”,类似一个圆形加一个平面,其平面与舱体内部的曲面要高度地贴合在一起,以利于温度的灵敏控制。如何实现有效贴合呢?研制人员充分发挥创造力,创新提出了采用“柔性分区+整体成形”的技术手段,即以管路三维曲面高精度制造,贴合在问天实验舱舱体的内表面上,可谓是“随形而动”,顺利保证了舱壁加热管路的制造需求。
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意与形合、质量为纲
所谓“意”,指在航天产品的研制过程中,要时刻保持如履薄冰、如临深渊的质量意识,将“风险识别到位、技术状态控制”始终放在首位。通过“意”的内化,制定空间站问天实验舱的产品保证计划与流程,全面、有序、规范地开展产品保证工作。
所谓“形”,指依据总体要求,在继承空间站核心舱产品研制经验的基础上,识别问天实验舱的技术风险与产品保证要素,制定相应的控制措施,建立问天实验舱产品完备的“生产基线”,全面梳理、细化、量化问天实验舱产品保证控制要素,并纳入研制流程实施。问天实验舱研制过程中,充分地将预先验收工作提前进行,及时发现并解决问题,确保产品实物与技术要求一致,无问题零疑点高质量出厂。
意与形合,体现了航天人追求的近乎完美的严苛质量!代表着质量要求的产品保证工作,贯穿着问天实验舱产品研制的全过程;随着产品保证工作的逐步贯穿、渗透,才将这么复杂的问天实验舱研制路线清晰地梳理出来。正是由于研制过程精密细致的质量保证工作,问天实验舱才得以茁壮成长,成功实现了“一次做对、一次做好,一次成功”!
通过一系列技术创新和科学管理,通过一次次解决技术难题,航天科技集团五院的航天人成功研制出了问天实验舱这个空间站中最强壮的大个子。未来的很长的时间里,这个强壮的身影,将会用优异的在轨表现,在太空家园中迎接着来自地球母亲的客人! 

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