中国空间站天和核心舱发射成功！揭秘长征五号B火箭首创“黑科技”-

2021年4月29日，在文昌发射场长征五号B将空间站首个舱段——“天和”核心舱顺利送入轨道，标志着中国开启空间站建造的首次飞行。

建设具有国际先进水平的空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题，是我国载人航天工程“三步走”发展战略中第三步的任务目标。1992年，党中央作出实施载人航天工程“三步走”发展战略。经过20多年独立自主发展和接续奋斗，已先后组织实施16 次重大飞行任务，实现11名航天员共14人次太空飞行和安全返回，圆满完成第一步、第二步全部既定任务。这次发射的运载火箭及核心舱，分别由中国航天科技集团所属的中国运载火箭技术研究院和中国空间技术研究院抓总研制。

中国载人航天工程总设计师周建平介绍，今年春季将首先发射空间站核心舱，随后将发射天舟二号货运飞船和神舟十二号载人飞船，完成交会对接和相关在轨关键技术验证。2022年将建成中国第一个长期在轨飞行的具有国际先进水平的载人空间站，并且在上面开展大规模的航天医学研究、空间科学研究与应用、航天技术试验，它在科学探索的前沿领域，也在航天技术的发展中将发挥重大的作用。

根据飞行任务规划，空间站建造分两个阶段实施，2020年已圆满完成长征5 号B 首飞任务，后续两年将相继完成11 次发射，包括此次已经上天的核心舱和两个即将发射的实验舱，4 艘货运飞船以及4 艘载人飞船。其中，关键技术验证阶段安排了核心舱发射等6 次飞行任务。空间站关键技术验证阶段将对空间站的新技术进行全面验证，如再生生保技术、机械臂技术等，航天员还将进行多次太空出舱活动。

空间站亮相

空间站是一种在近地轨道长时间运行，可供多名航天员在其中生活工作和巡访的载人航天器。单舱式空间站可一次发射完成，多舱式空间站可分批发射组件，在太空中组装成为整体。在空间站中要有人能够生活的一切设施，不再返回地球。其结构特点之一是体积比较大，在轨道飞行时间较长，有多种功能，能开展的太空科研项目也多而广。

空间站的特点之二是经济性。例如，空间站在太空接纳航天员进行实验，可以使载人飞船成为只运送航天员的工具，从而简化了其内部的结构和减轻其在太空飞行时所需要的物质。这样既能降低其工程设计难度，又可减少航天费用。另外，空间站在运行时可用轮换的方式长期载人，只要航天员启动并调试后它可照常进行工作，定时检查，到时就能取得成果。这样能缩短航天员在太空的时间，减少许多消费，当空间站发生故障时可以在太空中维修、换件，延长航天器的寿命。增加使用期也能减少航天费用。因为空间站能长期（数个月或数年）的飞行，故保证了太空科研工作的连续性和深入性，这对研究的逐步深化和提高科研质量有重要作用。

此前中国发射的天宫一号和天宫二号均重8吨多，可以属于微型空间站，而未来空间站的基本结构是一个核心舱加两个实验舱，这三个舱分别是20吨级舱，未来要在天上对这三个舱进行组装，形成我国自己的空间站。交会对接是将来空间站建造必须掌握的技术，因为没有任何一个火箭可一次性把空间站打上去，即使能行，效率也不高。未来我国空间站的三个舱都是在轨组装完成建造，如果再加上载人飞船、货运飞船，未来就要完成建设80吨级空间站的工作。

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空间站构想图

中国载人空间站(名称 “天宫” , 代号 “TG” ) 是一个在轨组装成的具有中国特色的空间实验室系统, 初期的空间站将建造三个舱段, 采用对称T 形构型, 包括一个核心舱和两个实验舱, 核心舱居中, 实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ分别连接于两侧, 每个规模20 多吨。核心舱设有多个交会对接口, 其中前端两个对接口主要接纳载人飞船(名称 “神舟” ) 停靠往返运送人员, 而后端的后向对接口主要用于货运飞船(名称 “天舟” ) 停靠完成物资补给和废弃物下行。同时, 空间站上设气闸舱用于航天员出舱, 并配置机械臂用于辅助对接、补给、出舱和科学实验。空间站轨道高度为400 至450 公里，设计寿命为10 年, 总重量可达90 吨。长期驻留3 人, 乘组轮换时最多可达6 人。空间站运营期间，最多的时候, 将可对接1 艘货运飞船、2 艘载人飞船, 这些飞船又可与核心舱组合成多种形态的空间组合体, 在核心舱统一调度下协同工作, 完成空间站承担的各项任务。

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天和号核心舱亮相航展

中国空间站由“天和”核心舱、实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ共3个主要舱段构成。其中，“天和”核心舱全长16.6 米，直径4.2米，重约22 吨，是未来空间站

的指挥控制中心。航天员的生活起居要在这里进行，并将在此开展一定的空间科学实验和技术试验。

核心舱由节点舱、小柱段、大柱段、资源舱以及后端通道组成。后端通道可供航天员出入货运飞船。除了最末端的货运通道用来对接飞船外，最前端的球形节点舱还有4 个对接机构：前面和底部的用来对接载人飞船，旁边两个则对接实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ。同时，顶部还有一个出舱口，供航天员开展出舱活动。也就是说，无论是货运飞船还是载人飞船，未来都需要停靠在核心舱上，其重要地位显而易见。

为了让航天员在太空中的长期生活能够更加舒适，核心舱在设计上较过去有了很大的突破。核心舱上供航天员工作生活的空间大约50 立方米，未来加上两个实验舱后，整体能够达到110 立方米。此外，空间站还为每个航天员配置了一台平板电脑，除了可以连接舱内设备进行工作和监测外，还可以连WiFi 上网。

中国空间站采用转位机构和机械臂结合，进行舱段转移、对接，在航天员和机械臂协同下，可以完成复杂舱外建造和操作活动；建造规模适度，预留了舱段和舱外载荷平台扩展能力，最大可扩展3个舱段；设计新型平台装载大型光学设施，开展巡天和对地观测，与空间站共轨飞行，必要时可停靠空间站进行维护和补给，开辟了分布式空间站体系架构的创新模式；规划了密封舱内的科学实验柜、舱外暴露实验平台等，支持在轨实施空间科学、空间生命科学与生物技术、微重力基础物理、空间材料科学等众多领域的科学研究和应用项目，综合应用效益将会显著提升到一个新水平。

大火箭揭秘

作为我国载人航天工程空间站建设的主力火箭，长征五号B运载火箭代表了我国运载火箭技术的最高水平，在继承长征五号火箭优秀“基因”的基础上，长征五号B火箭身上还有许多首创的航天“黑科技”。

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长征五号B火箭

揭秘一：最胖最壮

长征五号B以长征五号运载火箭为基础改进研制而成，主要承担着我国空间站舱段等重大航天发射任务。长征五号B全长约53.7米，芯一级直径5米，捆绑4个直径3.35米助推器，整流罩长20.5米、直径5.2米，采用无毒无污染的液氧、液氢和煤油作为推进剂，起飞质量约849吨，近地轨道运载能力达25吨吨，是目前我国近地轨道运载能力最大的火箭。

揭秘二：“超大脑袋”

整流罩是运载火箭的重要组成部分，用于保护卫星或其他有效载荷免受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响。长征五号B火箭拥有目前我国最长最大的整流罩，整流罩长度达到20.5米、直径5.2米，可以轻松的将10枚捷龙火箭装入其中。如此宽敞的空间，也是为了发射空间站核心舱和实验舱而量身打造的。

据长征五号B运载火箭总设计师李东介绍，长征五号B火箭整流罩采用流线型的冯·卡门曲线外形，可以更好地减小空气阻力，减轻载荷影响。冯·卡门曲线是一种非线性曲线，按照冯·卡门曲线制造的整流罩展开之后并不是一个平面，而是立体的，制造难度高于锥形整流罩。作为我国长度最长、重量最重的整流罩，另一个技术难点在于如何做到安全可靠的分离。李东说，经过多方案比较，最终确定了采用旋转式分离方案，通过大量的仿真分析、预示，对整流罩分离方案进行评估，并多次开展了整流罩分离试验，有效验证了设计正确性和各系统接口协调性。

揭秘三：“以柔克刚”

空间站舱段和长征五号B火箭的连接接口直径超过4米，“乘客”和火箭的分离不是“下车”那么简单，需要考虑可靠性、冲击环境等多个方面的因素，既要确保安全分离，又要尽量将分离过程中出现的冲击环境等不利影响降到最低。

形象一点说，要像把婴儿抱出婴儿车那般轻柔、谨慎完成空间站舱段与火箭的分离。

据李东介绍，中国航天科技集团一院长征五号B火箭研制团队围绕降低和改善冲击环境开展了专题攻关。经过试验验证，舱箭分离界面的分离得到有效改善，空间站舱段可以在“下车”过程中感受到火箭的“温柔”。

揭秘四：“一步登天”

作为一级半构型的火箭，长征五号B火箭没有单独的调姿和末速修正系统，而是利用一级火箭直接将有效载荷送入预定轨道——可谓是“一步登天”。李东说，为了确保飞船入轨的精准、安全，火箭在一级飞行段需要面对入轨精度、分离安全等方面的更高要求和更大挑战。面临新的难题和挑战，中国航天科技集团一院研制团队从入轨姿态控制、入轨精度控制、分离安全控制三个方面开展了攻关工作。据他介绍，经过仿真分析、系统综合实验、半实物仿真试验等考核评估，大推力直接入轨精度控制和分离安全控制技术的有效性得到了验证，长征五号B火箭成为第一型只靠一级飞行就能实现有效载荷精确入轨的火箭。

天和号核心舱首飞成功为空间站建设打下了良好的基础，后续还将10次左右发射任务，期待发发成功！

作者丨钱航中国运载火箭技术研究院

审稿丨庞之浩中国空间技术研究院研究员、全国空间探测技术首席科学传播专家

文章由腾讯“全民爱科学”团队推出

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