[科普中国]-天宫二号任务圆满成功，离建设中国空间站只差一枚火箭

此前，中国载人航天工程办公室发布官方消息：天宫二号空间实验室已经完成全部拓展试验，计划于北京时间2019年7月19日择机受控离轨，并再入大气层焚毁，少量残骸将落入南太平洋预定安全海域，范围为西经160~90度、南纬30~45度。2019年7月19日晚，在完成最后一次控轨之后，天宫二号按照既定路线，于九点左右到达南太平洋上空，顺利坠入大气层焚毁。天宫二号是我国自主研发的空间实验室，由中国空间技术研究院研制，是中国空间站的前身。此次天宫二号任务圆满落幕，标志着中国载人航天工程“三步走”战略第二步第二阶段完成，中国离建设空间站又近了一步。中国载人航天“三步走”计划根据中国载人航天工程“三步走”发展规划，第一步是发展载人飞船。2003年的神舟五号成功发射以及2005年神舟六号再次成功，标志第一步发展基本完成。第二步是掌握航天员出舱技术、空间交会对接技术、建造空间实验室等，共分为两个阶段：第一阶段为航天员出舱和空间交会对接，我们在天宫一号与神舟八号、九号任务中可以看到，我国已经掌握了相关技术。第二阶段为空间实验室阶段，代表任务为天宫二号与神舟十一号、天舟一号对接。2016年10月，天宫二号与神舟十一号完成对接，景海鹏和陈冬先后进入天宫二号实验室内。2017年4月，天舟一号货运飞船与天宫二号对接，至此，我国载人飞船、货运飞船均完成与空间实验室对接，意味着我国有能力建造一个三人照料的空间实验室，在人员转换、物资补给方面都不存在问题。接下来就是“三步走”战略中的第三步：建造空间站，预计在2022年就能完成。大推力运载火箭是关键天宫二号的定位与苏联在1971年至1986年推出的礼炮计划相似，以礼炮6号为例，质量19吨，运行5年多的时间，其中683天处于有人照料状态。礼炮6号先后对接过12艘进步货运飞船、16艘联盟号载人飞船，利用率较高。天宫二号质量约为8.6吨，在轨运行将近3年的时间，完成了大量科研任务，验证了载人飞船、货运飞船的对接。与礼炮系列所不同的是，天宫二号在总质量和载人天数上有差异，总质量低于礼炮6号，人员转换速度不够快。总质量上的差异也限制了天宫二号的任务能力，这与大推力运载火箭直接挂钩。发射天宫二号的长二F运载火箭近地轨道载荷为8.6吨，限制了天宫二号的重量和尺寸，如果使用长征五号发射，那么未来的空间实验室可以提高到20吨左右的总质量。从天宫二号圆满完成任务可以看出，我国空间实验室技术已趋于成熟，大推力运载火箭方面仍然需要提升，因此长征五号的状态直接决定我国空间站的建设时间。目前美俄欧日的主力运载火箭均达到近地轨道20吨左右的运载能力，比如质子M火箭(使用微风M上面级)、阿丽亚娜V、德尔塔-4、宇宙神-5、日本的H-IIB等。长征五号乙近地轨道运载能力可达到25吨，是我国建造空间站的关键一环。我国空间站的雏形天宫二号之后，我国载人航天工程的目标就是建造天宫号空间站。按照最初的设计方案，至少采用三舱结构，总质量不低于60吨，可对接载人飞船和货运飞船。第一个部署到位的天和号核心舱预计在2020年左右发射，质量约为20吨，其最大的特点是前端有一个六接口的节点舱，其定位为空间站的核心舱，用来对接其他功能舱。国际空间站上也有类似的结构，只不过美俄将节点舱单独作为一个舱室使用，以团结号节点舱为例，其对接的命运号实验室有14.7吨，加上自身11.6吨的质量，总质量达到了26.3吨，略比天和号核心舱大一些。考虑到天宫号空间站的规模定位在百吨级，天和号核心舱不仅有节点舱的功能，还有功能舱的作用。对接天和号核心舱的是两个实验舱，分别为问天号实验舱和梦天号实验舱，质量各为20吨左右，三舱总质量达到60吨以上，可支持大2至3名宇航员长期在轨工作。天宫号空间站中长期规划有可能再扩展三个舱室，增加至少60吨的质量，加上两艘载人飞船、一艘货运飞船驻泊，总质量在150吨至180吨之间。从时间上看，如果天宫号空间站在2020年后开始建造，按照10年设计寿命，超期服役5至8年，在2040年之前都将在近地轨道上运行。届时国际空间站寿命将至，预计可服役到2030年至2035年，而美俄欧第二座空间站有可能转移到月球轨道上，那么，近地轨道将只有中国的天宫号空间站。值得一提的是，美国的私人航空航天企业也有可能接管国际空间站，或者自建一座迷你空间站，但规模不会大于中国的天宫号空间站。作者 | 林文杰 航天科普作者审稿 | 饶俊 天宫二号空间应用系统设计师责编 | 高佩雯文章由腾讯科普“科普中国头条创作与推送项目”团队推出转载请注明来自科普中国