导读

在国际空间站发射13年后,中国也开始了空间站的第一步,首个空间实验室“天宫一号”将在9月29日晚发射升空。就此,网易新闻对话北大地球空间科学教授,学术权威焦维新教授。

嘉宾简介
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焦维新,北京大学地球与空间科学学院教授、中国空间科学学会空间探测专业委员会委员,"神7""嫦娥"发射期间,作为学术权威对外发表了大量专业见解。

核心观点

Q1.相比运载实践卫星的长征二号丙,担任此次发射任务的长二F有哪些方面的改进?

焦维新虽然是同系列的火箭,但长二丙是不载人飞船,长征二F是载人运载火箭,载人运载火箭要求的保险系数更高,在关键的部件都有备份,一旦比如操作失效那么还有备份部件启动。

Q2.这次发射日期略做了几次调整,选择发射窗口(日期)时,要考虑的因素是什么?

焦维新天宫一号的发射窗口范围比较宽,因为它不存在着跟其他航天器对接的问题,等到发射神舟八号的时,要跟实验室对接,发射窗口就比较严格了,所以天宫一号发射考虑的是地面发射的准备工作,还要考虑到几个监控点,比如远洋测控船,这些状况。

Q3.如果地面控制中心和太空失去了联系,会出现什么样的情况?

焦维新单个测控点出现问题有可能,但不可能所有的测控点同时都出现问题。假如单个测控点出现问题了,飞船飞行的某段时间我们可能不太了解它的状态,但进入到下一个监控范围后,我们仍然可以了解飞船在下一个阶段的状态。

Q4.大家都在强调“交会对接”是“瓶颈技术”,难在哪些方面?

焦维新难点在于,2个飞行器需要调整到同一轨道高度,同一轨道平面,二者几乎在一条直线上,即便不是,误差也都是厘米的量级。举个例子,类似赛车比赛要求两个跑车始终相距1米,很难。

Q5.能承受的最大误差是多少?

焦维新10几厘米。在几百公里的高度,轴线误差在10几个厘米内,控制精度是非常非常高了。

Q6.俄罗斯以前的进步M34系列飞船和和平号空间站,在对接过程中发生过对撞,如果出现这种失误,会有什么影响?

焦维新对接失败也发生多次了。去年联盟TMA飞船与国际空间站对接就失败了,轴线对得不准。如果是技术比较成熟的飞船应当具备再次对接的能力。

Q7.您怎么看待中国空间站的科学实验将来的经济价值?

焦维新现在还处于基础理论研究阶段,会发现很多新的物理现象,新的规律,这些规律可以用于获得经济效果。比如微重力条件下新的合金,新的半导体晶体,现在设想我们会多少时间把投资收回来,我觉得那是不现实的。

Q8. 为何中国没有参与目前的国际空间站?

焦维新一开始酝酿以及建设过程中一直也没有邀请我们参加;再一个就是我们也没什么有特色技术参与到这里面。我觉得我们对这个问题的态度就是不卑不亢。所以将来对包括维护、建设我们自己空间站的过程中,我想我们欢迎别国的学者,其他国家的学者参与这个建设,我们还是抱着这种不卑不亢的态度。  

 

访谈实录

嘉宾:焦维新


运载火箭:长征二号F运载火箭保险系数更高

网易新闻:天宫一号的运载火箭是长征二号F,相比此前运载实践卫星的长征二号丙,有哪些方面的改进?

相关新闻:天宫一号将推迟发射 受实践卫星失败影响

焦维新:虽然是一个系列的火箭,但发射实践十一号卫星的长二丙是不载人飞船,而长征二F是载人飞船,差别还是比较大,

一. 载人运载火箭要求的保险系数更高,在关键的部件都有备份,一旦比如操作失效那么还有备份部件启动。

二.最重要的一个差别,是载人运载火箭有逃逸塔。一旦运载火箭在点火过程中出现问题危机到航天员安全时,逃逸塔就启动,将航天员带到安全地区。


发射时间:天宫一号的选择范围比较宽

网易新闻: 8月31号,更改到9月27号—30号择机发射,选择发射窗口时,对太阳、月亮地球的相对位置和天气因素有哪些考虑?

焦维新:发射天宫一号的发射窗口范围比较宽,因为它不存在着跟其他航天器对接的问题,但等到发射神舟八号的时,要跟实验室对接,发射窗口就比较严格了,所以天宫一号发射窗口我们考虑的是地面发射的准备工作,天气的状况,还要考虑到几个监控点,比如远洋测控船,这些状况。


测控:地面和太空失去联系的情况不会出现

网易新闻:火箭发射之后,测控通信系统被认为是航天飞行阶段的神经中枢。测控系统由哪些部分组成?

焦维新 从地域范围来讲有这样几部分: 一. 发射过程中的通信(设施),分布在发射场周围;

二.远洋测控船,在几大洋里都有远洋测控船,对飞船飞行的状态进行跟踪;

三,数据踪迹通讯卫星,如果监控的数据不能直接传到指挥控制中心,可以通过踪迹卫星来转送一下。

不管是发射载人飞船,或者探月卫星,都要在整个发射以及变轨这些过程都要进行全面跟踪,密切了解它飞行的高度、位置、速度、方向等等,清楚了状态,然后才能给它传输指令, 

网易新闻:如果地面控制中心和太空失去了联系,会出现什么样的情况?

焦维新单个测控点出现问题有可能,但不可能所有的测控点同时都出现问题。到目前为止还没出现这种情况,假如单个测控点出现问题了,飞船飞行的某段时间我们可能不太了解它状态,但进入到下一个监控范围后,我们仍然可以了解飞船在下一个阶段的状态。


交会对接:最大误差必须控制在10几厘米内

网易新闻:交会对接是空间站的关键技术,大家都在强调是个“瓶颈技术,交会对接难在哪些方面?

焦维新:所谓交会两个航天器在同一时间到达同一地点,要对两个航天器的轨道状态进行精密的计算,举例把天宫一号看成目标飞行器,神舟八号就是跟踪器。神舟八号要经过多次的变轨,最后在对接之前在位置上与天宫一号非常接近。再通过调节,对接机械发生作用使天宫和神8固定在一起,

难点在于,2个飞行器需要调整到同一轨道高度,同一轨道平面,二者几乎在一条直线上,即便不是,误差也都是厘米的量级。举个例子,类似赛车比赛要求两个跑车始终相距1米,很难。

网易新闻:能承受的最大误差是多少?

焦维新:10几厘米。在几百公里的高度,轴线误差在10几个厘米内,控制精度是非常非常高了。

网易新闻:超出了最大误差后,会遇见什么情况?

焦维新:机械对接装置不会发生作用。 

网易新闻:俄罗斯以前的进步M34系列飞船和和平号空间站,在对接过程中发生过对撞,如果出现这种失误,会有什么影响

焦维新:其实对接失败也发生多次了。像俄罗斯最早是联盟4号、联盟5号两个飞船在六十年代初就实现了,成功的实现了空间交会对接,但是后来失败了多次,即面在技术成熟的时候,操作有一点疏忽还是不行。

去年联盟TMA飞船与国际空间站对接就失败了,轴线对得不准。如果是技术比较成熟的飞船应当具备再次对接的能力。如果神八、神九不载人飞船对接都很顺利,那可能我们神舟十号载人飞行。可以手动操作。目标的状态看得非常清楚,相对速度轴线误差都了解的情况下,航天员操作成功率更大一些。

网易新闻:天宫一号要在轨道维持两年,能量是如何提供的?

焦维新:实际它这个两年寿命也就是说燃料能够维持两年左右的时间。要保持两年的寿命得经常进行轨道维持。轨道维持就是维持轨道高度,飞行器的轨道在两年中受到大气阻力,轨道会越来越低,等低到进入大气层就烧毁了,所以需要发动机点火要让它升高一些。还有太阳能电视翼维持仪器设备工作的动力。

网易新闻:两年后,自带的燃料使用完毕,飞行器的坠毁如何控制?

焦维新:一般来讲,它跟大气层摩擦会烧毁得很厉害,但是不会燃烧殆尽,一般都是让它坠毁到无人的公海上。在它还能够可控状态下,那我们给它一个指令,让减速离开了原来的轨道,这个都是可以计算出来的。


2018年到2022年期间开始真正步入载人空间站阶段

网易新闻:中国载人航天工程分布三步走,您可否简单介绍下这三步。

焦维新:第一步就是我们把航天员安全的送入太空,并安全返回,这到神舟六号就实现了, 

第二步要解决载人航天的关键技术: 1.太空行走。神七开始验证太空行走,这个技术涉及到舱外航天服,还有气压舱,这个我们已经得到了验证了。

2,就是这次发射天宫一号,以及神舟八号飞船,包括神舟九号飞船要解决的空间交会对接。

3.完善我们空间实验室。以后陆续发射天宫二号,天宫三号,每个实验室里面科学实验项目都不一样的,实验装置怎么设计更有效,也需要积累经验。还有一个问题是我们要不断地提高生命保证系统。将来如果航天员到空间站一待就待几个月,那生命保障系统要求更高。所以太空行走的技术,交会对接技术,生命保障技术,还有实验室的实验设备,实验技术,第二阶段应该涉及这四个方面。

这些问题都解决了以后,等大的运载火箭长征五号试验成功,就可以发射大舱段来建设十年以上的时间,能进行科学实验项目的空间站。 

网易新闻:现在我们处在计划中的什么阶段?

焦维新:雏形

网易新闻:中国真正的载人空间站从何时能够开始?

焦维新:大初步应该是从2018年到2022年期间。

网易新闻:这次天宫一号也会搭载国际宇航联合会的会旗,这个是不是意味着中国的空间站建设将来也许会加入到国际空间站的一个?

焦维新:倒没有那个意义,这是一种象征性的意义,国际宇航联合会把会员国的旗帜带到载人太空飞行器上,跟空间站,国际空间站没有必然联系。



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