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,在首个空间实验室“天宫一号”发射升空后一个月,神舟八号即将升空准备对接。就此,网易新闻对话中国航天科技集团五院空间实验室系统副主任设计师李兴乾。

嘉宾简介
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李兴乾,中国航天科技集团五院空间实验室系统副主任设计师。

核心观点

Q1.天宫和神八交会对接采取“周边式异体同构”结构?

李兴乾首先,天宫一号发射入轨,飞船从后方进行追踪,它们之间的距离开始是一两百公里,经过一两天的追踪,距离逐渐缩短。两个航天器在远距离的时候,主要是地面控制,使这两个飞行器达到要求的距离;近距离后,两个飞行器自带的测量设备和敏感器就能起作用,就像人的眼睛,当它们看到对方的时候,剩下的事情它们会自动来做。

Q2.有哪些时间节点是特别值得我们关注的?

李兴乾第一个节点就是神舟八号和天宫一号对接;第二个就是对接之后形成组合体飞行的时刻;第三个就是组合体任务结束之后的分离,及各自开展的后续任务;第四个是天宫一号继续在轨运行,神舟八号就是执行返回。

Q3.神舟八号不载人,但按载人发射标准设计,为什么?

李兴乾然神舟八号不载人飞行,但是从设计上来说,完全是按照载人飞船的设计来进行的,而且本次飞行最重要的任务是为了验证在有人情况下,整个交会对接任务执行在设计上正确性,所以才会完全按照有人程序来进行的,这样就能为神舟九号或者神舟十号的载人飞行,做非常充分、全面的验证。

Q4.天宫一号在生命保障系统上做了哪些设置?

李兴乾首先得有空气,再次得有氧气,然后要有一定的温度、湿度,另外呼出的有害气体,主要是二氧化碳需要能被净化掉。我们在轨会满足航天员生存所需的空气、氧气、温湿度控制的系统,和有害气体的净化、清除的系统。所以,天宫的环境,应该说是一个非常适合人生存的环境。

Q5.航天员在天宫一号上日常的生活起居是什么流程?

李兴乾载人飞船和天宫一号对接之后,航天员就要既在载人飞船生活,又在天宫一号生活,他平时的日常生活起居是怎么安排的呢?首先得吃饭、饮水。餐厅、食品、饮水都是在载人飞船的轨道舱。然后是睡眠。航天员睡觉是在天宫一号这边,我们在天宫一号的前部配置了两个非常舒适的睡眠区,为航天员提供了两个睡袋。

Q6.天宫一号在运行当中会面临哪些潜在的威胁呢?

李兴乾最近太空垃圾的问题也是让所有人都比较关注,不过对天宫一号来说,大家大可不必担心,因为我们在天宫一号的设计上为它穿了一身“盔甲”,天宫外面有可以抵挡空间碎片的防护板的结构,可以确保天宫一号在轨飞行的时候绝对安全。

Q7.天宫一号采用两舱结构:实验舱和资源舱,有什么功能?

李兴乾实验舱是密封舱,一是非常舒适的生存环境,二是配备了很多设备检测天宫飞行的基本状态,三是敏感器;资源舱主要是为天宫一号提供能源和动力,主要是电源方面的设备。

Q8. 天宫一号完成任务以后是否坠毁?

李兴乾天宫一号的设计寿命周期是两年,两年期间要分别与神舟八号、神舟九号、神舟十号进行交会对接任务,同时开展一些实验。在寿命末期,我们会通过地面的控制,让它有控地坠毁到预定的区域,这个区域是可以确保地面人员足够安全的地方。  

 

访谈实录

嘉宾:李兴乾

神舟八号和天宫一号配备了很多眼睛

网易新闻:神舟八号上天以后,什么时候和天宫一号对接?

李兴乾:飞船发射入轨之后,就开始准备与天宫一号进行对接,但是整个准备和追踪的过程是需要时间的。

从设计上来讲,大概是一到两天的时间。

网易新闻:两个飞行器都处于超高速飞行状态,神舟八号如何能搜索,并且与天宫一号交会对接上呢?

李兴乾:确实是这样,两个飞行器在轨飞行的速度是非常高的,天宫大概一个半小时左右就绕地球一圈。要交会对接上,就要保证这两个飞行器虽然绝对速度比较高,但相对速度无限逼近0,这样两个飞行器最终对接的状态才会是相对静止的。

网易新闻:天宫一号和神舟八号交会对接采取的是周边式异体同构的结构,能不能解释一下?

李兴乾:周边式异体同构指的是对接机构的结构,实际上整个对接过程是比较复杂的。

首 先,天宫一号发射入轨,飞船从后方进行追踪,它们之间的距离开始是一两百公里,经过一两天的追踪,距离逐渐缩短。两个航天器在远距离的时候,主要是地面控 制,使这两个飞行器达到要求的距离;近距离后,两个飞行器自带的测量设备和敏感器就能起作用,就像人的眼睛,当它们看到对方的时候,剩下的事情它们会自动 来做。

在两个航天器上,配备了好多眼睛,距离远的时候,我们利用GPS;距离近一些的话,我们配有激光雷达、微波雷达;再近一些的 话,我们有CCD相机;直到相对距离基本上为零时,周边式异体同构就开始起作用,天宫一号上装有被动式的对接机构,在神舟飞船上装有主动式对接机构,对接 之后两个航天器之间要进行捕获(搜索),再通过对接机构的设计,消耗掉撞击的能量(耗能),最后调整姿态(矫正)、互相锁紧(锁住),天宫和神舟飞船最终 组合 成一个大的飞行器,我们通常称之为组合体。后续的任务,就是组合体在轨飞行十多天;最后,两个飞行器分开,神舟飞船返回地面。

神舟八号为什么照载人标准来实现

网易新闻:天宫一号和神舟八号有几次交会对接的机会?

李兴乾:从设计上来讲的话,天宫一号和神舟八号是具备多次对接能力的,但是具体的对接次数要根据实际的任务安排来定。

网易新闻:这次交会对接以后有哪些时间节点是特别值得我们关注的?

李兴乾:第一个节点就是神舟八号和天宫一号对接;第二个就是对接之后形成组合体飞行的时刻;第三个就是组合体任务结束之后的分离,及各自开展的后续任务;第四个是天宫一号继续在轨运行,神舟八号就是执行返回。

网易新闻:神舟八号本身是不承载航天员的,但是所有的安排都是按照载人发射的标准来实现的,这是为什么?

李 兴乾:虽然神舟八号不载人飞行,但是从设计上来说,完全是按照载人飞船的设计来进行的,而且本次飞行最重要的任务是为了验证在有人情况下,整个交会对接任 务执行在设计上正确性,所以才会完全按照有人程序来进行的,这样就能为神舟九号或者神舟十号的载人飞行,做非常充分、全面的验证。

网易新闻:天宫一号在生命保障系统上做了哪些设置?

李 兴乾:天宫一号在发射的时候是不载人的,但是后续和载人飞船对接之后,航天员要从飞船到天宫一号里面进行工作和生活,所以天宫一号要从设计上尽量能够为航 天员提供一个舒适的环境,人在地面生存的条件,天宫一号都具备。首先得有空气,再次得有氧气,然后要有一定的温度、湿度,另外呼出的有害气体,主要是二氧 化碳需要能被净化掉。我们在轨会满足航天员生存所需的空气、氧气、温湿度控制的系统,和有害气体的净化、清除的系统。所以,天宫的环境,应该说是一个非常 适合人生存的环境。

航天员在天宫上的生活起居

网易新闻:神舟十号实现了载人对接以后,航天员需要在天宫一号上驻守多长时间?

李兴乾:现在从设计能力上来讲,我们能够保证每次有人对接,航天员在轨驻留10—20天的时间,这个具体要根据具体的任务安排来定。

网易新闻:航天员在天宫一号上日常的生活起居是什么流程。

李 兴乾:载人飞船和天宫一号对接之后,航天员就要既在载人飞船生活,又在天宫一号生活,他平时的日常生活起居是怎么安排的呢?首先得吃饭、饮水。餐厅、食 品、饮水都是在载人飞船的轨道舱。然后是睡眠。航天员睡觉是在天宫一号这边,我们在天宫一号的前部配置了两个非常舒适的睡眠区,为航天员提供了两个睡袋。 网友可能会问,为什么三个航天员只有两个睡眠区?因为不可能所有的航天员同时都睡觉,至少要有一名航天员进行值守。然后是娱乐。我们在天宫一号上也是为航 天员配备了很多的娱乐的设备,在轨可以玩游戏、看电影,而且可以跟地面进行双向的视频通信,非常方便。最后就是航天员上厕所怎么办。上厕所也是在载人飞船 这边来解决。

总的分类就是横祸起居多数是在载人飞船这边来实现,工作、睡眠、仪表的操作主要是在天宫这边实现。

网易新闻:天宫一号在运行当中会面临哪些潜在的威胁呢?比如会不会受到太空垃圾的袭击?

李 兴乾:最近太空垃圾的问题也是让所有人都比较关注,因为随着发射的航天器越来越多,太空的这些垃圾确实是对航天器的安全造成了很大的威胁,不过对天宫一号 来说,大家大可不必担心,因为我们在天宫一号的设计上为它穿了一身盔甲,天宫外面有可以抵挡空间碎片的防护板的结构,可以确保天宫一号在轨飞行的时候 绝对安全。

两舱结构分别用于生活和能源

网易新闻:天宫一号采用了两舱结构,就是实验舱和资源舱,也请李老师为我们介绍一下这两个舱段主要的功能是什么。

李 兴乾:天宫一号不同于载人飞船,就是两舱结构,天宫个头儿比较大的前面部分是实验舱,后面个头儿和尺寸稍微小的圆柱段是资源舱。实验舱是密封舱,因为在轨 的话是真空环境。前面提到航天员在轨要在一个非常舒适的生存环境,有睡眠的设施,有体育锻炼的设施,有娱乐的设施;另外,里面配备了很多设备,有仪器、仪 表,能够时时检测到天宫飞行的基本状态;在舱壁的外侧也有很多设备,就是配合交会对接的敏感器,也就是天宫一号的眼睛,负责在交会对接过程中配合飞船 进行对接。资源舱主要是为天宫一号提供能源和动力,主要电源方面的设备;最外侧非常直观的就有两个很大的电池翼,俗称太阳帆板,负责接收太空的太阳能,然 后将光能转化成天宫一号运行所需要的电能。在内部,还配置了很多发动机、推进系统相关设备,天宫一号在轨飞行的轨道和姿态,统一是由推进系统来实现的。实 验舱主要是工作、生活、控制的一个舱段,资源舱主要是为天宫一号提供能源和动力。

网易新闻:航天员将来在天宫一号上生存,食物是从地面用货运飞船发射上去的吗?

李兴乾:不是通过货运飞船,这些食品和水全部是通过载人飞船。也就是说飞船在发射之前,在这里面就装载了航天员在轨所需使用的食品、水、衣物,对接形成组合体之后,所有这些食品都是用的飞船这方面的食品。

网易新闻:天宫一号从研发到发射,总共耗时多少年?

李兴乾:整个过程经历大概是五六年的时间,而且经历了多个研制阶段,很多人共同参与到这个工作里面,可以说是全国大协作的结果。

网易新闻:天宫一号完成任务以后是否坠毁,对坠毁地点是否有要求?

李兴乾:天宫一号的设计寿命周期是两年,两年期间要分别与神舟八号、神舟九号、神舟十号进行交会对接任务,同时开展一些实验。在寿命末期,我们会通过地面的控制,让它有控地坠毁到预定的区域,这个区域是可以确保地面人员足够安全的地方。

 

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