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中国力量2021| 星辰大海,我们来了
发布日期:2022-06-12 06:12    点击次数:159

出品|网易文创

导语:自从诞生以来,人类就一直未曾停止过对“星辰大海”的探索与追求,而作为探索基础的航空航海航天技术也在随着人类的发展不断进步。

2021年已接近尾声,在这一年中,我们逐步适应着新冠疫情给我们的日常生活带来的改变。有人将2020年和2021年称为“被疫情偷走的两年”,但就在这被偷走的两年中,我国的科研工作者们依旧在辛勤地付出,并在各个领域取得了诸多成就。下面,让我们一起跟随几个关键词,一起回顾2021年我国在航海航天领域的成就。

2021星辰大海关键词:中国空间站

首先,让我们先了解一下2021年的中国航天都发生了哪些大事:

2021年我国的航天活动主要集中在空间站建设和深空探索方面。

2月10日,天问一号探测器成功完成火星捕获,成功环绕火星

4月29日,“天和”核心舱成功发射

5月15日,天问一号着陆巡视器成功着陆于预选着陆区。

5月22日,“祝融号”火星车成功驶离着陆平台并踏上火星表面

5月29日,天舟二号货运飞船成功发射

6月17日,神舟十二号载人飞船成功发射,将聂海胜、刘伯明、汤洪波三明宇航员送入太空,

6月27日,国家航天局发布我国天问一号火星探测任务着陆和巡视探测系列实拍影像

9月17日,天舟三号货运飞船成功发射

10月14日,首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”,在太原卫星发射中心成功发射。

10月16日,神舟十三号载人飞船成功发射,将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空。

今年是我国空间站建设的关键年,随着4月份天和核心舱的正式入轨,我国的空间站建设也正式拉开了帷幕。

图源:人民日报

我国的天宫空间站计划主要由三个部分组成:问天实验舱(实验舱I)、梦天实验舱(实验舱II)和天和核心舱,总体呈T字型,并设置有前向、径向和后向三个对接口。前向对接口主要用于对接载人飞船和巡天空间望远镜,后向对接口主要用于对接货运飞船,径向对接口主要用于对接载人飞船。依据计划,问天舱和梦天舱将于神舟十四号驻留期间发射,并于2022年年底完成空间站三舱体的组装。

我国空间站的预计组成 图源:新华社

天和核心舱

天和核心舱是航天员在空间站生活的主要舱段,包括节点舱、生活控制舱及资源舱三部分。节点舱用于舱段链接和飞行器访问,同时兼做航天员出舱活动气阀舱;生活控制舱内含航天员的睡眠区与卫生区,舱外还配置了大机械臂;资源舱后端配置对接口和物资补给通道,是天舟系列货运飞船的对接口。

天和核心舱的结构

天和核心舱的一大特点就是生活控制舱外侧的大机械臂,这个大机械臂可以对空间站舱外目标进行抓取、搬运、定位和释放。而这个“抓取”,除了抓取空间站外的物体外,还可以抓住宇航员,帮助其在空间站周围移动作业。虽然核心舱机械臂看起来很细,但它却可以产生高达25吨的拖动力,可以用于辅助空间站和航天飞船的对接。此外,机械臂还可以用于观察和监视舱外静止或移动的目标,包括对空间站舱段外部进行检测,方便宇航员对空间站健康状况的检测。

全景摄像机b拍到的机械臂

神舟十二号、十三号载人飞船

除了天和核心舱外,我国神舟十二号也实现了诸多突破,比如,神十二和天和的对接是我国首次实施载人飞船自主快速交会对接;首次实现了长时间(3个月)在轨停靠。值得一提的是,在技术层面,神舟十二号飞船进行了多项国产化芯片应用改进,元器件和原材料全面实现自主可控,飞船使用的控制计算机、数据管理计算机完全使用国产CPU芯片。而且随着中国北斗系统全球组网完成,北斗导航终端也引入飞船设计中,导航计算、返回搜救落点报告等都采用了北斗系统定位数据。

和神舟十二号同为载人飞船的神舟十三号,相比于神舟十二号有了不少“升级”。首先,神十三的机组成员将在空间站驻留6个月,以便进一步开展更多的空间科学实验与技术试验,产出高水平科学成果;其次,神十三对接天和后,中国空间站将实现核心舱、2艘货运飞船、1艘载人飞船共4个飞行器组合运行,为后续空间站三舱体的组建打下基础。

身为货运飞船,天舟二号和天舟三号的主要职责在于运送物资,为宇航员在空间站的工作提供基础的物资保障。天舟二号和三号的整体船型设计基本一致,但天舟三号在二号的基础上,又开展了系统优化设计、简化平台配置、提高运输效率、推动元器件自主可控等工作。此外,两者运输的货物种类基本相同,但由天舟二号以及三个月的神十二任务得到的经验,天舟三号优化了携带货物的比例,以便支持后续6个月的空间站驻留任务。

2021星辰大海关键词:深空探测

从载人航天、到“嫦娥”探月,再到“天问”探火,中国人对太空的探索一步一个脚印。今年我国在深空探索方面的主要目标是在火星探测和太阳探测方面。

图源:人民日报

“天问”探火

首先当然是引人注目的“天问一号”火星探测任务,“天问一号”由天问一号轨道飞行器和祝融号火星车构成。天问一号的主要职责在于巡视火星整体,而祝融号负责勘测火星表面的具体细节。在天问一号任务中,我们除了获取了火星表面的大量数据外,我们还首次获取到了火星车在火星表面的移动过程影像。

11月8日,天问一号的环绕器已成功实施第五次近火制动,客服中心准确进入遥感使命轨道,这也意味着天问一号任务到达了最终的遥感探测任务阶段。在遥感轨道上,环绕器可实现对火星表面的高分辨率观测,约200天可以实现对火星进行一次全球覆盖探测。

天问一号深空自拍

祝融火星车在火星自拍

“羲和”探日

2021年10月14日发射的“羲和号”卫星带有一台太阳空间望远镜,该星将实现国际首次太阳Hα波段光谱成像的空间探测,填补太阳爆发源区高质量观测数据的空白,提高我国在太阳物理领域研究能力。

羲和号卫星/国家航天局

Hα是研究太阳活动在光球和色球响应时最好的谱线之一,通过对该谱线的数据分析,可获得太阳爆发时的大气温度、速度等物理量的变化,有助于研究太阳爆发的动力学过程和物理机制。羲和号在轨运行期间,将观测太阳耀斑和日冕物质抛射的光球及色球表现,探究太阳爆发的源区动态特性和触发机制,同时探测太阳暗条形成和演化过程的色球表现,揭示其与太阳爆发的内在联系,还将获取全日面Hα波段多普勒速度分布,研究太阳低层大气动力学过程,为解决“太阳爆发由里及表能量传输全过程物理模型”等科学问题提供重要支撑。

“羲和号”将实现国际首次太阳Hα波段光谱成像的空间探测,填补太阳爆发源区高质量观测数据的空白,提高我国在太阳物理领域研究能力,对我国空间科学探测及卫星技术发展有重要意义。同时,“羲和号”高性能技术卫星平台在轨试验成功后,将大幅提升我国空间观测技术水平。未来,“双超”平台技术还将在高分辨率对地详查、大比例尺立体测绘、太阳立体探测、系外行星发现等新一代航天任务中推广应用,推动我国空间科学领域、航天技术领域跨越式发展

2021星辰大海关键词:深海探测

宇宙和深海,是目前人类了解较少的“秘境”。在这整整一年中,我们的深空探索取得了举世瞩目的成就,那么我们的深海探索又如何呢?

万米载人潜水器“奋斗者”号

2012年,我国自主设计的蛟龙号载人潜水器突破了7000m的下潜深度,引起了媒体的广泛关注。近10年后的2020年末,由蛟龙号载人潜水器的研发力量为主的科研团队设计建造的奋斗者号载人潜水器成功下潜突破10000m,达到了10909m的下潜深度。就在今年3月,“奋斗者”号在三亚正式交付给中科院深海所,标志着奋斗者号的研制工作已经完成,并顺利地通过了海上验收工作。截至2021年12月5日,奋斗者号共计搭载我国27名科研人员完成了21次万米深潜。

奋斗者号潜水器 图源:http://pic.people.com.cn/n1/2021/0316/c1016-32052830-5.html

总体来说,我国的深海潜水器技术起步相对较晚,但发展迅速,目前已经呈现出后来居上的态势。相比于十年立项、十年研制的“蛟龙号”,“奋斗者号”的研制从立项到交付,只用了五年时间。而就在这五年里,“挑战者号”实现了一项又一项的技术突破,从耐压载人舱,到帮助潜水器上浮下沉的固体浮力材料,我国的科研工作者面对国外的技术封锁,成功升级了技术,完成了深潜万米的壮举。

无人深海探测器“海斗一号”

除此之外,我国在无人深海探测上也取得了不小的成绩。

今年10月10日,中国自主研发的无人深海探测器“海斗一号”成功在10000米深的海底下,连续进行了10个小时以上的探测,顺利完成了科研任务。“海斗一号”同时刷新了我国无人深海探测器探测深度和连续工作时长的记录,在世界范围内首次实现了对“挑战者深渊”西部凹陷区的大范围全覆盖声学巡航探测,在深海探测这一领域树立了一座举世瞩目的里程碑。

“海斗一号”投放入海

“海斗一号”的成功,离不开国家和科研人员对于深海探测技术的不断投入。早在2016年起,中科院就开始了“海斗一号”项目的研究,并获得了科技部“十三五”国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项立项支持。历经三年的艰苦攻关,才成功下水试验,并完满符合了项目要求。2020年,在疫情的严峻考验下,“海斗一号”团队克服重重阻碍,在南海和太平洋整整两月时间,一次次挑战着更深的下潜深度和更复杂的探测任务。最终才有在马里亚纳海沟里程碑式的成就。

结语:

2021年,面对疫情常态化的挑战,我国仍在航空航海航天领域取得了瞩目的成就。尤其是在航天领域,从1993年美国牵头组建国际空间站时将中国排除在外,到现在我们即将拥有自己的空间站,30年的时间,我国的航天技术进展神速。相信在不久的将来,基于技术的进步,我们对星辰大海的探索定能更进一步。

参考文献:

[1]国家航天局 http://www.cnsa.gov.cn/index.html

[2]王翔,王为.天宫空间站关键技术特点综述[J].中国科学:技术科学,2021,51(11):1287-1298.

[3]张雪松.中国空间站机械臂:太空助你一臂之力[J].太空探索,2021,No.375(09):26-29.

[4]吕月.坐底10909米! “奋斗者”号勇往直“潜”有哪些硬科技?[J].今日科技,2020(12):39-41.

[5]央视财经 首艘国产大型邮轮实现全船贯通

[6]新华社 奋斗者号已完成21次万米深潜

[7]马俊. 天问一号开启火星全球性探测[N]. 环球时报,2021-11-10(008).DOI:10.28378/n.cnki.nhqsb.2021.010559.

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