中國空間站構想圖
按照中國載人航天工程三步走戰略，中國載人航天已駛入高速發展的快車道。“神舟系列飛船已經進入了小批量生產階段，天宮二號和天宮三號目標飛行器的研制和測試工作也在快馬加鞭進行中，我國貨運飛船已立項并進入研制階段。”中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院天宮一號目標飛行器和神舟八號飛船總設計師張柏楠在接受本報記者采訪時表示。
神九、神十進展順利
我國載人航天工程獨具特色，每一艘神舟飛船的任務都各不相同：“神舟五號”圓了中國人千年飛天夢，“神舟六號”實現了兩人多天飛行，“神舟七號”實現了航天員出艙，“神舟八號”則突破了空間交會對接技術。
“神舟八號”是一艘具有重要意義的飛船，至此，中國載人航天工程的天地往返運輸系統基本定型，這就意味著神舟飛船的技術狀態已經穩定，產品可以通用。同時，科學實驗都已交由空間實驗室為主承擔，飛船成為單純的運輸工具，不再承擔科學實驗任務。
整個交會對接任務要發射三艘飛船，也就是“神舟八號”、“神舟九號”和“神舟十號”。三艘飛船的技術狀態完全一致，也就是一次投產了三艘飛船，為未來空間站提供運輸系統，連神舟飛船上行載荷模擬的都是將來空間站建設要用的級別。
“神舟八號”已經發射成功，并與“天宮一號”共同實現了我國首次交會對接；“神舟九號”目前正處于大型試驗階段，明年就可以具備出廠條件，屆時將根據“神舟八號”任務完成情況確定具體任務；“神舟十號”也完成了整體總裝過程，開始測試，到明年下半年也具備發射能力，并將滿載3名航天員實現交會對接，驗證手動交會對接技術和組合體環境控制。
我國空間站工程目前已經立項，未來神舟飛船可以根據實驗安排，每年提供1次～2次載人發射服務，甚至更多。神舟飛船現在已經具備了一年多次發射的能力，這與未來空間站建設和維護的需求相當。
貨運飛船呼之欲出
“我國在空間站建設之前，計劃通過2次～3次的空間實驗室飛行，驗證交會對接技術、組合體控制技術，同時還要驗證在軌補給技術和載人生保技術。”張柏楠介紹道，空間站的建成運行，除了突破交會對接技術之外，還需要實現兩項大的關鍵技術突破，其一就是在軌補加技術。
一般來說，空間站需要在太空飛行10年～15年，而其運行所需的推進劑、航天員補給、維修更換的設備、科學實驗樣品等都需要通過地面運送，所以需要有具備一定貨運能力的飛船提供各種補給。俄羅斯的“進步號”、歐洲的ATV、日本的HTV都是現役先進的貨運飛船。同時，除了貨運飛船本身之外，要建造自己的空間站還必須要突破推進劑在軌補加技術。
據張柏楠介紹，正常情況下，推進劑都是靠高壓氣體從儲箱擠壓到發動機里，壓力可達約200個大氣壓。但要實現補加，就必須先把氣體重新擠回到氣箱中，相當于要把已經降得很低的氣壓提升到200多個大氣壓。這項工作在地面完成并不復雜，但在太空環境，由于飛船對功耗和重量要求指標非常苛刻，不可能把大型的壓氣機帶上太空，所以推進劑在軌補加就比較難。而且根據方案不同，可能也會遇到油氣分離等技術難點，而這些在地面都很難驗證。因此，美國從沒做過在軌補加，目前只有俄羅斯的“進步號”和歐洲的ATV具備推進劑在軌補加的能力。
我國的貨運飛船也要突破這一關鍵技術。為此，我國計劃發射自主研制的貨運飛船，與天宮三號空間實驗室實現對接并驗證在軌補加技術，確保將來空間站飛行推進劑能夠不斷補充。
目前，我國貨運飛船也已經立項并開始研制，而且貨運飛船的各項指標也都瞄準國際先進水平，并與國際先進指標相當。
“天宮系列”環環相扣
空間站建設運行過程中,另一項非常重要的關鍵技術就是載人生保技術。
“天宮一號”開展了電解制氧和水氣分離等試驗，而到后續天宮三號空間實驗室階段將會驗證完整的載人生保系統，測定和驗證其工作性能。
張柏楠解釋道，我國目前發射的飛行器都是短期飛行，氧氣靠高壓氣瓶提供，二氧化碳靠消耗化學藥品吸收，水從地面帶，其他廢水收集起來棄用。一旦到空間站運行階段，就要實現長期飛行，而不能依靠這種非再生模式，因為物資消耗量非常大，完全靠貨運飛船運輸，代價就更大。
所以要實現長期運行，下一代環境控制和生物保障系統就必須舍棄之前的非再生模式，轉而聚焦物理化學生命保障模式，實現部分再生。
張柏楠舉例說，比如氧氣可以靠電解水來產生，電解水則來源于航天員廢液。但電解水生成的氣體如何在太空失重的環境下跟液體分離開來，也有一定難度。“天宮一號”就要試驗電解制氧的核心技術,而通過載人生保技術，效益也是非常顯著的。
以航天員的飲用水為例，一個航天員一天一般需要2.5公斤～3公斤的飲用水，如果全靠地面運送，每天僅是3名航天員的飲用水就要七八公斤，加上水箱可能達10公斤。而通過收集冷凝水再過濾提純的方式為航天員提供飲用水，每天的消耗量也就1公斤左右，甚至更低，這將大大減少飛船上行載荷的要求。（劉斐）
來源：中國航天報
