“这国怎?亏总民,我陷思,定体问,”
麻咪麻咪哄,召唤公知大法。
推荐看 @太空精酿 的回答,热泪盈眶,永远的天宫二号。
2019年7月19日21时06分,在轨运行1036天后,天宫二号受控离轨并再入大气层,少量残骸落入南太平洋预定安全海域,标志着中国载人航天工程空间实验室阶段全部任务圆满完成。
天宫二号在工程和技术上的贡献自不必说,为中国未来空间站的建设打下了坚实的基础。还有个容易被人忽视,但其实非常重要的贡献,空间科学与应用任务。
2分钟回顾天宫二号灿烂一生 https://www.zhihu.com/video/11356408232104345602016年9月15日,天宫二号发射升空,在轨期间开展了10余项空间科学与应用项目,这是载人航天历次任务中应用项目最多的一次,它也被称为中国真正意义上的第一个太空实验室。
一千多个日夜,天宫二号取得了一系列亮眼的科学成果。视频里都有,在此不一一赘述……
成文前,我们有幸拜访了中科院空间应用工程与技术中心。这里是载人航天工程空间应用系统的总体单位,天宫二号的14项科学实验全部由这里统筹、支撑。与外界沸腾的声音和我们略感焦灼的心情不同,中心的气氛显得忙碌却平静,科学家们手头的工作一刻未停。天宫二号的谢幕,对于他们来说,意味着上一段征程的结束,但不意味着休息,他们已经投入到未来空间站的总体技术支持工作,踏上新的征途。
天二回家,欢迎,致敬!
各位,让我们在新的征途里,再见~
视频制作:中国科学院空间应用工程与技术中心
出品:科普中国
监制:中国科学院计算机网络信息中心
天宫二号完美谢幕,谢谢你为我们指明去往星辰大海的道路!
2019年7月19日21时06分,在轨运行1036天后,天宫二号受控离轨并再入大气层,少量残骸落入南太平洋预定安全海域,标志着中国载人航天工程空间实验室阶段全部任务圆满完成。
天宫二号,一次在中国载人航天史上具有里程碑意义的任务,献上华丽终章,就此完美谢幕。今天,回头看它的每一幕,依然感到震撼无比。
天宫二号(图源:中国载人航天)
第一幕:“筚路蓝缕,以启山林”的中国载人航天逆袭之旅
中国载人航天工程自1992年9月21日正式开始,又叫做921工程,这是新中国成立后最重要的科技工程之一,最终目标与国际同行完全一致:建立一个能多人长期驻留的大型空间站。
在那个年代,能做到这个地步的仅有继承苏联遗产的俄罗斯“和平号”——当时人类唯一在轨的空间站。美国则专注于庞大而昂贵的航天飞机计划,平均一次任务花费高达近15亿美元(2000亿/135次),最后选择了跟俄罗斯合作共建国际空间站。欧洲、中国、印度、日本等则提出了各自的载人航天计划。如今看,很显然,世界范围内有且只有中国做成了,还一举打破了苏联/俄罗斯和美国自1960年代起在载人航天领域内的垄断,直到今天形成“三足鼎立”之势。
罗马不是一天建成的,空间站也不是一天就能上天的。要想把空间站送上天,需要成熟的载人运载火箭系统、载人飞船系统、货运飞船系统、地面发射系统、长期在轨空间站、航天员训练系统、测控通信系统、着陆场回收系统、空间应用系统等多个系统全方面的支撑,缺一不可。
因为适用于载人航天这个庞大系统工程的从来都不是 “木桶短板”理论,而是“木桶桶底”理论:有一个环节弱了,它就直接变成桶底,结果将是木桶连一滴水都装不了!
中国载人航天工程在全面航天技术封锁的背景下,走出了一条艰辛无比但又坚持不懈的逆袭之路,啃下了一个接一个硬骨头。在天宫二号之前,已经取得了一系列重大技术突破:
杨利伟成为中国航天划时代发展的见证者(图源:中国载人航天办公室)
中国两位最美航天员王亚平和刘洋(图源:中国载人航天办公室)
上述任务每一个都是大的技术突破,也没有任何两次任务是重复的,且实现之后立即攻克更难的下一步。如果技术难就多花几年,技术相对简单就快一些,从时间轴上就能看出来绝对是独立自主发展,一步一个脚印。
而总体上,中国载人航天工程分为三步走:第一步实现航天员天地往返,神舟一号至六号已实现;第二步全面突破发展空间站的核心技术,如航天员出舱行走、空间交会对接、空间实验室、货运补给、多人中长期生存;第三步,建立大规模长期载人驻留的空间站。
神舟十号任务之后,中国载人航天迎来了最重要的节点:到底能不能研制出可以长期在轨的空间站?是否能实现多人次长期在轨生存?如果长期生存,如何解决货运补给问题?在完成基本工程任务之后,能不能用空间站做世界级科学研究?能不能给载人航天第二步做一个总结,开始进入第三步?
带着这些疑问,天宫二号应运而生!
第二幕:载人航天工程的“一大步”
2016年9月15日22时04分12秒,天宫二号发射。它的主要目标是:在天宫一号的基础上全面升级,验证货运飞船交会对接和货运补给技术,测试多人长期在轨生存,进行多项空间科学应用实验,为建立天宫空间站做最后的准备和测试。
天宫二号发射瞬间(图源:中国航天科技集团)
10月17日,神舟十一号发射,载有航天员景海鹏和陈冬。10月19日凌晨,飞船与天宫二号成功自动对接,随后二人实现了一项新的中国载人航天记录:最长在轨生存时间,长达33天!
老将景海鹏更是三入太空,作为唯一进入过天宫一号和天宫二号的航天员,景海鹏的直接感受也说明了天宫二号的全面内部升级:“天宫一号比较舒服,天宫二号更舒服,装修、颜色搭配都非常好!”。
好一个傲娇又带着那么一点小雀跃的评价!任务期间,景海鹏也在天宫二号内部庆祝了自己的50岁生日。有一个值得关注的细节,两人在空间站经常收看新闻联播的直播,这背后其实凸显着我国全球中继卫星系统“天链一号”的强大支撑。要知道,目前能实现全球覆盖的只有美国和中国。
天舟一号与天宫二号顺利对接(图源:中国载人航天办公室)
长期的载人航天任务有一个重大需求:货运补给和在轨燃料补加。相当于既要给“司机”们送饭送水清理环境,又要给“汽车”加油保养。完成这个任务的,就是2017年4月20日发射并于两天后与天宫二号顺利对接的天舟一号。而且,这一切都是在“太空高速公路”上“不停车”完成的,二者的飞行速度都在26000千米/时以上,远超普通汽车!
天舟一号是中国目前唯一的一次货运飞船任务,也是中国航天史上发射过的最重的载荷,重达13吨!相比起来,天宫二号实际上仅有8.6吨。在为期五个月的任务中,天舟一号进行了数次极其重要的工程技术实验。
它先后三次与天宫二号对接,一次是常规对接;一次是从天宫二号后方5千米绕飞至前方5千米,二者掉头对接;一次是空间快速交会对接,以节省时间提高效率为第一要务。它还先后三次对天宫二号进行在轨燃料补加,类比飞机的“空中加油”,这可以叫做“太空加油”了。任务期间,两个航天器还各自释放了伴飞小卫星。天宫二号的外置机械臂实验,也为后续任务奠定了重要基础。
最终,天舟一号在2017年9月22日受控离轨,焚毁在大气中,残骸陨落在南太平洋的“航天器坟场”。蜡炬成灰泪始干,在生命的最后一刻,天舟一号又验证了一项核心技术。
在此期间,天宫二号也没有闲着,它还继续进行着各项任务。2018年6月,它还进行了一次在400千米到300千米之间的“后空翻”,惊艳众人。这是中国大型航天器大规模机动变轨能力的一次技术测试。天宫二号,依然在发挥最后的价值。
天宫二号和神舟十一号、天舟一号非常高效率的任务成果,直接使得我国原计划的天宫一号、二号、三号三个任务“三步并作两步”,圆满完成载人航天工程第二阶段全面目标,下一步就是开建终极版本——天宫空间站。
总体而言,中国11艘神舟、1艘天舟和2个天宫取得的工程成就,效果几乎等于美国 26次水星计划、10次双子座计划、1次天空实验室计划,或者苏联6次东方系列、2次上升系列、53次联盟系列和7个礼炮号空间站系列任务!绝对称得上是成果斐然!
第三幕:载人航天到底能做怎样的科研?
建立长期在轨驻留空间站的最主要目的还是服务于科学研究,把它作为一个飞行在空中的、微重力环境的“国家实验室”,成为服务于各大科研机构的平台。
但由于我国载人航天此前聚焦的都是各种从0到1的工程技术突破,科学研究方面的贡献一直是个弱项。在天宫二号上,科学研究终于迎来了重大发展。
培养皿中的拟南芥(图源:新华网)
除此之外,天宫二号还进行了很多科学实验。总而言之,它成为了真正意义上的“空间实验室”,对于天宫空间站的建设有着重大意义。
华丽终章:还是要说再见
无论多么不舍,还是要跟天宫二号说再见。
航天器在太空中飞行会受到众多因素影响,除了地球引力之外,还有地球引力分布不均匀、太阳/月球/木星/金星引力、太阳光压、稀薄大气阻力、地球反射/辐射光压、海洋/大气潮汐引力等诸多因素。对于国际空间站、航天飞机、天宫实验室、神舟飞船、天舟货运飞船这些飞在400千米高轨道的低轨航天器而言,大气阻力则成为致命杀手,需要定期维持轨道高度。
例如,天宫一号任务期间,太阳活动处在高峰,电离层/大气层比较活跃,受到空气阻力影响更大,需要更频繁维持轨道。而当燃料耗尽、轨道维持停止后,便会逐渐自然再入大气并焚毁。而对于天宫二号这类受控再入情形,则可以清楚看到区别:它会在极短时间内,直接再入大气焚毁。
很多人都担心航天器残骸问题。事实上,由于太阳系内的太空环境和人造的太空垃圾存在,地球每天都有超过100吨物质闯进大气层,但人类仅能偶尔看到一些流星,极其罕见情况下能捡到陨石,绝大部分情况这些物质都会完全焚毁或掉在人迹罕至的地方。
天宫二号和一号尺寸类似,但它们比起其它再入大气的大家伙都是“小不点”(图改编自NASA)
人类航天发展了60余年,虽然已经发射了数以千计的航天器,但尚未有过在轨航天器再入大气时对人类造成直接伤害的先例。天宫一号和天宫二号仅是8.6吨的小家伙。比起历史上再入大气的7个礼炮号空间站(18.5-19.8吨)、天空实验室空间站(77.1吨)、和平号空间站(129.7吨)小很多,且它没有再入大气热防护措施,理论上讲对人类的危害基本为0。
南太平洋是个巨大的航天器坟场 (图源:http://dailmail.co.uk)
但为了保险保险再保险,本次天宫二号任务终结时,还是选择发动机启动并控制进入大气层角度和轨迹,最终基本通过与大气摩擦全部焚毁,如果有残渣也会落入南太平洋。这里是整个地球上最孤寂的区域,方圆数千万平方公里的区域中,都是茫茫大洋,几乎没有人类生存。
最终,天宫二号,这一见证中国航天里程碑发展意义的航天器,会和天宫一号、天舟一号一起长眠于此。
因为这一系列伟大航天器打下了的坚实基础,下一步的中国载人航天发展就是等待天宫空间站全面开建!
天宫二号,不想和你说再见,但最后还是不得不说:再见!
出品:科普中国
制作:太空精酿
监制:中国科学院计算机网络信息中心