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楊宏:中國空間站——我們的征途是星辰宇宙

時間:2022年11月07日 信息來源:騰訊科學(xué)WE大會官微 點擊:1401 字體:

11月6日,中國工程院院士、航天科技集團五院空間站系統(tǒng)總設(shè)計師楊宏參加了騰訊科學(xué) WE 大會,講述了中國空間站近十年密集攻堅系列關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展之路。7日,人民日報微信公眾號以《“每年的10月16日,我都會給楊利偉發(fā)去祝?!薄窞轭}對此進行了報道。以下是楊宏總師演講全文:

 

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非常高興來到騰訊WE大會,我來自中國航天科技集團公司五院,現(xiàn)任中國載人航天工程空間站系統(tǒng)總設(shè)計師。

 

大家可能會覺得載人航天很神秘,今天我就想講講我所經(jīng)歷的載人航天的研制過程,講述航天人的故事。

 

星辰大海是人類永恒的浪漫向往,浩瀚宇宙有很多奧秘需要人類去探索。自古以來,中華民族就向往飛向太空、遨游宇宙 ,嫦娥奔月的美麗神話,敦煌石窟的飛天壁畫,萬戶飛天的千古壯舉,無不寄托著華夏子孫的飛天夢想。當今世界,很多國家更是把航天發(fā)展上升到了國家戰(zhàn)略層面。那么什么是載人航天呢?

 

載人航天是人類駕駛和乘坐載人航天器,在太空中從事各種探索、研究、試驗等的往返飛行活動,其目的在于突破地球大氣的屏障和克服地球引力,把人類的活動范圍從陸地、海洋和大氣層擴展到太空,更廣泛和更深入地認識整個宇宙,并充分利用太空和載人航天器的特殊環(huán)境,進行各種研究和試驗活動,開發(fā)太空極其豐富的資源。

 

載人航天的意義有三個方面:

 

科技方面。載人航天技術(shù)是科技密集綜合型的尖端技術(shù),它體現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)多個領(lǐng)域的成就,又給現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)多個領(lǐng)域提出了新的發(fā)展需求,從而促進和推動整個科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。比如系統(tǒng)工程、自動控制、計算機、推進能力、環(huán)控生保技術(shù)、通信、遙感、測試技術(shù)、航天醫(yī)學(xué)和空間科學(xué)等。

 

發(fā)展載人航天能體現(xiàn)一個國家綜合國力。綜合國力的增強體現(xiàn)在發(fā)展高科技,而高科技的主要內(nèi)容之一就是載人航天。當一個國家把自己的航天員送入太空時,它可充分地體現(xiàn)其綜合能力的強盛,將增強該國民眾的民族自豪感、振奮民族精神,同時在世界上國家太空戰(zhàn)略布局中奠定地位。

 

載人航天的發(fā)展能夠更好地開發(fā)太空資源,為地球人類造福。地球正在變得越來越小,科學(xué)家們指出,人類面臨的資源枯竭、人口激增等亟待解決的幾大問題,只有通過擴大人類生存空間,向外層空間要資源,要空間來解決。

 

現(xiàn)已知,浩瀚的太空是人類巨大的寶庫,擁有了太空高位置資源,人類文明就能前進一大步,而載人航天事業(yè)正是通向這個寶庫的橋梁。但是,載人航天是一個高風(fēng)險的事業(yè),確保航天員的安全是我們的責(zé)任。

 

我們常說的一句話就是:“載人航天,人命關(guān)天”,我們的團隊經(jīng)常要提醒自己的,就是航天員的生命安全就在我們每個人的手里,我們要對航天員的生命安全負責(zé)。我們的老總師戚發(fā)軔院士曾經(jīng)對我們講的一句話:“你們要把自己當做航天員,看你們敢不敢坐你們自己設(shè)計的飛船”。

 

載人航天是個系統(tǒng)工程,就像一個龐大的機器,每個人可能是顆螺絲釘、或者是個齒輪、或者是個傳送帶,只有每個人的工作到位了,這個龐大的機器才能正常運轉(zhuǎn)。而我們的工作又像一個木桶,木桶的短板就決定了能裝多少水。

 

我作為載人航天器總設(shè)計師的重要任務(wù)之一就是找短板,找到了短板就找到了風(fēng)險,風(fēng)險控制住了,成功才有把握。飛船在天上的飛行是按步驟來,我們稱之為每一個步驟叫做飛行事件,而所有的飛行事件就像一串珍珠項鏈。

 

如果說每顆珍珠代表一個事件的話,那么每個珍珠后面都有N多的人去保駕,確保讓每一顆珍珠都完美無瑕,不允許有任何瑕疵,這樣才能確保整個項鏈的完美。這后面有多少航天科技工作者在保駕護航,又有多少人在默默無聞地奉獻。因此,中國航天的質(zhì)量是靠所有的航天人一起保出來的。

 

每年的10月16日,我都會給一個人發(fā)去祝福,這個人就是大家都非常熟悉的航天英雄楊利偉,他是我國進入太空的第一人。有一幅場景至今都讓我記憶猶新,那就是2003年10月15日上午9點,神舟五號飛船矗立在酒泉衛(wèi)星發(fā)射場的發(fā)射塔架上,在準備發(fā)射,當指揮員下達了倒計時的命令讀秒的時候,10 9 8 7……就在這個時候我們的航天員楊利偉,通過鏡頭向我們在場的所有人行了一個軍禮,指揮大廳的所有同志們報以熱烈的掌聲予以回敬,許多人流下了眼淚,因為這是首次載人飛行,盡管我們做了充分的準備,但是風(fēng)險依然存在,我們的心里依然是緊張。所以直到10月16日神舟五號飛船返回艙安全返回時,我們的設(shè)計師心里才落了地。所以說每當航天員安全返回地面,航天員走出艙以后,才是我們最幸福的時刻。

 

在突破了載人飛行技術(shù)后,我們面臨的是出艙活動和交會對接任務(wù)。“兩彈一星”功勛王希季老院士,對交會對接任務(wù)做了一個重新的定義,也就是在突破交會對接技術(shù)的同時,要解決空間實驗室和組合體的控制管理技術(shù),為空間站奠定基礎(chǔ),這就有了天宮一號。它不僅作為交會對接的目標飛行器,同時它要承擔交會對接以后,兩個航天器合為一體以后的組合體的控制和管理,也就是“1+1=1”,那么這也是空間實驗室乃至空間站所要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

 

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天宮一號在跟國外同類型航天器相比,它受重量、體積等資源的強約束,突破了多項關(guān)鍵技術(shù),特別是為空間站的關(guān)鍵技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。比如說控制力矩陀螺技術(shù),大型壁板加工技術(shù),也就是大型密封艙的生產(chǎn)加工技術(shù),還有可補加推進劑的金屬膜盒儲箱,光纖陀螺等等。而這些關(guān)鍵技術(shù)的突破不僅用于了天宮一號,也為空間站的研制奠定了堅實的基礎(chǔ),有很多技術(shù)直接就應(yīng)用到了空間站的任務(wù)中。

 

在空間站研制過程中,我們堅持系統(tǒng)謀劃和頂層設(shè)計,獨立自主地一體化設(shè)計空間站的三艙,使多個艙段、多個航天器的系統(tǒng)可整合重構(gòu),大幅提升了整體可靠性,形成了中國特色的空間站方案,所突破的關(guān)鍵技術(shù)都是具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的。

 

比如我們空間站所用到的關(guān)鍵技術(shù),大型太陽能電池技術(shù),采用了柔性太陽電池翼,就像折疊扇一樣,發(fā)射時候是收攏狀態(tài),在軌展開,還可以收攏,它有了非常高的發(fā)電效率,體積輕、重量小、可展可收、可以在軌維修。因為能源是一個航天器的動力源泉,所以能源技術(shù)是我們的重要的關(guān)鍵技術(shù)。

 

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再有就是我們的再生生保技術(shù)。大家知道航天員長期在軌的生活和工作,需要有一個安全舒適的載人環(huán)境,同時要保持這個載人環(huán)境,需要地面的補給。大家都知道,我們地面如果給載人航天器大量的補給的話,會消耗很多的資源,那么我們怎么樣想辦法,能在天上能讓我們的載人環(huán)境當中的話,一些資源可以再利用,這樣就可以大大地降低我們發(fā)射所需要的一些成本。

 

比如航天員在天上鍛煉出的汗,可以作為冷凝水收集起來,處理成再生水可以再喝;航天員排出的尿液也可以處理成再生水,可以用于電解制氧,這制成的氧氣可以排散到艙里,航天員可以呼吸的時候使用,那么排出的氫氣,我們可以跟收集的二氧化碳,還可以再還原。所以這樣的話,我們實現(xiàn)了在密封艙內(nèi),一個小環(huán)境情況下的資源的再利用,特別是水資源的再利用,這樣可以大大地降低我們的運營補給的成本。

 

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還有一項關(guān)鍵技術(shù),就是大家在電視里頭看到的機械臂,這個機械臂是航天員出艙、科學(xué)實驗設(shè)備的照料、艙段的轉(zhuǎn)位等等所用到的這樣一個智能裝置,它要覆蓋空間站的外表面。

 

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如果要覆蓋這個外表面,我們需要一個多大的機械臂呢?得六七十米,這么大的臂。不說設(shè)計研制難度,就是設(shè)計研制出來以后也帶不上去。所以我們的設(shè)計師采用了仿生原理,就模仿一種昆蟲,頭可以變尾,尾可以變頭,可以在空間站上自主地進行爬行。這樣的話,我們就用十米臂長的一個機械臂,可以設(shè)置幾個腳印,讓它能夠爬遍空間站的外表面。這樣的話我們就解決了空間站外表面機械臂的覆蓋問題,所以這樣的例子還很多。

 

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空間站是要打造成一個長期在軌穩(wěn)定飛行的國家太空實驗室,那么它要實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行,要有高可靠的設(shè)計、高安全性的設(shè)計,同時還要有維修性的設(shè)計。維修性是設(shè)計出來的,而不是說你想修的時候就能修。在設(shè)計之初就要把可維修性的設(shè)計體現(xiàn)到我們的系統(tǒng)設(shè)計中。所以我們要把維修性設(shè)計與可靠性設(shè)計、安全性設(shè)計結(jié)合起來,這樣的話,通過航天員可以進行在軌的維修維護,實現(xiàn)空間站的長期在軌的穩(wěn)定運行,為科學(xué)實驗創(chuàng)造有利的條件。

 

那么說起為科學(xué)實驗創(chuàng)造條件,我們還要設(shè)計,盡可能地降低空間站平臺所消耗的能源、體積、重量、還有信息資源。

 

比如說我們在重量分配上來講,盡可能地要壓低空間站平臺所占用的資源,讓更多的重量去支持我們的科學(xué)實驗。我們的功耗在天上,我們的電源、功率是有限的,那么盡可能地要壓縮空間站平臺的功率,去最大限度地支持空間科學(xué)實驗的用電。我們天地之間的數(shù)據(jù)通信,也是盡可能地壓低平臺所需要的傳送的帶寬和速率,把寬帶用在我們的科學(xué)實驗數(shù)據(jù)的傳輸上。

 

我們在空間站當中的設(shè)計理念,是盡可能地提高效率,提高科學(xué)實驗在整個空間站資源當中的占比,由此提高空間站對科學(xué)實驗的支持能力,而降低我們的運營成本。

 

那么這些關(guān)鍵技術(shù)突破以后,我們要把涉及到的多學(xué)科的設(shè)備要組裝到一起,組裝成一個一個的艙段,然后經(jīng)過嚴格的測試、試驗。

 

空間站一共有三個艙段,分別是天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙,而每個艙段它的噸位都是將近23噸,尺寸的話都在17米左右,還有最大直徑也在4米2,那么這么大的尺寸的艙段,如何在天上像搭積木一樣地組裝建造起來?所以空間站的多艙段的組裝建造就是一個難點。

 

所以我們要把空間站的三個艙段,分別由長征5號B運載火箭分別發(fā)射入軌,然后像搭積木一樣地一個一個地組裝在一起,而組裝的這個過程還要實現(xiàn)“1+1=1”,“1+N還要等于1”,這是什么意思呢?

 

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也就是說以空間站天和核心艙為核心控制大腦,每發(fā)射一個實驗艙對接完成以后,整個組合體的管理就由天和核心艙來負責(zé)控制和管理。那么再上來一個實驗艙也是這樣。所以天和核心艙是整個空間站在軌組合體的控制和運營管理的大腦,那么這樣的搭積木要最終實現(xiàn)1+N還是等于1,什么時候都要有一個大腦來統(tǒng)一控制和管理整個組合體。那么空間站的三艙組裝建造完成以后,還可以進行擴展。

 

我們掌握的原則就是,開始進行的組裝建造規(guī)模適度,但是留有發(fā)展空間,也就是說可以擴展,還可以擴展到六個艙,最大噸位可以達到180噸。也就是說,我們現(xiàn)在空間站的三艙再加上天舟貨運飛船、神舟載人飛船,將達到百噸級。未來的話,空間站的艙段還可以擴展,最大可以擴展到180噸。

 

今后發(fā)展,以空間站組合體為太空母港,可以有N多航天器跟隨這個母港進行伴飛。比如我們的大型巡天望遠鏡就可以跟著空間站來進行伴飛。平日里,在做科學(xué)實驗的時候,在巡天的時候,可以獨立地飛行、運行,但需要維修、補給燃料的時候,可以自主地對接到空間站上,由空間站的機械臂進行照料,由空間站里面的航天員出艙后,可以給它進行維修和維護,有空間站還可以給它進行補加推進劑。

 

完成了維護、補加以后,這個伴飛艙還可以分開單獨繼續(xù)去飛行,這樣就形成了一個以空間站為主體的一個太空母港,可以有多個不同種類、不同領(lǐng)域、不同用途的航天器伴飛,由此形成了一個具有中國特色的空間站的方案。

 

建造空間站,建成國家太空實驗室,是實現(xiàn)我國載人航天工程三步走戰(zhàn)略的重要目標,是建設(shè)科技強國,航天強國的重要引領(lǐng)性工程。

 

回首三十年來的飛天路,我認為三十年的中國載人航天的成功歸功于兩大制勝法寶。一是舉國體制。在黨的堅強領(lǐng)導(dǎo)下,載人航天事業(yè)取得了輝煌的成就,這要歸功于我們的黨的堅強領(lǐng)導(dǎo),堅持社會主義集中力量辦大事的新型舉國體制,是中國載人航天事業(yè)發(fā)展的制勝法寶。立項實施三十年的中國載人航天工程,是發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢,體現(xiàn)科技自立自強,強調(diào)人才培養(yǎng)的典型領(lǐng)域。特別是黨的十八大以來,載人航天工程實現(xiàn)了跨越式發(fā)展,十年來密集突破了一系列關(guān)鍵技術(shù),正在由航天大國向航天強國邁進。

 

制勝的第二個法寶就是“兩彈一星”精神和載人航天精神。我們的老一代航天人,在非常艱苦的條件下,他們放棄了國外的優(yōu)厚待遇,毅然地返回祖國,參加我們的國防工業(yè)的建設(shè),他們的熱愛祖國的情懷值得我們永遠地學(xué)習(xí)。

 

讓我特別感動的是,老一代航天人在條件那么艱苦的情況下,抱著航天報國這樣的滿腔的熱忱,做驚天動地事,做隱姓埋名人,這樣的科學(xué)家精神一直在激勵著我們一代代航天人接續(xù)奮斗。

 

載人航天工程尤其注重精神的引領(lǐng)和傳承,“兩彈一星”精神和載人航天精神是事業(yè)成功的根與魂,只有大力弘揚“兩彈一星”精神和載人航天精神,扎實推進重大技術(shù)創(chuàng)新、自主創(chuàng)新,才能行穩(wěn)致遠,實現(xiàn)由航天大國到航天強國的跨越。

 

面向未來,黨的二十大報告中強調(diào):必須堅持科技是第一生產(chǎn)力,人才是第一資源,創(chuàng)新是第一動力。深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略,這一高屋建瓴的論斷是具有系統(tǒng)性 全局性的戰(zhàn)略部署??萍贾?、人才保障、創(chuàng)新驅(qū)動,三者有機統(tǒng)一、相輔相成、密不可分,科技變革體現(xiàn)創(chuàng)新的引領(lǐng)作用,雄厚的人才隊伍是高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵所在。

 

載人航天工程也是人才培養(yǎng)體系建設(shè)的三十年,是我國提出并加緊推進人才強國戰(zhàn)略的三十年。通過載人航天重大工程的牽引,我們載人航天隊伍從神舟五號任務(wù)以后就完成了新老交替,隊伍至今保持在平均年齡35歲以下。

 

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目前,我們正在執(zhí)行我國載人航天工程三步走戰(zhàn)略中的第三步,空間站的組裝建造任務(wù)。

 

夢天實驗艙與在軌的天和核心艙、問天實驗艙,以及天舟四號貨運飛船、神舟十四號載人飛船的組合體進行對接,然后完成空間站的T字型的構(gòu)型的建造,之后還將發(fā)射天舟五號貨運飛船,還將發(fā)射神舟十五號載人飛船,將三名航天員發(fā)射入軌,與空間站組合體進行對接。屆時中國空間站將會有六名航天員同時在空間站工作和生活。最后是我們的神舟十四號航天員,乘坐神舟十四號載人飛船要安全返回地面。我們要精心組織、精心準備、精心實施,確??臻g站組裝建造任務(wù)圓滿完成。

 

在空間站的應(yīng)用與發(fā)展階段,要打造國家太空實驗室,開展航天員長期駐留,大規(guī)模的空間科學(xué)實驗、空間站的平臺維護等工作,服務(wù)于國家戰(zhàn)略需求,服務(wù)于國民經(jīng)濟的主戰(zhàn)場。充分發(fā)揮其科學(xué)價值 經(jīng)濟價值和社會價值。

 

黨的二十大明確從現(xiàn)在起,中心任務(wù)就是團結(jié)帶領(lǐng)全國各族人民,全面建成社會主義現(xiàn)代化強國,實現(xiàn)第二個百年奮斗目標,以中國式的現(xiàn)代化全面推進中華民族的偉大復(fù)興。

 

筑夢太空,任重道遠。踏上新征程,實現(xiàn)高水平的科技自立自強,需要從更高水平、更深層次、更廣范圍推進。我們要牢記囑托,以國為重、創(chuàng)新引領(lǐng)、腳踏實地,為實現(xiàn)我國航天科技高水平自立自強再立新功。

 

中國空間站要打造成國家級太空實驗室,開展大規(guī)模的空間科學(xué)實驗。那么可以開展多學(xué)科的科學(xué)實驗,這涉及到了能源、信息、生物、生命科學(xué)、空間科學(xué)、地球科學(xué)等多個領(lǐng)域。

 

中國空間站是一個開放的平臺。中國載人航天工程辦公室通過聯(lián)合國外空司,向國際社會發(fā)出了邀請,我們中國空間站歡迎各國的科學(xué)家,到中國空間站來開展科學(xué)試驗。目前為止,按照預(yù)定的程序進行科學(xué)實驗項目的遴選、評審。現(xiàn)在據(jù)我掌握的數(shù)據(jù)是,通過聯(lián)合國外空司這個平臺,目前有17個國家的項目入選,我們將為這些科學(xué)實驗創(chuàng)造良好的在軌試驗條件。

 

所以說我們中國空間站是國家級太空實驗室,同時也是個開放的平臺,它將為和平利用空間、開發(fā)空間資源,為人類的共同的福祉來服務(wù)。所以我們愿同世界各國的科學(xué)家一起,在中國空間站這個平臺上,開展多項科學(xué)實驗,共同開發(fā)空間資源,和平利用太空,為人類的科技進步做出貢獻。



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