空间站:神舟十三号乘组的翟志刚、王亚平开展首次出舱,安装了大小机械臂转接件

向问天

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空间站发射成功——从孤独的中国,到中国的孤独​

Original 学爸
全文6600字,共分四大部分,一不小心多聊了几句。

(一)胖五不辱使命,天和号发射成功
(二)中国的空间站,开启航天新时代
(三)美苏太空争霸,航天科技大爆发
(四)国际合作典范,中国却无奈缺席
(五)曾孤独的中国,仍将孤独于太空

(一)胖五不辱使命,天和号发射成功


我相信很多小伙伴跟我一样,怀着一颗忐忑的心,收看了中国空间站天和号核心舱的成功发射。现在天和号已经成功入轨,一颗悬着的心终于放下,是时候欢呼雀跃啦。

之所以忐忑,是因为替胖五捏了把汗。胖五,也就是长征五号,是我国独立研发的新一代大推力火箭,在星辰大海的征途中,承担了无可替代的作用。

在火箭家族,有一个铁律,那就是“长得越胖,责任越大”。在长征家族,除了未来的“肥九”,胖五是体型最大的,而腰部直径(芯级)达到了5米。

而长征2号系列、长征3号系列,以及长征7号,芯一级都是3.35米,这是铁路运输隧道能通过的最大尺寸了。

但是这个尺寸大大制约了我国火箭运载能力,要想发射火星探测器、大型空间站、以及返回式月球探测器就变得很吃力。

因此,长征二号F、长征三号乙、长征七号都不能胜任,于是这个任务就给了又粗又长的长征五号,号称“胖五”,专干重体力活。

如下图,带“避雷针”(逃逸塔)的是长征二号F,最粗壮的就是胖五,芯级直径高达5米,近地轨道运力高达25吨,地球同步轨道运力高达14吨。

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胖五的运力,在世界现役大推力火箭中名列第三,仅次于美国的重型猎鹰火箭(64吨)和美国的德尔塔4B火箭(29吨)。

胖五的运力,领先于俄罗斯的安加拉A5火箭(24吨)和质子号火箭(23吨),也领先于美国的泰坦4号B火箭(21吨)以及欧洲的阿丽亚娜5ECA火箭(21吨)。

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此外还有美国的宇宙神5号,现役型号近地轨道运力能达到21吨;日本的H2B运载火箭,近地轨道运力可达19吨。

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也就是说如果没胖五,那么中国航天大推力火箭可能只能排在美、俄、欧、日之后,差不多要从三哥身上找优越感了。

排名是次要的,关键是“星辰大海”的征途该怎么走。没有胖五,返回时月球探测无法实现,火星探测不得不放弃,空间站的梦想也要泡汤。

跟长征二号和长征三号等前辈们一样,长征五号是个基本型号,不同的芯级和助推组合,衍生出了不同的细分型号,这次执行天和一号空间站核心舱任务的,是长征五号B。

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长征五号一路走来实属不易。2016年11月3日长征五号首次发射,尽管载荷进入了预定轨道,但由于火箭二级发动机YF-75D提前关机导致飞行异常。

2017年7月2日,长征五号搭载实践十八号卫星执行第二次发射任务,结果五分钟后芯一级的一台发动机出现异常,导致箭毁星亡,教训十分惨痛。

这次发射失利,给中国航天带来了沉重打击,项目归零排查原因(指的是从项目立项之初开始,每个环节重新排查论证)。

直到2019年12月27日胖五复飞成功,中国航天才走出至暗时刻。这时,距离上次失利已经过去了908天。

由于长征五号出现了问题,很多航天梦想被迫推迟,包括嫦娥五号月球取土任务,以及中国的空调建站建设、萤火二号火星探测器、大型巡天望远镜等,都被推迟1~2年。

自复飞以来,长征五号家族已经成功进行了四次发射,都圆满成功,这一次也是势在必得,因为央视要进行直播,没有100%的把握不会这么高调。

不过,过程还是有点吓人,一是发射时间从十点多推迟到了11点多;二是眼看临近倒计时两分钟的时候,程序突然暂停,当时心里慌的一笔。

起火那一刻有点心花怒放,但心还是一直悬着,生怕出什么岔子,知道成功入轨之后,指挥中心的航天工作者欢呼起来,我一颗悬着的心才算是回到了杂碎里。

(二)中国的空间站,开启航天新时代

接下来,我们来聊聊正主——天和一号空间站核心舱。天和核心舱,重达22.5吨,容积更是达到了50立方米,是我国目前发射的最大尺寸的载荷,也是我国目前发射的最多功能的航天器。

天和号分为三部分,分别是:节点舱、生活控制舱和资源舱。按照腰身粗细,可分为小柱段和大柱段。小柱段直径2.8米,大柱段直径4.2米(受限于整流罩尺寸)。

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节点舱之所以叫节点舱,是因为上下左右前后共有五个对接口,将来可以对接问天号实验舱、梦天号实验舱,以及对接神舟系列宇宙飞船,剩下两个接口备用。

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后来,载人航天工程指挥部决定再增加一个巡天号光学舱,向上可以遥望深空,功能类似于哈勃太空望远镜;向下可以对地观测,观察地球上正在发生的一切,包括(你懂得)。

由此可见,天和核心舱正如其名,是整个空间站的核心。尤其是节点舱,是连接各个功能舱室的枢纽,也留有航天员出舱活动的出口。

在核心舱,还有一条长达10.2米的机械臂,有七个自由度,就是为了将来拼乐高方便,可以完成各种高难度动作,将来可辅助对接、舱段转移、载荷安装,还能帮助航天员出舱活动。

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生活控制舱,顾名思义就是航天员生活和工作的区域,也是整个空间站的指挥控制中心。这里有厨房、卫生间和健身房,也有科学仪器、通信设备、计算机系统和生命支持系统。

天和号核心舱的生活控制舱,可以提供三名航天员生活。为什么是三个?因为我国神舟系列载人飞船最多搭载3人,也成功验证了3次。

毕竟,无论是空间站还是飞船,发射成本跟重量有关,空间和资源都是寸土寸金,航天员的人数并不是越多越好。另外,不知道是不是怕四个一起上去打麻将。

不过,随着将来其他舱室逐渐对接上来之后,空间站的空间将会更大,可容纳更多的航天员同时生活工作,别说打麻将,够级都没问题,一切看工作需要。

说到资源,那就得说资源舱,资源舱尾部有个对接口,这里是航天员取外卖的地方。货运飞船把地球来的外卖(燃料、生活物资、科学仪器等)直接送入资源舱。

天和号核心舱的发射成功,是中国航天史上的里程碑事件,是迈向航天大国重要的一步。中国航天从此正式进入了空间时代。

(三)美苏太空争霸,航天科技大爆发

空间站,是人类离开地球生活的起始点,是观察宇宙了解宇宙的实验室,更是探索未来太空移民的实验场。

二战以后,美苏两国为了证明各自制度的优越性,为了彰显自身国力,也为了争当人类之光,展开了一场你追我赶的太空竞赛。

这一轮竞赛第一回合,是看谁先发射卫星。1955年,美国总统艾森豪威尔做出了发射卫星的决定,而且要争当人类第一。

然而万万没想到,苏联捷足先登。1957年10月4日,苏联用一枚R7运载火箭,将人类第一颗人造地球卫星送入了太空。

这一事件在西方引起了轩然大波,美国的媒体开始大肆渲染苏联的威胁,美国的老百姓感到了十分失望和气愤,被认为是一起太空珍珠港事件。

美国总统艾森豪威尔也是身经百战了,对苏联卫星嗤之以鼻,但是国内舆论给他带来了巨大压力,为了选票他也不得不采取措施回应苏联的挑战。

美国国防部压力很大,让航天团队加班加点,只希望能早日发射卫星,以平息苏联第一个成功发射卫星的不利影响,别说还真抢了个人类第一。

1957年12月6日,美国要通过“先锋”号火箭发射美国第一颗人造卫星,为了鼓舞士气还通过电视全球直播。

结果火箭点火后一秒钟,就一头栽倒在了发射台。美国抢到了人类第一次卫星发射失败。星箭爆炸的画面,通过电视传遍了全世界,给很多人留下了阴影。

失败的原因很简单,受了苏联刺激之后,美国开始政治挂帅,不仅让外行领导内行,干涉工程决策,还排挤火箭专家、太空探索先驱冯·布劳恩(美国希望第一颗卫星出自纯美国人之手)。

“先锋”号失败后,美国政府又不得不请冯·布劳恩出山,继续负责卫星的发射任务。1958年1月31日,美国也发射了第一颗人造卫星。

然而这颗卫星遭到了赫鲁晓夫的嘲笑,因为这颗卫星个头小,重量轻,不及苏联卫星的十分之一。赫鲁晓夫调侃说,美国需要发射许多橘子大小的卫星,才能追上苏联。

不管咋说,第一轮太空竞赛苏联完胜,美国完败。不过紧接着,又开始了第二回合——看谁先把人类送上太空。

苏联的载人航天计划叫做东方计划,美国的叫水星计划。虽然这两个计划都是绝密,但美苏都知道对方正在抢时间,所以竞争极为激烈。

1961年4月12日,苏联的加加林乘坐东方1号顺利升空,成为人类第一个到达太空的宇航员,被誉为宇宙哥伦布。

仅仅23天后,美国宇航员艾伦·谢泼德乘坐自由7号进入了太空。但是第二毕竟是第二,第二回合美国又输了。

在加加林进入太空后的第二天,美国报刊上曾出现了一幅漫画——乐滋滋的苏联领导人赫鲁晓夫拍着一艘篮球大小的宇宙飞船,从狼狈不堪的美国总统肯尼迪头上跳过……

这伤了肯尼迪的自尊了。怎样与苏联人一决高低?怎样在太空竞赛中反败为胜?怎样才能战胜苏联?肯尼迪十分焦急。

美国宇航局提出一个能与苏联人一决高下的太空竞赛方案:美国只有一个机会可以夺得第一,那就是——登上月球,这就是第三回合的竞赛。

美国的登月计划,就是著名的“阿波罗”载人登月计划。为了按时实现登月目标,美国投入了250亿美元,先后有120所大学、20000家公司、40多万人参加了这项庞大的工程。

1969年7月16日9时32分,“土星5”号运载火箭搭载“阿波罗11号点火升空。经过四昼夜紧张的飞行后,阿波罗11号飞船飞到了月球的预定着陆点上空。
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当阿姆斯特朗扒着登月舱的梯子,怀着激动的心情,气势恢宏地发出了登月名言:“这是个人的一小步,却是人类的一大步!”

位于休斯敦的约翰逊航天中心的大厅里一片沸腾,10亿观众、整个世界都掀起了欢呼的浪潮。在第3轮太空争霸赛中,美国终于胜利了,挽回了颜面。

苏联也有庞大的登月计划,并且还试图抢在阿波罗11号之前,号称月球上的斯大林格勒保卫战,可惜的是,苏联在探月行动中事故不断。

但是苏联还是打算孤注一掷,抢抢美国的风头。苏联的登月火箭叫做N1火箭,对标美国土星5号,重2788吨,高105米,直径17米,近地轨道运载能力95吨。

可惜了,阿波罗11号发射前5个月, N1火箭发射升空,然而不久之后就发生了停机,并坠落在哈萨克斯坦的草原上,然后发生了大爆炸,巨大的冲击波震碎了几十公里以内的玻璃窗。

6月苏联首颗月球采样探测器再次发射失败,眼看着7月美国就要载人登月了,苏联只能把最后的希望寄托在第二枚N1火箭上了。

7月3日,苏联也开始了最后一搏,第二枚N1火箭点火起飞。然而起飞不久,火箭就失去了动力,直接坠落在了发射台上,巨大的蘑菇云腾空而起,并伴随着一道耀眼的白光,金属瞬间融化成了液体……



根据测算,这枚火箭爆炸,相当于一次小型核弹试验,爆炸引起的地震波连美国都测到了。最终整个火箭发射平台被夷为平地,苏联登月的希望已经彻底化为了泡影。

这给苏联的登月行动带来了毁灭性的打击,彻底摧毁了火箭发射台,把整个发射场夷为平地,带走了150多名科研工作人员,更摧毁了苏联人的自信心。

1971年和1972年,N1火箭又进行了数次试验,但全部失败。苏联无奈的放弃了这个计划,眼睁睁看着美国人将星条旗插上月球,这一轮太空竞赛苏联惨败。

由于在抢夺月球“沙发”中完败,勃列日涅夫勃然大怒,要求尽快消除美国登月成功的影响。当时的思路主要有三条。

第一,探月计划继续进行,争取早日抢到板凳,争取比阿波罗的气势更大;第二,进行行星探测,比美国跑得更远;第三,启动被登月竞赛耽误的空间站项目。

由于航天活动不再受美国登月的影响,苏联的航天人有一种如释重负的感觉,政治压力小了,轻装上阵,竟然表现的非常神勇。

1969年8月8日,他们又向月球发射了“探测器7号”,整个飞行试验非常成功,并拍下了月球背面的照片。

1970年7月17日,苏联发射了金星7号探测器,首次成功实现在金星表面软着陆,并第一次测了金星的体温475℃,血压(气压)为75~105个大气压。

两次航天活动的成功,让苏联航天一定程度走出了失败的梦魇,为下一个阶段的竞赛开了一个好头,也就是空间站的竞赛。

1970年苏联解决了空间对接技术,1971年4月19日,苏联再次抢在了美国前头,发射了人类第一个空间站——礼炮1号

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在1971-1982年期间,苏联共计发射了9个重达18-20吨的空间站,其中7个取得成功,技术上分为两代。
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第一代为实验飞行器性质,仅有一个对接口,意味着一次仅能对接一艘飞船,我国的天宫一号和二号也是类似功能。

第二代为长期驻留空间站,此时已经带有两个对接口,可一次对接两艘飞船。其中,其中三个军用的礼炮空间站还进行了秘密的武器试验。

比如苏联在礼炮三号上安装了图22轰炸机自卫航炮作为攻击武器,由于无法解决武器发射时的后坐力导致的旋转而被迫放弃。

在前两代礼炮号空间站的基础上,苏联还逐渐研发出了第三代空间站——和平号空间站,这个就跟我们的天宫号空间站有点像了,多个舱室拼乐高。

和平号空间站1976年正式立项,核心舱1986年2月20日发射成功,1996年4月26日所有舱室组装完成,总长87米,总重123吨,有效容积470立方米。

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它是在太空工作时间最长、超期服役时间最长、工作效率最高、接待各国宇航员最多的太空站,俄罗斯宇航员波利亚科夫创造了单人连续在太空飞行438天的最高纪录。

2001年,已经超期服役5年的和平号空间站,由于部件老化,且维修经费严重缺乏,最终俄罗斯政府决定将其坠毁。

不管咋说,美苏太空争霸的第四回合,也就是空间站探索方面,苏联是胜过美国的。不过这一回合还没结束,苏联已经不复存在了。

(四)国际合作典范,中国却无奈缺席

苏联不复存在之后,两极格局瓦解,加上太空活动极其烧钱,美国和俄罗斯个航天大国,一拍即合,将二者的空间站方案合二为一,还可以拉上其他国家买单,这就是国际空间站。

国际空间站(ISS)是有史以来规模最大、耗时最长且涉及国家最多的空间国际合作项目,它采用桁架结构,使得整个空间站的结构更大、功能更加复杂,是第四代空间站。

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国际空间站1998年开始建设,2010年完成了建造,原计划服役到了2015年,目前已经两次延期,分别延期至2020年和2024年。

现在的国际空间站非常尴尬,性能和设备已经严重老化,故障频发,每年的维护成本高达50亿美元,所以俄罗斯都不想玩了,宣布要退出。

美国也很纠结,这个国际空间站已经投入2000亿美元了,虽然设备老化,扔了确实有点可惜,另建新的也力不从心,所以企图通过商业化来募集资金。

如果俄罗斯退出,其他国家又不愿意接盘,美国也不愿意自掏腰包给国际空间站续命,那么尴尬的一幕就来了,太空中只剩下了中国的空间站。
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(五)曾孤独的中国,仍将孤独于太空

需要注意的是,国际空间站的16个参与国中,并没有中国。为什么?因为美欧在敏感技术上是一直提防中国的。

1989年以后,欧美曾经通过了一项决议,对中国实行武器禁运,实际上在具体操作的时候,欧美国家将许多高科技的民用产品也禁了,航天技术当然也包括在内。

1993年,美国主导的国际空间站项目启动时,曾有国家提议让中国参与进来,但是遭到了美国方面的拒绝,理由是中国在空间站研究技术有军事用途。

所以中国也就没有主动申请(已经侧面摸底)。申请了被拒绝和自己没申请,是不一样的。明知会被拒绝,还厚着脸皮去申请那是自取其乳。

在上世纪90年代,中国成功为巴基斯坦、澳大利亚、瑞典、美国、菲律宾、巴西等国家成功地发射了27枚商业卫星,赚了不少外快。

1999年,美国国会发表《考克斯报告》,禁止包含一切美国元器件的卫星由中国火箭发射,中国被迫停止国际商业卫星发射服务(很多卫星都含有美国芯片啊)。

2011年4月下旬,在美国国会批准通过的拨款法案中,由于沃尔夫等人的坚持,增添了禁止美国同中国进行太空合作的两条:

美国宇航局和白宫科技办公室“不得使用联邦资金同中国或中国所属公司就太空项目进行任何方式的合作或协调”;“禁止宇航局接待任何来自中国官方的访问人员”。

2013年10月,美国依据沃尔夫条款,拒绝了6名中国科学家(包括在美工作的中国科学家)参加一个在美国举办的天文学术会议。

2019年10月21日,在第70届国际宇航大会开幕当天的第一场全会活动,本来安排了中国国家航天局副局长吴艳华发表演讲,结果人并没有走上讲台,因为中国代表团被拒签了。

所以,在国际空间站上,没有中国的宇航员和科学家参与,中国是孤独的。可是现在,中国还是孤独的,因为中国虽然上来了,但他们却要下来了!

不久的将来,国际空间站就要退役,无论是2024年还是苟延残喘到2028年,届时很可能中国的空间站,将成为世界唯一。

其实叫中国的空间站也是不准确的,应该叫中国国际空间站,或者叫中国人类命运共同体空间站,因为中国的空间站是开放的,接受小伙伴们的申请。

目前已经有27个国家申请加入中国的人类命运共同体空间站,但经过层层审核之后,只有18个国家获得了我国的批准。

值得注意的是,美国也写了申请,但是遭到了拒绝,理由是美国申报的项目在科学层面和技术上并没有达到标准。世道好轮回,苍天饶过谁。

在国际空间站的问题上,中国曾经很孤独,将来也会很孤独,孤独求败的孤独。没办法,因为我们的征途是星辰大海。
 

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核心舱还携带了9个实验项目的仪器设备,没有丑国的,呵呵。

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大概有分量的实验过不了国会法案和 funding agency 的限制,不够分量的实验中国没有采纳。

核心舱还携带了9个实验项目的仪器设备,没有美国的,呵呵。

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大概有分量的实验过不了国会法案和 funding agency 的限制,不够分量的实验中国没有采纳。
不是,美国国会立法不允许美国的科研机构和中国合作,中国拒绝它们是不让它们违法,呵呵。
 

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加拿大做个小机械臂就自以为牛逼,看看中国的。跟中国比,加拿大的就是个玩具。

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不允许 NASA 和中国合作并未堵死来自大学里研究者的申请,却也使得许多涉及微重力的物/化、生/医基础实验项目变得难以合作了。
比如,一个教授同时有 DoD、NSF 等经费来源,就不太可能冒着被怀疑的风险去申请合作。
不是,美国国会立法不允许美国的科研机构和中国合作,中国拒绝它们是不让它们违法,呵呵。
 
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aottawa

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百度百科比你谦虚些,还是说加拿大的那个是世界第一。。。

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中国有后发优势,中国这个机械臂是可以像虫子一样在核心舱上爬来爬去(可以移动),可以无死角修理核心舱表面的任何一个部位。不知这个百科上什么时候写的,中国这个应该比加拿大的先进吧。
 

Anakin

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中国有后发优势,中国这个机械臂是可以像虫子一样在核心舱上爬来爬去(可以移动),可以无死角修理核心舱表面的任何一个部位。不知这个百科上什么时候写的,中国这个应该比加拿大的先进吧。
The arm can also travel the entire length of the space station truss using the Mobile Base System.
 

ottawa_tj

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中国有后发优势,中国这个机械臂是可以像虫子一样在核心舱上爬来爬去(可以移动),可以无死角修理核心舱表面的任何一个部位。不知这个百科上什么时候写的,中国这个应该比加拿大的先进吧。

也许在设计图纸上先进,但没找到任何实际使用的视频。。。。

Canadarm 已经执行过上百次在太空中的实际操作了吧,这个不容忽视,绝对不是“玩具”。
 
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