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中繼衛(wèi)星
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“天鏈一號(hào)01星”在“神舟七號(hào)”載人航天飛行中得到了*應(yīng)用,使得“神舟七號(hào)”飛船的測(cè)控覆蓋率將由原來(lái)的12%大幅提高到60%左右。中繼衛(wèi)星的成功發(fā)射標(biāo)志中國(guó)航天應(yīng)急和管理能力又有新進(jìn)步。“天鏈一號(hào)01星”在3個(gè)方面得到應(yīng)用并發(fā)揮重要作用:[8]
——“遠(yuǎn)望”號(hào)測(cè)量船隊(duì)加上十余個(gè)地面站,才能為“神舟”飛船提供12%的測(cè)控覆蓋率。而一顆中繼衛(wèi)星就可覆蓋飛船50%的飛行軌道,無(wú)論是經(jīng)濟(jì)效益還是使用效率都有了質(zhì)的提高。
——航天器在太空中出現(xiàn)故障,搶救時(shí)機(jī)往往以秒計(jì),一旦錯(cuò)過(guò)就可能造成永遠(yuǎn)無(wú)法挽回的損失。隨著中國(guó)衛(wèi)星數(shù)量的增多,故障率不可避免要增加。張建啟說(shuō),中繼衛(wèi)星投入應(yīng)用后,將使航天器故障能夠及早發(fā)現(xiàn)、盡早解決。
——資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等應(yīng)用衛(wèi)星獲得的科學(xué)數(shù)據(jù),要在衛(wèi)星經(jīng)過(guò)地面站上空時(shí)才能下傳使用,如果突發(fā)重大自然災(zāi)害,就會(huì)失掉佳的應(yīng)對(duì)處置時(shí)機(jī)。中繼衛(wèi)星可使各類衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)下傳、及時(shí)應(yīng)用,是各類應(yīng)用衛(wèi)星的效能倍增器。
在軌試驗(yàn)任務(wù)
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神舟七號(hào)載人飛船的亮點(diǎn)除了航天員出艙外,還有一項(xiàng)重要的任務(wù)就是進(jìn)行在軌試驗(yàn)。神舟七號(hào)飛船發(fā)射同時(shí)釋放了一顆伴星,利用這顆伴星對(duì)飛船進(jìn)行照相和視頻觀測(cè)。此次伴星試驗(yàn)任務(wù)的成功,標(biāo)志著中國(guó)成為了*三個(gè)掌握空間釋放和繞飛技術(shù)的國(guó)家。此外,神舟七號(hào)載人飛船還進(jìn)行了固體潤(rùn)滑材料的在軌試驗(yàn),將中科院提供的固體潤(rùn)滑材料在外太空暴露后,由航天員在出艙行走時(shí)進(jìn)行回收。 [6]
(1)伴飛衛(wèi)星試驗(yàn)
伴飛衛(wèi)星是伴隨在另一航天器附近作周期性相對(duì)運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星。 [9]
神舟七號(hào)載人飛船是中國(guó)*開展航天器平臺(tái)在軌釋放伴星,以及伴星的伴隨飛行試驗(yàn),其任務(wù)目標(biāo)是:試驗(yàn)和驗(yàn)證伴星在軌釋放技術(shù);伴星釋放后,對(duì)飛船進(jìn)行照相和視頻觀測(cè);在返回艙返回后,由地面測(cè)控系統(tǒng)控制,擇機(jī)進(jìn)行對(duì)軌道艙形成伴隨飛行軌道的試驗(yàn),為載人航天工程后續(xù)任務(wù)中拓展空間應(yīng)用領(lǐng)域奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
神舟七號(hào)載人飛船的伴星是在繼承中科院“創(chuàng)新一號(hào)”小衛(wèi)星成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上研制的顆空間伴隨微小衛(wèi)星。該伴星采用了多項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì),突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),許多技術(shù)在國(guó)內(nèi)屬*使用。伴星采用了兩艙結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì),采用了輕型鎂合金材料作為主結(jié)構(gòu)框架,承力板同時(shí)用作星內(nèi)單機(jī)的安裝板,提高了衛(wèi)星的功能密度,使整星質(zhì)量不超過(guò)40kg,同時(shí)具有光學(xué)成像、大容量壓縮存儲(chǔ)、機(jī)動(dòng)變軌、伴隨飛行、自主導(dǎo)航、多模式指向、測(cè)控?cái)?shù)傳等多種功能。 [9]
神舟七號(hào)載人飛船伴星的功能決定了這顆衛(wèi)星研制的要求高、難度大。負(fù)責(zé)該衛(wèi)星研制的中科院上海衛(wèi)星工程中心經(jīng)過(guò)一系列的技術(shù)攻關(guān),已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)突破:
a.彩色視頻和高效信息存儲(chǔ)。神舟七號(hào)載人飛船伴星上裝有一臺(tái)雙鏡頭可見光照相機(jī),可以靈活利用兩個(gè)不同焦距的鏡頭分別在幾米到幾公里的大范圍內(nèi)對(duì)飛船進(jìn)行高分辨率彩色照相觀測(cè)或高幀頻視頻觀測(cè)。星上JPEG2000圖像壓縮算法*提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的效率。星上大容量存儲(chǔ)器多可以存儲(chǔ)3000多張圖片。 [9]
b.高效電源模塊。主要采用的國(guó)產(chǎn)三結(jié)GaInP2/GaAs/Ge高效太陽(yáng)電池陣,其光電轉(zhuǎn)換效率高于26.5%,接近*進(jìn)水平;伴星在國(guó)內(nèi)*采用了大容量鋰離子電池作為在軌航天器電源,并通過(guò)對(duì)電源控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池組的安全控制和智能保護(hù),保證伴星在軌電源供給。
c.多任務(wù)指向模式的微型化姿控模塊。神舟七號(hào)載人飛船的伴星具有GPS自主定軌能力和三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制能力,除了常規(guī)對(duì)地姿態(tài)定向外,還具備對(duì)飛船定向、變軌姿態(tài)機(jī)動(dòng)和指向、對(duì)伴飛目標(biāo)定向等多種指向功能。構(gòu)成姿態(tài)控制模塊的太陽(yáng)敏感器、磁強(qiáng)計(jì)、陀螺和動(dòng)量輪、磁力矩器等均采用了微型化設(shè)計(jì),其中三個(gè)面的太陽(yáng)敏感器總重不超過(guò)100克, 三軸微型磁強(qiáng)計(jì)采用探頭與電路一體化設(shè)計(jì)。 [9]
d.微型液化氣推進(jìn)。伴星裝有一套微型液化氣推進(jìn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)軌道機(jī)動(dòng)、空間目標(biāo)接近、軌道繞飛形成和保持。該系統(tǒng)具有體積小,重量輕,功耗低等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)天地大回路控制,開展對(duì)非合作目標(biāo)的接近及近距離高精度繞飛,此項(xiàng)技術(shù)對(duì)中國(guó)未來(lái)的空間交會(huì)對(duì)接和軌道安全性技術(shù)均具有重要應(yīng)用價(jià)值。
e.小型化測(cè)控與數(shù)傳。神舟七號(hào)載人飛船的伴星采用統(tǒng)一波段(USB)測(cè)控體制。安裝USB測(cè)控應(yīng)答機(jī),實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)測(cè)控網(wǎng)對(duì)在軌伴星的統(tǒng)一測(cè)控管理;還安裝有一臺(tái)高速數(shù)傳機(jī),數(shù)傳速率可以達(dá)到768 kbps,可將相機(jī)在軌拍攝的圖像數(shù)據(jù)快速下傳至地面。 [10]
(2)固體潤(rùn)滑材料的在軌試驗(yàn)
神舟七號(hào)載人飛船入軌后開始進(jìn)行固體潤(rùn)滑材料試驗(yàn)。固體潤(rùn)滑材料試驗(yàn)裝置是一件可以可靠鎖緊和便利解鎖的鎖緊機(jī)構(gòu),在發(fā)射階段將安裝有試驗(yàn)樣品的樣品臺(tái)可靠地固定在艙外,飛船飛至第29~30圈航天員出艙活動(dòng),在出艙活動(dòng)期間由航天員便利地解鎖并回收樣品臺(tái)。
其操作流程是:航天員在艙外打開試驗(yàn)裝置的緊固機(jī)構(gòu)→取回樣品臺(tái)→傳遞給艙內(nèi)航天員→艙內(nèi)航天員將樣品臺(tái)放入樣品回收袋;航天員進(jìn)入返回艙后將樣品臺(tái)及樣品回收袋在返回艙內(nèi)位置上固定→返回艙返回后,在飛船總裝廠移交試驗(yàn)樣品。
中國(guó)航天員*太空行走的工作項(xiàng)目確定為取回固體潤(rùn)滑材料試驗(yàn)裝置,應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師趙光恒介紹,選擇這個(gè)項(xiàng)目基于國(guó)家建設(shè)急需、跟蹤前沿、便于航天員操作等5大原因。 [2]
*,固體潤(rùn)滑材料是航天器上廣泛使用的潤(rùn)滑劑,屬國(guó)家航天事業(yè)發(fā)展急需的一種材料。太空真空和失重環(huán)境,使地面上使用的任何一種液體潤(rùn)滑劑在頃刻間氣化,而二硫化鉬等固體材料電鍍或沉積在轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)表面,可以起到潤(rùn)滑作用。近年來(lái),隨著我國(guó)航天器數(shù)量的不斷增多,固體潤(rùn)滑材料的性能對(duì)航天器使用壽命的影響因素越來(lái)越突出。太陽(yáng)電池基底薄膜材料也是航天器壽命的影響因素之一,出于效益大化考慮,一并進(jìn)行試驗(yàn)。
第二,固體潤(rùn)滑材料試驗(yàn)安全可靠,便于航天員操作。固體潤(rùn)滑材料試驗(yàn)裝置總重量3公斤,體積與一包A4打印紙相當(dāng)。試驗(yàn)樣品化學(xué)性能穩(wěn)定,不易燃燒,不易發(fā)生爆炸。飛船發(fā)射前裝在艙壁,航天員出艙時(shí)只需取回即可,操作簡(jiǎn)單方便。 [2]
第三,固體潤(rùn)滑材料性能研究屬前沿。“神七”的試驗(yàn)樣品中,有4大類11種固體潤(rùn)滑材料,還有4種太陽(yáng)電池基底薄膜材料。有的材料在公開報(bào)道中還沒(méi)有國(guó)家使用過(guò),其性能機(jī)理尚不清楚,科學(xué)家們期待試驗(yàn)中會(huì)有新發(fā)現(xiàn)。
第四,在神舟七號(hào)的飛行時(shí)間內(nèi)能夠獲得試驗(yàn)效果。神舟七號(hào)飛船多能滿足3名航天員7天飛行,很多試驗(yàn)需要較長(zhǎng)周期。固體潤(rùn)滑材料在太空暴露40個(gè)小時(shí)以上就能取得效果。
第五,單次試驗(yàn)的后續(xù)效益大。今后的試驗(yàn)可以在地面模擬進(jìn)行,獲得與外太空一樣的效果,大大節(jié)省研制經(jīng)費(fèi)和時(shí)間,提高效率。 [2]
任務(wù)意義
編輯
神舟七號(hào)載人航天飛行任務(wù)于28日取得圓滿成功,中國(guó)人的足跡*次印在了茫茫太空。多個(gè)國(guó)家的航天專家、宇航員和航天機(jī)構(gòu)對(duì)此予以積極評(píng)價(jià),認(rèn)為這將會(huì)改變空間技術(shù)合作的格局,并期待中國(guó)成為太空領(lǐng)域合作的重要伙伴。 [11]
新的里程碑
曾3次太空行走的美國(guó)前宇航員溫斯頓·斯科特說(shuō),幾天來(lái)他一直關(guān)注神七,中國(guó)航天員*太空行走持續(xù)了
景海鵬在神舟七號(hào)載人飛船返回艙內(nèi)
大約20分鐘,但“時(shí)間長(zhǎng)短并不重要,重要的是這是(中國(guó)載人航天的)一個(gè)具有重要意義的成就”。
*美國(guó)華裔宇航員盧杰在發(fā)給*記者的一封電子郵件中說(shuō):“太空行走是一項(xiàng)非常重要的太空探索能力,它將成為中國(guó)太空探索中的一個(gè)新里程碑。”
法國(guó)國(guó)家空間研究所中國(guó)航天事務(wù)專家茜爾維·卡拉里持同樣看法??ɡ镎f(shuō),神七的重要突破就是中國(guó)航天員的*太空行走,通過(guò)實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)操作,中國(guó)在太空探索上又邁出了一大步。無(wú)論是宇航員的太空服,還是其他為艙外活動(dòng)配的設(shè)備,都意味著中國(guó)在航天技術(shù)方面的進(jìn)步。
宇航聯(lián)合會(huì)負(fù)責(zé)人菲利普·威爾肯斯認(rèn)為,這次飛行任務(wù)是中國(guó)未來(lái)建設(shè)空間站的關(guān)鍵一步。威爾肯斯對(duì)*記者說(shuō),神七航天員出艙行走表明中國(guó)具備了在太空中進(jìn)行更為復(fù)雜操作的能力,將為中國(guó)未來(lái)建設(shè)空間站打下基礎(chǔ)。
太空中的強(qiáng)國(guó)
日本負(fù)責(zé)制定航天事業(yè)政策的宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)在接受*記者書面采訪時(shí)說(shuō),一個(gè)國(guó)家如果能夠順利完成載人航天飛行和太空行走,表明這個(gè)國(guó)家的載人航天技術(shù)已經(jīng)擁有了高度的可靠性和安全性。
俄羅斯宇航員瓦列里·托卡列夫也持同樣觀點(diǎn)。他認(rèn)為,中國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展令整個(gè)世界感到驚訝,實(shí)施太空行走是一個(gè)國(guó)家成為航天強(qiáng)國(guó)的標(biāo)志。他說(shuō),載人航天集中體現(xiàn)了國(guó)家整體科技發(fā)展水平,標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家在世界航天領(lǐng)域的*地位。中國(guó)已經(jīng)掌握了*的載人航天技術(shù),而且中國(guó)有能力保持航天技術(shù)的飛速發(fā)展,向世界展示一個(gè)迅速崛起的中國(guó)。
馬來(lái)西亞年輕學(xué)者胡逸山29日在吉隆坡說(shuō),中國(guó)航天員*實(shí)現(xiàn)太空行走以及神七返回艙安全返回,是中國(guó)躋身世界科技強(qiáng)國(guó)的一個(gè)標(biāo)志。他說(shuō),中國(guó)對(duì)神七整個(gè)太空之行都進(jìn)行了公開、透明的轉(zhuǎn)播和報(bào)道,向世人傳達(dá)了中利用開發(fā)太空的聲音。此外,神七也將帶動(dòng)中國(guó)其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展,尤其是高科技,使中國(guó)的工業(yè)和技術(shù)水平走上一個(gè)新的臺(tái)階。
一些國(guó)家的專家還對(duì)中國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展速度感到震驚。俄羅斯《航天新聞》雜志社專家伊戈?duì)?middot;利索夫?qū)Χ韴?bào)紙網(wǎng)說(shuō):“中國(guó)人在做我們和美國(guó)人40年前所做的事情,不過(guò),打個(gè)比方說(shuō),我們的東方號(hào)飛船六次飛行所完成的工作,他們只用一次飛行就完成了。我們飛行10到15次才能達(dá)到的目標(biāo),他們只需4到5次就可以實(shí)現(xiàn)。他們希望以質(zhì)取勝,重點(diǎn)突破。”
航天伙伴
加拿大宇航員比亞德尼·特里格瓦松在接受*記者采訪時(shí)說(shuō),中國(guó)成功發(fā)射神七載人飛船,并*實(shí)現(xiàn)太空行走,顯示“中國(guó)在航天技術(shù)領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)步,中國(guó)應(yīng)該成為世界航天技術(shù)合作領(lǐng)域的平等伙伴”。他認(rèn)為,這次發(fā)射載人飛船不僅對(duì)中國(guó)意義重大,也將改變空間技術(shù)合作方面的格局,中國(guó)有可能在不久的將來(lái)成為世界空間技術(shù)合作中的主力。
歐洲*負(fù)責(zé)與中國(guó)和俄羅斯合作事務(wù)的官員卡爾·貝里奎斯特強(qiáng)調(diào),中國(guó)在航天領(lǐng)域的發(fā)展不是一種威脅,對(duì)歐航局來(lái)說(shuō)意味著機(jī)遇。神舟飛船還會(huì)不斷發(fā)展和更新,這就為未來(lái)的合作打下了基礎(chǔ)。無(wú)論是美國(guó)、俄羅斯、歐洲還是中國(guó),都對(duì)探索宇宙表現(xiàn)出濃厚的興趣,好的探索方式就是合作。
當(dāng)被問(wèn)到中美兩國(guó)在太空探索領(lǐng)域的合作前景時(shí),美國(guó)宇航局總部負(fù)責(zé)公共事務(wù)的官員邁克爾·布魯克斯表示,美國(guó)宇航局與中國(guó)國(guó)家*同意建立工作組,在地球科學(xué)和空間科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行探討,“對(duì)話可以增強(qiáng)人類對(duì)地球以及太空的認(rèn)識(shí),中國(guó)的太空探索項(xiàng)目為中美在地球和空間科學(xué)領(lǐng)域的合作提供了潛在機(jī)會(huì)”。
而在神七發(fā)射前,日本內(nèi)閣官房長(zhǎng)官河村建夫就已表示,中國(guó)的航天發(fā)展達(dá)到了很高的水平,“將來(lái)我們必須考慮與中國(guó)展開太空合作。我們可以開始考慮這件事了”。