中国航天日,来看这份积攒六年的成绩单吧!

出品|网易新闻

导语:

51年前,中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”成功发射。如今,“北斗组网”、“天问探火”、“嫦娥奔月”……每一次升空背后,都凝聚着航天人的无数心血。今天我们迎来了第六个“中国航天日”,中国载人航天正式迈入“空间站”时代。新世纪以来,中国的航天事业得到了突飞猛进的发展,航天日设立六年来,更是取得了多方面的突出成绩,使中国的航天实力迈上了一个新的台阶。下面,我们将对六年来五个主要方面的成就进行盘点。

一、运载工具升级换代——新一代运载火箭亮相

中国第一枚运载火箭是“长征一号”,1970年4月28日,它将“东方红一号”卫星送入太空,开启了中国的太空时代。至今,我国陆续研制了长征二号、长征三号、长征四号等系列的运载火箭。这些火箭至今也仍然在使用,但作为发源于弹道导弹的运载火箭,这些火箭的总体技术水平已经不再先进,运载能力也难以支撑我国开展空间站工程和深空探测的需要。

长征五号火箭升空 来源:新华社

为了满足大型、深空等“国之重器”级的航天器对火箭运载能力的需求,我国研制了以长征五号、长征七号为代表的新一代运载火箭,使得我国火箭的运载能能力有了质的飞跃。长征五号是大型运载火箭,主要用来发射空间站舱段、嫦娥五号等大型月球探测器及天文一号等深空探测器等重要载荷。长征七号是中型运载火箭,主要用来发射天舟货运飞船和大型同步轨道卫星。

在这两型火箭之外,还利用新型火箭模块化的优势,发展了适应商业发射市场需求的长征八号、长征六号和长征十一号等火箭。新一代火箭攻破了诸多技术难关,实现了火箭燃料由更适于导弹部署的有毒常温材料,向更适用于航天发射的低温无毒燃料的升级换代。新一代大推力液氧-煤油发动机和液氧-液氢发动机,也让我国的火箭拥有了推力更加强大的“心脏”。

双燃烧室发动机RD-180 / RD-180 Wiki

二、天宫二号任务顺利实施,载人航天进入空间站时代

2016年,天宫二号空间实验室和神舟十一号飞船成功发射并对接。和天宫一号相比,天宫二号的外观没有太大变化,但功能进行了系统升级:由验证技术的目标飞行器升级为了能供宇航员长期在太空中工作、进行空间科学实验的空间实验室。航天员,景海鹏和陈东搭乘神州十一号到达天宫二号后,就马不停蹄地开始了太空实验工作。

资料来源:新华社

除了高精度冷原子钟、液桥热毛细对流等高大上的实验项目,还有很多同时具有科学意义和趣味性的实验。比如,香港中学生设计太空养蚕实验就由两位航天员在天宫二号上实际操作,观察蚕宝宝在太空中还能否像地球上一样结出规则的蚕茧。

神舟十一号和天宫二号的组合体 来源:央视新闻

在长期有人驻留的空间站运行过程中,需要使用货运飞船运送必要的生活补给和仪器设备,空间站产生的各类废物也需要货运飞船运出销毁。在天宫二号任务期间,我国还首次发射了货运飞船“天舟一号”。天舟系列货运飞船的货物上行运载能力达6.5吨,居于世界先进水平。此外,它还具备给空间站补充加入用于维持轨道和姿态或进行轨道机动的燃料的功能,一次最多可以加注2吨燃料。天舟一号发射后,成功与天宫二号对接,并成功进行了三次燃料加注试验。

天宫二号任务的顺利实施和天舟一号货运飞船的成功发射,标志着我国的载人航天工程已经完成了建设空间站之前的全部技术准备和验证工作。今年,空间站核心舱就将发射,拉开空间站时代的序幕。

三、探月工程稳步推进,绕落回全部实现

2018年底,嫦娥四号探测器成功发射并到达月球附近,开始对月球背面进行人类历史上的首次探测。至今,嫦娥四号及其释放的月兔二号探测器,已经正常的月球表面工作了两年多,主要开展了月面射电天文观测、月球背面地质特征探测和矿物成分探测等方面的科学探测工作,取得了丰硕的成果。

因为潮汐锁定效应,月球的公转周期与自转周期相等,月球朝向地球的总是同一面。处于月球背面的探测器无法与地球直接通信。由于这种困难的存在,虽然人类早已对月球展开了大规模的探测,还曾经将宇航员送到月球上,但月球背面却始终是一片未曾探索过的领域。为了解决通信问题,预先发射了“鹊桥”号中继卫星在地月L2点上就位,承担月背和地球间的通信中转工作。由于这颗中继卫星无可替代的功能,美国科学家曾向我国的科技人员提出,未来能否有机会使用这颗卫星中继美国探测器的信号。

嫦娥五号在月球表面着陆 来源 新华社

在绕落回三步走的探月规划中,最后一步是在月球执行取样返回任务。去年11月,嫦娥五号探测器由长征五号火箭成功发射升空,并在12月1日在月球表面着陆,并在次日完成了采样工作,在12月17日凌晨成功返回地球,带回了月球表面的月壤样本,可以供科研人员们使用实验室中的大型仪器进行反复细致的分析。

嫦娥五号任务是中国航天最复杂、难度最大的任务。在任务进行过程中,探测器要在近月轨道进行一次分离和一次对接,还要在月球表面将上升器发射到近月轨道中。携带月壤的返回器需要以第二宇宙速度再入大气层。在这一系列复杂操作全都取得成功后,中国航天的探月即深空探测水平也就达到了一个新的高度。此外,嫦娥五号的任务模式和载人登月有许多相似之处,这次任务也可以看作是载人登月的一次预演。

四、天问一号拉开深空探测序幕

火星是目前深空探测的热点对象。从科学研究的角度看,火星与地球有较强的相似性,可以从火星表面、内部和附近的空间中,获取关于它过去和现在变化的信息,从中发现行星演化可能的规律,并由此对地球未来可能的命运有所认知。只有通过火星探测,掌握了深空探测所必须的轨道设计、高可靠性自动控制、深空测控等方面的技术,才有可能进行难度更大的探测。同时,火星相对理想的条件,也使它成为太空移民的首选目的地。

天问一号火星车模型 来源 央视新闻

2020年7月23日,天问一号探测器由长征五号火箭顺利发射升空,并进入预定的奔火轨道。在进行半年多的飞行后,天问一号在牛年除夕到达火星附近,完成附近的制动和变轨,成功进入环绕火星的轨道,并传回了我国获取的第一幅火星图像。

天问一号获取的首幅火星图像 来源:中国航天局

和其他国家逐步开展环绕、着陆和巡视探测不同的是,天问一号集成了这三种探测功能。目前,围绕火星的环绕探测已经开始。在今年年中,天问一号将会择机执行分离着陆器和环绕器。着陆器在火星软着陆后释放巡视器(也称“火星车”),由巡视器开展巡视探测。而环绕器则留在环绕火星的轨道上,在进行探测的同时,也充当火星车与地球之间的“信使”,提供通信中继服务。天问一号任务的开展,也拉开了我国深空探测的序幕。在“天问”的大旗下,我国还将开展对太阳探测、行星探测和太阳系边际探测。

五、北斗定位系统终建成

以前,在荒郊野岭中,一不小心就可能迷失方向。现在,一台智能手机就能轻松确定你所在的位置。手机定位,靠的是全球卫星定位系统发射的定位信号。我国于2000年开始进行“北斗”卫星导航系统建设。2000年10月31日,北斗卫星导航系统的第一颗卫星:北斗-1A卫星发射升空。随后,北斗-1B卫星发射升空。他们组成了北斗一号系统,能够在我们国家的区域内提供简单的定位服务。2008年,北斗一号开始升级为北斗二号,信号覆盖的范围越来越大,定位的准确程度也越来越高。2020年,北斗三号定位系统建成,可以向全球提供高质量的卫星定位服务,成为世界上第三个成熟的卫星导航系统。

北斗系统示意图 来源 https://kuaibao.qq.com/s/20200710A0WFFO00

与GPS等定位系统相比,北斗系统除了能够提供精准的定位和授时之外,还具备一定的通信功能,可以在必要的情况下发送“短信”,这对于一些处于野外或深海大洋中的用户尤其实用。此外,北斗系统还具备服务民航的星基增强服务和服务海上救援的国际搜救服务,可以说是定位系统中的“多面手”。

六、空间科学卫星迎来新纪元

中国以往的航天任务,往往以突破某项技术或执行某个与国计民生直接相关的实用任务为目的,而专门进行科学探测、服务科学研究的卫星则相对较小。近年来,随着中科院空间科学先导计划的开展,一批专门进行科学研究的卫星进入太空,开始改变我国“航天大国、空间科学小国”的状况。近年来发射的空间科学卫星,包括“悟空”号暗物质粒子探测卫星、“实践十号”返回式科学实验卫星、“墨子”号量子科学实验卫星和硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”号等。“悟空”主要负责寻找暗物质和暗能量存在的踪迹,“墨子”号用来进行量子通信方面的科学与技术试验,“慧眼”号通过接收X射线波段的信号,探测宇宙中最为剧烈的爆发现象。而实践十号则主要进行微重力条件下的科学试验。

暗物质探测卫星“悟空” 来源中国科学院

这些空间科学卫星任务的成功开展,取得了丰硕的科研成果,正在使我国成长为空间科学领域里的大国、强国。未来,还将有观测太阳的先进天基太阳天文台卫星(ASO-S)、探测地球磁层变化的太阳风—磁层相互作用全景成像卫星(SMILE)和探测宇宙中爆发现象的爱因斯坦探针卫星(EP)等陆续升空,为我国空间科学的发展增加新的动力。

今天上午,2021中国航天日开幕启动仪式在江苏南京举行。启动仪式上,我国首辆火星车名称揭晓,“祝融号”脱颖而出。祝融在中国传统文化中被尊为最早的火神,象征着我们的祖先用火照耀大地,带来光明。首辆火星车命名为“祝融”,寓意点燃我国星际探测的火种,指引人类对浩瀚星空、宇宙未知的接续探索和自我超越。

结语:

在本文撰写完成时,我国的空间站核心舱任务已经蓄势待发,空间站核心舱、货运飞船和载人飞船即将在太空中书写中国航天的新篇章。未来,中国航天还会给大家带来更多惊喜,中国研制的航天器也将飞得越来越远,将我们对于星辰大海的梦想一一实现。

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(责任编辑:张渺_NB20770)

2021中国航天日

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