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“天宫二号”空间实验室受控离轨

来源: 排名:1144438616     时间: 2019-07-20 12:53:05
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  “天宫二号”空间实验室受控离轨

  超期服役1年多,为空间站建设验证了“太空加油”等关键技术;我国全面进入空间站建设阶段

  “天宫二号”技术参数

  基本参数

  全长10.4米

  最大直径3.35米

  太阳翼展宽约18.4米

  重量8.6吨

  舱体结构

  采用实验舱和资源舱两舱构型

  在轨寿命 2年

  载人能力

  支持2名航天员在轨、生活30天

  应用载荷

  14项应用载荷

  多项航天医学验证装置

  在轨维修技术验证装置

  机械臂操作终端

  7月19日21时06分,翱翔太空1000余天后,我国“天宫二号”空间实验室受控离轨并再入大气层,少量残骸落入南太平洋预定海域。

  “天宫二号”采取受控方式离轨,这是继“天舟一号”货运飞船后,我国第二次实施航天器受控离轨。

  “天宫二号”超期服役1年多,可谓功勋卓著。其受控再入大气层,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”总设计师朱枞鹏介绍,“天宫二号”之后,我国全面进入空间站建设阶段。作为我国首个也可能是唯一一个空间实验室,“天宫二号”可谓空间站的雏形,也是空间站建成之前最后一次实战演练。

  “天宫二号”大事记

  2016年9月15日

  在酒泉卫星发射中心发射。

  2016年10月19日

  与神舟十一号飞船自动交会对接成功,航天员景海鹏、陈冬进入“天宫二号”。

  搭载的一颗伴随卫星成功释放,对“天宫二号”和神舟十一号组合体第一次拍照。

  2016年10月23日

  2016年11月17日

  航天员返回神舟十一号,与“天宫二号”分离。

  2017年4月22日

  “天宫二号”与天舟一号货运飞船首次自动交会对接。

  2017年4月23日开始

  天舟一号与“天宫二号”组合体进行推进剂补加试验,俗称“太空加油”。

  2017年6月19日

  天舟一号与“天宫二号”进行绕飞和第二次交会对接,验证空间站相关技术。

  2017年9月12日

  与天舟一号完成自主快速交会对接试验(第三次交会对接)。

  2017年9月17日

  与天舟一号分离。

  2019年7月19日

  受控离轨。

  “天宫二号”的“超能力”

  1

  观测到太阳X射线暴 探测能力比肩国际天文卫星

  “天宫二号”空间实验室在运行期间,成功观测到了太阳X射线暴,探测能力与国际天文卫星相当。“天宫二号”伽玛暴偏振探测仪(POLAR)是国际首台宽视场、高效率的专用宇宙伽马射线暴偏振探测仪器,成功探测到55个宇宙伽玛暴事例,已被美国、欧洲和俄罗斯等空间天文卫星观测所证实,为国际伽玛暴联合探测做出了重要贡献。

  2

  植物在太空全过程生长 水稻、拟南芥发芽结果

  “天宫二号”搭载了一个微型培养箱,种植有粮食作物的典型代表水稻和绿叶植物的典型代表拟南芥。科研人员通过地面遥控,对太空培养箱进行温控和浇水,让拟南芥和水稻顺利开花结果。这是我国首次完成植物生长全过程实验,为发展空间植物培养技术、探索保障人类长期空间生存,又向前迈进了一步。

  3

  利用脉冲信号定轨 运行国际首台在轨冷原子钟

  “天宫二号”在国内首次实现了利用观测到蟹状星云(Crab)脉冲星的脉冲信号进行定轨,推动了脉冲星观测和导航技术发展。

  此外,“天宫二号”空间冷原子钟是国际上首台在轨运行的冷原子钟,根据在轨测试结果推算冷原子钟日稳定度达到7.2E-16,处于国际领先水平,该成果作为亮点文章发表在国际学术期刊《自然-通讯》上。

  4

  参与量子通信 实现量子密钥分配和激光数据传输

  “天宫二号”还在量子通信试验方面做出了贡献。“天宫二号”量子密钥分配试验采用对光量子诱骗态方法,成功进行了天地量子密钥分配和激光业务数据传输,密钥成码率、跟瞄精度优于技术指标要求。这项工作为我国量子科学卫星做了先期技术验证,并巩固了我国在空间量子科学技术方面的领先地位。

  数据来源:载人航天网

  新京报讯 7月19日21时06分,功勋卓著的“天宫二号”空间实验室完成“谢幕演出”。在地面指挥人员的控制下,“天宫二号”受控脱离运行轨道,高度逐渐降低,随后进入大气层。在与大气层高速摩擦产生的火焰中,“天宫二号”主体烧毁殆尽,少量高熔点残骸穿越大气层,落入南太平洋预定的无人安全海域。

  若成为太空垃圾对太空与地面造成威胁

  朱枞鹏介绍,“天宫二号”空间实验室设计在轨寿命两年,目前在轨飞行已超过1000天。尽管已超期服役1年多,但平台及载荷功能正常、状态良好,所携带的推进剂仍很充足,可以继续支持其在轨飞行数年。

  让“天宫二号”主动“退休”,是为了“万无一失”。随着超期服役时间的不断增加,“天宫二号”的在轨可靠性会有所下降,一旦出现在轨异常,处于近地轨道失控状态的“天宫二号”,会逐渐下落。坠入大气层后,一些高熔点材料有可能不会完全烧蚀,少量残骸会落到地面,危及地面人员安全。“天宫二号”在状态尚佳的时候选择主动离轨,就是为了彻底消除这一隐患,用百分百稳妥、安全的方式履行大国的责任和担当。

  “天宫二号”受控离轨意义重大。在地球周围,直径大于10厘米的空间碎片已超过2万个,一般来说,10厘米以上的空间碎片,无论其撞击到哪个航天器都是灭顶之灾。太空中遍布着太空垃圾,经常让驰骋的航天器不得不变道、避障。主动销毁航天器已经成为国际上一个共同的追求。

  残骸落入南太平洋系“航天器坟场”

  “天宫二号”残骸的归宿与“天宫一号”、“天舟一号”相同,都是南太平洋。

  据中国载人航天工程办公室消息,“天宫二号”剩余的少量残骸,将落入西经160度~90度、南纬30度~45度范围内南太平洋预定安全海域。

  这是国际通行做法。运行在近地轨道的大型航天器退役后,各国通行方案都是让其受控坠落到南太平洋深海区。此处四面与陆地距离都超过2000公里,也被称为“航天器坟场”。

  航天专家、“小火箭”微信公众号创始人邢强向新京报记者介绍,这片区域不仅没有人类活动,而且由于洋流影响,海洋生物也很少,不会对生态造成太大破坏。

  释疑1

  航天器坠落砸到人的概率有多大?

  50余年来,从未有人受到再入航天器残骸的伤害

  最近50余年来,大约有15000吨以上的航天器残骸落回地球,从未伤害到人口密集地区的居民。NASA统计数据表明,仅2014年就有超过600个失效卫星、废弃火箭末级和其他碎片再入地球大气,总质量超过100吨,但没有收到人员伤害或财产损失的报告。

  历史上,确实有过航天器残骸坠落大地,1979年美国“天空实验室1号”坠落,最终坠落位置与预测偏离较远。原计划降落在南非开普敦以南1300公里的海洋中,但碎片最终陨落至南印度洋海面和澳大利亚西部沙漠地区。

  “天空实验室1号”是以部分可控的方式坠落的,完全受控再入的航天器,能更精准地坠落到安全地区。

  去年,我国“天宫一号”目标飞行器因为正式终止数据服务,与地面失去了数据联系,以无控方式再入。邢强从2016年开始跟踪计算“天宫一号”轨道,根据计算结果,“天宫一号”残骸坠入海洋的几率一直在90%上下浮动。

  由于其运行在约南北纬43°之间范围内,根据其轨道经过地方的海洋与陆地面积比初步判断,再依据近地点和远地点参数推算出这一数据。最终,“天宫一号”安全坠落于南太平洋中部区域。

  释疑2

  “天宫二号”陨落有何新意?

  探索优化技术,为广泛推广航天器主动离轨提供支撑

  记者从“天宫二号”研制方中国航天科技集团有限公司五院(中国空间技术研究院)获悉,“天宫二号”受控离轨,为我国广泛推广航天器主动离轨技术提供了支撑。

  五院专家表示,因为要不断调整姿态和速度,航天器在离轨过程中要耗费不少燃料。如果受控离轨方案不断优化,尽可能少地消耗燃料,对于中、高轨的航天器应用价值很大,对于探索经济、和谐、绿色、环保的空间事业发展道路意义重大。

  据悉,此次“天宫二号”受控离轨对此进行了技术探索。五院“天宫二号”飞控团队将充分研究、挖掘此次离轨数据,进一步优化受控离轨技术。

  ■ 对话

  “天宫二号”总设计师朱枞鹏:

  不愿割舍,但为了安全必须告别

  “天宫二号”由中国航天科技集团有限公司五院(中国空间技术研究院)抓总研制,“天宫二号”总设计师朱枞鹏告诉记者,无论从团队感情还是航天器在轨发挥的重要性来看,他们都不愿与“天宫二号”分离,但安全起见,必须进行主动离轨。

  朱枞鹏表示,作为我国首个也可能是唯一一个空间实验室,“天宫二号”可谓空间站的雏形,也是空间站建成之前最后一次实战演练。“天宫二号”承载了推动中国步入“空间站时代”的历史使命,为建造空间站奠定了基础。“天宫二号”之后,我国全面进入空间站建设阶段。

  采取了“两步走”的飞控实施策略

  新京报:“天宫二号”主动离轨有什么难度?

  朱枞鹏:此次受控离轨,就是要让“天宫二号”在指定时刻落在指定区域,确保地面安全。要做到这一点,不是简单发出一个离轨指令就高枕无忧了。

  为了确保落得准,五院“天宫二号”飞控团队综合考虑各方面因素,开展了很多轮模拟仿真,制定了翔实的飞控实施方案。在飞控过程中,团队要时时监控并快速调整航天器的离轨速度、角度,确保航天器以最佳的“入水”姿势进入大气层。

  这一过程必须非常严谨,因为航天器在陨落过程中会发生解体,形成数量众多、姿态不可控制的碎片,以“天女散花”的方式从天而降,落区影响的区域可达上千公里。为此“天宫二号”飞控团队制定了多种应急处置预案,随时准备“救场”。

  新京报:这是我国航天器继天舟一号后的第二次受控离轨,是否采用了同样的方案?

  朱枞鹏:这次采用的是新方案。与天舟一号采取的“一步”飞控实施的策略不同,“天宫二号”采取了“两步走”的飞控实施策略。

  第一步,先将“天宫二号”轨道降低到近地点200公里的椭圆轨道;第二步,再将轨道降至近地点70公里的椭圆轨道,进入大气层。我们这次没有沿用以往成熟技术,另辟蹊径,是为了更充分、全面地搜集航天器主动离轨的各类数据,更好地掌握轨道特性。

  “天宫二号”为建造空间站奠定了基础

  新京报:“天宫二号”上承“天宫一号”目标飞行器,下启“天宫号”空间站,发挥了怎样的特殊作用?

  朱枞鹏:“天宫二号”承载了推动中国步入“空间站时代”的历史使命。“天宫二号”飞行任务期间,与神舟十一号载人飞船、天舟一号货运飞船进行了多次交会对接,开展了一系列空间实验,充分验证了航天员中期驻留太空的能力和推进剂在轨补加技术。

  这是“天宫二号”最重要的任务,这些技术为建造空间站奠定了基础,可以说,为中国载人航天事业发展立下了汗马功劳。

  新京报:除了主要任务,“天宫二号”还执行了哪些其他任务?

  朱枞鹏:“天宫二号”还开展了一系列科学实验。五院研制团队模拟空间站运行状态,对“天宫二号”压气机等关键设备进行了高频次在轨操作,并进行主动降轨控制等一系列拓展实验,这些实验对于支持空间站建设也有重大意义。

  另外,“天宫二号”还搭载了14项约600公斤重的应用载荷,包括空间冷原子钟、宽波段成像仪、三维成像微波高度计设备等,涉及空间基础物理学、地球科学观测、空间科学实验等多个领域。

 采写/新京报记者 倪伟 通讯员 郭兆炜 保石


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