中国空间站是具备扩展性的 。基于在轨辨识获得的高价值参考数据,未来新的舱段、新的产品可以使用更加准确的模型去模拟天上的工作情况 。这是在轨验证对提高地面研制能力的贡献,是设计与验证构成的良性循环,其本质则是通过在轨飞行让我们对天地差异有了量化的、更准确的认知 。
神舟十二号航天员开展中国空间站首次出舱活动(图源:新华网)
(三)在轨验证铺就工程阶梯
载人航天这样技术难度大、技术跨越大且持续数十年的航天工程中,相关的技术和产品验证本身就是工程规划的一部分 。各项技术目标被分解并逐步实现,这既是规划的结果,也是工程能够分阶段实施的必要条件 。其中,在轨验证为不可或缺的环节 。
苏联的空间站经历了从单舱到多舱、从单对接口到多对接口的发展历程,推进剂补给、再生生保等功能都是在历代空间站上逐步增加、或是在和平号上分舱段上天逐步实现的 。美国在其单舱空间站天空实验室之后转向航天飞机,近地空间站技术中断了 。国际空间站选择与俄罗斯合作,以俄罗斯核心舱作为整个空间站的核心舱实现了后续建造任务 。应该说,假以时日,美国是有能力建设核心舱并直接突破长期载人技术的,但通过合作方式更快地建成了空间站,之后又在空间站上开展了长期载人等技术验证 。
各国空间站技术皆循序渐进,我国也不例外 。
1、“三步走”逐步验证关键技术
以大的视野看,中国载人航天“三步走”就是核心关键技术逐一验证并逐步递进的过程:
首先,以载人飞船任务突破天地往返技术,保证人可以安全地被送入轨道、在轨生存工作并返回地面 。这是载人航天的安全保证和基础技术 。
第二步,先开展出舱活动,保证人能够在舱外工作;再经空间实验室任务掌握交会对接技术,使舱段组装、人员轮换、物资补给等具备了可行性 。这是建造和运行空间站的必要条件 。最终,建造多舱段空间站并持续运行 。
可以说,每一步任务所需的关键技术都在前一阶段通过实际飞行完成了验证,并对掌握情况进行了确认 。
2、“三步走”逐步验证任务方案
每一步的技术验证目标,需要恰当的实施方案与之匹配 。验证目标直接影响验证方案,最终与工程成本、时间等约束条件一起决定工程任务方案的制定 。
以突破并掌握交会对接技术的“第二步”为例 。交会对接技术应如何验证?采用何种方案?各国交会对接的验证方案不尽相同:美国以双子座飞船与运载火箭改造而来的“阿金纳”目标飞行器进行交会对接;苏联两艘飞船分别充当追踪和目标飞行器;日本则用ETS-VII卫星释放一个小目标飞行器之后再去追踪和对接 。
在神舟飞船成功飞行的基础上,我国曾提出两种验证途径:一是基于成功应用的飞船留轨舱技术,研制长寿命的2吨级目标飞行器;二是新研8吨级目标飞行器 。从验证交会飞行和对接这两项技术的目标来看,两种方案初看都是可行的,也都具备工程研制能力 。在方案论证期间,我们的航天前辈、两弹一星元勋之一的王希季先生提出了问题——“突破交会对接技术”的标志是什么?
王希季先生的观点是,突破的标志取决于验证目标:载人航天所需要突破的交会对接技术是为后续建造和运行载人空间站服务的,那么交会对接的验证目标就必须包含以下四个方面技术的验证和掌握:
(1)交会:空间站舱段和飞船能先后发射并在太空中会合;
(2)对接:舱段之间、空间站与来访飞行器之间要能够实现刚性连接和任务后的分离;
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