一、工程任務

1. 貨運飛船當然是運貨

考驗貨運飛船的運載能力,有一個重要的指標,叫「載貨比」,即運載貨物的質量與貨運飛船船體本身的質量之比。天舟一號的載貨比高達0.48,比日本、歐洲的現役貨運飛船都要高,運載能力躋身世界前列。

2. 推進劑在軌補加(空中加油)

未來我國的空間站在太空軌道運行,會因為種種自然因素逐漸降低軌道高度。為了保持原有的高度,就必須消耗燃料推動空間站上升,這就需要貨運飛船為空間站進行燃料補充。天舟一號與天宮二號對接之後,將通過一些特有的介面將燃料加註到天宮二號中,維持天宮二號的軌道高度。

3. 驗證自主快速交會對接技術

這是一個全新的技術,這個試驗要求天舟一號與天宮二號在 6 小時之內對接,是之前神舟十一號與天宮二號對接的時間的八分之一。

二、空間科學實驗

雖然主要任務是工程方面,但是中國的空間站建設在即,寶貴的空間實驗機會不能浪費。天舟一號上還是搭載了不少科學實驗。

這次的空間科學實驗,基本都是空間生命科學實驗。

為生科院的孩子們點燃了未來就業的希望……

我們稱之為「微重力對細胞增殖和分化影響的研究」,一共包括8個課題。

例如,微重力環境下胚胎幹細胞定向分化,空間骨丟失機制實驗,微重力環境下胚胎幹細胞培養實驗及抗失重情況下的骨質疏鬆新葯開發等……

這些實驗主要回答兩類問題:

1. 我們是不是能在太空中長時間生活,甚至……生殖。如果在太空中長時間生活,我們容易出現哪些方面的問題,如何解決這些問題。

2. 在太空這個不一樣的環境中,是不是會出現些有趣的現象,我們能不能利用這個特殊的環境做點什麼。

我們選取三個實驗,對此進行具體說明。

1. 微重力環境下胚胎幹細胞培養實驗

實驗內容:利用貨運飛船搭載Oct4-GFP小鼠胚胎幹細胞、Oct4-GFP小鼠擬胚體、Brachyury-GFP小鼠擬胚體,通過普通光和熒光顯微成像技術觀察幹細胞在太空中增殖和分化過程,並通過細胞綠色熒光信號強度變化以及明場下ES、EB細胞的形態變化特徵,判斷小鼠胚胎幹細胞在太空微重力下多潛能基因的維持(自我更新)和細胞的分化情況。

同時,地面將開展平行實驗,通過天地比對實驗,初步了解空間微重力環境影響幹細胞增殖、分化的情況和作用機理。

根據預期,科學家將獲得太空中小鼠胚胎幹細胞增殖及自我更新的實時攝影圖片,並根據在太空中開展的小鼠擬胚體體外分化實驗,實時獲得在軌培養擬胚體分化情況。

為什麼要做這個實驗呢?

1. 高中畢業的我們知道,幹細胞生物學是21世紀矚目的研究領域之一,是組織工程和再生醫學研究的上遊學科。幹細胞的重要功能是維持和控制細胞的再生能力,它具有自我更新複製能力和多分化潛能,它可分化為多種組織細胞類型。

在空間生命科學領域,空間微重力效應是否影響幹細胞增殖和分化?能否利用空間微重力獨特的條件開展幹細胞大規模擴增和組織工程構建呢?這些問題是當下前沿和熱點的問題。

2. 實驗前期,中科院動物所段恩奎老師的團隊在1G和模擬微重力效應下,分別進行了小鼠胚胎幹細胞增殖、分化特性研究。

他們發現,在模擬微重力效應條件(RCCS)下,小鼠胚胎幹細胞分化能力增強,並且更容易向內胚層和中胚層分化,並且已發現引起這種變化的關鍵基因和分子信號通路。

但模擬微重力效應並不是真實的微重力條件,只有太空才能提供真實的微重力環境。所以利用天舟一號的實驗機會,去太空真實的微重力環境下研究下。

我們還可以藉機看一下空間幹細胞實驗在國際上的狀況:

案例1:

2015年NASA研究人員就首次報道了在STS-131飛行任務中進行的空間幹細胞生長和組織再生方面的成果。

NASA的研究結果表明,太空微重力環境影響了小鼠擬胚體(EB)在太空的分化能力,抑制了譜系分化基因的表達,但有意思的是,這些未分化的EB在地麵條件下培養能夠進一步分化。

案例2:

最近,美國斯坦福大學細胞生物學家Arum Sharma在世界幹細胞峰會上彙報了一項在國際空間站(ISS)上開展的幹細胞向心肌分化的實驗。

研究人員將幹細胞送上ISS停留了1個月,平行的對照實驗則留在地球上培養。

初步的結果顯示,分化的心肌細胞在太空飛行時呈現出略微不規律的節律,但返回地面後恢復了正常的跳動節律。

案例3:

加州大學洛馬林達大學移植免疫學家Mary Kearns Jonker利用一個定位器裝置進行微重力模擬實驗,通過將心臟祖細胞載入到該裝置通過不斷旋轉來使細胞減少重力。

該研究小組已經發現,新生兒的心臟祖細胞似乎在這些微重力條件下能更好增殖且表現出分化跡象——回到更原始的非專門化狀態,而成年人的心臟祖細胞並沒有出現這些現象。在這些現象事實上,研究小組發現,微重力可以激活某些遺傳途徑,從而在受損組織再生時開始運作。

案例4:

段恩奎老師的團隊此前在實踐十號(中國首個微重力實驗衛星,返回式的)上開展了太空環境下哺乳動物早期胚胎髮育研究。

研究不僅獲得了太空中小鼠早期胚胎髮育的實時顯微攝影圖片,還首次觀察到哺乳動物2-細胞胚胎在太空微重力條件下能夠分裂並且發育到囊胚階段。研究已經取得了階段性的成果,在世界範圍內,首次完成太空環境下哺乳動物植入前胚胎髮育的研究。

2. 太空微重力環境下定向分化人類胚胎幹細胞為生殖細胞實驗

實驗內容:太空微重力環境下,定向分化人類胚胎幹細胞為生殖細胞。

構建生殖細胞的特異性熒光報告載體及人胚胎幹細胞為生殖細胞。將上述誘導分化體系送入航天器空間生物技術實驗平台,依據分化目的為其定期更換含有不同誘導因子的培養基,在太空進行誘導分化實驗,並利用明視野顯微鏡和熒光顯微鏡進行跟蹤觀察。

因為天舟一號不再返回地面,所以實驗主要是根據所傳輸回地面的實時顯微成像結果,觀察各誘導體系內報告基因表達情況和細胞形態,與地面對照組比較,分析各類生殖細胞誘導效率和形態特徵。

和動物所的實驗不同,清華大學紀家葵團隊負責的這個實驗,實驗對象是人類胚胎幹細胞,它使用的是美國James Thomson 實驗室的H9細胞系。工作人員將它改造為帶有生殖細胞特異熒游標記的細胞系。

選用它的原因主要是這個細胞能在形成生殖細胞時特異表達綠色熒光。

這項研究將建立體外分化體系研究人生殖細胞發育, 克服太空生殖研究中人體生殖細胞取樣困難的局限,對理解太空生活對人類生殖的影響、改善太空生育能力、實現空間移民和太空生育後代具備重大意義。

到目前為止,此次實驗尚屬首例,國際上還未有在微重力下將人幹細胞分化為生殖細胞的報道。

3. 空間微重力環境中CKIP-1對成骨細胞分化的影響實驗

實驗內容:空間微重力環境中,研究CKIP-1對成骨細胞分化的影響。

將CKIP-1基因靜默的成骨細胞在促分化培養基中培養21天後,顯微觀察其礦化結節形成情況,多聚甲醛固定後,採用茜素紅進行染色。

這個實驗的方法與地面正常生理環境下的實驗方法基本相同,但兩者培養條件不同,微重力環境下,成骨細胞的培養是二氧化碳非依賴性的。

CKIP-1(casein kinase 2 interacting protein-1, 酪蛋白激酶2相互作用蛋白-1)是一個重要的骨形成負調控因子。在正常生理環境中的研究表明,CKIP-1可以特異的與泛素連接酶Smurf1(Smad ubiquitination regulatory factor 1)相互作用,增強泛素連接酶活性,促進其對底物如Smad1/5等BMP通路中重要信號轉導分子的降解,抑製成骨細胞活化,從而負調控骨形成。

為什麼要做這個實驗?

航天醫學是發展載人航天事業的重要學科之一。

人類50餘年的載人航天活動證明:人類長時間在空間微重力環境中會引起多個系統的結構和功能的變化,包括心血管、骨骼和肌肉等。

其中,骨骼作為重要的重力承受和感知器官,在正常生理環境中,會隨著受力刺激的變化,而不斷更新和重建。但是,在空間微重力環境的影響下,人體骨骼長期處於無負荷和無應力刺激狀態,會導致失重性骨質變化,從而對航天員的身體健康構成巨大的危害,這些危害主要表現為持續性的骨量丟失,生物力學性能下降,骨鈣素分泌降低等,即微重力誘導的骨質減少或骨質疏鬆。

因此,空間微重力造成的骨丟失問題已經成為制約人類向更深、更遠、更高的外層空間探索的重要限制因素之一,如何將空間微重力造成的骨丟失降低到最小程度是航天醫學面臨的最大挑戰。

在正常生理環境中,CKIP-1是一個重要的骨形成負調控因子,在此基礎上,香港浸會大學羅守輝骨與關節疾病轉化醫學研究所的張戈教授&呂愛平教授課題組進一步發現,老年人和老年大鼠在增齡過程中骨形成下降的同時,骨組織CKIP-1的表達水平逐漸升高,兩者呈現負相關關係。提示了CKIP-1在老年人骨形成能力降低的分子機制中的潛在作用。在成骨細胞中實現CKIP-1的基因靜默,可以在體外促進人、猴、大鼠成骨樣細胞的分化活性和礦化功能,在體內可以促進骨質疏鬆大鼠模型的骨形成。

但是,這些研究僅僅是在正常生理環境下進行的,CKIP-1在空間微重力環境中是否還有上述作用仍然未知。因此,有必要研究CKIP-1在空間微重力環境中對成骨細胞功能的調控機制,揭示新的微重力狀態下的促骨形成候選靶標。

在本次實驗中,將研究二氧化碳非依賴的CKIP-1基因靜默成骨細胞在空間微重力環境中的礦化情況,以期為宇航員的空間骨丟失問題提供理論基礎和潛在治療策略。

三、技術試驗

兩相系統實驗平台的關鍵技術研究

非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證

主動隔振關鍵技術驗證

1. 兩相系統實驗平台的關鍵技術研究

負責人是中國科學院力學研究所劉秋生研究員。參研單位除了中國科學院力學所,還有中山大學、中國科學院空間應用中心和東南大學。

這個項目將進行空間蒸發與冷凝科學實驗,對兩相系統實驗平台的關鍵技術進行研究。這是中國首次空間冷凝與蒸發相變傳熱科學與熱控技術實驗研究,也是中國首次在一個空間實驗裝置中開展2種以上科學與技術實驗的多目標流體物理空間實驗。

實驗內容包括:

(1)空間蒸發與冷凝流體界面熱質傳輸特性,

(2)重力對相變流體傳熱傳質過程的影響規律

(3)空間相變傳熱強化機制

項目除了實驗部分,還會有技術方面的驗證。主要是空間實驗工質供給、汽/液分離和回收技術驗證,和空間熱管理與兩相迴路控制關鍵技術驗證。

20多天的在軌科學實驗里:

分別在軌開展蒸發液層、蒸發液滴和冷凝三種類型的科學研究、兩相流體控制技術驗證四個階段的空間實驗,實驗時間共計200多小時。

第一階段:

處於組合體飛行段,實驗2天。

相繼開展蒸發液層/滴實驗,冷凝,和兩相迴路調試等共計10次實驗。

第二階段:

處於組合體飛行段,實驗10天。

計劃開展蒸發液層、蒸發液滴,冷凝實驗,和兩相迴路調試共計45次實驗。

第三階段:

處於自主飛行段,實驗5天。

開展蒸發液層、蒸發液滴和冷凝實驗共計22次實驗.

第四階段:

處於自主飛行段,實驗連續3天半。

相繼開展蒸發液層、蒸發液滴、冷凝實驗和兩相迴路技術驗證等共計16次實驗。

預期成果:

這是國內首次實現對微重力蒸發與冷凝過程中多物理量場的實時觀測,可望獲得空間蒸發和冷凝液膜的時空演變規律、相變非平衡熱動力學特徵等研究方面的新成果;預期能夠驗證多項空間在軌兩相流體管理與熱控等關鍵技術,為空間站兩相系統實驗櫃的工程研製奠定技術基礎;在此領域內率先獲得科學研究成果和實驗技術突破。

為什麼要做這個實驗,驗證這些技術?

首先,它很重要。

要建設空間站,給宇航員提供生命保障系統,這個項目就十分重要。

先看兩張圖。

圖. 空間熱流體設備

圖. 空間在軌流體管理

出現流體的地方太多了,流體流體還是流體……

但是地球環境和空間環境是不同的,流體的「表現」也不同。

我們的已有理論,去了空間以後不好用了。

在地球上,蒸發與對流對我們的生活產生了非常多的影響。例如,空調、熱管等熱設備都是利用相變傳熱原理設計的換熱器。

空間飛行器(如載人空間站、衛星)中所處的微重力環境,沒有自然對流,這將極大影響蒸發與冷凝相變過程,熱設備工作的環境也將與我們地球上完全不同。

那麼,地球上的空調和熱管等散熱器是否可以直接用到太空中?它們在太空還可以正常的工作嗎?如果不能照搬地球上的現有熱設備,「太空空調、太空熱管」等空間熱設備應該怎樣設計或怎樣使用?才能更好用或更耐用?

要想科學準確的回答上述問題,就需要利用空間微重力環境開展空間實驗,研究空間相變傳熱的特殊現象,認識其特殊規律,進而掌握克服空間相變傳熱不利影響的新方法和新技術,用於研製能很好適用於太空環境中的熱設備。

特別是,我們現在對微(變)重力環境中的相變界面熱毛細流動、空間兩相流體界面的瑞利-泰勒(R-T)不穩定性、毛細輸運穩定性等新問題和新現象的相關理論可以說是認知匱乏,所以更有必要做這些實驗,驗證這些技術,從而為空間站建設及運行所需的空間熱流體設備和空間在軌流體管理提供支持。

而且,與地面相比,在空間研究流體的蒸發與冷凝還挺有優勢。

蒸發與冷凝相變流體界面具有比一般流體界面更為複雜的流體動力學現象,如自由表面流動更無規律可循,熱邊界條件不再遵循簡單的工程熱力學模型,空間微重力環境使得流體界面效應得到相對的放大,並同時剝離了地面重力引起的浮力效應對相變界面流動與傳熱的主要影響。

微重力條件也使得許多因重力而產生的力項得以削弱,對冷凝過程的影響因子相對減少,有利於對冷凝過程機理的深入探究。

因此,我們在空間可以實現對液體變成氣體的蒸發界面和蒸汽變成液體的冷凝界面熱、質交換物理模型的精準驗證和理論分析,給出更普適的相變界面熱動力學理論模型。

2. 非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證

由華中科技大學引力實驗中心負責。

實驗內容:

計劃利用微重力環境,檢驗微米作用距離下物體之間的引力是否仍然滿足牛頓萬有引力定律。

這是一個純基礎物理實驗,對於統一四種相互作用、探尋新的相互作用等研究具有重要意義。

要做這個實驗,必須先發展出高精度的微弱力測量技術。

非牛頓引力實驗檢驗裝置探頭盒和電控盒

為此,項目組發展了基於皮米級電容感測和微伏級靜電控制技術的加速度計,稱之為靜電懸浮加速度計。如上圖所示, 由兩個設備組成,其中探頭盒實現高精度加速度的測量,電控盒為探頭盒提供電源保障和實現與衛星平台之間的數據通信功能等。

該加速度計是非牛頓引力實驗的技術基礎,作為弱力測量感測器或者慣性參考是空間引力實驗必不可少的關鍵載荷之一。

本次空間實驗目的就是利用天舟一號貨運飛船的空間環境,對高精度靜電懸浮加速度計進行在軌檢驗。

通常地球表面重力加速度為1g,本項目驗證的靜電懸浮加速度計分辨本領達到10^-11g量級,相對於地球表面重力加速度的大小而言,可以分辨其小數點後第10位的加速度變化,極其精密。

說這麼多,靜電懸浮加速度計能幹什麼?

高精度空間加速度計作為弱力測量感測器或者慣性參考,是空間引力實驗必不可少的關鍵載荷之一。

例如,去空間探測引力波。

2016年,美國地基激光干涉引力波探測器LIGO工作組兩次報道探測到了兩個黑洞併合時發出的引力波,引起了全世界高度關注,引力波探測及引力波天文學勢必將成為新的科技制高點之一。

空間引力波探測將利用數十萬到上百萬公里距離的多個航天器編隊組網開展引力波探測,該波段具有更豐富的引力波源,成為了該領域研究熱點之一。空間引力波探測中,需要更高精度測量和控制航天器的加速度擾動,需要達到10^-15m/s^2甚至更高,基於電容位移感測和靜電反饋控制的慣性感測器就成為首選的研製方案。

總得來說,本次飛行實驗將進一步為空間站開展「非牛頓引力實驗檢驗」、「空間等效原理實驗檢驗」以及「空間引力波探測」等實驗檢驗奠定基礎。

不過,天舟一號在飛行過程中,並非一直處於非常平穩的狀態,靜電懸浮加速度計會受到航天器振動雜訊的干擾。

幸運的是,本次實驗有一位非常好的搭檔,天舟一號貨運飛船同時搭載了中科院空間應用工程與技術中心研製的主動隔振裝置,該裝置能夠隔離飛船振動干擾,為靜電懸浮加速度計提供了一個安靜實驗平台。

3. 主動隔振關鍵技術驗證

由中國科學院空間應用工程與技術中心負責。

實驗內容:

(1)在空間進行六自由度主動隔振關鍵技術驗證,評估六自由度主動隔振控制演算法,測試驗證主動隔振系統的功能和性能指標;

(2)在飛船平穩期為非牛頓實驗檢驗關鍵技術驗證裝置提供高水平微重力環境。

為什麼要做主動隔振關鍵技術驗證?

生活中,當我們手裡拿著一杯滿滿的水,走動時,水就容易灑;當我們手裡拿著相機,如果發生抖動,照片就會模糊。在工業生產中,靜密加工平台中遇到振動,就會造成加工失敗;結晶體中遇到振動,晶體生長就會出現瑕疵;吊艙相機中發生晃動,會影響圖像質量。

而航天器上,雖然處於微重力環境,但是由於星上、船上的姿軌控、風機、飛輪、帆板的動作,帶來了很多擾動。

根據國內外微重力測量及分析結果,表明空間飛行器由於受到各種擾動作用力的影響,其內部微重力水平並不理想。

科學實驗(流體、材料、基礎物理實驗)如果不能克服這些微擾動,就達不到理想的微重力效果,失去了上天實驗的意義。此外,星上的高分辨對地觀測相機、天文相機,如果遇到振動,就會發生成像模糊。激光通信、激光掃描,如果遇到船體振動,就會造成光線發散,能量耗散。

所以,為保證更好的微重力環境水平,實現更理想的科學研究成果,就要研製基於主動隔振裝置,實現髙微重力環境,才能給航天器上的實驗創造更好的條件。

技術原理:

圖 主動隔振裝置電控箱及主體

主動隔振系統由定子和浮子兩部分構成,利用磁懸浮主動控制技術,使浮子和定子非接觸,從而隔離來自飛船平台的振動。控制器通過加速度計感知浮子加速度的變化,通過位置敏感器感知定子浮子相對位置的變化,並計算反饋電流,驅動電磁激勵器,形成閉環控制。

主動隔振裝置工作原理

主動隔振裝置由主體和電控箱兩台單機構成,非牛頓引力驗證裝置安裝在主體的浮子上,通過屏蔽罩封閉。

未來,空間站要廣泛應用這項技術,相機上也可能應用到這項技術

這項技術屬於國內首次實施,將使中國成為繼美國和加拿大後第3個在軌採用主動隔振控制技術服務於空間微重力實驗研究的國家;將極大支持和推動空間站高微重力實驗平台的研製建設,取得的技術成果,可以直接服務於未來我國空間站階段的空間科學實驗載荷。

未來,長期目標是做強空間磁懸浮主動隔振的技術,為更多空間應用載荷服務,例如空間光學相機、激光通信等,助力他們達到更高的指標水平,實現更高的科學和技術成果。

這項技術還可能在航空光學吊艙、車船減振、工業精密加工、相機防抖等方方面面發揮作用。

總得來說,天舟一號的成功發射,標誌著中國空間站的長期運轉有了物資保障,同時為空間站的建設和宇航員在空間站的駐留進行了探索,意味著中國空間站時代的開啟。

2024 年,國際空間站退役,中國空間站將延續人類在近地空間常態化駐留的進程,到時,天舟貨運飛船將頻繁「上天送貨」,為我們走向星辰大海提供後援。

#天舟快遞 使命必達#

最後,感謝中國科學院空間應用工程與技術中心的大力支持!

出品:科普中國

製作:中國科學院空間應用工程與技術中心 中國科學院力學研究所劉秋生團隊 中國科學院空間應用工程與技術中心董文博團隊 華中科技大學引力實驗室 中國科學院動物所段恩奎團隊 清華大學紀家葵團隊 清華大學陳國強團隊 香港浸會大學羅守輝骨與關節疾病轉化醫學研究所的張戈教授&呂愛平教授課題組

監製:中國科學院計算機網路信息中心


每日點兵為您解答:

過去的幾年是我國航天事業蓬勃發展的一段時間,八月份我們發射了世界首顆量子通訊衛星,十月份發射了天宮二號空間站,十一月份首枚大推力火箭長征五號也成功發射。而今年的4月22日,我們的首艘貨運飛船天舟一號成功發射。23日,天舟一號與中國首個真正意義上的空間實驗室天空二號成功交會對接。空間實驗室任務的順利實施,標誌著中國正穩步邁向「空間站時代」。殊不知,中國最早的想法是參與國際空間站計劃,但這個要求直接被美國拒絕,16個國家合力將中國踢出局外。為了封鎖技術出口,2011年美國國會專門出了一個法案禁止美國NASA和中國開展任何形式的雙邊合作。

然而美國的期願沒有實現,僅僅幾年,中國就獨立搞出了大推力火箭發動機,發射了獨立研發的空間站。網上有很多美分公知對此倒是嗤之以鼻,大肆渲染中國鋪張浪費。實際上,就單從賺錢上來說,近幾年來我國的航天事業就衍生了三千多種實用技術。中國航天的投入與產出比值已經達到了1:14,這樣的名利雙收的好事也招黑,只能說這些人是居心不良。不過既然魯迅的文章與被殖民的歷史都打不醒這幫人,小兵兵這點微小的力量就更不足掛齒了。

今年的4月24日也是我國的第二個航天日。從天舟一號與天宮二號成功對接,中國航天事業已經走過了47年。對於中國航天日來說,這正是最好的禮物。

47載砥礪奮進,47載書寫華章。從1970年4月24日將第一顆人造地球衛星東方紅一號送入天空,到今天叩開空間站時代的大門,中國航天人自力更生、自主創新,一步一個腳印,創造出累累碩果。

從東方紅一號到天舟一號,一顆顆衛星、一枚枚火箭、一艘艘飛船,見證著中國航天事業從無到有、從小到大,邁向世界航天強國的歷程,展示著中國航天源源不斷、催人奮進的力量——來自航天精神的力量。

回顧歷史,因為沒有發展自己的航天事業,我們一度面臨受人欺辱的境地。90年代,美國曆時20餘年、耗費200億美元的全球衛星定位系統全面建成。在1991年的海灣戰爭中,GPS的精確定位為美軍提供了不少便利,極大地提升了美軍伊拉克境內目標的打擊能力。海灣戰爭之後全球定位系統名聲大噪,不少國家都向美國購買該服務。中國的軍艦、戰機都安裝了全球定位系統,甚至我們的導彈發射期間需要依賴GPS做定位。美國則一直通過定位系統收集我國導彈發射車的位置情報。

在1996年的台海危機期間,美軍曾派出兩艘航母向中國施壓,而中國為了反制美軍航母戰鬥群,派出了核潛艇在內的戰略力量投入大演習,大量部署的彈道導彈也做好了發射的準備。然而美國人根本不慌,中國在演習中試射了4枚東風15中程地地導彈,最後卻只能靠計算與推測得出導彈的落點,美國人則直接通知中國,導彈偏航了多少度,偏差目標多少米。

台海危機不久後,中國兩艘052型導彈驅逐艦哈爾濱號在西太平洋執行任務期間,定位系統突然出現了故障,地理位置竟然顯示在武夷山。技術人員多次檢查設備後,並沒有發現任何的故障,這讓艦上的所有人都感到不可思議,兩天後中國海軍才知道了真相,是美軍在演練利用定位系統癱瘓中國軍艦的導航,受制於人無疑是最大的恥辱。

即便如此,當時的中國也沒有能力獨立發展自己的定位系統,只得以2.3億歐元投資加入歐洲的伽利略定位系統。然而即便如此高的門票,歐洲也僅把中國以次級合作夥伴對待。不得不說,歐美的排斥是激勵中國獨立發展航天事業最大的動力。如今我們的北斗衛星已經超過24顆,超越了歐洲停滯不前的伽利略系統,恐怕現在很多人後悔不迭。

國際空間站將會在2020年退役,但參與國際空間站計劃的16個國家無力投資再建一個,估計會繼續使用。中國航空工業此時卻以蓬勃的朝氣在發展,2022年前後,我們自己的空間站將會建成。未來我國的航天實力會更加強大,《簡氏太空科技系統與工業總覽》顧問編輯彼得·邦德(Peter Bond)表示:「美歐航天團隊平均年齡都超過了55歲,而中國的航天團隊平均年齡才32歲,簡直不敢相信。我認為在接下來的10或20年,中國在太空探索上肯定會比肩俄羅斯和美國,甚至在某些領域超越他們。」


最簡單的說,天舟一號是貨運飛船,是用來運貨的;神舟系列飛船是載人飛船,是用來運人的。

看一下圖片:

↑神舟系列飛船 ↑

↑天舟一號飛船 ↑

從外觀上看,神舟飛船有三段,尤其是中間的返回艙,連顏色都不一樣。相比之下,天舟一號則近乎是一個大的直筒。而且從重量和大小上說,神舟系列飛船重量在8噸上下,不同部位直徑不一樣,但是大致在2.2-2.8米;天舟一號重量在12.9噸左右,直徑則達到了3.35米,顯然是大了神舟飛船一號。

這是最直觀的感受。而在內部設計上,神舟飛船與天舟一號也是有很多區別。

首先,神舟飛船里的返回艙是專門用來返回地球的,這個就不一般了。因為返回艙在穿越地球大氣層的時候與空氣的劇烈摩擦會產生高溫,所以返回艙需要專門設計,也就需要一定的重量來實現抗高溫的目的。而天舟一號也會返回地球,但是由於沒有抗高溫的措施,所以會在高溫中燒成灰燼。

此外,神舟飛船要搭載宇航員,為了實現宇航員的生存,飛船里要有食品、氧氣、水這些最基本的保障措施,還要一定的防護措施,保證宇航員不會被太空中的射線影響到,最起碼的,神州飛船里得有個座位,總不能讓宇航員蹲著上天吧?而天舟一號相比就比較粗暴,雖然我也沒有見過天舟一號裡面是什麼樣子,但是通過下圖天鵝座05號貨運飛船的內景可以推測(圖片來源於網路,出處可見圖片右下角網址),而且根據新聞也可以知道:

搭載100多個貨包,貨包物料採用抗菌、防潮、防霉布料,可確保貨物在貨包中存放一年

所以,天舟一號大概也是這樣密密麻麻捆著各種包裹。

↑天鵝座5號貨運飛船 ↑

這又是神舟飛船與天舟一號的區別:神舟飛船內部有各種設施保障宇航員的安全與正常生活,甚至於要考慮宇航員的舒適性,比如說把座椅換個真皮的(我開玩笑的),天舟一號內部則是儘可能減少不必要的設備以擴展貨物擺放空間。

以上是神舟飛船與天舟一號的最基本的一些區別。

那麼,天舟一號這次上天是幹什麼的呢?

想一下你自己搬家,傢具、電器還有一些大件的東西一般就是交給搬家公司,用貨車拉走,而你自己跟家人則是另外開一輛轎車走。當然,你自己開車的時候車上可以簡單放一些貼身的東西,或者小件的物品,但是總的來說,你不會把冰箱塞到你的轎車裡,因為你的轎車內部空間小、還有座椅之類的東西——一句話,轎車是用來給人坐的,而貨車才是設計用來運貨的。

所以天舟一號作為貨運飛船與神舟系列作為載人飛船的區別就很明白了,一個運貨、一個載人,一個用來儘可能多運貨到太空,就好比貨車一樣;一個負責讓人安全、舒適地到太空,就好比轎車一樣。

而天舟一號的運載量一下子達到了6.5噸,這是一個什麼概念?四捨五入就是100噸呀,同志們!(我又是開玩笑的)

接著說正經的。6.5噸的重量在地面上看,可能沒有什麼,一輛小卡車的載重量而已,但是你要想到,這6.5噸的重量是送上天了,所以還是很厲害的。與國際同類型的貨運飛船比,絲毫不落下風,甚至於在載荷比上(達到48%),達到了世界領先水平。想像一下,一輛自重5噸的車拉了5噸貨跟一輛自重10噸的車拉了5噸貨,當然是自重5噸的車先進一些。

這樣的載重量對於中國乃至於全世界而言都是十分有意義的,最直接的作用就是,空間站這種非常依賴貨運的東西可以放心大膽地開展下去了。因為空間站是要住人的,載人飛船可以少來幾趟,大不了原來打算在空間站住半年的,現在住一年,實驗儀器也可以少一些,大不了少做幾次實驗。但是人是要生活的,沒有貨物就沒有食物、沒有水、沒有氧氣,那人就活不下去了。所以一下子運上去6、7噸的貨物,不管怎麼說,人就可以活得很自在了。

而且,中國的目的還不僅僅於此,現在中國還在發展「生物再生生命保障系統」,也就是在太空建立起一個生物圈,讓水、空氣、食物在空間站里循環起來,可以最大程度減少人類在空間站生活時對貨運飛船的依賴,例如「月宮一號」人工閉合生態系統地基綜合實驗裝置,就讓三個志願者在一個完全封閉的空間里生活了105天。

所以,未來的中國,可以一次讓更多的貨物上天,可以用同樣的貨物讓空間站里的宇航員生活的更久,所以,長期的、多人的空間站指日可待。


天舟一號帶著重要的使命:不僅自身獨立飛行3個月,還要對天宮二號空間實驗室實施推進劑在軌加註。

當天舟一號發射入軌後,還將與天宮二號先後進行3次交會對接、3次推進劑在軌補加以及空間應用和航天技術等多領域的實驗項目。

據悉,天舟一號工作時間將達到半年左右。在完成既定任務後,天舟一號將受控離軌,隕落至預定安全海域。

據說在2020年,中國將建成宇宙空間站,天舟一號正是用來往返運輸貨物的飛船,它上面是沒有生命喲。希望中國的航天事業越來越好!


今晚,長征七號遙二運載火箭將天舟一號送入軌道是一個里程碑式的標識,這說明中國貨運飛船運載體系已經完全建立。天舟一號進入軌道之後將與天宮二號進行對接,包括3次交會對接、推進劑加註以及多項軌道實驗。這些任務至少執行5個月以上的時間,組合體飛行2個月,獨立飛行3個月,然後結束任務。看似簡單的任務簡報,其中涉及到諸多關鍵技術,比如天舟一號和天宮二號對接,這個技術已經在神舟飛船上積累下來,但在軌燃料加註方面依然是個空白,天舟一號這次要突破的就是這個操作。

要保持空間站在軌長期運行,就要掌握在軌燃料加註技術。地面上給汽車加油都有危險性,那麼在軌道上航天器之間的燃料加註技術難度可想而知了。國際空間站從2011年建成至今,俄羅斯的進步貨運飛船、日本HTV貨運飛船、歐洲ATV貨運飛船都要按時前往補給。天舟一號的在軌燃料加註技術成熟後,中國空間站的物料補給問題就全部解決了,人員則通過神舟飛船運轉即可。在軌燃料加註技術還可以運用到衛星延壽上,研發出燃料加註衛星,對在軌運行的衛星、航天器進行燃料補給,延長使用壽命。

目前在軌燃料補給方面算是熱門的航天技術,商業價值很高,而且至今沒有哪一家西方公司能夠做到。中國在這方面突破之後,也可以用於商業衛星燃料加註,參與國際市場競爭。


北京時間4月20日19時41分,在巨大的轟鳴聲中,長征七號遙二運載火箭拔地而起,將天舟一號貨運飛船發射升空。

大約20多分鐘後,天舟一號飛行任務發射場區指揮部指揮長張學宇宣布,天舟一號貨運飛船發射取得圓滿成功。「根據北京航天飛行控制中心通報,長征七號火箭飛行正常,天舟一號貨運飛船已準確進入預定軌道,太陽帆板展開正常。天舟一號發射獲得圓滿成功!」

很多中國人把天舟一號貨運飛船親切地昵稱為「太空快遞員」,因為它承擔的是為未來空間站輸送貨物的任務。作為中國第一艘貨運飛船,天舟一號由貨物艙和推進艙兩部分組成,起飛質量約為13噸,載荷能力達到了6.5噸。天舟一號貨運飛船系統副總設計師徐小平表示,作為載人航天工程三步走的重要組成部分,天舟一號的首飛意義重大:「貨運飛船是目前我們國家最大的飛行器,搭載了各種應用載荷和航天員系統艙外活動實驗,為將來空間站大規模的空間應用提供基礎。」

與以往載人飛行任務相比,天舟一號飛行任務有著任務狀態新、技術難度大等特點,尤其是對精度和可靠性提出了更高的要求。發射場區指揮部指揮長張學宇表示:「天舟一號極高的入軌精度對發射場系統可靠性提出了更高要求,首次採取零窗口發射模式,在預先計算好的發射時間,分秒不差的將火箭點火升空,不允許出現任何延誤與變更。」

此次天舟一號的主要任務是為天宮二號「送貨」,將與天宮二號空間實驗室完成交會對接,實施推進劑在軌補加,突破和掌握推進劑在軌補加等關鍵技術,這對地面的測控提出了新的考驗。北京航天飛行控制中心總工程師助理崔曉峰介紹說,對天舟一號的測控與以往有所不同。「首先,這個飛船要比以前的飛船大,對其控制的精度和控制的挑戰性要高,另外在這次飛行過程當中,要從事以前沒有的飛行實驗,比如說在軌的推進劑補加,這個過程也是空間站實現長期駐留的必要條件。另外在這次實驗當中,天舟飛船和天宮二號的快速交互對接,有了這個技術以後,航天員從地面進入空間站的時間大大縮短。」

據了解,天舟一號貨運飛船發射升空後,將進入高度約380公里的運行軌道,之後將與在軌運行的天宮二號空間實驗室進行3次自動交會對接,實施3次推進劑在軌補加,並獨立飛行不少於3個月。

按照中國載人航天工程「三步走」戰略,天舟一號飛行任務是空間實驗室任務的收官之戰,同時也是空間站工程的關鍵之戰。按照計劃,中國後續將先後發射空間站核心艙和實驗艙,計劃2022年完成空間站的在軌組裝建造。屆時,建成中國自己的空間站這一夢想將成為現實。


天舟一號飛船和神舟飛船,性質都差不多,沒有什麼大的不同之處,只是後者比前者更先進些。現在主要還是以搞試驗為主,主要還是做一些前期工作,為以後長期住留太空做準備工作。現在航天空間站還沒有真正建成,等真正建成以後,就可以正常搞科研試驗了。未來的發展就是太空,如果不提前進入好好專研,那以後就會吃大虧,人類不可能,永遠就居住在一個星球上面。要想近快走出地球進入遙遠的外太空,就的先離開地球才行,現在咱們國家航天事業搞的非常快,給美國俄羅斯差距正在縮小。咱們國家的航空航天事業,起步誰然晚些,但是發展神速,咱們國家的科學家得確非常厲害,技術水平非常棒,連最發達的美國,現在也重視開咱們國家的航天航空事業了,老怕咱們國家,超過他的航天航空事業。其實這擔心跟本沒有用,咱們國家象現在這種發展水平,超過美國也須要不了多少年,我可愛的中華您太厲害了!


主要的任務就是跟天宮二號對接,各種對接實驗驗證。以後往返於空間站和地球之間的貨物運輸,就靠天舟一號這種運輸方式了。畢竟,美國的太空梭那種模式太貴,現在美國也在向飛船這種模式轉換,如飛船。經濟划算,安全性高。


中國必須在現和平的階段,把航天工程搞的超世界先進,一但將來有戰中國戰爭,先從太空下手,挖掉戰爭犯的眼睛,才能克敵治勝。毀滅美國空間站,盡最大能力,消滅美國太空所有衛星,美國成瞎子後,想怎麼打他就怎麼打他,O8年汶川地震,中國直升飛機失事墜毀,就是美國Gps定位造成的,美國忒壞在當今人類社會,就沒講過理,沒講過法,沒有正常規則辦亊。強詞奪理,老孑天下,我老大,我是大海一頭鯨,誰能耐我何也。中國航天要快發展,大發展,尖端發展,才能抗衡美國。


貨運就是補給,在有人居住的情況下,研究生命星球是否能與人適應生存,外太空間廣闊,尋找可靠性穩定性,發展外太空人類共同的家,讓世界充滿愛!


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