中国网:10月26日,神舟十七号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射。作为我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的第二次载人飞行任务,神舟十七号乘组将重点开展哪些工作?中国空间站的第三次“太空会师”又会进行怎样的任务交接?本期节目特邀国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光进行解答。
图为国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光 摄影/刘桢珂
中国网:杨老师您好,欢迎您作客中国网《中国访谈》。
杨宇光:你好!
中国网:神舟十七号载人飞船发射任务已经顺利完成了,按照计划,今年的中国载人飞船发射任务已经完成。这次神舟十七号乘组主要有哪些任务?有哪些亮点和难点呢?
杨宇光:神舟十七号任务是我们进入空间站的应用与发展以后的第二次飞行任务,换句话说它并不是一次跨阶段的飞行任务。从2021年天河一号核心舱发射入轨以来,我们执行的这些空间站的飞行任务,每一次其实都有比较大的技术上的挑战。比如说在空间站的关键技术验证阶段,这个时候无论是神舟十二号还是神舟十三号,其实都背负了很多具有很大的技术挑战性,甚至具有一定风险的这样一些技术验证的工作,比如说当时的这些出舱活动。
而你看神舟十四号任务期间,空间站的问天实验舱和梦天实验舱逐渐发射入轨,形成一个“T字形”的组合体。我们整个空间站的内部空间也达到了110立方米以上。那么这样的话,就给航天员的生活、工作创造了一个非常好的条件。
所以说,前期的关键技术验证的阶段工作,我们顺利地完成了;正式地建造阶段的工作,我们也顺利地完成了。那也就意味着,到了应用与发展阶段,无论是关键技术验证还是我们的一些建造的工作,这个时候已经不是最核心的任务了。
那么从上一个乘组,也就是神舟十六号任务乘组到这次的神舟十七号乘组,那么它的核心使命就是一条——进行各种各样的造福于全人类的科学研究,这是它的主要使命。
虽然风险可能现在比过去小多了,但是他们的工作无论是深度还是广度,比过去有了极大的延伸。我们知道,神舟十六号乘组在轨五个月的时间,而神舟十七号乘组在轨也是大约半年左右的时间。这半年的时间,他们要进行非常非常广泛的科学实验。我们知道,目前的这个空间站T字形构成已经满配了,它里面有25个机柜是专门用于科学研究的。这25个机柜中有4个在天河一号核心舱,有8个是在问天号实验舱,还有13个是在梦天(号)实验舱。如此多数量的科学研究的机柜,涵盖了生命科学和太空医学,涵盖了太空中微重力条件下的流体力学、燃烧、两相流这些现象,也涵盖了比如说天空天文学、材料科学等等这样一些科学。我们大家上学的时候,无论是在中学还是大学,实验其实都不是说谁能够保证一帆风顺地把它做完。即使教学目的的实验都是这样,你可以想象,为了真正的世界前沿的科学研究来开展的这样一些科学实验,它的复杂程度和挑战性有多大。
所以,刚才我提到的这些还只是舱内进行的科学实验。实际上我们还有很多的工作是要在舱外进行,那么就是说我们在舱外有专门的暴露平台,有几十个专门用于各种科学实验载荷的这种挂点。我相信,这次我们的神舟十七号乘组除了舱内要完成的科学实验以外,舱外也要进行非常广泛和复杂的科学实验。
我们知道,尽管二代飞天舱和航天服,通过我们从神舟十二号任务开始的历史出舱活动已经非常成熟了。但是我们要记住一点,即便到了今天,对于世界所有的航天大国和航天强国而言,航天员的出舱活动依然是一个高风险的行为。
中国网:这是中国空间站第三次两组航天员的“太空会师”。此次任务此次任务交接主要有哪些内容?任务是否繁重呢?
杨宇光:在太空进行面对面的任务交接已经是国际上的这样一个惯例。其实最早从人类的第三代空间站,也就是前苏联和俄罗斯的和平号空间站开始,就已经实现了下一个乘组和前一个长期乘组面对面的任务交接。
航天员在太空中有几方面的作用,正如我们中国载人航天工程办公室所发布的,第一个就是驾驶飞船进行天地的往返,这是一个很高风险的行为;还有就是当有来访的航天器,对于我们空间站来说,无论是天舟货运飞船还是未来的巡天号光学实验舱,对它进行辅助;同时,一旦这个自动交会对接系统出现问题,我可以切换成手动驾驶的这个状态,保证安全地对接完成。
第二个方面,就是进行空间站整个的照料。因为我们知道,即使不做这些科学实验,光是三个人在太空中能够长期地、正常地生活,这本身就是一件不容易的事情。太空是一个极高温、极低温、高真空的这样一个非常危险的环境,而且还有危险的空间碎片等等。那么我们要保证三个舱60多吨以上的这样一个组合体,它能够正常地运行,它本身有非常多的、复杂的运行管理工作。航天员在轨进行这些任务轮换的时候,他要交代的事情太多了,如此纷繁复杂的工作,有些工作交接的正确性、全面性,甚至影响到整个空间站运行的安全和航天员的生命安全。航天员尤其是我们在进入空间站的应用与发展阶段以后,神舟十六乘组、神舟十七乘组完全就处于这样一个阶段,它的核心任务就是做各种各样的科学实验。科学实验越来越复杂,有些科学实验甚至它的时间跨度也是很长的。
那就必然意味着这些实验是跨乘组的,也就是前一个乘组没有办法在自己驻站的期间完全把它完成,需要交给下一个乘组。你想想空间站的运行已经是这么复杂了,那它的科学实验是一样的复杂。所以,面对面的任务交接具备最高的效率。从各方面来讲,它都是目前我们必然进行的一个选择,也是我们追赶世界先进水平的这样一个举措。
图为国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光做客中国网《中国访谈》摄影/刘桢珂
中国网:我们了解到,这次神舟十七号乘组也是采用了“老带新”的模式,有两名“新成员”是职业飞行员的出身,我们为什么会延续这种“老带新”的模式,这种模式有怎样的优势呢?
杨宇光:我们很早的阶段开始就采用了“老带新”的模式,第一次是在2012年神舟九号任务的时候,景海鹏就成为第一位再次造访太空的中国航天员。那么从那个之后没有例外,全都是采用“老带新”的模式。
因为我们知道,对于一些有挑战性的任务而言,过去有飞行经历的航天员和没有飞行经历的航天员,这个差异是非常大的。那么你过去如果有过飞行经历,尤其是如果你有过作为航天驾驶员的经历,那对于你胜任更为复杂的飞行任务,尤其是处理一些紧急的、危险的非正常的情况是非常有帮助的。所以,从这个角度来说,我们一定要有老将。
所以,我们可以看到,包括之前神舟十四号乘组,陈冬成为我们国家的第二批航天员中的首位指令长。汤洪波这次不但是他第二次的飞行任务,而且是作为指令长,成为中国第一名第二次进驻天宫空间站的航天员。本身他已经经历过飞行任务,无论是神舟飞船发射起飞还是返回地球这些高风险阶段。而对于这个空间站来说他也无比熟悉,他在里面生活工作过三个月,汤洪波也是我们国家,和刘伯明第一次穿着我们第二代的飞天舱外航天服执行出舱作业的这样的航天员。无论是对于舱内的这些生活工作还是对于舱外的作业来说,对于汤洪波指令长来说都是驾轻就熟了。
但是从另外一个角度来说,老将不可能说是一直在执行(任务),他总有退役的那一天,也就是说要不断地培养新人,让新人成为老将,这是一个非常必要的工作和举措。
未来就是通过这种“老带新”这样的模式,我们会培养出更多的老将,未来有了这样的滚动发展以后,无论是空间站本身的应用与发展,还是未来更具备挑战性的空间探索活动,我们都有了一个非常庞大的梯队,那么有了很多经历过飞行任务、适应危险的发射与返回环节,以及长期的空间微重力条件下生活的这样有经验的航天员。那么对于我们整个国家的载人航天事业来说都是一笔宝贵的资源。
中国网:神舟十七号载人飞船发射的日子可以说比较特殊,20年前的10月,我国载人飞船首次飞行并圆满成功,同时今年也是我国空间站进入应用与发展新阶段的开局之年。您怎么看待这二十年来中国载人航天的发展的历程以及它的重要意义呢?
杨宇光:今年10月份,确实是有非常重大的纪念的意义。我们的飞天英雄杨利伟二十年前,也是在10月份代表中华民族首次进入了太空,是中华民族千年梦圆的一个历史性时刻。我们回顾这二十年的历程,实际不止二十年了,从1992年工程立项到现在已经三十多年了。我们可以看到,虽然我们执行的飞行任务不太多,但是像你讲的,我们通过这样一些有限的飞行任务掌握了大量的先进技术,用比较短的时间,我们达到了在载人航天领域的国际先进水平,甚至在个别的领域,我们已经在从“并跑”走向“领跑”。所以说这一点是意义非凡的。
一步一步地走过来,从神舟五号、神舟六号两次飞行任务,我们掌握了天地往返技术;通过神舟七号任务掌握了出舱活动技术;通过神舟八号无人的太空飞行任务和神舟九号、十号两次飞行任务,我们完美地掌握了太空自动交会对接和有人的手动交会对接的关键技术,并且实现了航天员在轨十几天的驻留,又通过神舟十一号任务掌握了航天员在轨驻留一个月的中期驻留技术。后续我们神舟十二、十三乘组在空间站的关键技术验证阶段掌握了大量的关键技术。在神舟十四乘组的手上,在一个乘组的任务期间就完成了整个空间站三舱的构建。后续通过神舟十五号任务,通过它纷繁复杂的工作,四次出舱,把舱内、舱外整个梳理顺了。到现在我们进入到这样一个应用与发展阶段,可以就是说两个乘组专注于这种大量的科学实验。
而更为重要的是,未来我们的载人登月,执行三人登月任务的中国航天员,必须经历过在航天站驻留的任务。这是一个必要条件,换句话说,我们在空间站进行驻留的航天员他所积攒的经验会为未来载人登月的任务提供一个非常好的保障。今年7月份,在武汉的商业航天高峰论坛中,中国载人航天工程的张海联副总设计师也完整地讲述了中国未来载人登月的方案,是一个既具备先进性又具备很强的可行性与继承性的方案。
它是怎样一个方案?它里面有“三剑客”,一个是长征十号运载火箭,一个是新一代的载人飞船,还有一个是载人的月面着陆器。它的整个的飞行任务是由长征十号运载火箭分两次将月面着陆器和新一代载人飞船送往地月转移轨道。那么这两个航天器自己通过制动进入环月运行轨道,并且两次,因为它是前后两次发射,在环月轨道上进行交会对接,然后航天员从飞船里面转移到月面着陆器,月面着陆器进行登月,然后带着样品再回到月面轨道,返回到我们新一代载人飞船,再回到地球。
刚才已经提到了这里面很重要的一点就是长征十号运载火箭。中国目前最强大的运载火箭是长征五号运载火箭,它能够把重量8吨多的嫦娥五号、嫦娥六号探测器送往地月转移轨道。但是你如果要执行载人登月需要多大的运载能力呢?几十吨,你想想这个几十吨和你8吨多这个差距有多大?那是非常大的。所以,现在的方案采用了两次发射,在月球轨道交会对接的方式,这样的话地月转移轨道运载能力只需要二十几吨,这样的话就极大地降低了对运载火箭运载能力的要求。这是它的一个很突出的特点。
但是即便是二十几吨运载能力也不是一件容易的事儿,也比之前的长征五号的运载能力要大了3倍多。怎么办呢?我们大量地继承了成熟的技术,比如说长征十号运载火箭它依然采用5米直径的火箭的箭体。这也就意味着我们长征十号可以大量地继承和沿用我们长征五号已经发展出来的技术。这个对于长征十号火箭的研制,加快它的研制周期,以及提高它的可行性是非常非常重要的。
另外一个方面就是发动机。要将这么重的火箭送上太空,需要很强大的发动机。新一代的包括长征五号、六号、七号、八号所使用的就是我们新一代的YF-100系列的火箭发动机,它是使用煤油和液氧作为推进剂,伺服机构是在发动机的上方,也就是相当于让整个发动机摆动,这样的话比较容易实现,但是它占用的空间就比较大。
我们在YF-100系列发动的基础上,研发了YF-100K发动机。它将摆动的伺服机构从发动机的上游挪到了波轮泵的后面,也就是相当于是只让喷管进行摆动。这样的话,它整个的占用空间就比原来小很多。这也就意味着在5米直径模块的箭体里可以装进去7台这个YF-100K系列的发动机,这样三个直径的模块并联,它的总的推力可以达到超过2600吨,可以将起飞重量大约是2200吨级的整个火箭送上太空。
我们可以看到长征十号运载火箭它既继承了大量成熟的技术,同时又有继承和创新,这样的话我们有信心在几年之内完成研制。
再来看一看新一代载人飞船,其实在2020年长征五号B运载火箭首次发射的时候就搭载了一个1:1新一代载人飞船的实验船,这个实验船重量本身就有二十多吨。它进入轨道以后,又利用自身的发动机,把它的远地点抬高到了8000多公里,从这个高度返回地球,模拟未来我们的载人登月飞船从月球返回地球。这样的话,未来研制新一代的载人飞船也有了一定的技术基础,可以保证未来我们可以用较快的时间完成新一代载人飞船的研制。
另外一个月面的着陆器,嫦娥三号、四号、五号已经成功地执行了三次的月球表面的软着陆,明年嫦娥六号也要在月球的背面进行软着陆。这是软着陆的技术。明年的嫦娥六号以及之前在2020年完成的嫦娥五号任务,这两次都是在月球轨道进行交会对接,这是在过去来看是一个风险非常大的环节,那么通过在月球轨道的交会对接,也为未来的载人登月里面这样一个风险很大的环节奠定了基础。
所以,我们可以看尽管它的风险很大,难点很多,但是我们有大量的技术继承。所以说,通过今年张海联副总师对于整个方案的详细地介绍,以及我们这次飞天英雄杨利伟提到的情况,那么我相信,我们在2030年前有很大的把握能够看到中国人漫步月球,实现又一个中华民族的千年梦想。
中国网:听了您的介绍我们感觉非常振奋人心,这个曾经看似非常遥远的目标——登月,如今它的路线变得非常清晰,可实施了。从2003年中国载人航天首次发射成功,过去二十年,我们见证了一批一批的中国航天员在浩渺宇宙中进行探索,我们交出了一份份优秀的“成绩单”,那么未来我们也希望他们可以创造更多的属于中国新纪录。
杨宇光:是这样的,首先祝贺我们神舟十七乘组安全地进驻中国的天宫空间站,也预祝他们在未来半年的工作生活中一切顺利,最后安全回家!
中国网:谢谢杨老师为我们带来精彩的解读,感谢!
杨宇光:谢谢!
(本期人员:编导/主持:佟静;摄像:王一辰 董超;后期:王一辰;摄影:刘桢珂;主编:郑海滨)