太阳能学报(我国建成的首个空间站有什么独特优势)

　　国庆前夕中国载人航天办公室发布最新消息披露：最快今年年底前我国将会正式开展“中国首个载人空间站核心舱发射任务，并且预计在2022年前后实现建设完工和航天员长期在轨运行”任务。看到这个消息大家的内心肯定是无比激动的，毕竟随着我国航天技术的发展，空间站的建设虽然早在十年前就已经提出规划，并且最早计划早在2018年前后就正式开展建设工作的，但是中间因为长征五号运载火箭的原因整个发射计划被推迟。现代长征五号运载火箭已经具备完整发射能力，那么接下来空间站的建设任务开展也算是真的“水到渠成”了。虽然我国首个空间站还没有正式开始建设，而且从整个项目计划方案来说相比现役的国际空间站无论是从规模还是载人在轨停留能力都有所差距，但是我国凭借自身力量研发设计的空间站还是有很多亮点存在的。

　　亮点一、开展航天探索不光是人类为了满足自身发展需求而为之，更是为了探索地球之外星际之谜而努力追求。早前美国为了探索星际之谜，早在上世纪90年代既发射了人类首个大型光学太空望远镜“哈勃”号，为人类了解宇宙奥秘奠定了基础。而我国首个发射的天宫号载人空间站既直接集成了这种强大的星际探索功能，早期的设计方案中是直接选择在梦天号实验舱直接内置一个直径2米的大型光学望远镜来实现星际探索的功能，这种设计方案虽然技术风险更低，但是受不同轨道倾角和太阳翼帆板影响仍然有一定的观察窗口角度限制问题。所以后期更改的最终方案选择了技术更为大胆但是观察视野范围更广、功能更加全面的“共轨飞行方案”。这个方案中独立的太空望远镜既可以直接通过机械臂抓取和空间站连成一体运行，也可以独立共轨飞行，这样共轨飞行的大型光学舱不仅可以单独调节自身轨道倾角以满足更远星际探索任务，同时也可以作为大型对地光学侦察卫星使用。亮点二、我们知道不管是之前苏联发射的礼炮、和平还是多国联合发射的空间站都运行在距离地面三四百公里的近地轨道上，由于轨道高低较低，受地球引力的影响更大，且几十年的航天发射使得近地轨道的卫星数量更多、太空垃圾数量更多。所以国际空间站和之前的和平空间都需要定期发射飞船对接来提升运行轨道高度。但是我国即将发射的天和号空间站初始运行高度计划在450公里左右，这个轨道高度更高一些，除了能够避免更接近拥堵的近地轨道以避免太空垃圾的干扰外，更高的运行轨道高度也使得其受地球引力影响更小，极大的降低了大气层的干扰外，也提升了空间站的运行寿命。亮点三、供电/储电能力更强，最早的天宫号空间站设计方案中，选择和现有国际空间站一样，直接在两个实验舱顶端链接两个20吨级的大型桁架式硅晶太阳能帆板来满足太阳能电能供应问题。后期最新的设计方案中则更为为光电转换效率更高、寿命更长、且质量更轻的“砷化镓覆盖材料”，使得天宫号空间站装备的四个大型太阳能帆板供电能力直接和国际空间站持平。同时在电能存储装置上也采用了电能转换效率更高、体积更小、质量更轻且更为安全的锂电池代替国际空间站上使用的镍氢电池。亮点四、装备有更先进的霍尔电推进系统，对于运行在近地轨道的航天器而言，因为受地球引力和高空稀薄大气阻力的双重影响，任何近地轨道的航天器在轨运行期间都会出现轨道高度衰减的问题，特别是像重量高达400余吨的国际空间站受影响更大，所以国际空间站需要定期启动自身发动机或者定期发射飞船对接来提升运行轨道高度，以满足安全运行需求。但是对于国际空间站而言定期开启发动机提升轨道高度会极大的浪费自身燃料消耗，再加之为了和飞船对接需要开启发动机调整轨道高度和倾角，更是加剧了燃料消耗的速度和燃料补给的次数，所以国际空间站每年至少需要发射四艘货运飞船来实现燃料供应。而我国的天宫空间站虽然装备的依然是传统的化学燃料推进器，但是在辅助推进系统上选择推进效率更高的“霍尔电推进系统”，霍尔电推进系统是通过电能转换产生粒子向后喷出产生推力的，其输出推力虽然很小，但是比冲却要比现有任何火箭燃料更大。而且太空几乎没有空气阻力，所以对于空间站而言不管是提升轨道高度还是改变轨道倾角都只需要一点点推力即可满足需求。那么天宫号空间站装备的霍尔电推进器不光满足了其推力需求，同时因为其使用电能作为动力源，而天宫号空间站装备的四个大型砷化镓太阳能帆板供电能力又特别强，那么这就使得不用和国际空间站一样必须定期发射飞船来提升轨道和补充燃料，每年只需要发射一次货运飞船提供燃料补充即可。亮点五、整体结构更为简洁，但是功能却更为强大，天宫号空间站选择了“T字型结构”设计，这样设计最大的好处就是模块化扩展能力更强，比如最先发射的“天和”号核心舱共设计有多达5个对接舱口，除了对接两个实验舱和一艘载人飞船和一艘货运飞船外，还有一个多余的对接舱口，这个舱口平时可以用于航天员出舱活动，在后期扩展升级过程中，还能直接再对接一个多模块核心舱来对接扩展更多的舱段。也就是说我国即将发射的天宫号空间站虽然初期设计只是一艘重量60吨级的小型空间站，但是有需要的话可以很快扩展为类似国际空间站那种重达四五百、甚至七八百吨的超大型空间站。同时整个天宫空间站更能满足包括生理学、基因物理、微重力、动植物、新兴科学包括轨道科学等为人类未来星际飞行提供先决条件的众多科学实验活动。亮点六、我国即将建设的天宫号空间站相比之前的和平号、国际空间站还有一个很大的优势就是建设、运营成本更低。比如包括天和号核心舱、梦天号实验舱、问天号实验舱和光学舱这种20吨级的大型舱段全部选择“一级半结构”的长征五B运载火箭发射，剩下的包括新一代载人飞船、天舟货运飞船则选择更为经济的长征七号中型运载火箭发射，所以从初始发射成本上就要比国际空间站当初大量依靠航天飞机建设低得多。同时在后期运营过程中，天宫号空间站运行高度更高寿命更长，使用供电能力更强的砷化镓太阳板和霍尔电推进系统极大的节省了在轨运行期间的燃料消耗问题，降低了需要定期发射货运飞船的次数，同样极大的节省了在轨运营成本。