珠海航展上的航天重器

文/劉巖 宋皓薇

11月8日至13日，第十四屆中國航展在珠海國際航展中心舉行。中國航天一系列“黑科技”亮相，還展示了多種服務大眾生產生活的技術成果，其中不乏備受矚目的明星產品。

▲ 空間站展示艙與實物大小相同

零距離接觸空間站

今年恰逢中國載人航天工程立項實施30周年，航天科技集團五院精心打造的中國空間站組合體展示艙讓“天上宮闕”與“南海明珠”交相璀璨。在航天科技集團展區，占地面積最大的重磅展品正是空間站組合體展示艙，全景展示了空間站“T”字基本構型。

據公開資料顯示，中國空間站以天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙為基本構型，艙內活動空間超過110立方米，配置2個航天員出艙艙口和1個貨物氣閘艙，并提供6個睡眠區和2個衛生區，可實現長期3人、短期6人駐留。

為了充分突出空間站的規模和特點，空間站組合體展示艙按真實比例1∶1制造，除艙體外，還包括太陽翼、中繼天線、對接機構、大小機械臂、艙內實驗機柜等配套設備。參觀者可以幸運地進艙一探究竟，零距離感受“天宮”之美。

在天和核心艙模型內部，操縱桿、駕駛臺等很有“太空感”。每次航天員出艙的時候，總會有一名航天員留在核心艙里進行操作，控制機械臂等細微調整，確保任務安全完成。

▲ 重型運載火箭（右二）與新一代載人運載火箭（右三）模型

由于失重作用，航天員在艙內有時“不分上下”，所以天花板上照樣安裝了腳限位器。平時飄浮的航天員一般通過軟質束縛帶把自己的腳束縛住，進而把身體固定在某個位置。艙壁上還有硬質扶手，主要幫助航天員在艙里借力移動，或者安全地開展運動健身。

▲ 艙外航天服與長征二號F火箭、長征五號B火箭模型

此外，分段式拓展餐桌、太空微波爐、自制酸奶機、附近帶觀景窗的睡袋“床位”、閱讀照明燈、風扇、洗澡間等，無不體現了中國空間站的人性化設計。

通過四通八達的“6個口”核心艙節點艙模型，參觀者可以前往實驗艙。真正的節點艙還在太空中對接著載人飛船，未來可能在某個時段迎來巡天光學艙、貨運飛船等。

參觀者轉彎進入問天實驗艙模型，可以看到正在生命生態實驗柜里蓬勃生長的太空植物樣品，觀察科學手套箱和低溫存儲柜，探訪3個睡眠區。有趣的是，這里的睡眠區是“一橫兩豎”，被參觀者形容為“門框”。其實，在失重狀態下，航天員不會感覺到站著睡、躺著睡有太大不同。

至于參觀者可能有什么遺憾，大概是問天實驗艙模型打開氣閘艙口蓋后，不能看到無垠的太空。

新型火箭蓄勢待發

展廳內，重型運載火箭模型高度直達頂棚，吸引了不少參觀者的注意。據了解，重型運載火箭芯級箭體直徑10米級，采用三級串聯構型，具備芯一級可重復使用能力，有望大幅提升我國進入空間和開發利用空間資源的規模和能力。

體格高大，它的“力氣”自然不凡：近地軌道運載能力150噸、奔月轉移軌道運載能力50噸、奔火轉移軌道運載能力35噸?？梢哉f，重型運載火箭是支撐我國航天強國建設的重要標志，預計2030年前后完成首飛。

旁邊，帶著2個助推器的新一代載人運載火箭也以優雅的身姿與大眾見面了。據悉，新一代載人運載火箭是根據我國載人航天工程發展規劃，為發射我國新一代載人飛船/月面著陸器而全新研制的高可靠、高安全的載人運載火箭。

這款火箭全長約90米，起飛重量約2187噸，采用三級半構型，箭體直徑5米，捆綁2個5米直徑的通用芯級，可將27噸有效載荷直接送入奔月軌道，或將70噸有效載荷送入近地軌道。它是我國航天強國建設的重要戰略支撐，預計2027年具備首飛條件。

位于室外的500噸大推力固體發動機也是本次航展的一大亮點。該發動機是世界上推力最大、工作時間最長、沖質比最高、可工程化應用的整體式固體火箭發動機。它采用高壓強總體設計、高性能纖維復合材料殼體、高裝填整體澆注成型燃燒室、超大尺寸噴管等多項先進技術，發動機綜合性能達到世界一流。

500噸大推力固體發動機“打通”了我國千噸級推力固體發動機發展的關鍵技術“鏈路”，標志著我國固體運載能力實現大幅提升，對推動我國未來大型、重型運載火箭技術的發展具有重要意義。

捷龍三號運載火箭也在航展上正式公開亮相。作為四級固體運載火箭，該火箭總長31.8米，箭體最大直徑2.64米，起飛質量140噸，500千米太陽同步軌道運載能力1.5噸，支持陸基及海上快速發射，可實現零窗口、全方位發射，在72小時內完成星箭技術準備和發射任務，擁有2.9米直徑和3.35米直徑整流罩，任務性價比與適用性高。

據悉，一年來，捷龍三號運載火箭經歷了研發、地面試驗、轉段、首飛評審等一系列流程，截至珠海航展期間，已正式進入首飛階段。

“‘快舟鏢局’，鏢鏢必達！”在商業航天展區，還有2名太空“快遞員”——快舟一號固體運載火箭和快舟十一號固體運載火箭，一出場就“圈粉”無數。

“快舟”是航天科工集團在商業航天領域“深耕細作”的縮影，具有“隨時隨地發射”的特殊本領，通過車載去往發射地點，直接起豎，即可升空。例如，當發生突發險情或災害時，快舟火箭可搭載應急探測衛星，在24小時內發射，將衛星送入預定軌道，在最短的時間內對受災地區和突發現場實施探測，收集相關數據，讓信息的傳輸和監測更加便捷。隨著太空“快遞”密集“發貨”，“快舟一號”已成為我國商業航天發射的“新名片”。

快舟十一號固體運載火箭同樣采用車載機動發射方式，主要面向1噸級以下衛星發射和組網，具備一箭多星發射能力。運載能力為1000千克/700千米太陽同步軌道，整流罩直徑為2.2米，起飛質量為78噸，可為全球用戶提供“低成本、高可靠性、高入軌精度”的商業航天發射服務。

航天器“黑科技”曝光

在本次航展上，除空間站三大艙組合體外，由航天科技集團五院研制的空間站機械臂也是獨特亮點。

▲ 80噸級可重復使用液氧甲烷發動機

▲ 兩款“快舟”模型

▲ 航天運輸系統未來概念模型

機械臂是空間站的關鍵設備之一，用于保障空間站在軌壽命期間內安全、可靠運營，開展空間站組裝建造、維護維修、輔助航天員出艙活動、支持空間應用等任務實施，是我國目前智能程度最高、規模與技術難度最大、系統最復雜的空間智能制造系統。

該機械臂全長10米，并可擴展到15米，實現大范圍、大負載操作以及局部精細化操作，負載自重比和操控精度等指標均已達到世界領先水平，而且全部核心部件實現國產化。

值得一提的是，空間站機械臂本身就是高智能機器人，擁有精確操作能力和視覺識別能力，既能夠自主分析運行，也可由航天員遙控。

中國可重復使用運載火箭是廣大航天愛好者的期盼之一，而可重復使用運載火箭的核心是先進的可重復使用動力裝置。在本屆航展上，航天科技集團六院推出一型基于液氧煤油補燃循環泵后擺發動機改進，通過技術繼承和通用化拓展的130噸級重復使用發動機，打造我國新一代載人運載火箭重復使用天地往返運輸系統動力裝置。

據介紹，為適應運載火箭垂直回收和重復使用的特殊要求，130噸級重復使用發動機實現了三大突破。一是通過發動機泵后擺技術和包絡布局優化，實現通用5米芯級構型布置7臺發動機，火箭面推力提升70%，火箭運載系數和回收能力大幅度提升。二是具備多次點火起動、低入口壓力起動、大范圍變推力、健康監控與故障診斷不離箭快速簡化處理等功能，可滿足重復使用運載火箭垂直起降技術要求。三是發動機突破了推力室、發生器熱載荷壽命技術，渦輪泵減振技術，長壽命自動器、軸承和密封技術等多項重復使用關鍵技術，滿足重復飛行10次以上的要求，通過簡易維護實現快速發射。

目前地球軌道上因人類航天活動產生的空間碎片總數量達上億個，總質量達數千噸，包括航天發射過程中的拋棄物、壽命末期的人造衛星以及空間物體碰撞所產生的碎塊等。為減緩空間碎片的增長，保證未來空間活動的可持續開展，以離軌帆為代表的空間碎片減緩技術的發展與應用逐漸成為國際熱點。

展會上，某“風箏”吸引不少參觀者的好奇與駐足。這其實是“低成本通用接口商業衛星離軌裝置”，俗稱離軌帆，“風箏”是它的展開狀態，一旦收攏后，僅為展開狀態的1/200，大概只有手掌大小。

地面物聯網建設正方興未艾，天基物聯網依靠“造星達人”，同樣熱火朝天。

所謂天基物聯網，是指通過發射一定數量的低軌道窄帶通信衛星，組成一個能夠覆蓋及服務全球的通信衛星星座，將全球范圍內各種信息節點和傳感器進行有效連接，形成物-物、人-物、人-人之間廣泛互聯互通的新型信息生態系統。該系統主要由空間的衛星及星座，地面的衛星測控站、信關站及數據中心，以及各類應用終端等組成。

2020年5月12日，航天科工低軌窄帶通信衛星行云二號01/02星成功發射入軌，運行穩定，各項關鍵技術得到驗證，各類應用終端在海洋、地災、氣象等行業的測試及示范應用中取得良好成效。

航天科工集團還攜航天星云即時遙感服務體系、航天星云系列產品、衛星運營服務社會應用解決方案亮相航展，受到廣泛關注。其中，航天星云即時遙感服務體系由即時遙感衛星、近實時低空無人值守觀測系統、實時地面物聯感知系統和地面衛星資源共享服務平臺組成，著重服務于城市一張圖、儲油儲氣安全、交通基礎設施安全、農業、雙碳、礦山安全、自然災害等應用場景。