我國天宮空間站開建于2021年,2022年底全面建成,自此進入了常態化運營階段。從開建到現在,迄今已有10個乘組先后入駐天宮空間站。在建設期間,空間站從單艙到三艙結構,依次經歷了“一字構形→ L字構形→ T字構形”三次主要構型躍遷。
目前天宮空間站在結構上長期呈“T”字構型,由天和核心艙、夢天實驗艙和問天實驗艙三艙構成,三艙總加壓體積約330立方米,航天員可活動空間約110立方米,三艙總質量約68.5噸。再算上停靠的一艘天舟貨運飛船和一艘神舟載人飛船,當前整個空間站組合體的總質量約90噸。
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當前國際空間站的總加壓體積約916立方米,算上停靠的數艘飛船,組合體總質量約450噸。綜合比較而言,當前我國空間站規模大約相當于國際空間站的1/3。
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不過,這并不是我國空間站的最終形態,隨著載人航天技術更加成熟和需求擴張,我國正準備對空間站進行新一輪的升級,最終目標是由現階段的三艙擴展為六艙,屆時空間站組合體的質量預計將達到180噸,加壓體積和可活動空間也將翻一番。升級后,除了可在太空中開展更多實驗,新增多個對接口、1個出艙口,還能讓空間站長期駐留的航天員數量由現在的3人增加為6人。
新一輪的升級計劃并不是一次性完成的,而是逐步實施。首先是發射一個主體擴展艙段,充當擴建基礎,與天和核心艙對接,讓空間站由三艙“T”字構型擴展為四艙“十”字構型,這個預計最快2027年便能實現;未來,再先后發射兩個其他功能的艙段,分別對接在新增主體擴展艙段兩側,最終形成“干”字構型。
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為了支撐空間站擴展計劃,我國正在對長征5B火箭進行升級,由原來的一級半火箭升級為兩級半火箭,進一步提升低軌運力,該火箭預計2027年便能首飛!
我國現役的長征五系列運載火箭目前總共有兩款,分別是2016年成功首飛的長征5號和2020年成功首飛的長征5B,兩者箭體直徑均為5米級。其中,長征5號屬于兩級半運載火箭,近地軌道運力達25噸,地球同步轉移軌道運力達14噸;而長征5B是在長征5號的衍生構型,近地軌道運力不小于22噸,沒有高軌能力。
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既然已經有兩級半的長征5號,那為什么還要在長征5B基礎上增加一級,而不是直接使用長征5號?
這是因為長征5號主打高軌運輸,適配高軌衛星和深空探測;而長征5B主打低軌運輸,主要為空間站建設而生,兩款火箭的任務適配性存在很大區別。
現役的長征5B看似是長征五號的近地版,實際上兩者存在較大差異。兩者的整流罩直徑一致,均為5.2米,但長征5B的整流罩長度高達20.5米,是我國現役火箭中最大的,而長征五號的整流罩長度標準版僅約12.3米、加長版約18.5米。此外,雖然長征5號是兩級半火箭、長征5B是一級半火箭,但兩者的起飛質量僅相差約20噸,這也說明長征5B并不是長征五號基礎上簡單去掉二級后的近地縮水版,而是在結構布局、近地運力等方面都做了專項優化。
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新增擴展艙段的尺寸比天和核心艙更大,質量也將更大,為此火箭必須要采用尺寸更大的整流罩,并進一步提升運力,這樣才能裝得下、運得上去并精準入軌。長征五號主打高軌任務,且近地運力以及整流罩尺寸也無法適配空間站新增擴展艙段的發射任務,那么直接對為空間站建設而生的長征5B進行升級,就是最好的選擇了!
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若長征5B由現在的“一級半”基礎上增加一級,升級為二級半火箭,預計近地軌道運力可提升至30噸以上,同時也能增強入軌精度和任務適應性。并且,升級版的長征5B還將采用更大的整流罩,以增強載荷適配能力,整流罩直徑將由現在的5.2米增加至6.4米。
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有了這些改進,長征5B未來不僅能適配超大型空間站艙段的發射任務,未來還能適配巡天空間望遠鏡等尺寸大、質量大、入軌精度要求高的近地軌道運輸需求。
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