天舟赴天宫 蓄力“太空之家”

2017-04-21 09:25 来源:光明网-《光明日报》 

  “太空快递员”升空记

  光明日报记者 刘小兵 光明日报见习记者 章文

  琼北古邑,碧海蓝天。椰林深处,中国首个滨海发射场——文昌航天发射场于海天之间亮相,雄伟的发射塔架巍然耸立,整装在长征七号遥二运载火箭顶部整流罩内的天舟一号货运飞船,静待出征。

  “此次任务绝不是长征七号、长征五号首飞的简单重复。为提高飞船入轨精度,发射场将瞄准‘零窗口’发射,这对于火箭和发射场系统的可靠性提出了很高的要求。”天舟一号飞行任务发射场区指挥部副指挥长王经中介绍,发射窗口是指运载火箭携带着航天器发射升空比较合适的一个时间范围。此次发射天舟一号飞船要和天宫二号空间实验室实现交会对接,对发射精度要求很高,发射窗口是一个确定的时间点,一秒都不能差,也就是“零窗口”。

天舟赴天宫 蓄力“太空之家”

长征七号遥二火箭结构示意图 新华社发

  发射场气象系统针对雷电、浅层风、高空风等影响发射的重要天气因素,进行专题技术研究和气候背景特征分析,实施场区精细化预报,短时预报准确率达到90%以上,为“零窗口”发射提供可靠的气象条件支持。

  “3,2,1……”01指挥员倒数计时。

  “点火,起飞!”在场全体观众与01指挥员同声高喊。

  19时41分,口令声刚落,浓烟顺着导流槽喷薄而出,大团烈焰从火箭底部喷涌开来。托举着天舟一号的长征七号火箭拔地而起,直冲云霄,在海天之间画出一道绚丽的弧线。早已静候多时的媒体和参观群众激动地用手里的相机和手机记录下这壮丽的时刻,生怕漏掉每个难得的瞬间。

  此时此刻,与文昌相距约三千公里的北京航天飞行控制中心,作为此次任务的测控“神经中枢”,也处在紧张有序的繁忙之中。来自陆海天基各测控网点的数据,源源不断地汇聚到这里。

  “火箭飞行正常!”“跟踪正常!”“遥测信号正常!”……

  “助推器分离!”“整流罩分离!”伴随着一连串熟悉的口令,火箭飞出大气层,飞船迎来属于它的重要时刻——飞船与火箭成功分离,透过飞控大厅的液晶显示屏可以看到,天舟一号美丽的身影正遨游在深蓝色太空。大屏上时时闪现和预定路线完美重合的轨迹,广播中各系统不断回传正常的数据。

  天舟一号飞行任务发射场区指挥部指挥长张学宇宣布,此次发射任务圆满成功。

  至此,我国第一个“太空快递员”——天舟一号从海南岛升空,开启它的太空初探索。作为我国自主研制的首艘货运飞船,天舟一号将主要承担货物运输和推进剂太空在轨补加工作,它将与坚守在太空中的天宫二号空间实验室进行3次交会对接、3次推进剂补加。

  天舟一号的成功首飞,标志着我国已经突破和掌握宇航货运系统关键技术,对空间站工程后续任务的顺利实施具有极其重要的意义。今天,是中国航天史上值得铭记的一天,天舟一号披着星光从这里出征。未来,中国探索太空的脚步将从这里迈得更远。

  (光明日报文昌4月20日电) 

  天舟一号上将进行四项科学实验

  光明日报北京4月20日电(记者齐芳)中国科学院空间应用系统相关负责人20日介绍,天舟一号货运飞船上将开展4项科学实验和技术验证,分别是:微重力对细胞增殖和分化影响研究、两相系统实验平台的关键技术研究、非牛顿引力实验检验的关键技术验证和主动隔振关键技术验证。

  “微重力对细胞增殖与分化影响研究”项目主要开展微重力环境对干细胞增殖分化、生殖细胞分化及骨组织细胞结构功能的影响。其中,干细胞研究将在空间微重力环境下开展诱导型多能干细胞向心肌分化、胚胎干细胞增殖分化、肝干细胞增殖等研究,为应用多能干细胞进行缺血性心脏疾病的治疗、肝干细胞移植治疗肝功衰竭等提供重要依据。生殖细胞研究将主要研究微重力环境下人生殖细胞发育与成熟的基本规律,为太空人类生殖提供理论依据和技术支持。而骨研究则希望能为空间人类活动和地面人群骨骼系统健康提供理论和技术基础,并为开发抗骨质流失药物提供技术依据。

  “两相系统实验平台关键技术研究”项目开展微重力条件下流体的蒸发和冷凝实验研究。无论在太空还是地面,物质在液体和气体两种状态下的转换理论和关键技术,都是至关重要的课题。此次,我国科学家首次在国际上提出在微重力条件下开展蒸发与冷凝组合空间实验,有望使我国在此领域率先获得科学成果和实验技术的突破。

  牛顿万有引力定律是否严格成立是一个基本物理问题,需要实验检验,特别是近距离下是否成立。偏离牛顿万有引力定律的理论称为“非牛顿引力”,其理论检验对于引力规律研究和寻找新的相互作用等具有重要意义。该理论检验可以在太空中进行,而检验的最关键技术之一是高精度静电悬浮加速度计。“非牛顿引力实验检验的关键技术验证”就是检验我国自主研发的高精度静电悬浮加速度计的性能是否已达到国际先进水平,这也将对我国“卫星重力测量”“空间引力波探测”等空间计划提供重要技术支撑。

  太空中要进行很多高精度的测量和科学实验,科学家们都希望能够去掉因为外界振动带来的影响。“主动隔振关键技术验证”项目要在轨进行六自由度磁悬浮主动隔振关键技术验证,看其能否实现降低振动的目的。这也将为非牛顿引力实验检验关键技术验证装置提供高于飞行器平台1~2个数量级的微重力环境,同时为未来太空微重力实验室的建设提供技术支撑。

  天舟一号上的“骨干生”——记天舟一号上生命科学研究项目

  光明日报记者 齐芳

  在天舟一号的科学实验和技术验证中,最受公众关注的是被概括为“骨干生”研究的生命科学实验——骨研究、干细胞研究和生殖细胞研究。这3个实验分别由清华大学、香港浸会大学、中国科学院动物研究所等研究机构的专家负责,科学家们希望太空的微重力条件能让相关研究取得突破性进展。

天舟赴天宫 蓄力“太空之家”

图①:一二级分离 新华社发

天舟赴天宫 蓄力“太空之家”

图②:整流罩分离 新华社发

天舟赴天宫 蓄力“太空之家”

天舟赴天宫 蓄力“太空之家”

图③:发射升空瞬间 赵彦勋摄/光明图片

天舟赴天宫 蓄力“太空之家”

天舟一号与天宫二号对接模拟图 中国航天科技集团供图

  骨研究:开发更有效的药物

  清华大学陈国强教授是骨研究的主要负责人之一。他介绍说,骨质疏松是骨组织结构的退化过程,现今的治疗办法尚无法逆转这一过程。而在太空中,航天员骨质流失的情况会更严重。“临床应用治疗骨质疏松的药物已经发现有一些副作用,同时对航天员防止骨质疏松的效果并不理想。”为了开发出更有效的治疗骨质疏松的药物,陈国强课题组首次将3-羟基丁酸(3HB)送上了太空。

  据陈国强介绍,3HB是一种天然存在于哺乳动物体内的小分子物质,相关研究结果已表明,它很有希望被制成抗骨质疏松的药物。“我们将首次在真实的微重力环境中研究3HB的成骨作用,同时还可通过与地面模拟失重实验得到的数据相比较,为今后微重力模拟实验领域的研究方法提供一些新的看法和建议。”

  而香港浸会大学的科学家将另一种治疗骨质疏松的备选物质CKIP-1送上太空。在正常生理环境中的研究表明,CKIP-1能够促进骨细胞的形成,不过其在空间微重力环境中是否有作用仍然未知。科学家们希望能够通过这次实验,为宇航员的空间骨质丢失问题提供理论基础和潜在治疗策略。

  干细胞研究:探讨微重力对干细胞的影响

  中国科学院动物研究所段恩奎研究团队负责开展“微重力环境下胚胎干细胞培养”实验。“干细胞生物学是目前最热点的研究领域之一,空间微重力环境是否会影响干细胞增殖和分化?能否利用空间微重力独特的条件开展干细胞大规模扩增和组织工程构建?”相关科学家说,希望这次研究能够给出答案。

  据介绍,科学家们前期已经在地面进行了模拟研究。“我们在真实的微重力环境下首次采用活细胞荧光示踪技术,探讨小鼠胚胎干细胞的增殖、分化特征,这些数据也将与地面模拟实验结果进行对比,从而探讨微重力对干细胞的影响。”

  近年来,美国宇航局等机构都将空间干细胞研究作为重点课题,并取得了一些成果。科学家们预期,此次能够获得太空小鼠胚胎干细胞增殖及自我更新的实时图片,实时看到小鼠拟胚体体外分化实验的情况,“希望能够为多功能干细胞在组织工程和再生医学中的应用,探索一种新途径,最终让其服务于人类健康”。

  生殖细胞研究:太空生育能否成真

  生殖细胞研究项目由清华大学纪家葵教授研究小组负责。科学家们希望实验能够阐明太空微重力环境下生殖细胞发育与成熟的基本规律,探索胚胎干细胞分化的分子机制。纪家葵介绍,此项研究将建立体外分化体系研究人生殖细胞发育,克服太空生殖研究中人体生殖细胞取样困难的局限,“理解太空生活对人类生殖的影响,对实现空间移民非常重要”。

  太空微重力下人类生殖健康研究尚处于初级阶段,现有的结果主要是通过短期检测航天员生殖激素水平和生殖器官变化,间接分析太空微重力对人类生殖健康的影响。纪家葵介绍,此次研究主要有两个内容:一是在太空微重力条件下诱导人胚胎干细胞转为生殖细胞,并利用明视野显微镜和荧光显微镜进行跟踪观察;二是开展细胞形态学分析,根据所传输回地面的实时显微成像结果,观察各诱导体系内报告基因表达情况和细胞形态,并与地面对照组比较,分析各类生殖细胞诱导效率和形态特征。纪家葵介绍,虽然这项实验还无法告诉我们人类能不能在太空繁衍,“但我们已经朝前迈出了一步”。

  太空微重力环境能为很多实验提供无法替代的环境,科学家们纷纷表示,未来我国空间科学实验如能更有系统、更具有连续性地展开,将会取得更多原创性科学成果。

  开启中国空间站时代

  ——访天舟一号货运飞船总设计师白明生

  光明日报记者 刘小兵 光明日报见习记者 章文

  4月20日,我国首艘货运飞船天舟一号踏上飞天征程。就此,记者专访了中国航天科技集团五院天舟一号货运飞船总设计师白明生。

  记者:与以往载人飞行任务相比,天舟一号飞行任务有哪些特点?

  白明生:一是任务状态新,此次任务系我国首次执行天舟货运飞船试验任务。天舟一号是面向空间站建造和运营任务全新研制的航天器,全长10.6米,最大直径为3.35米,体量与天宫二号空间实验室相当,但肚大能容,经济又实惠,货物运输、推进剂补加等综合能力比肩甚至优于国际现役货运飞船。二是技术难度大,天舟一号飞行任务将要验证的关键技术,如推进剂补加和自主快速交会对接等都是国际公认的载人航天技术难题。掌握这些技术,将实现我国航天领域的技术跨越。三是持续时间长。天舟一号与天宫二号组合体计划飞行2个月,之后天舟一号独立运行不少于3个月。从组合体飞行时间和交会对接间隔时间来看,是历次载人航天任务中最长的一次。

  记者:天舟一号作为我国自主研制的首艘货运飞船,创造了许多“首次”,请您详细介绍一下。

  白明生:天舟一号不但继承了我国载人飞船以及空间实验室的成熟技术,也首创了自身的六大“独门功夫”:

  第一,首次在轨实施飞行器间推进剂补加。就像汽车需要加油,未来空间站长期在轨也需要“加油”,这项任务就由天舟系列货运飞船来完成。天舟一号与天宫二号将实施我国首次推进剂在轨补加,并计划开展多次推进剂补加试验,为我国空间站组装建造和长期运营扫清在能源供给问题上的最后障碍。

  第二,首次以天基测控体制为主实施飞行控制。此次天舟一号首次采用了以天基测控体制为主的设计原则。简单来说,就是将原本在地面或海上的测量系统“搬”到了天上,实现了对航天器在轨飞行的关键事件的全程跟踪,降低了人力物力财力等成本。

  第三,首次大规模使用七大类国产新研核心元器件,加速实现了元器件的自主可控,将未来空间站建设的关键命脉牢牢握在手中。

  第四,首次开展全自主快速交会对接试验。此次天舟一号将会把之前需要耗时两天左右的交会对接时间控制在6个小时左右。打个比方,天舟一号跨出了从“普通列车”迈向“高铁”的一大步。

  第五,首次搭载多项空间应用与技术试(实)验载荷。作为往返于天地之间的交通工具,天舟一号在满足运输货物需求的同时,还随船搭载了几十台载荷设备,在轨开展十余项载荷试验,实现“一次飞行、多方受益”。

  第六,首次实施主动离轨受控陨落。相较于一般卫星在使命完成后在大气层烧毁的结束方式,天舟一号首次采用主动离轨方式,并能受控落到预定区域,既避免自身成为太空垃圾、避开离轨过程中的不可控因素,又为打造洁净、安全的太空环境作出贡献。

  记者:天舟一号成功发射对我国空间站工程今后的发展有何重要意义?

  白明生:天舟一号的成功发射,标志着我国已经突破和掌握宇航货运系统关键技术。可以说,天舟一号开启了中国空间站时代,它具备较长时间的独立自主飞行能力,不但是中国未来空间站的补给飞船,还可以作为空间科学试验的平台。

  天舟一号飞行任务是中国载人航天工程空间实验室阶段的收官之战,标志着载人航天工程“三步走战略”的第二步全面完成。当前,中国空间站研制建设各项工作正在稳步推进,后续将先后发射空间站核心舱和实验舱,计划2022年完成空间站的在轨组装建造。

  (光明日报文昌4月20日电)

  《光明日报》( 2017年04月21日 08版)

[责任编辑:丁玉冰]

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