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[侃谈天下] 专家详解天宫一号 再生循环系统保障航天员安全

专家详解天宫一号 再生循环系统保障航天员安全

天宫一号能飞多远?发射这么大的航天器会不会影响地球?普通人何时能在太空行走?即将在下周“一飞冲天”的天宫一号引发了人们对遥远太空的热情和无限猜想。昨天,北京航空航天大学博士、航天任务与控制高级工程师徐明、北京航空航天大学生物与医学工程学院教授刘红通过科学网,就人们关心的太空问题进行了详细解读。
  天宫飞得多快多远?音速22倍
  天宫一号腾空之后到底飞得有多快?徐明解释说,航天器飞行速度大致7000多m/s,而音速是340m/s,也就是说,作为航天飞行器,天宫一号的速度大致是音速的22至23倍。
  目前,嫦娥二号已经进入著名的日地拉格朗日L2点环绕轨道,并从172万公里外深空传回科学探测数据。而天宫又能飞多远呢?徐明说,从月球飞到L2点所耗费的燃料小于1000m/s,但从距离地球400公里左右的地方,航天器摆脱地球引力大约需要燃料3000m/s以上,从燃料上说,天宫一号只能待在地球附近了。
  对于天宫一号发射对天气的具体要求, 徐明指出,发射天宫一号对天气没有区别于其他卫星的特殊要求,除非气象条件非常恶劣,一般可以进行发射。
  生命保障系统如何?再生循环
  刘红介绍说, 神舟飞船为短期载人空间活动,采用的生命保障系统是携带式的,也就是说航天员所需的氧气、水和食物全部是从地面携带的,而空间站由于要进行长时间的载人空间活动,因此采用的是再生式的生命保障系统,航天员所需的氧气和水要在站内再生循环利用,减少地面补给。
  刘红进一步解释说,国际空间站氧气和水主要是采用物理化学方法再生。对于长期有人驻留的空间站,还需要在轨进行蔬菜的培养,以舒缓乘员的心理,提供一部分抗氧化物质、叶酸、维生素和微量元素等营养物质。
  网友问题紧追不舍,“大气层以内的生态空间是一个庞大复杂的循环系统,这样的循环系统能够在空间站实现吗?”
  刘红解释说,对于空间站来说,由于离地球较近,不需要再生所有食物,只需要在站再生氧气、水和提供部分新鲜的叶菜,因此不需要如此复杂的系统。但是,从原则上来说,在空间站也是可以做的。需要说明的是,这个人工生态系统比我们的生物圈要简单得多,只考虑满足人的上述物质需求。
  外太空影响生育吗?影响不大
  人到太空后,生理机能会发生怎样的改变,是不是会感到不舒服,心理问题怎么解决?
  刘红解释说,微重力环境对于人体肌肉、骨骼会产生影响。在地面上,肌肉的主要功能是保持身体直立姿势和活动身体。在微重力状态下,肌肉对抗重力以保持身体直立的功能消失,由于没有这项功能,这部分肌肉就会逐渐萎缩。同时,骨骼也会发生变化,大量脱钙。因此在空间站要进行各种形式的训练。徐明指出,根据航天心理学,人长期处于失重状态,会由生理反应产生心理变化。此外,长期处于外太空会加剧寂寞感和恐惧感,因此驻空间站的人员心理健康非常重要。目前我们由专业从业人员进行相关方面研究。
  外太空环境对航天员的生理是否会造成影响?他们还能正常繁育后代吗?
  刘红指出,飞船和空间站都有很好的辐射防护,因此对航天员的身体虽然有一定影响,但是影响不大,是可恢复的。
  生活垃圾如何处理?装罐扔掉
  空间站将如何处理航天员的生活垃圾?是直接排放到太空中吗?网友提问。
  刘红回答,把垃圾放在罐子里,再把这些罐子放在返回地球的货运飞船上,在返回途中,让飞船释放到太空中。当它通过地球大气层时,会自动燃烧掉。
  建太空垃圾回收站?难度太大
  近日,一条美国报废卫星撞地球的消息引发了地球人的恐慌。有网友就此畅想,“能否开展废弃空间航天器回收并在空间直接加工再利用研究?比如建立一个空间回收站,回收并加工这些太空垃圾。”徐明认为,想法是好的,但问题是如何将废弃航天器回收过来。“地球表面人类二维活动空间尚不能把垃圾回收完全,外太空三维空间难度更大。”
  是否影响地球自转?难以测量
  有网友担心,发射这样大的航天器会不会影响地球的运行轨道以及自转速度。
  徐明指出,从地球生态这一自治系统来说,有物质运动形式发生变化,余下物质也应有所变化,即自转速度会有所改变,但公转运动不会变化。但从影响程度来看,即使发射1万个国际空间站所造成的影响,也难以测量。
  常人何时太空行走?不用100年
  不少人关心什么时候普通人也能实现太空行走。刘红颇为乐观地说,“应该在不远的将来,我想不用100年,估计你们的孙子能赶上。”而徐明则回答,除非基础物理研究取得突破性进展,例如科幻电影的时空隧道等技术,不然地球不足以支撑普通人太空行走所耗费的燃料。 晨报记者 韩娜
  天宫一号·模型
  网店假称内部定制 兜售天宫模型
  近日,随着“天宫一号将于9月27日至30日择机发射”的消息公布于众,“天宫一号”模型在网店现身并遭到部分网友的追捧。部分店家在销售模型的时候号称为“航天内部定制”,但记者调查后发现,该批次模型实为温州一家工艺品公司生产。
  昨天,记者在部分购物网店里发现了“天宫一号”模型,其中一家北京的网店在商品介绍上,标明该模型比例为1:40和1:45两种,翼展为44厘米左右,带包装重约4公斤,并特别强调“航天内部定制”。记者搜索发现多家店铺现货销售,其中一家店铺最近几天已经有7件销售记录。
  记者联系其中一家网店店主“wangwei8164”,其开始表示是“航天3院、5院”的人下订单生产的,但记者追问其是否有航天部门的授权时,该店主表示生产模型“谈不上授权”,并承认模型为温州一家工艺品公司制作。
  线索:马先生
  新闻链接
  “超光速”粒子挑战爱因斯坦相对论
  据新华社电 一些欧洲科学家在实验中发现,中微子速度超过光速。如果实验结果经检验得以确认,阿尔伯特·爱因斯坦提出的经典理论相对论将受到挑战。
  意大利格兰萨索国家实验室“奥佩拉”项目研究人员使用一套装置,接收730公里外欧洲核子研究中心发射的中微子束,发现中微子比光子提前60纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒)到达,即每秒钟多“跑”6公里。
  中微子是一种基本粒子,不带电,质量极小,几乎不与其他物质作用,在自然界广泛存在。太阳内部核反应产生大量中微子,每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计。
  相对论是现代物理学基础理论之一,认为任何物质在真空中的速度无法超过光速。这一最新发现可能推翻爱因斯坦的经典理论。
  未来十年我国探测暗物质
  新华社、中国科学院院长白春礼23日透露,中科院未来十年计划发射五颗科学卫星,用于探测暗物质、量子通讯等。
  白春礼认为,在物质科学领域,目前我们对暗物质和暗能量知之甚少,如果能够有理论上的新突破可能会改变人们的世界观,同时也可能使我们采用新的方式利用未知的东西,就会带来科技革命。
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天宫一号发射或避开28日 因正值当地“胡杨节”

  9月27日至30日,“天宫一号”飞行器将择机发射。据当地居民透露,28日是酒泉一年一度的重大节日“胡杨节”,为了让当地居民好好过节,天宫发射日期或将避开此日。
   最新进展>>发射或因当地节日避开28日
  发射日期越来越近,抵达酒泉的媒体记者陆续增多,这座气温不到10℃的小城正在升温。而在记者与当地居民的聊天中,“天宫一号”不可避免地成为一个热词。“最近我们这来了很多记者,都是为了采访‘天宫一号’的。马上又是我们这儿的胡杨节,这段时间真是热闹极了!”据当地居民透露,28日是当地一年一度的重大节日“胡杨节”,为了让当地居民好好过节,发射日期或将避开此日。
  发射现场>>星箭组合体正接受技术检测
  22日,记者在发射基地现场发现,被发射塔环绕的“天宫一号”星箭组合体披上了一层“外衣”,正在接受技术人员的技术测试。据专家介绍,与“神七”相比,“天宫一号”高约10米,直径比神舟飞船更大一些,体积也更大。体重约为8吨,超过“神七”0.4吨多。发射中心专门为“天宫一号”量身定做了组装厂房。
  在火箭发射塔的底部,有两个巨大的方形坑洞,并且相互连通。专家说,这两个坑洞是火箭的导流槽,在发射火箭时会产生巨大的火焰,此时需要通过这个导流槽向两侧进行气流疏导。而在火箭发射之前,导流槽中需要注入大量的水。火箭发射完毕后,导流槽中的水会在短时间被巨大的火焰气流加热成为水蒸气,基本上全部蒸发。
  据专家介绍,此后几天发射场将陆续进行目标飞行器、火箭功能测试和器箭地联合测试等工作,进行最终状态检查和确认后,火箭加注推进剂,然后择机实施发射。
  专家透露,“天宫一号”是我国首个目标飞行器,它的成功发射将为我国实施载人航天工程首次空间交会对接提供保障。
  星箭组合体>>花70分钟移至1.5公里外发射塔架
  21日,“天宫一号”星箭组合体将从垂直总装测试厂房这座恢弘的“闺房”中掀开盖头,走向发射塔架,开启中国建立空间实验室的征程。航天城通往发射场10公里的各个要道上,军警蹲哨,处处戒备森严。
  “天宫一号”亭亭玉立含笑静候,正前方1.5公里处的发射塔则张开怀抱殷切期待。转运轨道两侧,上书“分秒不差、一丝不苟”字样的匾牌昭示着航天精神。发射塔下,由上千官兵和观众组成的“迎亲”队伍排成方阵,端坐在轨道尽头见证即将到来的激情时刻。
  在1.5公里的征途上,承载着“天宫一号”的活动发射平台足足行进了70分钟。全副武装的卫士登上转运车护送,数百人的特殊“送亲”队伍徒步尾随或相伴左右,直至与“迎亲队伍”会合。
  准备工作>>交会对接系统进入最后准备
  据中国载人航天工程新闻发言人介绍,“天宫一号”在完成推进剂加注后,与运载火箭吊装对接构成一个完整的组合体,20日9时,承载着组合体的活动发射平台驶出载人航天发射场垂直总装测试厂房,沿着一条1500米长的无缝铁轨,经过1小时7分钟的移动,顺利转运至发射塔架。整个转场由全副武装的卫兵登上转运车进行护送,数百人见证了这一时刻。
  发射场的一位技术人员告诉记者,“往常的转运过程约一个半小时左右,这次转运的时间最短。”现场专家表示,转运时间的缩短也是我国航天科技日趋成熟的表现。专家表示,“天宫一号”将完成我国载人航天工程首次空间交会对接任务,之后发射“神舟八号”飞船,实施无人自动交会对接试验。目前,执行首次交会对接任务的各大系统已进入最后准备工作状态,各项工作进展顺利。
   专家视点>> “天宫”技术成熟 “神八”才是重头戏
  随着“天宫一号”的发射时间进入倒计时,外界对中国空间实验站技术的分析已有相当热度。然而,中国航天五院不愿透露姓名的专家向记者表示,“天宫一号”空间站是在建设的起步和探索阶段,它的技术较为成熟。舆论无须热炒技术水平这方面。之后发射“神八”,与“天宫一号”实施无人自动交会对接之时,才会体现技术上的突破与成果。
  由于上个月使用“长征二号丙”运载火箭发射“实践十一号04星”失利,让外界对“天宫一号”成功发射有些疑虑。然而,有专家透露,将执行“天宫一号”发射任务的长征二号F运载火箭,是我国目前可靠性、安全性最高的运载火箭,“神一”到“神七”飞船均由其成功送入太空。天宫一号所用的长征二号F火箭虽然和长征二号丙系出同门,但类似部件已做紧急改进,这次发射打的是“有保证的仗”。
  载人航天工程原副总指挥、“神七”任务总指挥部副总指挥长张建启曾表示,中国在“神八”、“神九”、“神十”任务中,将突破无人与有人飞船对接技术。然而,“神八”能否在技术上实现与”天宫一号”对接,将是决定此后空间实验活动是否成功的基础。有专家称,与“天宫一号”的空间交会对接,“神八”肯定是无人对接,至于有人对接是“神九”还是“神十”,还要看“天宫一号”与“神八”的交会对接是不是顺利。
  外媒看 “天宫” >>
  2020年中国成为唯一一个
  独立拥有空间站的国家
  改进型长征二号F火箭将携带“天宫一号”于本月27日至30日择机发射,此消息一公布,将对中国此次空间实验表现出极大兴趣的外国媒体的目光,再一次吸引过来。
  美国媒体称,中国下周即将发射的“天宫一号”的主要目的是测试空间对接技术、空间站长期无人运作和短期有人运作的技术问题,同时也会进行医药等方面的科学实验。
  英国媒体称,正当美国正在大砍航天预算,航天飞机全部退役时,中国决定发射一个无人航天器为未来的空间站练手。虽然许多专家仍在警告依然有大量技术上的挑战需要解决,但空间站工程仍将在2020年使中国成为唯一一个独立拥有空间站的国家,而现在的国际空间站计划在那一年退役。
  新加坡媒体认为,作为中国建立空间站计划的序幕,中国将在“天宫一号”之后发射“神八”飞船,进行无人交会对接试验。外界预计中国将由此拉近与美俄等太空强国的距离。
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