探索浩瀚宇宙,發展航天事業,建設航天強國,是我們不懈追求的航天夢。在建成航天大國、走向航天強國的道路上,運載火箭及衛星、飛船、空間站、探測器等航天器,在一系列重大工程中亮相登場、升級換代,中國航天進出太空、利用太空、探索太空的能力不斷提高。
圖為2022年6月5日,搭載神舟十四號載人飛船的長征二號F遙十四運載火箭,在酒泉衛星發射中心點火發射。飛船完成自主快速交會對接后,中國航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲順利進駐天和核心艙。 航天科技集團供圖 宿東/攝
進出太空的能力有多大,航天的舞臺就有多大
目前人類進出太空的方式,主要依靠運載火箭等航天運輸工具,其中運載火箭是人類克服地球引力、進入太空的主要工具,是發展空間技術、探索未知空間的基礎。我國自行研制的長征系列運載火箭歷經四代發展,已經擁有完備的大、中、小型火箭型譜,具備不同載荷進入太空的能力。
運載能力是火箭最基本、最重要的指標,長征系列運載火箭一直致力于提升運載能力。就近地軌道運載能力而言,1970年發射的長征一號僅有0.3噸。“十三五”期間,長征五號等新一代運載火箭實現了近地軌道運載能力25噸級、地球同步轉移軌道運載能力14噸級的跨越,我國進入空間的能力達到世界一流水平。目前正在研制、計劃2027年首飛的長征十號,預計運載能力將達到70噸級。
2024年6月22日,長征二號丙運載火箭在西昌衛星發射中心點火起飛,成功將中法天文衛星送入預定軌道,此次任務是長征系列運載火箭的第525次飛行。長征系列運載火箭首個100次發射用了37年,最近完成的第5個100次發射只用了2年,發射頻次增速非常快。從多級串聯到多級串聯加捆綁,從常規推進到低溫推進,運載火箭發射的軌道從地球低軌道到高軌道、從月球軌道到行星際軌道,發射方式從“一箭一星”到“一箭多星”、從無人返回到載人飛行,我國的運載火箭發展逐步實現系列化、模塊化和通用化,發射成本不斷降低,可靠性日益提高。
利用太空向廣深拓延,持續發力服務經濟社會發展
目前人類利用太空的方式,主要是通過通信、導航、遙感等各類人造衛星,利用空間環境和資源,為人類社會提供各項服務。
通信衛星是用來進行遠距離無線電通信的衛星。在通信衛星出現之前,地球上遠距離的兩地之間通信有兩種方法:一種是利用電纜,另一種是用地面無線電設備。無線電微波能傳輸的信息容量很大,又比較穩定。但是,除長波電臺等,大部分無線通信手段的通信距離只有幾百米到幾百公里。20世紀50年代末,人造地球衛星上天以后,人們很快想到,在遠距離通信中可以利用人造衛星。為了加強從衛星上反射回地面的無線電波,人們把衛星做成像地面上的微波中繼站一樣,衛星接收到地面發來的無線電波以后先進行放大、再發向地面。自1984年成功發射第一顆靜止軌道通信衛星至今,我國通信衛星實現了從實用到商用、從固定業務到移動業務、從窄帶業務到寬帶業務、從單星系統到星座網絡的跨越,通信速率、容量、支持終端數量實現了萬倍量級的提升,滿足電視廣播、遠程教育及醫療、寬帶通信等不同場景下的應用需求。同時,我國東方紅系列通信平臺快速發展,從東方紅一號到五號,枝繁葉茂,不斷壯大。
導航衛星從衛星上連續發射無線電信號,為地面、海洋、空中和空間用戶導航定位。20世紀后期,我國開始探索建設衛星導航系統。2000年底,建成北斗一號系統,向中國提供服務;2012年底,建成北斗二號系統,向亞太地區提供服務;2020年,建成北斗三號系統,向全球提供服務。北斗系統突破了新型導航信號、星間鏈路、高性能星載原子鐘等核心技術,實現了衛星核心器部件100%自主可控,服務性能達到國際先進水平。目前,北斗系統在全球一半以上國家和地區推廣使用,規模應用進入市場化、產業化、國際化發展,這是我國為全球公共服務基礎設施建設作出的重大貢獻。30年來的北斗系統研制建設實踐,培育了自主創新、開放融合、萬眾一心、追求卓越的新時代北斗精神,是航天科技戰線紅色基因在新時代的賡續傳承。
遙感衛星能在規定的時間內覆蓋整個地球或指定的任何區域。當沿地球同步軌道運行時,它能高時間分辨率的對地球表面某指定地域進行遙感;當沿太陽同步軌道等近地軌道運行時,能高空間分辨率的對某指定地區進行遙感。我國目前已經建成以資源、海洋、環境減災、風云等為代表的遙感衛星系列,并實施高分辨率對地觀測系統重大專項,對地成像分辨率最高優于0.5米,觀測手段覆蓋可見光、紅外、激光、高光譜、合成孔徑雷達等,應用于農業、林業、海洋、國土、環保、氣象等領域。目前,我國在軌穩定運行的高分辨率對地觀測衛星超過200顆,僅公益民用可見光衛星就可實現2米分辨率數據對全國陸地國土的季度覆蓋。通過遙感衛星,我們既能感受世界的溫度,也能看到這個世界的微妙變化。
對太空的利用,為我們的經濟社會發展和生產生活帶來諸多效益。比如,在電力領域,北斗高精度定位用于無人機自主巡檢、變電站機器人巡檢、桿塔監測等業務;在交通運輸領域,約有830萬輛道路營運車輛、近5萬艘船舶、2100多架通用航空器應用了北斗終端設備;在農業領域,基于北斗系統的農機自動駕駛終端已達20萬臺(套),實現了跨企業農機作業數據整合,24小時動態監測水稻、小麥、玉米等主要糧食作物收獲和拖拉機作業。2023年我國衛星導航與位置服務產業總體產值達到5362億元人民幣,同比增長7.09%;其中由衛星導航應用和服務所衍生帶動形成的關聯產值達到3751億元人民幣。
探索太空求解未知,揭示宇宙自然現象及規律
探索太空,指以空間站、空間探測器等航天器為主要平臺,開展空間科學探索。
空間站,是一種在近地軌道長時間運行、可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。目前,中國空間站全面建成,我們的“太空之家”遨游蒼穹。中國空間站包括天和核心艙、夢天實驗艙、問天實驗艙、載人飛船(即已經命名的神舟號飛船)和貨運飛船(天舟飛船)5個模塊。各飛行器既具備獨立的飛行能力,又可以與核心艙組合成多種形態的空間組合體,在核心艙統一調度下協同工作。截至2024年4月,我國已成功發射25艘載人飛船和貨運飛船,先后將35人次送入太空。中國航天探索太空的各項能力也不斷提升。比如,貨物裝載空間和物資上行能力大大提升。相比于之前,新批次貨運飛船密封艙裝載能力由5.5噸增加至6.7噸,整船物資裝載能力由6.9噸提高至7.4噸,上行載貨比由0.51提高至0.53,運輸效率位居世界第一。此外,中國空間站作為國家太空實驗室,成果轉移轉化成效顯著,已安排在軌實施了100多個空間科學研究與應用項目,航天育種搭載實驗3000多項,4000余項成果應用于各行各業。這些科學實驗和結果應用,促進了我國科技水平整體提升,造福國計民生。
空間探測器,又名深空探測器,是人類對遠方天體和空間進行探測的無人航天器,是現階段空間探測的主要工具。按探測的對象,空間探測器包括月球探測器、行星和行星際探測器、小天體探測器等。在月球及深空探測方面,我國成功發射6個月球探測器。其中,嫦娥二號探測器在國際上首次獲得7米分辨率全月圖;嫦娥五號采用具有世界領先水平的月球軌道無人對接方案轉移月壤,采樣重量領先無人月球采樣歷史;嫦娥六號任務自發射后歷經53天,11個飛行階段,突破了月球逆行軌道設計與控制、月背智能快速采樣、月背起飛上升等關鍵技術,首次獲取月背的月球樣品,并搭載4臺國際載荷,開展了務實高效的國際合作。在火星探測方面,天問一號探測器的環繞器,經過多次精準近火制動,進入遙感使命軌道,獲取覆蓋火星全球的中分辨率影像數據,實現火星全球探測。著陸巡視器巧妙利用懸停避障技術,通過實施氣動減速、降落傘減速、動力減速和著陸緩沖,成功著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區;祝融號火星車發回的火星表面移動過程視頻,是人類首次獲取火星車在火星表面的移動過程影像。環繞器和火星車均完成既定科學探測任務。
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(策劃:劉名美 審核:李艷玲)