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中国空间站开启多舱阶段

光明网 2022-07-27 16:47 点击:

问天实验舱成功对接于天和核心舱前向端口的模拟图像。

空间站组合体模拟图

问天实验舱舱内示意图

问天实验舱的太阳翼

中国载人航天工程办公室供图

搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭点火发射。

新华社记者 田定宇摄

  7月24日,搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭,在文昌航天发射场点火发射。7月25日,问天实验舱成功对接于天和核心舱前向端口。随后,神舟十四号航天员乘组顺利进入问天实验舱——这是中国航天员首次在轨进入科学实验舱。

  随着“问天”成功赴约,中国空间站正式开启了“多舱”阶段。待梦天实验舱成功发射后,中国空间站将完成在轨建造。

  既有设施齐备的科学实验室,也有通往神秘太空的大门;既携带着网红机械臂,也承担着“发电”的重任——问天实验舱,究竟有哪些本领?

  大块头 功能齐全“床位”足

  问天实验舱由工作舱、气闸舱和资源舱组成。其舱体总长达17.9米,直径4.2米,起飞重量为23吨,比天和核心舱的块头更大,是全世界现役在轨最重的单舱主动飞行器。

  作为中国空间站第二个舱段和首个科学实验舱,问天实验舱主要用于支持航天员驻留、出舱活动和开展空间科学实验,同时也可作为天和核心舱的备份,对空间站进行管理。工作舱内设有3个睡眠区、1个卫生区——实验舱与核心舱对接后,中国空间站的“床位”数已增加到6个。在神舟十四号任务末期,“神十四”和“神十五”两个航天员乘组将实现在轨轮换,6名航天员可同时在舱内工作生活。

  在平台功能方面,问天实验舱与天和核心舱互为备份,关键平台功能一致,可以完全覆盖空间站组合体工作要求。除了保障航天员在轨长期驻留之外,问天实验舱还提供了专用气闸舱和应急避难场所,让空间站在轨运行风险更加可控,在轨长寿命运行更加可靠。

  在试验载荷功能上,问天实验舱装载了8个实验机柜、22个舱外载荷适配器,包括生命生态实验柜、生物技术实验柜、科学手套箱与低温存储柜、变重力科学实验柜等科学实验设施。这座“太空科学实验室”能够支持开展多种类植物、动物、微生物等在空间条件下的生长、发育、遗传、衰老等响应机理研究以及密闭生态系统的实验研究等。

  新大门 “外方内圆”很安全

  在历次空间站任务中,中国航天员通过天和核心舱节点舱进行了多次出舱活动。此次升空的问天实验舱,为航天员进出空间站开启了一扇“新大门”——实验舱配置了全新的气闸舱。

  与以往传统密封舱不同,气闸舱看上去是一个方形的舱体,但实际上“外方内圆”。

  气闸舱内仍是圆柱状的空间,也是航天员开展出舱活动时的“更衣间”。气闸舱设计了一个比节点舱更大的舱门,直径达1米,比节点舱舱门大15厘米;气闸舱的出舱活动空间也从节点舱的五六立方米增加到了十二三立方米。航天员出舱不仅更宽敞、更舒适,还能携带大个头的设备,舱外工作能力大大提升。

  据了解,神舟十四号航天员乘组未来将首次利用气闸舱实施出舱活动等工作,未来这里也将成为中国空间站的主要出舱通道。而一旦气闸舱在出舱过程中出现问题,航天员仍可通过节点舱回到舱内,保证出舱活动安全可靠。

  出舱气闸外的方形外壳则是舱外暴露实验平台,上面配置了22个标准载荷接口,其中一部分还配备了流体回路温度控制。未来10年,在空间站搭载的科学实验载荷可以通过机械臂精准“投送”到对应的标准载荷接口位置,不需要航天员出舱进行人工操作。

  机械臂 大小配合更高效

  问天实验舱是空间站系统中舱外活动部件最多的舱体,大量舱外设施设备能更好保障出舱活动,为更精细的舱外操作提供支持。

  问天实验舱携带了一套5米长、7自由度的小机械臂。与天和核心舱的大机械臂相比,小机械臂的“手”更小——长度约5米,承载能力为3吨,重量和长度均约为大臂的一半,负载能力约为大臂的1/8,形态上更加精巧,运动和操控灵活,方便抓握中小型设备,进行更为精细化的操作。例如在不需要航天员出舱的情况下,独立完成舱外载荷的安装、更换等照料操作,有效节省航天员在轨工作负荷。

  大小两只“手臂”各有侧重,又相互配合,小臂可以与大臂形成15米长的组合臂,开展更多的舱外操作。如后续需要在舱外安装设备,可以通过货运飞船上行至梦天实验舱的货物气闸舱,通过组合臂的抓取和转移,完成在舱外载荷平台上的安装。此外,大小机械臂还可协同开展舱外操作任务,完成互巡互检的自身维护工作,有效提高机械臂系统的可靠性。

  据悉,神舟十四号航天员将首次利用小机械臂出舱,还会同时利用小臂和大臂组合出舱,全新的出舱活动充满看点。而在出舱过程中,问天实验舱舱外设置的2台云台灯、4台高清摄像机,能够一边打光追光、一边拍摄录制。通过它们,地面测控人员可以更清楚地关注航天员出舱活动。

  太阳翼 空间站“发电”有妙招

  问天实验舱自带高性能“发电机”与“配电器”——其所携带的太阳翼,是目前国内最长、最大的柔性太阳翼,刷新了中国航天器在轨使用太阳帆板的纪录。

  问天实验舱配备了一对双自由度柔性太阳帆板,全部展开后的翼展超过55米,比空间站3个舱组合在一起的舱体尺寸还要大,每个太阳帆板展开面积可达100多平方米。两个硕大的太阳帆板一起工作,可有效收集更多太阳能——每天平均发电量超过430度,为空间站运行提供充足的能源。

  问天实验舱的太阳翼面积大、柔性也大,带着一对巨大的“软翅膀”与天和核心舱进行交会对接,控制难度极大。为降低系统复杂性和在轨风险,问天实验舱实现了多个系统功能创新,如采取太阳帆板二次展开方案,即发射后先展开约1/5的长度,待对接完成后再展开到位,以提高可控性,保证任务成功。

  空间站在轨建造完成后,天和核心舱的一个太阳帆板将转移到问天实验舱资源舱尾部。届时,天和核心舱将专注于空间站管理工作,而问天实验舱将成为名副其实的“主发电站”。(刘峣)

编辑:邢亚伟