将上演惊心动魄“太空泊车”大片

国内最大单体航天器升空

中国空间站迎“新居”

　　“问天实验舱由工作舱、气闸舱和资源舱三部分组成,舱体总长17.9米、直径4.2米、发射重量约23吨。相关指标比天和核心舱更高,是我国目前最重、尺寸最大的单体飞行器。”航天科技集团五院空间站系统副总设计师刘刚说。

　　不仅有着大块头的体格,问天实验舱更是一个集平台功能与载荷功能于一体的“全能型”选手。据介绍,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,既发挥定海神针般的双保险作用,也为空间站未来15年可靠运行打下坚实基础。

　　“两舱对接组成组合体后,由天和核心舱统一管理和控制整个空间站的载人环境,一旦天和核心舱出现严重故障,问天实验舱能够快速接管,主控空间站。”航天员中心问天实验舱环控生保分系统主任设计师罗亚斌说。

问天实验舱

坐着“沙发”上太空

　　长征五号B遥三运载火箭将“乘客”——问天实验舱精准送入预定轨道。舱箭分离后,问天实验舱尾部留有两条圆形框架,这是科研人员为载人航天工程空间站建造任务特地设计的大“沙发”,靠着软软的“沙发”,“乘客”和火箭分离时更加舒适、安全。

　　问天实验舱被火箭送到预定位置后要与火箭分离,也就是“到站下车”。据中国航天科技集团一院产品化副主任设计师孙璟介绍,以往,中国的卫星、飞船等航天器在分离时,通常采用包带分离或点式分离装置,但空间站舱段这类“乘客”大、高、重,包带无法固定住,点式分离在规模较大的应用中,可靠性会有所降低。

　　为了让空间站舱段能够安全“下车”,研制团队经过近10年的努力,研制了一项新的舱箭分离装置,既能“绑”得住大直径的空间站舱段,又能快速、可靠、无污染分离。然而,在做分离试验时,研制团队发现新型分离装置对分离面的瞬间冲击高达30000G,这相当于重量1吨的汽车,以每小时100千米的速度撞向墙面时所产生的冲击力。

　　孙璟指出,空间站舱段有许多陶瓷、光学器件,对冲击的感受尤为敏感,这种量级的冲击,会让“乘客”乘坐得“不舒服”,还有可能损坏较脆的零部件。

　　如何在确保安全分离的同时,尽量将分离过程中的冲击降到最低?研制团队为空间站舱段设计了一款圆形“座椅”,并敲定“座椅”摆放的最优位置。该“座椅”由两条圆形隔冲框组成,内部引入“颗粒阻尼”等新技术,让分离冲击在颗粒体的摩擦和碰撞中,迅速地耗散动能,把冲击降低10倍左右,使“乘客”在进入太空的旅途中,都感觉像坐在“沙发”上一样舒适。

全天候追踪太阳

首次验证双自由度对日定向

　　受太阳入射角和空间站飞行姿态的影响,太阳翼的发电效率会因时段不同、姿态不同而产生相应变化。为了让太阳翼能24小时保持最高发电效率,问天实验舱首次尝试让太阳翼双自由度同时转动,确保每一缕阳光都垂直照射在太阳翼上。

　　为了实现这一技术,八院自主研制出我国目前设计规模最大、连续工作寿命最长、传输功率最高的大型回转运动类空间机构产品——对日定向装置。有了它,空间站将实时捕捉每一道阳光,保证源源不断的能量供给。

航天员将在轨见证

我国最大吨位的“太空之吻”

　　问天实验舱入轨后,将与核心舱组合体实施交会对接——23吨的问天实验舱与40多吨的核心舱组合体,将是我国目前最大吨位的两个航天器之间的交会对接,也是中国空间站首次在有人的状态下迎接航天器的来访。

　　重量重、尺寸大、对接靶子小、柔性太阳翼难控制……对所面临的一系列棘手难题,航天科技集团五院问天实验舱GNC分系统副主任设计师宋晓光打了个形象比方:“按重量来看,载人飞船对接像开小跑车,可控性强；货运飞船对接像开小卡车；而到了问天和梦天实验舱,就如同要把一辆装备豪华的大房车停到一个小车位里。”

　　为成功实现“太空之吻”,设计团队从问天实验舱初样研制起就经过几轮实测,对问天实验舱的数据参数精准把握,并提升算法达到更强的适应能力和纠偏能力。同时,采用半自主交会对接方案,实现交会对接过程中的稳定控制。

国际上首次平面转位动作

上演惊心动魄“太空泊车”

　　在轨运行期间,问天实验舱将完成我国首次在轨大惯量转位动作,即通过平面转位90度,让原本对接在节点舱前向对接口的问天实验舱,转向节点舱的侧向停泊口并再次对接,从而腾出前向对接口,为梦天实验舱的到访做好准备。这将是我国首次航天器在轨转位组装,也是国际上首次以平面式转位方案进行航天器转位的探索尝试。

　　转位过程中,问天实验舱将通过安装在舱体上的“纤细”转臂与核心舱上的转位基座,以及对接机构的密切配合,上演一场惊心动魄的“太空泊车”大片。

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

　　在问天实验舱的气闸舱外,还有一套5米长的小机械臂。这套7自由度的机械臂小巧、精度高,操作更为精细。未来,小臂还可以与核心舱大臂组成15米长的组合臂,在空间站三舱组合体开展更多舱外操作。

打造多功能“太空资源仓库”

太空生活“条件升级”

　　对在轨航天员来说,两舱对接形成组合体,意味着我们的太空家园从“一居室”升级到更宽敞的“两居室”。

　　问天实验舱的工作舱内设有3个睡眠区和1个卫生区。完成对接后,空间站后续可以支撑神舟十四号、十五号两个乘组6名航天员实现“太空会师”和在轨轮换,在太空面对面交接工作。

　　外壁两侧挂着1.2吨重的太阳翼、头顶着近1吨的对日定向装置、肚中装着近2吨重的推进燃料储箱……这个承担着多重使命的“太空仓库”,就是位于问天实验舱最顶端的资源舱。

　　资源舱看起来又高又瘦,但为了保证各种重要设备的可靠安装,八院为其锻造了一副“钢筋铁骨”,让原本只作为能源中心的它能够身兼多职,为空间站的在轨建造及后续运行保驾护航。航天员中心舱外服总体试验主任设计师李金林说,在天和核心舱的基础上,问天实验舱在吸音、降噪、减震等方面也进行了优化升级。

　　此外,全新的太空授课也将在问天实验舱开展,航天员还会择机首次从问天实验舱的出舱口出舱。此前,神舟十四号航天员乘组已经完成了对舱外航天服的巡检测试。按计划,在轨期间他们将从问天实验舱出舱口完成2到3次出舱活动。

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