新華社 2022年07月25日
中國空間站升級成“兩居室”
問(wèn)天實(shí)驗艙配備了目前國內最大的柔性太陽(yáng)翼
雙翼全部展開(kāi)后可達55米
每天平均發(fā)電量超過(guò)430度
“問(wèn)天”檔案
問(wèn)天實(shí)驗艙由
工作艙 氣閘艙 資源艙
三部分組成
艙體總長(cháng)17.9米
直徑4.2米
發(fā)射重量約23噸
●問(wèn)天實(shí)驗艙與天和核心艙互為備份，關(guān)鍵平臺功能一致。一旦天和核心艙出現嚴重故障，問(wèn)天實(shí)驗艙能夠快速接管，主控空間站●問(wèn)天實(shí)驗艙的工作艙內設有3個(gè)睡眠區和1個(gè)衛生區。完成對接后，空間站后續可以支撐神舟十四號、十五號兩個(gè)乘組6名航天員實(shí)現“太空會(huì )師”和在軌輪換
●問(wèn)天實(shí)驗艙配置了一個(gè)出艙人員專(zhuān)用的氣閘艙。未來(lái)，氣閘艙將成為航天員在空間站的主要出艙通道
7月24日14時(shí)22分，中國空間站問(wèn)天實(shí)驗艙在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)由長(cháng)征五號B運載火箭托舉升空。約495秒后，問(wèn)天實(shí)驗艙與火箭成功分離并進(jìn)入預定軌道，發(fā)射取得圓滿(mǎn)成功。
作為我國空間站建設的第二個(gè)艙段，問(wèn)天實(shí)驗艙將為空間站帶去哪些新裝備？航天員在太空的工作生活會(huì )迎來(lái)怎樣的變化？
功能強、裝備全 中國空間站喜迎“新居”
“問(wèn)天實(shí)驗艙由工作艙、氣閘艙和資源艙三部分組成，艙體總長(cháng)17.9米，直徑4.2米，發(fā)射重量約23噸。相關(guān)指標比天和核心艙更高，是我國目前最重、尺寸最大的單體飛行器。”航天科技集團五院空間站系統副總設計師劉剛說(shuō)。
不僅有著(zhù)大塊頭的體格，問(wèn)天實(shí)驗艙更是一個(gè)集平臺功能與載荷功能于一體的“全能型”選手。
據介紹，問(wèn)天實(shí)驗艙與天和核心艙互為備份，關(guān)鍵平臺功能一致，可以完全覆蓋空間站組合體工作要求，既發(fā)揮定海神針般的雙保險作用，也為空間站未來(lái)15年可靠運行打下堅實(shí)基礎。
“兩艙對接組成組合體后，由天和核心艙統一管理和控制整個(gè)空間站的載人環(huán)境，一旦天和核心艙出現嚴重故障，問(wèn)天實(shí)驗艙能夠快速接管，主控空間站。”航天員中心問(wèn)天實(shí)驗艙環(huán)控生保分系統主任設計師羅亞斌說(shuō)。
一個(gè)更重要的細節是，問(wèn)天實(shí)驗艙配備了目前國內最大的柔性太陽(yáng)翼，雙翼全部展開(kāi)后可達55米。太陽(yáng)翼可以雙自由度跟蹤太陽(yáng)，每天平均發(fā)電量超過(guò)430度，將為空間站運行提供充足的能源。
時(shí)間緊、難度高 “胖五”進(jìn)行“增肌瘦身”
作為我國空間站建造工程的“運載專(zhuān)列”，被人們昵稱(chēng)為“胖五”的長(cháng)征五號系列運載火箭此前已成功將天和核心艙送入太空，此次則是首次執行交會(huì )對接任務(wù)。
此次長(cháng)五B不僅要發(fā)射我國迄今為止最重的載荷，還面臨著(zhù)低溫推進(jìn)劑加注問(wèn)題和復雜的射前流程，難度可想而知。
點(diǎn)火階段，型號隊伍對射前10分鐘的發(fā)射流程進(jìn)行了優(yōu)化，將部分流程前置。在距離發(fā)射數分鐘時(shí)，火箭就已完成發(fā)射前各項準備工作，具備了點(diǎn)火發(fā)射能力，為突發(fā)情況留出決策、處置的時(shí)間。
長(cháng)五B還應用了起飛時(shí)間修正技術(shù)，讓火箭的控制系統可以自動(dòng)計算偏差、調整目標軌道，最大修正時(shí)間為2.5分鐘。
“即使火箭沒(méi)能完全按照預定窗口發(fā)射，只要在2.5分鐘這個(gè)窗口時(shí)間里，都能通過(guò)后期的軌道修正精準完成入軌和交會(huì )對接。”航天科技集團一院長(cháng)征五號B運載火箭副總師婁路亮說(shuō)。
為不斷提高火箭可靠性，安全、精準地將問(wèn)天實(shí)驗艙送到目的地，型號隊伍還對長(cháng)五B進(jìn)行了有針對性的“增肌瘦身”，在生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行了30多項改進(jìn)。
大噸位、半自主 “太空之吻”有新看點(diǎn)
問(wèn)天實(shí)驗艙入軌后，將與核心艙組合體實(shí)施交會(huì )對接——23噸的問(wèn)天實(shí)驗艙與40多噸的核心艙組合體，將是我國目前最大噸位的兩個(gè)航天器之間的交會(huì )對接，也是中國空間站首次在有人的狀態(tài)下迎接航天器的來(lái)訪(fǎng)。
重量重、尺寸大、對接靶子小、柔性太陽(yáng)翼難控制……對所面臨的一系列棘手難題，航天科技集團五院?jiǎn)?wèn)天實(shí)驗艙GNC分系統副主任設計師宋曉光打了個(gè)形象的比方：“如果按重量來(lái)看，載人飛船對接像開(kāi)小跑車(chē)，可控性強；貨運飛船對接像開(kāi)小卡車(chē)；而到了問(wèn)天和夢(mèng)天實(shí)驗艙，就如同要把一輛裝備豪華的大房車(chē)停到一個(gè)小車(chē)位里。”
為成功實(shí)現“太空之吻”，設計團隊從問(wèn)天實(shí)驗艙初樣研制起就經(jīng)過(guò)幾輪實(shí)測，對問(wèn)天實(shí)驗艙的數據參數精準把握，并提升算法達到更強的適應能力和糾偏能力。同時(shí)，采用半自主交會(huì )對接方案，實(shí)現交會(huì )對接過(guò)程中的穩定控制。
在軌期間，問(wèn)天實(shí)驗艙還將實(shí)現平面轉位90度，讓原本對接在節點(diǎn)艙前向對接口的問(wèn)天實(shí)驗艙，轉向節點(diǎn)艙的側向停泊口，并再次對接，從而騰出核心艙的前向對接口，為夢(mèng)天實(shí)驗艙的到訪(fǎng)做好充分準備。
更舒適、更安全 太空生活“條件升級”
對在軌航天員來(lái)說(shuō)，兩艙對接形成組合體，意味著(zhù)我們的太空家園從“一居室”升級到更寬敞的“兩居室”。
問(wèn)天實(shí)驗艙的工作艙內設有3個(gè)睡眠區和1個(gè)衛生區。完成對接后，空間站后續可以支撐神舟十四號、十五號兩個(gè)乘組6名航天員實(shí)現“太空會(huì )師”和在軌輪換，在太空面對面交接工作。
航天員中心艙外服總體試驗主任設計師李金林說(shuō)，在天和核心艙的基礎上，問(wèn)天實(shí)驗艙在吸音、降噪、減震等方面也進(jìn)行了優(yōu)化升級。
此前，航天員在天和核心艙只能通過(guò)節點(diǎn)艙實(shí)現出艙。節點(diǎn)艙作為空間站的交通樞紐，空間較小，航天員每次出艙前還需要關(guān)閉各個(gè)對接通道的艙門(mén)，進(jìn)行大量準備工作。
此次問(wèn)天實(shí)驗艙則配置了一個(gè)出艙人員專(zhuān)用的氣閘艙。一方面，氣閘艙的空間和出艙艙門(mén)的尺寸都比節點(diǎn)艙更大，航天員進(jìn)出更舒展從容，也更易攜帶大體積的設備出艙工作。另一方面，從氣閘艙出艙時(shí)，只需關(guān)閉一道艙門(mén)，操作更便捷。
未來(lái)，氣閘艙將成為航天員在空間站的主要出艙通道，一旦氣閘艙出現問(wèn)題，航天員還可以從作為備份出艙口的節點(diǎn)艙返回，確保出艙活動(dòng)的安全。
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“問(wèn)天”身后的四川力量
他們是空間站的“精裝大師”和“智能管家”
□郭蕓蕓 四川日報全媒體記者 徐莉莎
“成了！成了！”在電視直播里看著(zhù)火箭騰空，遠在四川的中國航天科技集團有限公司第七研究院第七設計部（簡(jiǎn)稱(chēng)“航天科技七院七部”）爆發(fā)出熱烈的掌聲。正在發(fā)射場(chǎng)做技術(shù)支持的設計師馮琦和于馨怡心情十分激動(dòng)。
航天科技七院七部是空間站的“精裝大師”和“智能管家”。從天和核心艙到問(wèn)天實(shí)驗艙，他們一步步改進(jìn)，優(yōu)化航天員的空間生存環(huán)境。
為了讓問(wèn)天實(shí)驗艙的內飾和物資運載“更上層樓”，讓航天員們的太空生活更有品質(zhì)，航天科技七院七部的設計師們可沒(méi)少花心思。由于問(wèn)天實(shí)驗艙與天和核心艙的區域配置類(lèi)似，設計師們就讓曾經(jīng)在軌駐留的乘組航天員為問(wèn)天實(shí)驗艙“內裝”改進(jìn)提需求。
“能否讓活動(dòng)空間再大一些？”航天員反饋。設計師們就為實(shí)驗艙睡眠區的富裕空間增加儲存接口，擴容效果明顯。問(wèn)天實(shí)驗艙內，航天員自由活動(dòng)空間近50立方米。配置了3個(gè)航天員睡眠區、1個(gè)全功能衛生區兼儲物間。
衛生區的優(yōu)化也是一項大工程。科研人員結合航天員各狀態(tài)下的體位參數，針對在軌使用狀態(tài)、在軌存儲狀態(tài)的不同，設計了衛生區的布局。
航天科技七院七部問(wèn)天物資管理分系統副主任設計師馮琦說(shuō)，這些設計看起來(lái)簡(jiǎn)單，但是否真的便于在軌操作，還是要考慮失重環(huán)境下人體肌肉骨骼力學(xué)和視覺(jué)特性開(kāi)展設計。為此，他們還專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一套航天員在軌生活和任務(wù)執行的地面前置數字孿生系統。
實(shí)驗艙內，空間和載荷是最寶貴的。每一步改進(jìn)，都要在細微處精打細算。“每一個(gè)貨包、每一個(gè)組件，都經(jīng)過(guò)了海量的模擬和計算，為了求出空間站上物料排列組合的最優(yōu)解，我們的設計精度堪比在米粒上雕一幅山水畫(huà)。”于馨怡介紹道。
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