新華社 2022年07月26日
問(wèn)天實(shí)驗艙與天和核心艙組合體在軌完成交會(huì )對接
據中國載人航天工程辦公室消息，問(wèn)天實(shí)驗艙入軌后，順利完成狀態(tài)設置，于北京時(shí)間7月25日3時(shí)13分，成功對接于天和核心艙前向端口，整個(gè)交會(huì )對接過(guò)程歷時(shí)約13小時(shí)。
這是我國兩個(gè)20噸級航天器首次在軌實(shí)現交會(huì )對接，也是空間站有航天員在軌駐留期間首次進(jìn)行空間交會(huì )對接。
神舟十四號航天員乘組于7月25日10時(shí)03分成功開(kāi)啟問(wèn)天實(shí)驗艙艙門(mén)，順利進(jìn)入問(wèn)天實(shí)驗艙。這是中國航天員首次在軌進(jìn)入科學(xué)實(shí)驗艙。
后續，將按計劃開(kāi)展組合體姿態(tài)融合控制、小機械臂爬行和大小臂組合測試等在軌工作，并利用問(wèn)天艙氣閘艙和小機械臂進(jìn)行航天員出艙活動(dòng)。
太空空調
●核心是遍布各個(gè)位置的液冷系統
●將各種設備或試驗載荷產(chǎn)生的熱量收集并輻射到外太空
●可支持數千瓦級以上試驗載荷的散熱
太空水處理
●太空尿液處理與水回收技術(shù)是公認的技術(shù)難題，也是我國空間站建造的核心關(guān)鍵技術(shù)之一
●第二套環(huán)控生保尿處理子系統隨問(wèn)天實(shí)驗艙發(fā)射上行后，在與天和核心艙完成對接后投入使用天地“實(shí)時(shí)在線(xiàn)”
●問(wèn)天實(shí)驗艙升空后需要與地面保持聯(lián)系，且必須做到“實(shí)時(shí)在線(xiàn)”，這就需要航天測控通信
●該系統不僅智能化、可靠高，且從軟件到硬件、從基礎元器件到整機均全部實(shí)現國產(chǎn)化
揭秘
“問(wèn)天”路上的三大航天科技
●在極冷極熱的太空環(huán)境中，“太空空調”必不可少
●太空尿液處理與水回收技術(shù)，解決太空用水難題
●太空與地面如何保持聯(lián)系，航天測控通信顯威力
7月25日凌晨，問(wèn)天實(shí)驗艙與天和核心艙組合體成功在軌交會(huì )對接。此次飛行任務(wù)中，有哪些航天科技為問(wèn)天實(shí)驗艙的問(wèn)天之路保駕護航？
問(wèn)天實(shí)驗艙為何能“四季如春”？
航天器在軌時(shí)，沒(méi)有了大氣層的保護，在太陽(yáng)照射的情況下，表面溫度可達100攝氏度以上，而沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)，溫度會(huì )降到零下100攝氏度以下。
問(wèn)天實(shí)驗艙作為我國目前最重、尺寸最大的單體飛行器，在極冷極熱的太空環(huán)境中，想要保證艙內各種設備始終處于20多攝氏度的舒適環(huán)境，就要靠航天科技集團五院空間站問(wèn)天實(shí)驗艙熱控團隊研制的“太空空調”。
“太空空調”的核心是遍布各個(gè)位置的液冷系統，航天科技集團五院?jiǎn)?wèn)天實(shí)驗艙流體回路負責人王德偉介紹，團隊為問(wèn)天實(shí)驗艙研制了三套液冷系統，將各種設備或試驗載荷產(chǎn)生的熱量收集并輻射到外太空，可支持數千瓦級以上試驗載荷的散熱，其中一套是專(zhuān)門(mén)為艙外試驗載荷進(jìn)行溫度保障的散熱回路。
同時(shí)，航天科技集團五院的研制人員開(kāi)發(fā)了大尺寸、高效界面導熱材料，兼顧了艙外載荷維修和導熱的雙重目的。
在“太空空調”的研制中，為滿(mǎn)足部分特殊設備的溫度控制要求，許多新科技紛紛登場(chǎng)，如艙外設備上使用的太陽(yáng)反射率超過(guò)90%的“白色外衣”、石墨烯導熱索技術(shù)等。
問(wèn)天實(shí)驗艙怎樣保障用水？
一直以來(lái)，太空尿液處理與水回收技術(shù)是公認的技術(shù)難題，也是我國空間站建造的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。
由航天科工集團二院206所研制的第二套環(huán)控生保尿處理子系統隨問(wèn)天艙發(fā)射上行后，在與天和核心艙完成對接后投入使用，后續按照總體規劃，航天員乘組將對該套尿處理子系統進(jìn)行狀態(tài)設置，并進(jìn)行在軌測試以確認系統的功能狀態(tài)與性能指標是否正常，測試通過(guò)后，該套系統將按照總體規劃定期進(jìn)行自清洗流程。
按照總體規劃，在發(fā)射問(wèn)天實(shí)驗艙、夢(mèng)天實(shí)驗艙后，中國空間站將完成在軌建造，隨后空間站將轉入長(cháng)期運營(yíng)階段。目前，位于天和核心艙的首套尿處理子系統按照工作節律正常運行，保障航天員正常用水，位于問(wèn)天實(shí)驗艙的第二套尿處理子系統作為備份組件，兩套尿處理子系統將協(xié)同為更多的中國航天員乘組在空間站長(cháng)期駐留提供清潔的再生水。
首套尿處理子系統于2021年4月29日隨天和核心艙發(fā)射入軌，并成功保障神舟十二號、神舟十三號6名航天員在軌長(cháng)期駐留。目前，首套尿處理子系統產(chǎn)品運行過(guò)程中功能正常，性能穩定。
問(wèn)天實(shí)驗艙怎樣“實(shí)時(shí)在線(xiàn)”？
在問(wèn)天實(shí)驗艙這場(chǎng)逐夢(mèng)之旅中，在川央企中國電子科技集團公司第十研究所研發(fā)的多項設備貢獻了力量。
問(wèn)天實(shí)驗艙升空后，需要與地面保持聯(lián)系，且必須做到“實(shí)時(shí)在線(xiàn)”，這就需要航天測控通信。在這方面，中電十所牽頭研制的陸海天基測控通信系統，構建了我國新一代“綜合化測控體制”，負責對問(wèn)天實(shí)驗艙進(jìn)行軌道測量、遙測遙控及數據傳輸。據了解，該系統不僅智能化、可靠高，且從軟件到硬件、從基礎元器件到整機均全部實(shí)現國產(chǎn)化。
此外，中電十所還為承擔本次發(fā)射任務(wù)的長(cháng)征五號B運載火箭配套了前端視頻光傳輸設備、后端視頻光傳輸設備、前端射頻光傳輸設備及后端射頻光傳輸設備——這一地面光傳輸組合在單機綜合測試設備、技術(shù)陣地、發(fā)射陣地塔架、火箭應答機之間搭起了信號傳輸“橋梁”，能通過(guò)遠距離的光信號傳輸，為數據的傳輸處理開(kāi)辟出高速通道。
不僅如此，安裝在航天發(fā)射場(chǎng)中的T0控制臺，以及時(shí)統系統，也來(lái)自中電十所。其中，T0控制臺用于獲取火箭起飛觸點(diǎn)信號、產(chǎn)生起飛T0時(shí)刻并傳輸給指揮中心。而發(fā)揮“對表”作用的時(shí)統系統，則發(fā)揮了“對表”作用——以3000年不差1秒的精度提供標準時(shí)間和頻率信號。（四川日報全媒體記者 徐莉莎 綜合新華社）
解讀
問(wèn)天實(shí)驗艙將要展開(kāi)哪些實(shí)驗研究
●在空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理、空間材料科學(xué)、空間應用新技術(shù)試驗等4個(gè)領(lǐng)域方向規劃部署了10余個(gè)研究主題，已立項40余項科學(xué)項目
●隨著(zhù)此次問(wèn)天實(shí)驗艙發(fā)射，微重力條件下高等植物培養的實(shí)驗研究將陸續在軌開(kāi)展。空間站建成后將持續論證、滾動(dòng)實(shí)施相關(guān)科學(xué)項目
隨著(zhù)問(wèn)天實(shí)驗艙與天和核心艙順利交會(huì )對接，神舟十四號航天員乘組進(jìn)入問(wèn)天實(shí)驗艙，中國空間站建造又跨出關(guān)鍵一步。問(wèn)天實(shí)驗艙作為我國首個(gè)空間站科學(xué)實(shí)驗艙在太空能開(kāi)展哪些實(shí)驗，備受關(guān)注。記者采訪(fǎng)相關(guān)領(lǐng)域專(zhuān)家，對問(wèn)天實(shí)驗艙即將展開(kāi)的實(shí)驗研究進(jìn)行解讀。
空間站能提供長(cháng)期的微重力、輻射等特殊研究環(huán)境，有人參與方便進(jìn)行實(shí)驗操作、實(shí)驗模塊更換和維修維護，天地往返運輸可實(shí)現實(shí)驗模塊更換及實(shí)驗樣品返回。“空間科學(xué)是引領(lǐng)我們科技發(fā)展的前沿領(lǐng)域，探索人類(lèi)如何在地外生存，或是研究生命起源等，必須在外太空來(lái)開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗。”空間應用系統副總師、中科院空間應用中心集成技術(shù)中心主任王珂說(shuō)。
載人航天工程空間應用系統副總師、中科院空間應用中心研究員呂從民介紹，問(wèn)天實(shí)驗艙在空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理、空間材料科學(xué)、空間應用新技術(shù)試驗等4個(gè)領(lǐng)域方向規劃部署了10余個(gè)研究主題，已立項40余項科學(xué)項目。隨著(zhù)此次問(wèn)天實(shí)驗艙發(fā)射，微重力條件下高等植物培養的實(shí)驗研究將陸續在軌開(kāi)展。空間站建成后將持續論證、滾動(dòng)實(shí)施相關(guān)科學(xué)項目。
“為了支撐相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)實(shí)驗開(kāi)展，問(wèn)天實(shí)驗艙內部署了多個(gè)寬約1米、高1.8米、深0.8米的科學(xué)實(shí)驗柜，包括生命生態(tài)實(shí)驗柜、生物技術(shù)實(shí)驗柜、變重力科學(xué)實(shí)驗柜、科學(xué)手套箱和低溫存儲柜等。”呂從民說(shuō)。
呂從民介紹，生命生態(tài)實(shí)驗柜將開(kāi)展擬南芥、果蠅、斑馬魚(yú)等動(dòng)植物的空間生長(cháng)實(shí)驗，揭示微重力對生物個(gè)體生長(cháng)、發(fā)育、代謝的影響，促進(jìn)人類(lèi)對生命現象本質(zhì)的理解。
——生物技術(shù)實(shí)驗柜以組織、細胞和生化分子等不同層次多類(lèi)別生物樣品為對象，開(kāi)展細胞組織培養、空間蛋白質(zhì)結晶與分析、蛋白與核酸共起源和空間生物力學(xué)等實(shí)驗，探索微重力環(huán)境下細胞生長(cháng)和分化規律和機制，為人類(lèi)健康、生殖發(fā)育提供理論基礎，探索重力效應對生命起源和進(jìn)化影響等。
——變重力科學(xué)實(shí)驗柜為科學(xué)實(shí)驗提供0.01G至2G高精度模擬重力環(huán)境，采用先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)傳能和載波通信技術(shù)，支持開(kāi)展微重力、模擬月球重力、火星重力等不同重力水平下的復雜流體物理、顆粒物質(zhì)運動(dòng)等科學(xué)研究。
——科學(xué)手套箱提供潔凈密閉空間和溫濕度環(huán)境控制，配置靈巧機械臂具備細胞級精細操作能力，為航天員操作多學(xué)科實(shí)驗樣品提供安全、高效支持；從-80℃到4℃的低溫存儲柜，能夠滿(mǎn)足不同實(shí)驗樣品的不同溫度需求。
——實(shí)驗艙外部署能量粒子探測器、等離子體原位成像探測器，用于獲取空間質(zhì)子、電子、中子、重離子和等離子體等環(huán)境要素數據，為航天員健康、空間站安全運營(yíng)提供保障支持，并可用于空間環(huán)境基礎研究。
科學(xué)實(shí)驗柜體積雖小，卻功能強大。中科院空間應用中心研究員、集成技術(shù)中心副主任張璐說(shuō)：“科學(xué)實(shí)驗柜相當于把占地幾十平方米的科學(xué)實(shí)驗系統裝到一個(gè)不到2立方米的柜子里。”
王珂說(shuō)，除按航天標準研制先進(jìn)可靠的科學(xué)實(shí)驗柜等設施外，每一個(gè)空間項目還需要事先進(jìn)行深入的科學(xué)研究、事后對數據和實(shí)驗樣品進(jìn)行高水平分析，“空間科學(xué)和應用研究不僅可以幫助我們理解基礎的物理學(xué)和宇宙學(xué)規律，同時(shí)通過(guò)生物、醫學(xué)、材料學(xué)等研究提升人類(lèi)在地球上的生活質(zhì)量，而且可為人類(lèi)未來(lái)走向深空而做一些知識和技術(shù)上的儲備。”
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