新華社 2022年07月25日
中國空間站升級成“兩居室”
問天實驗艙配備了目前國內(nèi)最大的柔性太陽翼
雙翼全部展開后可達55米
每天平均發(fā)電量超過430度
“問天”檔案
問天實驗艙由
工作艙 氣閘艙 資源艙
三部分組成
艙體總長17.9米
直徑4.2米
發(fā)射重量約23噸
●問天實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(xiàn)嚴重故障，問天實驗艙能夠快速接管，主控空間站●問天實驗艙的工作艙內(nèi)設有3個睡眠區(qū)和1個衛(wèi)生區(qū)。完成對接后，空間站后續(xù)可以支撐神舟十四號、十五號兩個乘組6名航天員實現(xiàn)“太空會師”和在軌輪換
●問天實驗艙配置了一個出艙人員專用的氣閘艙。未來，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22分，中國空間站問天實驗艙在海南文昌航天發(fā)射場由長征五號B運載火箭托舉升空。約495秒后，問天實驗艙與火箭成功分離并進入預定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。
作為我國空間站建設的第二個艙段，問天實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迎來怎樣的變化？
功能強、裝備全 中國空間站喜迎“新居”
“問天實驗艙由工作艙、氣閘艙和資源艙三部分組成，艙體總長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(tǒng)副總設計師劉剛說。
不僅有著大塊頭的體格，問天實驗艙更是一個集平臺功能與載荷功能于一體的“全能型”選手。
據(jù)介紹，問天實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15年可靠運行打下堅實基礎。
“兩艙對接組成組合體后，由天和核心艙統(tǒng)一管理和控制整個空間站的載人環(huán)境，一旦天和核心艙出現(xiàn)嚴重故障，問天實驗艙能夠快速接管，主控空間站?！焙教靻T中心問天實驗艙環(huán)控生保分系統(tǒng)主任設計師羅亞斌說。
一個更重要的細節(jié)是，問天實驗艙配備了目前國內(nèi)最大的柔性太陽翼，雙翼全部展開后可達55米。太陽翼可以雙自由度跟蹤太陽，每天平均發(fā)電量超過430度，將為空間站運行提供充足的能源。
時間緊、難度高 “胖五”進行“增肌瘦身”
作為我國空間站建造工程的“運載專列”，被人們昵稱為“胖五”的長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(zhí)行交會對接任務。
此次長五B不僅要發(fā)射我國迄今為止最重的載荷，還面臨著低溫推進劑加注問題和復雜的射前流程，難度可想而知。
點火階段，型號隊伍對射前10分鐘的發(fā)射流程進行了優(yōu)化，將部分流程前置。在距離發(fā)射數(shù)分鐘時，火箭就已完成發(fā)射前各項準備工作，具備了點火發(fā)射能力，為突發(fā)情況留出決策、處置的時間。
長五B還應用了起飛時間修正技術(shù)，讓火箭的控制系統(tǒng)可以自動計算偏差、調(diào)整目標軌道，最大修正時間為2.5分鐘。
“即使火箭沒能完全按照預定窗口發(fā)射，只要在2.5分鐘這個窗口時間里，都能通過后期的軌道修正精準完成入軌和交會對接?！焙教炜萍技瘓F一院長征五號B運載火箭副總師婁路亮說。
為不斷提高火箭可靠性，安全、精準地將問天實驗艙送到目的地，型號隊伍還對長五B進行了有針對性的“增肌瘦身”，在生產(chǎn)工藝等方面進行了30多項改進。
大噸位、半自主 “太空之吻”有新看點
問天實驗艙入軌后，將與核心艙組合體實施交會對接——23噸的問天實驗艙與40多噸的核心艙組合體，將是我國目前最大噸位的兩個航天器之間的交會對接，也是中國空間站首次在有人的狀態(tài)下迎接航天器的來訪。
重量重、尺寸大、對接靶子小、柔性太陽翼難控制……對所面臨的一系列棘手難題，航天科技集團五院問天實驗艙GNC分系統(tǒng)副主任設計師宋曉光打了個形象的比方：“如果按重量來看，載人飛船對接像開小跑車，可控性強；貨運飛船對接像開小卡車；而到了問天和夢天實驗艙，就如同要把一輛裝備豪華的大房車停到一個小車位里?！?/p>
為成功實現(xiàn)“太空之吻”，設計團隊從問天實驗艙初樣研制起就經(jīng)過幾輪實測，對問天實驗艙的數(shù)據(jù)參數(shù)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，采用半自主交會對接方案，實現(xiàn)交會對接過程中的穩(wěn)定控制。
在軌期間，問天實驗艙還將實現(xiàn)平面轉(zhuǎn)位90度，讓原本對接在節(jié)點艙前向?qū)涌诘膯柼鞂嶒炁?，轉(zhuǎn)向節(jié)點艙的側(cè)向停泊口，并再次對接，從而騰出核心艙的前向?qū)涌?，為夢天實驗艙的到訪做好充分準備。
更舒適、更安全 太空生活“條件升級”
對在軌航天員來說，兩艙對接形成組合體，意味著我們的太空家園從“一居室”升級到更寬敞的“兩居室”。
問天實驗艙的工作艙內(nèi)設有3個睡眠區(qū)和1個衛(wèi)生區(qū)。完成對接后，空間站后續(xù)可以支撐神舟十四號、十五號兩個乘組6名航天員實現(xiàn)“太空會師”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，在天和核心艙的基礎上，問天實驗艙在吸音、降噪、減震等方面也進行了優(yōu)化升級。
此前，航天員在天和核心艙只能通過節(jié)點艙實現(xiàn)出艙。節(jié)點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)閉各個對接通道的艙門，進行大量準備工作。
此次問天實驗艙則配置了一個出艙人員專用的氣閘艙。一方面，氣閘艙的空間和出艙艙門的尺寸都比節(jié)點艙更大，航天員進出更舒展從容，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，只需關(guān)閉一道艙門，操作更便捷。
未來，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(xiàn)問題，航天員還可以從作為備份出艙口的節(jié)點艙返回，確保出艙活動的安全。
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“問天”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（簡稱“航天科技七院七部”）爆發(fā)出熱烈的掌聲。正在發(fā)射場做技術(shù)支持的設計師馮琦和于馨怡心情十分激動。
航天科技七院七部是空間站的“精裝大師”和“智能管家”。從天和核心艙到問天實驗艙，他們一步步改進，優(yōu)化航天員的空間生存環(huán)境。
為了讓問天實驗艙的內(nèi)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少花心思。由于問天實驗艙與天和核心艙的區(qū)域配置類似，設計師們就讓曾經(jīng)在軌駐留的乘組航天員為問天實驗艙“內(nèi)裝”改進提需求。
“能否讓活動空間再大一些？”航天員反饋。設計師們就為實驗艙睡眠區(qū)的富?？臻g增加儲存接口，擴容效果明顯。問天實驗艙內(nèi)，航天員自由活動空間近50立方米。配置了3個航天員睡眠區(qū)、1個全功能衛(wèi)生區(qū)兼儲物間。
衛(wèi)生區(qū)的優(yōu)化也是一項大工程。科研人員結(jié)合航天員各狀態(tài)下的體位參數(shù)，針對在軌使用狀態(tài)、在軌存儲狀態(tài)的不同，設計了衛(wèi)生區(qū)的布局。
航天科技七院七部問天物資管理分系統(tǒng)副主任設計師馮琦說，這些設計看起來簡單，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和視覺特性開展設計。為此，他們還專門開發(fā)了一套航天員在軌生活和任務執(zhí)行的地面前置數(shù)字孿生系統(tǒng)。
實驗艙內(nèi)，空間和載荷是最寶貴的。每一步改進，都要在細微處精打細算?！懊恳粋€貨包、每一個組件，都經(jīng)過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?！庇谲扳榻B道。
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