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“問天”十問——詳解中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射任務(wù)

發(fā)布時(shí)間:2022-07-26 09:30:00來源: 新華網(wǎng)

  新華社海南文昌7月25日電題:“問天”十問——詳解中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射任務(wù)

  新華社記者

  7月24日下午,長(zhǎng)征五號(hào)B遙三運(yùn)載火箭托舉著問天實(shí)驗(yàn)艙一飛沖天。約13小時(shí)后,問天實(shí)驗(yàn)艙與核心艙組合體成功交會(huì)對(duì)接。7月25日10時(shí)03分,神舟十四號(hào)航天員乘組成功開啟問天實(shí)驗(yàn)艙艙門,順利進(jìn)入問天實(shí)驗(yàn)艙。這是中國航天員首次在軌進(jìn)入科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙。

  “問天”長(zhǎng)啥樣?帶了什么上天?能做哪些實(shí)驗(yàn)?有哪些黑科技……“問天”十問,詳細(xì)解讀中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射任務(wù)。

  一問:“問天”長(zhǎng)啥樣?

  問天實(shí)驗(yàn)艙是中國空間站第二個(gè)艙段,也是首個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙,主要用于支持航天員駐留、出艙活動(dòng)和開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn),同時(shí)可作為天和核心艙的備份,對(duì)空間站進(jìn)行管理。

  “問天實(shí)驗(yàn)艙艙體總長(zhǎng)17.9米,直徑4.2米,發(fā)射重量約23噸,是我國目前最重、尺寸最大的單體飛行器?!焙教炜萍技瘓F(tuán)五院空間站系統(tǒng)總體主任設(shè)計(jì)師張昊介紹。

  二問:“問天”為何“零窗口”發(fā)射?

  “問天實(shí)驗(yàn)艙需要與空間站天和核心艙進(jìn)行交會(huì)對(duì)接,因此,必須在規(guī)定時(shí)間發(fā)射,也就是‘零窗口’發(fā)射,否則將無法到達(dá)指定位置,需要耗費(fèi)巨大代價(jià)調(diào)整軌道;甚至導(dǎo)致發(fā)射終止,那就需要等待下一個(gè)發(fā)射窗口重新組織發(fā)射,嚴(yán)重影響任務(wù)周期。”航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭總體副主任設(shè)計(jì)師劉秉說,這次發(fā)射是長(zhǎng)五系列火箭首次執(zhí)行“零窗口”發(fā)射任務(wù)。

  劉秉介紹,長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭應(yīng)用了起飛時(shí)間偏差修正技術(shù),最大修正時(shí)間為2.5分鐘。“通俗理解,在0到2.5分鐘這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的任一時(shí)間點(diǎn)發(fā)射,火箭都可以在飛行過程中自動(dòng)修正因推遲發(fā)射導(dǎo)致的飛行偏差,將實(shí)驗(yàn)艙精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道?!?/p>

  三問:“問天”如此龐大,如何“穿針引線”?

  問天實(shí)驗(yàn)艙尺寸大、太陽翼柔,升空時(shí)具有發(fā)動(dòng)機(jī)推力相對(duì)更小、羽流干擾更大等特點(diǎn),多種情況耦合,給交會(huì)對(duì)接帶來諸多難題。航天科技集團(tuán)五院?jiǎn)柼鞂?shí)驗(yàn)艙GNC分系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師宋曉光說:“前輩留下了很多經(jīng)驗(yàn),包括一些算法和策略,我們?cè)谶@個(gè)基礎(chǔ)上針對(duì)問天實(shí)驗(yàn)艙做了大量的設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。”

  “具體措施,一方面是把參數(shù)搞準(zhǔn),另一方面是在算法上做到有更強(qiáng)的適應(yīng)能力?!彼螘怨庹f。

  四問:航天員能立刻進(jìn)入“問天”嗎?

  25日3時(shí)13分,問天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙組合體完成交會(huì)對(duì)接。約7個(gè)小時(shí)后,神舟十四號(hào)航天員乘組進(jìn)入問天實(shí)驗(yàn)艙。為什么航天員在交會(huì)對(duì)接后沒有立即進(jìn)入問天實(shí)驗(yàn)艙?

  “發(fā)射并完成對(duì)接后,航天員是不能直接進(jìn)入問天實(shí)驗(yàn)艙的。航天員首次進(jìn)入至少需要以下步驟:首先是提前啟動(dòng)艙內(nèi)有害氣體凈化功能,建立滿足進(jìn)人條件的環(huán)境,包括艙內(nèi)的壓力、溫度、濕度和風(fēng)速等,有些工作從地面就已經(jīng)開展了;第二步是確保天和核心艙、過道和問天實(shí)驗(yàn)艙壓力都一致平衡了,才可以輕松打開艙門?!焙教靻T中心問天實(shí)驗(yàn)艙環(huán)控生保分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師羅亞斌說。

  進(jìn)入問天實(shí)驗(yàn)艙后,航天員馬上又要進(jìn)行忙碌的整理工作,包括物資搬運(yùn)、生活環(huán)境布置、科學(xué)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、出艙活動(dòng)準(zhǔn)備,將“太空之家”布置得更加合理、寬敞、舒適。

  五問:“問天”帶了什么上天?

  問天實(shí)驗(yàn)艙由工作艙、氣閘艙及資源艙3部分組成。問天實(shí)驗(yàn)艙中的工作艙近10米長(zhǎng),是我國目前最大的載人密封航天器艙體。工作艙后面緊接著是氣閘艙,以后專門用于航天員出艙。再后面就是資源艙。

  問天實(shí)驗(yàn)艙艙內(nèi)主要設(shè)備布局在工作艙,裝載了8個(gè)實(shí)驗(yàn)柜,包括生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜、生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜、變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、科學(xué)手套箱、低溫存儲(chǔ)柜以及3個(gè)為后續(xù)預(yù)留的空置實(shí)驗(yàn)柜,還有3個(gè)睡眠區(qū)、1個(gè)衛(wèi)生區(qū),以及平臺(tái)飛行所需要的設(shè)備。“艙外還裝載了22個(gè)載荷適配器,就像是把一個(gè)大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)室搬到了太空?!睆堦徽f。

  六問:“問天”能做哪些實(shí)驗(yàn)?

  問天實(shí)驗(yàn)艙的主要任務(wù)是進(jìn)行生命科學(xué)和生物技術(shù)研究,艙內(nèi)最具“含金量”的當(dāng)屬8個(gè)寬1米、高1.8米、深0.8米的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。

  載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)副總師、中科院空間應(yīng)用中心研究員呂從民介紹,生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜將開展擬南芥、果蠅、斑馬魚等動(dòng)植物的空間生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn);生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜開展細(xì)胞組織培養(yǎng)、空間蛋白質(zhì)結(jié)晶與分析、蛋白與核酸共起源和空間生物力學(xué)等實(shí)驗(yàn);變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜支持開展微重力、模擬月球重力、火星重力等不同重力水平下的復(fù)雜流體物理、顆粒物質(zhì)運(yùn)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(jī)械臂具備細(xì)胞級(jí)精細(xì)操作能力,為航天員操作多學(xué)科實(shí)驗(yàn)樣品提供安全、高效支持;從-80℃到4℃的低溫存儲(chǔ)柜,能夠滿足不同實(shí)驗(yàn)樣品的不同溫度需求。

  實(shí)驗(yàn)艙外部署了能量粒子探測(cè)器、等離子體原位成像探測(cè)器,為航天員健康、空間站安全運(yùn)營提供保障支持,并可用于空間環(huán)境基礎(chǔ)研究。

  七問:“問天”與“天和”如何分工合作?

  相比一個(gè)飛行器或者一個(gè)航天器來說,多個(gè)航天器的組合,控制起來更復(fù)雜。張昊介紹,問天實(shí)驗(yàn)艙跟天和核心艙對(duì)接完成后,要把這兩個(gè)艙段的組合體作為一個(gè)整體來進(jìn)行控制,核心艙作為主控艙段,問天實(shí)驗(yàn)艙是從屬地位,同時(shí)問天實(shí)驗(yàn)艙的平臺(tái)功能與天和核心艙互為備份。

  八問:“問天”柔性太陽翼的功能是什么?

  問天實(shí)驗(yàn)艙所攜帶的太陽翼,是目前國內(nèi)最長(zhǎng)最大的柔性太陽翼,刷新了我國航天器在軌使用太陽帆板的紀(jì)錄。

  宋曉光介紹,太陽翼采用了雙軸控制,在艙體姿態(tài)不做調(diào)整的情況下,就能隨時(shí)調(diào)整朝向。

  空間站在軌建造完成后,天和核心艙的一個(gè)太陽帆板將轉(zhuǎn)移到問天實(shí)驗(yàn)艙資源艙的尾部。屆時(shí),問天實(shí)驗(yàn)艙將成為名副其實(shí)的“主發(fā)電站”,為組合體源源不斷地供電送能。

  九問:“問天”小機(jī)械臂能完成什么工作?

  與天和核心艙一樣,問天實(shí)驗(yàn)艙也搭載了一個(gè)機(jī)械臂。相比于核心艙配備的展開長(zhǎng)度達(dá)10米、最大承載質(zhì)量25噸的大機(jī)械臂,問天實(shí)驗(yàn)艙的機(jī)械臂要顯得更“短小精悍”。

  張昊介紹,大機(jī)械臂手臂夠長(zhǎng),轉(zhuǎn)移范圍更大,作業(yè)半徑近10米;力氣夠大,簡(jiǎn)直是一個(gè)“大力士”,可以抓住并轉(zhuǎn)移一個(gè)完整的航天器。

  相比之下,問天實(shí)驗(yàn)艙的小機(jī)械臂長(zhǎng)度約5米,承載能力為3噸,但這個(gè)“小手”的設(shè)計(jì)目的就是抓握中小型設(shè)備,進(jìn)行更為精細(xì)化的操作。

  比如,它可以在不需要航天員出艙的情況下,獨(dú)立完成艙外載荷的安裝、更換等照料操作,可以有效節(jié)省航天員在軌工作負(fù)荷。

  大小機(jī)械臂還可以組合使用,組成約15米長(zhǎng)的組合臂,開展更多的艙外操作。“我們可以將大小機(jī)械臂視為人的兩只手,互相交接?xùn)|西,協(xié)作使用;也可以將兩只手臂攥在一起,形成一個(gè)更長(zhǎng)的機(jī)械臂,可以進(jìn)行覆蓋整個(gè)空間站表面的一些操作和爬行需求?!睆堦徽f。

  十問:“問天”上還有什么“黑科技”?

  空間站建造過程中“惜重如金”,但此次問天實(shí)驗(yàn)艙攜帶了4個(gè)100多公斤的大家伙,學(xué)名叫控制力矩陀螺,已經(jīng)升空的核心艙攜帶6個(gè)、天舟四號(hào)攜帶1個(gè),隨后天舟五號(hào)還將攜帶1個(gè),12個(gè)控制力矩陀螺聯(lián)合使用,就可以使超過100噸的空間站的姿態(tài)控制“坐如鐘、行如風(fēng)”。

  “通過控制力矩陀螺不同速度的轉(zhuǎn)動(dòng),能夠有效控制航天器的姿態(tài),減少通過燃燒燃料推動(dòng)航天器姿態(tài)調(diào)整的消耗,是一款節(jié)能神器?!彼螘怨庹f。

  我國第一臺(tái)控制力矩陀螺,是2011年隨天宮一號(hào)上天的。它的在軌應(yīng)用是我國空間機(jī)電部件發(fā)展的一個(gè)里程碑,使我國成為國際上第三個(gè)掌握該技術(shù)的國家。(記者李國利、黎云、張瑞杰、趙葉蘋、溫競(jìng)?cè)A)

(責(zé)編: 李雨潼)

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