摩登5平台赴天宫相会 向星河“问天” 中国空间站首个科学实验舱发射成功

2022-10-07 13:38

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  中国空间站首个科学实验舱发射成功

  赴天宫相会 向星河“问天”(科技自立自强·逐梦深空)

  本报记者 余建斌《 人民日报 》( 2022年07月25日   第 11 版)

问天实验舱示意图。   资料来源:中国航天科技集团五院

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  7月24日,中国空间站问天实验舱成功进入太空。作为中国空间站首个科学实验舱,也是国家太空实验室的重要组成部分,问天实验舱将为航天员在轨工作生活提供更大空间,也为空间科学研究提供更大平台。

  比天和核心舱更高、更大、更重

  中国空间站问天实验舱全长17.9米,直径4.2米,发射重量23吨,比空间站天和核心舱更高、更大、更重,将为航天员提供专用的生活和工作场所。问天实验舱竖起来有6层楼高,体积和重量跟北京地铁13号线列车的一节车厢差不多,是全世界现役在轨最重的单舱主动飞行器。

  问天实验舱配置了与天和核心舱一样的航天员生活设施,包括3个睡眠区、1个卫生区和厨房等设施,未来可与核心舱一起来支持两艘载人飞船轮换期间6名航天员的生活。科研人员说,问天实验舱的加入,使得空间站空间更大,航天员活动空间更充裕。比如,可以把太空自行车从天和核心舱拆到问天实验舱,增加通道通过性。未来,太空授课也会“搬”到问天实验舱进行。

  结构上,问天实验舱由用来完成科学实验的工作舱、支持太空出舱的气闸舱及储备上行物资的资源舱3部分组成。

  问天实验舱的工作舱长达9米,是目前我国航天器中体型最大、承载最重的密封舱,也是世界第二大单密封舱体,这里还是航天员的生活工作场所。工作舱的储物空间也不小,达60立方米以上。为提升航天员的居住舒适度,中国集团五院空间站结构与机构设计团队进行了大量人性化设计,如可翻转式柜门设计,让储物效率更高。航天员的3个独立“卧室”,每间自带防辐射舷窗,在休息时可安心欣赏舱外风景。舱内设置的独立卫生区,进一步提升了私密性。设计人员还在舱壁上设计了防护结构,使得密封舱能够在严酷的太空环境中坚固耐用、稳定运行。

  问天实验舱的一大特点是配置了全新的出舱气闸舱,这是未来空间站完全建成后航天员的主用出舱口。新的气闸舱出舱口朝下,更为宽敞,航天员出舱更方便。

  与以往传统密封舱不同,气闸舱首次采用“外方内圆”的构型方案,视觉效果十分独特,是空间站系统唯一一个看上去是方形的舱体,里面则为圆柱状。作为我国最大的专用气闸舱,出舱口比以往舱门更大、保护装置配备更齐全,在轨组装应急舱门则为航天员出舱活动提供了双重安全保障。航天员通过新的气闸舱进行出舱准备和舱外返回时,可以更舒展、更从容,出舱活动、开展舱外实验更为便利。由于出舱口变宽,航天员还能携带大个头的设备出舱工作,舱外工作能力大大提升。

  与天和核心舱相比,问天实验舱还具备更强的超万瓦级的供电能力、千兆级的信息传输能力。问天实验舱同时具备对空间站组合体的管理和控制功能,可以接管对空间站组合体的操作,从而在整体上提高空间站的可靠性。

  柔性太阳翼单翼展开面积可达110平方米

  在外形上,问天实验舱与天和核心舱有明显不同,前者尾部有一对巨大的“翅膀”,也就是帆板或称柔性太阳电池翼。

  问天实验舱配置的是目前国内研制的最大面积可展收柔性太阳翼,单翼全展开状态下最长达27米,展开面积可达110平方米。无论是展开面积还是供电能力,这对“翅膀”都达到了天和核心舱太阳翼的两倍之多。

  在太空运行中,问天实验舱的这对太阳能帆板能以最佳角度面向太阳,避免飞行过程中被其他舱段遮挡阳光。问天实验舱的每天平均发电量,能为空间站运行提供充足的能源,足够一个普通家庭用上一个半月。

  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更好地保障了出舱活动,也为更精细的舱外操作提供了支持。在问天实验舱气闸舱外,配置了一个5米长的小型机械臂。这套7自由度的机械臂小巧、精度高,最大负荷能力达3吨,虽然拖动能力小于核心舱的大机械臂,但方便抓取中小型设备,操作更为灵巧。它既可以单独使用,也可以跟核心舱的大机械臂组合为15米长的组合臂,能在整个空间站不同舱段之间“爬行”,共同完成航天员的出舱、舱外设施照料、巡检等任务。

  在问天实验舱舱体上,还集成了结构健康监测系统,对舱体结构的健康状态进行实时监控。一旦出现空间碎片撞击或舱压异常下降事件,系统会立即自动响应、快速报警,并对撞击进行高精度定位,为航天员显示出撞击区域图形,大大减少航天员详细定位撞击漏孔的时间,进一步保障太空驻留安全。

  据航天员系统专家介绍,此次问天实验舱还搭载了航天员生活、工作所需的部分产品,包括全套厨房设备。这相当于空间站组合体有了两套太空厨房,提高了航天员生活的便利性。为了方便航天员在轨使用手机、平板电脑和其他便携式电子产品,问天实验舱也配套了与天和核心舱相同的充电设备,和地面使用的电源适配器功能类似,有效扩展了空间站的便携式电子产品充电能力。

  此外,航天员系统还在问天实验舱内配套了全套舱外航天服的出舱支持设备,出舱活动任务期间可支持航天员的舱载供氧、制冷等过闸功能。平时气闸舱可支持舱外航天服贮存、在轨检测、航天员训练。

  当问天实验舱和天和核心舱对接到位,航天员将会使用专用扳手打开实验舱闸门,启动舱内生命维持系统,完成科学实验柜的组装,并开展科学实验。

  将进行空间生命科学研究

  以天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱为基本构型的天宫空间站完成建造后,意味着国家太空实验室也将建成,并将开展长期、多领域、大规模空间科学与应用研究。

  载人空间应用系统副总师、中科院空间应用中心研究员吕从民介绍,问天实验舱以生命科学和生物技术研究为主,在空间生命科学与生物技术、微重力流体物理、空间材料科学、空间应用新技术试验等领域规划部署了研究主题。通过这些科学项目的实施,关注生命生长发育和人的健康,探索人类长期太空生存所面临的一系列科学问题。

  作为空间站内进行空间生命科学研究的主要场所,问天实验舱舱内配置了生命生态实验柜、生物技术实验柜、科学手套箱与低温存储柜、变重力科学实验柜等科学实验设施,就像把一个大型科学实验室搬到了太空。其中,两个生命科学实验柜和变重力科学实验柜是开展科学实验的场所,科学手套箱为航天员对科学样品精细操作提供安全、高效支持,低温装置用于实验样品在轨存储。

  吕从民说,生命生态实验柜以多种类型的生物个体为实验样品,将开展拟南芥、线虫、果蝇、斑马鱼等生物的空间生长实验,揭示微重力对生物个体生长、发育、代谢的影响,促进人类对生命现象本质的理解。这意味着空间站里也会“种草”“养鱼”。

  在问天实验舱舱外,还部署了能量粒子探测器、等离子体原位成像探测器等,用于获取空间环境要素数据,为航天员健康、空间站安全运营提供保障支持,并用于空间环境基础研究。

  版式设计:蔡华伟

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