国内统一刊号 CN61---0053 社长:周怀忠

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『问天』一飞冲天!

中国空间站问天实验舱成功发射

主要用于支持航天员驻留、出舱活动

和开展空间科学实验

同时可作为天和核心舱的备份

对空间站进行管理

神舟十四号航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲:

我们在太空等待你哦!

也很期待迎接自己的新家

当站长任务太重

来个副站长好,欢迎,欢迎!

更大

舱体总长17.9米,直径4.2米,发射重量约23吨,是我国目前最重、尺寸最大单体飞行器

更全

装载8个实验机柜,22个舱外载荷适配器,如同把大型科学实验室搬到了太空

更优

自带高性能“发电机”与“配电器”,每天平均发电量超过430度,为空间站运行提供充足的能源

更细

携带一套5米长的“小臂”,方便抓中小型设备,做更为精细的操作

更美

设置了2台云台灯和4台高清摄影机,能实时观察出舱活动情况,拍摄“壁纸大片”“唯美视频”

北京时间7月24日14时22分,搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭,在我国文昌航天发射场准时点火发射,约495秒后,问天实验舱与火箭成功分离并进入预定轨道,发射取得圆满成功。

这是我国载人航天工程立项实施以来的第24次飞行任务,发射的问天实验舱是中国空间站第二个舱段,也是首个科学实验舱。后续,问天实验舱将按预定程序与核心舱组合体进行交会对接,完成“一”字构型,神舟十四号航天员乘组将进入问天实验舱开展工作。

预计在今年10月,“梦天”实验舱也将被长征五号发射到太空,与天和核心舱对接,天宫空间站初步完成在轨建设,中华民族的第一个太空长期居所将正式“交房”。“神舟”载人、“天舟”送货、航天员常驻“天宫”,等到2031年国际空间站退役后,我国天宫空间站将成为人类唯一一个探索宇宙的“前哨站”。

火箭是目前我国近地轨道运载能力最大的长征五B

实验舱是我国目前最重、尺寸最大的单体飞行器

首次执行“零窗口”发射,“问天”又是要“问”什么“天”?

“问天”发射 这些看点值得关注

据了解,问天实验舱的发射,是我国空间站建造阶段首个实验舱进入太空,也是中国空间站首次在有航天员的状态下迎接航天器来访,据了解,正在中国空间站的神舟十四号航天员也在太空观看了发射。

此次问天实验舱发射十分有看头:重约23.2吨的问天实验舱是我国迄今为止重量最大的载荷,运载它的长征五B火箭是目前我国近地轨道运载能力最大的火箭,此次首次执行了“零窗口”发射。此外,作为我国空间站建设的第二个舱段,问天实验舱将为空间站带去一些新装备,它们都有什么作用?航天员在太空的工作生活会迎来怎样的变化?“问天”探苍穹,又是要“问”什么“天”?

大块头也有大智慧 问天与天和核心舱互为备份

“问天实验舱由工作舱、气闸舱和资源舱三部分组成,工作舱里配置有多个实验柜,以及3个睡眠区、1个卫生区和厨房等生活设施;气闸舱将是今后航天员出舱活动的主要出舱口;资源舱主要为问天实验舱提供动力。”航天科技集团五院空间站系统副总设计师刘刚说,“问天实验舱的舱体总长17.9米,相当于六层楼房,比天和核心舱还要长一米多;直径4.2米,发射重量约23吨,相关指标比天和核心舱更高,是我国目前最重、尺寸最大的单体飞行器。”

不仅有着大块头的体格,问天实验舱更是一个集平台功能与载荷功能于一体的“全能型”选手——问天实验舱与天和核心舱互为备份,关键平台功能一致,可以完全覆盖空间站组合体工作要求,能够对空间站进行管理。既发挥定海神针般的双保险作用,也为空间站未来15年可靠运行打下坚实基础。

“两舱对接组成组合体后,由天和核心舱统一管理和控制整个空间站的载人环境,一旦天和核心舱出现严重故障,问天实验舱能够快速接管,主控空间站。”航天员中心问天实验舱环控生保分系统主任设计师罗亚斌说。

装有国内最大的柔性太阳翼 为空间站运行提供充足的能源

一个更重要的细节是,问天实验舱配备了目前国内最大的柔性太阳翼(太阳能帆板),双翼全部展开后可达55米,比半个足球场还要长。太阳翼可以双自由度跟踪太阳,每天平均发电量超过430度,将为空间站运行提供充足的能源。

“这个是我们空间站的构思比较巧妙的地方。”有专家表示,类似的航天器通常把太阳翼布置在舱体的中间,但是在问天实验舱上,太阳能帆板位于舱体尾部,问天的舱体起到了与国际空间站的桁架类似的作用,这样一来太阳能帆板不会被遮挡。而国外空间站上的太阳能帆板数量并不少,但因设计不当,使得舱段上的帆板相互遮挡,所以发电效率不高。除了给科研提供能量,太阳能帆板还承担了它自身运行及整个空间站的供电。所以说,既往在太空做实验时用电的窘境一去不复返了。

设有出舱专用气闸舱 将成为航天员主要出舱通道

此前,航天员在天和核心舱只能通过节点舱实现出舱。节点舱作为空间站的交通枢纽,空间较小,航天员每次出舱前还需要关闭各个对接通道的舱门,进行大量准备工作。

此次问天实验舱配置了一个出舱人员专用的气闸舱。一方面,气闸舱的空间和出舱舱门的尺寸都比节点舱更大,航天员进出更舒展从容,也更易携带大体积的设备出舱工作。另一方面,从气闸舱出舱时,只需关闭一道舱门,操作更便捷。

未来,气闸舱将成为航天员在空间站的主要出舱通道,一旦气闸舱出现问题,航天员还可以从作为备份出舱口的节点舱返回,确保出舱活动的安全。

气闸舱外有机械臂 还能拍摄“壁纸大片”“唯美视频”

在问天实验舱气闸舱外的暴露实验平台上,还配置了22个标准载荷接口。“在空间站搭载的科学实验载荷,可以通过机械臂精准‘投送’到自己对应的载荷接口位置,不再需要航天员出舱进行人工操作,既降低了航天员的工作强度和风险,又可以灵活高效支持舱外载荷试验。”航天科技集团五院问天实验舱空间技术试验分系统主任设计师赵振昊说。

此外,在气闸舱外的实验平台上,还有一套5米长的小机械臂。这套7自由度的机械臂小巧、精度高,操作更为精细。未来,小臂还可以与核心舱大臂组成15米长的组合臂,在空间站三舱组合体开展更多舱外操作。更值得一提的是,这里还设置了2台云台灯、4台高清摄像机,能实时观察出舱活动情况,拍摄“壁纸大片”“唯美视频”。

“胖五”也很有看点 “零窗口发射”一步到位

作为我国空间站建造工程的“运载专列”,被人们昵称为“胖五”的长征五B在昨天的发射中,不仅要承担我国迄今为止最重的载荷,还面临着“零窗口”发射的要求,难度可想而知。

发射窗口是指允许火箭发射的时间范围。一般情况下,发射窗口往往有多个时间段。“问天实验舱要与天和核心舱快速交会对接、在轨组装,对发射精度提出更高要求,要求‘零窗口’发射,即火箭发射时间和预定点火时间偏差不能超过1秒。”文昌航天发射场问天实验舱发射任务01指挥员廖国瑞介绍,“零窗口”发射的难度在于发射窗口稍纵即逝,对发射场系统和火箭系统的可靠性要求很高,对火箭的运载能力、入轨精度和发射可靠性都提出了更高要求。

为保证准时发射,火箭型号队伍对发射前10分钟的发射流程进行了优化,将部分流程前置。距离发射2.5分钟时,火箭就已完成各项准备工作,具备了点火发射能力,随时可发射。

长五B火箭也是目前世界在役火箭中唯一一级半直接入轨的火箭。火箭系统简洁,所有发动机的点火都在地面完成,无需进行级间分离、高空发动机启动等动作,降低了故障发生的概率。其特有的“大推力直接入轨精度控制技术”和包裹航天器的20.5米长超大整流罩,让空间站的舱段可以安全、舒适地到达预定轨道。“就好比一辆正在高速行驶的汽车,一脚刹车就停到指定位置,这是多么地难得。”专家表示。

接下来将上演超重“太空之吻” 我国最大吨位的航天器对接

据悉,问天实验舱入轨后,将与核心舱组合体实施交会对接——23吨的问天实验舱与40多吨的核心舱组合体,将是我国目前最大吨位的两个航天器之间的交会对接,也是中国空间站首次在有人的状态下迎接航天器的来访。

重量重、尺寸大、对接靶子小、柔性太阳翼难控制……对所面临的一系列棘手难题,航天科技集团五院问天实验舱GNC分系统副主任设计师宋晓光打了个比方:“如果按重量来看,载人飞船对接像开小跑车,可控性强;货运飞船对接像开小卡车;而到了问天和梦天实验舱,就如同要把一辆装备豪华的大房车停到一个小车位里。”为成功实现“太空之吻”,设计团队从问天实验舱初样研制起就经过几轮实测,对问天实验舱的数据参数精准把握,并提升算法达到更强的适应能力和纠偏能力。同时,采用半自主交会对接方案,实现交会对接过程中的稳定控制。

交会对接的另一大难点,就是问天实验舱携带着两个巨大的太阳能帆板,就好比带着一对巨大的“软翅膀”进行交会对接,控制难度可以说是空前之高。为此,问天实验舱专门采用太阳帆板二次展开方案,发射后先展开约五分之一的长度,待对接完成后再展开到位。

在轨期间,问天实验舱还将实现平面转位90度,让原本对接在节点舱前向对接口的问天实验舱,转向节点舱的侧向停泊口,并再次对接,从而腾出核心舱的前向对接口,为梦天实验舱的到访做好充分准备。这将是我国首次航天器在轨转位组装,也将是国际上首次探索以平面式转位方案进行航天器转位。

更舒适、更安全 太空生活“条件升级”

对在轨航天员来说,问天实验舱和核心舱两舱对接后形成的组合体,意味着我们的太空家园从“一居室”升级到更宽敞的“两居室”。问天实验舱的工作舱内设有3个睡眠区和1个卫生区。完成对接后,空间站后续可以支撑神舟十四号、十五号两个乘组6名航天员实现“太空会师”和在轨轮换,在太空面对面交接工作。

当然,问天实验舱内的空间大部分都要留给科学实验机柜,所以设计的床位都是竖过来的。但别担心,专家表示,太空失重环境下横着睡、竖着睡、斜着睡,身体感受并没有什么差别,在这种环境下睡眠反而会更舒适。神舟十三号乘组指令长翟志刚就说过,“回到地球后,睡多软的床,都觉得硌得慌。”

“问天”已奔“天宫” 未来将开展哪些实验?

据了解,问天实验舱主要面向空间生命科学研究,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,能够支持开展多种类植物、动物、微生物等在空间条件下的生长、发育、遗传、衰老等响应机理研究。

其中,生命生态实验柜将以多种类型的生物个体为实验样品,开展拟南芥、线虫、果蝇、斑马鱼等动植物的空间生长实验,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,研究空间辐射生物学和亚磁生物学效应与机制,探索建立应用型受控生命生态系统,为航天员在轨辐射损伤评估、防护提供科学依据。

生物技术实验柜以组织、细胞和生化分子等不同层次多类别生物样品为对象,开展细胞组织培养、空间蛋白质结晶与分析、蛋白与核酸共起源和空间生物力学等实验,探索微重力环境下细胞生长和分化规律和机制,为人类健康、生殖发育提供理论基础;探索重力效应对生命起源和进化影响;在高效蛋白质/多肽药物、纳米晶骨骼生物技术等方面取得突破性发现,对指导组织工程、生物医药的研究和应用发挥重要作用。

此外,全新的太空授课也将在问天实验舱内开展,神舟十四号航天员在轨期间也将从问天舱出舱口完成2到3次出舱活动。 综合新华社、中新社等

漫说图解

“天和”“问天”啥区别?

我国“问天”实验舱乘坐长征五号B运载火箭,奔向距离地面约400公里外的天宫空间站,跟“天和”核心舱对接,这是我国空间站的第二个关键“部件”,和“天和”舱相比,这次发射的“问天”舱有什么区别呢?

空间站是航天员在太空中居住和工作的空间,2021年成功入轨的“天和”核心舱,是航天员的起居室,航天员吃喝拉撒睡以及休闲娱乐锻炼身体都能在核心舱中搞定,同时它也是整个天宫空间站的中枢,航天员可以在这里控制和管理整个空间站。

这次发射升空的问天实验舱,顾名思义,是专门做科学实验的地方。它上面有生命生态、生物技术等多个实验柜,每个实验柜都相当于一个小型太空实验室,科学家和航天员们利用这些先进装置,能够在太空中开展很多神奇又前沿的科学研究。

问天实验舱外,还有一根5米长的机械臂,它操控精度很高,主要执行舱外设备设施的安装、更换和维护。此外,它还可以与天和核心舱外的机械臂组合成一根更长的机械臂,像拼积木一样,能更自由、更灵活、更大范围支持航天员的太空行走任务。

预计今年10月,“梦天”实验舱将升空与天和核心舱对接,天宫空间站初步完成在轨建设,中华民族的首个太空长居所将正式“交房”。还有一个重要预告:全新的太空授课也将在问天实验舱开展,在“新教室”听太空授课,期待值拉满! 漫画/张永文

陕西力量

航天六院提供动力

航天科技集团六院为此次发射用火箭提供了2台50吨级氢氧发动机组成的芯一级动力和8台120吨级液氧煤油发动机组成的助推器等全部火箭动力系统,为空间站“问天”实验舱提供了36台用于轨道控制和姿态控制的姿轨控发动机及其他动力系统配套产品。

五院西安分院提供“耳目”“大脑”

航天科技集团五院西安分院研制的中继终端、天线网络以及仪表计算机应用软件,为问天实验舱太空旅程全程护航。

问天实验舱在进入太空后,由西安分院研制的中继终端在第一时间开机。随后,中继终端与天链中继卫星实现“太空握手”建立星间链路,从而搭建了从问天实验舱到中继卫星再到地面的“太空天路”。

问天实验舱在进入预定轨道后,将与已经在轨运行的空间站天和核心舱在太空进行交会对接。通过中继终端建立的天基测控通信系统建成之后,将地面对问天实验舱以及空间站的测控覆盖率提高至接近100%,确保问天实验舱保持着与地面的实时通信。

西安分院在问天实验舱中还承担了仪表计算机应用软件的研制任务。当问天实验舱仪表计算机开机后,实验舱仪表计算机应用软件就正式开始自主运行。

仪表计算机应用软件作为问天实验舱仪表的“智慧大脑”,是实验舱仪表数据处理中枢系统,承担着实验舱仪表与照明分系统内部和外部数据信息处理的功能。

九院771所打造“大管家”

航天科技集团九院771所为本次任务配套了核心处理单元、数据复接器、低速遥测编码单元、环控中心计算机、环控出舱控制器、大小便收集控制器、坐便器内部控制器、舱外服舱载电气综合控制台、热风加热装置、饮水分配器、微波加热装置、箭载计算机、导航计算机、信号处理与接口电路、地面测试计算机、光纤惯组信号采集处理系统及213个品种的电路产品,为任务成功保驾护航。

这些产品涉及数管、环控、生保、饮食、舱外服等系统……堪称是一个“管家团队”,什么都管。771所还为火箭提供了箭载计算机系统,堪称是火箭的“大脑”,确保长征五号B运载火箭稳定飞行、精确入轨。

航天科技四院点起火箭发射前“第一把火”

“长征五号B”在发动机点火前会向发射平台周围环境排放低温氢气。这些氢气与空气混合形成的可燃气团在浓度达到一定范围时,一旦遇到静电或明火就会产生爆炸或爆轰,甚至会导致星箭俱毁的严重后果。航天科技集团四院42所研制生产的“长征五号B”排氢燃烧系统点火装置,可以在火箭氢氧发动机工作前2-3秒内点燃火箭发射的“第一把火”,利用燃烧产生的高温、高速燃气金属粒子流,来消除火箭发射前排出的大量低温氢气,以保证运载火箭发射的安全性。

此外,四院42所还为“问天实验舱”提供了舱体、舱门动静密封件产品。这些密封件产品,可为舱体结构提供严丝合缝的密封系统,对隔离舱体与外层空间、支撑舱内环境起着至关重要的作用。

四院401所为问天实验舱提供了6组电机组件,包含步进电机、减速器、增速器、微动开关等部件,应用于实验舱外机械臂的载荷适配器主动端机构中,通过电机组件的自动化控制,实现主动端和被动端的快速对接。 华商报记者 马虎振

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