問天實(shí)驗(yàn)艙的秘密

付毅飛　史詩

7月24日14時(shí)22分，由中國航天科技集團(tuán)五院抓總研制的空間站問天實(shí)驗(yàn)艙，在文昌航天發(fā)射場(chǎng)由長征五號(hào)B運(yùn)載火箭托舉升空，順利進(jìn)入預(yù)定軌道，太陽帆板完成一次展開。發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功，問天實(shí)驗(yàn)艙成功“問天”。

之后，問天實(shí)驗(yàn)艙將與天和核心艙完成前向?qū)?，完成“一”字?gòu)型。

問天實(shí)驗(yàn)艙是中國天宮空間站的首個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，主要任務(wù)是具備空間站組合體統(tǒng)一管理和控制能力，具備與核心艙進(jìn)行交會(huì)對(duì)接、轉(zhuǎn)位和停泊的能力;支持航天員在軌駐留，提供專用氣閘艙和應(yīng)急避難場(chǎng)所，保證航天員安全;支持開展密封艙內(nèi)、艙外科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。

問天實(shí)驗(yàn)艙體型巨大、功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、指標(biāo)先進(jìn)，凝結(jié)著無數(shù)人的智慧與心血，在我國航天器研制歷程中創(chuàng)下多個(gè)新紀(jì)錄，是中國航天奮力實(shí)現(xiàn)高水平自立自強(qiáng)取得的又一重大成就。

現(xiàn)役在軌最重的單艙主動(dòng)飛行器

問天實(shí)驗(yàn)艙由工作艙、氣閘艙及資源艙3部分組成，艙體總長17.9米、直徑4.2米，發(fā)射重量達(dá)23噸。這塊頭和分量，跟北京地鐵13號(hào)線的一節(jié)列車車廂差不多，是全世界現(xiàn)役在軌最重的單艙主動(dòng)飛行器。

問天實(shí)驗(yàn)艙的工作艙是迄今我國最大單密封艙體。艙內(nèi)設(shè)有3個(gè)睡眠區(qū)、1個(gè)衛(wèi)生區(qū)。完成對(duì)接后，中國空間站的“床位”數(shù)將增加到6個(gè)，為后續(xù)神舟十四號(hào)、神舟十五號(hào)2個(gè)乘組、6名航天員實(shí)現(xiàn)“太空會(huì)師”奠定基礎(chǔ)。

集平臺(tái)與試驗(yàn)載荷功能于一體

問天實(shí)驗(yàn)艙是一個(gè)集平臺(tái)功能與試驗(yàn)載荷功能于一體的“全能型選手”。

平臺(tái)功能方面，問天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙互為備份，關(guān)鍵平臺(tái)功能一致，可以完全覆蓋空間站組合體工作要求。也就是說，在天和核心艙“想休息”的時(shí)候，問天實(shí)驗(yàn)艙也能“帶你一起飛”。

除了保障航天員在軌長期駐留，問天實(shí)驗(yàn)艙提供了專用氣閘艙和應(yīng)急避難場(chǎng)所，讓中國空間站的在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)更加可控，在軌長壽命運(yùn)行更加可靠。

在試驗(yàn)載荷功能上，該艙裝載了8個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜、22個(gè)艙外載荷適配器，就像是把一個(gè)大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)室搬到了太空。

日發(fā)電量夠普通家庭用一個(gè)半月

問天實(shí)驗(yàn)艙的能源管理系統(tǒng)十分強(qiáng)大，自帶高性能“發(fā)電機(jī)”與“配電器”。

該艙配備了一對(duì)雙自由度柔性太陽帆板，全部展開后的翼展超過55米，比半個(gè)足球場(chǎng)還要長;每個(gè)太陽帆板展開面積與一套三室一廳面積相當(dāng)。兩個(gè)碩大的太陽帆板一起工作，將有效收集更多太陽能，每天平均發(fā)電量超過430度，為空間站運(yùn)行提供充足的能源。這個(gè)日發(fā)電量足夠一個(gè)北京普通家庭用上一個(gè)半月。

不過，帶著這么大的一對(duì)“軟翅膀”進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，控制難度之高堪稱空前。為降低系統(tǒng)復(fù)雜性和在軌風(fēng)險(xiǎn)，問天實(shí)驗(yàn)艙也相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)了多個(gè)系統(tǒng)功能創(chuàng)新，比如采取太陽帆板二次展開方案，發(fā)射后先展開約五分之一的長度，待對(duì)接完成后再展開到位，以提高可控性，保證任務(wù)成功。

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)艙資源艙尾部。屆時(shí)，天和核心艙將專注于空間站管理工作，而問天實(shí)驗(yàn)艙將成為名副其實(shí)的“主發(fā)電站”。

氣閘艙外方內(nèi)圓有乾坤

在問天實(shí)驗(yàn)艙中，氣閘艙的視覺效果十分獨(dú)特，是空間站系統(tǒng)唯一一個(gè)看上去是方形的艙體。其實(shí)它外方內(nèi)圓，里面的圓柱狀空間，是航天員開展出艙活動(dòng)時(shí)的“更衣間”——出艙氣閘。未來這里將成為整個(gè)空間站系統(tǒng)的主要出艙通道。

出艙氣閘還有一個(gè)直徑達(dá)1米的大門，航天員從這里進(jìn)出不僅更加方便，還能攜帶大個(gè)頭的設(shè)備，讓艙外工作能力大大提升。

出艙氣閘外面的方形外殼，是艙外暴露實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，上面配置了22個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷接口，其中一部分還配備了流體回路溫度控制。未來10年，在空間站搭載的科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷可以通過機(jī)械臂精準(zhǔn)“投送”到自己對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)載荷接口位置，無需航天員出艙進(jìn)行人工操作。

支持更精細(xì)的艙外操作

問天實(shí)驗(yàn)艙是空間站系統(tǒng)中艙外活動(dòng)部件最多的艙體，大量艙外設(shè)施設(shè)備能更好保障出艙活動(dòng)，為更精細(xì)的艙外操作提供支持。

該艙還攜帶了一套5米長、7自由度的小機(jī)械臂，其小巧、精度高，方便抓中小型設(shè)備，完成精細(xì)操作。小臂還可以與核心艙大臂形成15米長的組合臂。未來，組合臂能夠在天和、問天、夢(mèng)天三艙組合體之間“爬行”，開展更多艙外操作。

問天實(shí)驗(yàn)艙艙外還設(shè)置了2臺(tái)云臺(tái)燈、4臺(tái)高清攝像機(jī)，能夠一邊打光追光、一邊拍攝錄制。通過它們，地面測(cè)控人員可以更清楚地關(guān)注航天員出艙活動(dòng)。它們還能拍攝更多太空大片。