走近天和核心艙

中國科學(xué)技術(shù)館/李志忠

中國科技館展出的天和核心艙1∶1 結(jié)構(gòu)驗證件

為什么要做驗證艙呢？

將空間站發(fā)射到太空之前，在地面要做各種情況的模擬實驗，對各個艙段的制造工藝、結(jié)構(gòu)、功能進行驗證，因此要制作不同用途的驗證艙?？萍拣^展出的1:1 結(jié)構(gòu)驗證件是用于驗證制造工藝，如艙門密閉性、艙段結(jié)構(gòu)等的設(shè)計是否合理，從而進行改進和升級優(yōu)化，為后續(xù)制造最終發(fā)射升空的核心艙提供科研參數(shù)，所以它算得上是空間站上天和核心艙的“大哥”了。

為了其他用途的實驗，地面上還有一些實驗艙，如用于浮力水槽訓(xùn)練的核心艙、用于驗證電氣性能的核心艙以及與太空中核心艙同步的地面空間站核心艙。

雖然科技館展出的是結(jié)構(gòu)驗證件，但經(jīng)過科普化的升級改造，有些關(guān)鍵技術(shù)得以清晰展示。下面就讓我們一起走近天和核心艙，了解它的奧秘吧。

天和核心艙高16.6 米、最大直徑4.2 米、發(fā)射質(zhì)量22.5 噸；從外觀上看，分為節(jié)點艙、小柱段和大柱段；從功能上又分為生活控制艙、資源艙、節(jié)點艙。密封艙內(nèi)有工作區(qū)、睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)和鍛煉區(qū)六大區(qū)域，不僅能保證每名航天員都有獨立的睡眠環(huán)境和專用衛(wèi)生間，而且配置了大量設(shè)施設(shè)備，如就餐區(qū)的微波爐、冰箱、飲水機、折疊桌等家具家電，鍛煉區(qū)的太空跑臺、太空自行車、抗阻拉力器等健身器材。此外還有可以實現(xiàn)與地面雙向視頻通話的天地視頻通話設(shè)備以及支持航天員收發(fā)電子郵件的測控通信網(wǎng)和相關(guān)設(shè)備等。

天和核心艙的“核心”體現(xiàn)在哪呢？

仔細觀察，我們就能了解它的“核心”之處。

一是天和核心艙是整個空間站的中樞。它就好比是大樹的樹干，其他艙段都會安裝在它的接口上，如同大樹的根、枝、葉，不斷向外延伸。在球形的節(jié)點艙上設(shè)有4 個艙段接口，分別是兩個對接口和兩個停泊口。其他艙段，如問天艙、夢天艙、神舟載人飛船、天舟貨運飛船，都可以與節(jié)點艙對接；此外，大柱段尾部也有一個對接口，它能在與天舟貨運飛船對接時為空間站加注所需的燃料。

大柱段尾部也有一個對接口

節(jié)點艙上的對接口（右）、停泊口（左）與出艙口（上）

各艙段組合后的空間站構(gòu)型極其復(fù)雜，要解決力學(xué)、通信、電源等問題以及各種環(huán)境挑戰(zhàn)。為此，研制團隊為核心艙配置了聰明的大腦和神經(jīng)——數(shù)管分系統(tǒng)；設(shè)計了靈敏的“體溫”調(diào)節(jié)——熱控分系統(tǒng)；并裝備了強大有力的手臂——大型空間機械臂，用于空間站組裝建造、運營管理和維護服務(wù)。

二是天和核心艙是航天員長期駐留的主要工作生活場所。它內(nèi)部足足有50 立方米，活動空間非常寬敞，可以為航天員提供長期在軌駐留的環(huán)境。艙內(nèi)配置的空間科學(xué)實驗設(shè)施，還能支持航天員在軌開展一系列高微重力科學(xué)實驗。

對接口與停泊口有何不同？

節(jié)點艙是空間站的重要樞紐，也是未來空間站組成T 字形構(gòu)型的唯一節(jié)點。它后側(cè)與小柱段連接，前方與下方分別為前向?qū)涌谂c徑向?qū)涌冢笥覂蓚?cè)為停泊口，上側(cè)為出艙口。

對接口：用于載人飛船、貨運飛船和其他實驗艙與空間站對接；設(shè)有用于交會對接的角反射器與十字靶標(biāo)。

停泊口：用于問天實驗艙、夢天實驗艙的長期對接，與核心艙組裝形成空間站組合體。

天和如何調(diào)整飛行姿態(tài)？

空間站在軌日常飛行過程中，受地球高層大氣、太陽電磁輻射、引力場等多種因素影響，姿態(tài)會有所變化。而有些搭載的實驗裝置有特定的指向需求，尤其是大型柔性太陽翼有動態(tài)對日定向要求，這就需要不斷調(diào)整空間站的姿態(tài)和方向。天和核心艙上配置有6 個圓球形的姿態(tài)調(diào)控設(shè)備，學(xué)名叫“控制力矩陀螺”。每顆球里都密封著一個以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)的鋼制飛輪，通過其加速、減速與旋轉(zhuǎn)輸出力矩，即可調(diào)整空間站的飛行姿態(tài)。

出艙工作靠什么指路？

航天員出艙工作時，受太空失重環(huán)境以及艙外航天服視野的影響，會讓辨認方向成為難題。同時核心艙外部有太陽翼、機械臂等結(jié)構(gòu)，航天員在艙外移動時需要進行避讓。為了解決這個問題，天和核心艙外部設(shè)有方向標(biāo)識，用羅馬數(shù)字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ標(biāo)示出核心艙上、下、左、右四個面，同時用漢字與箭頭標(biāo)示了航天員返回節(jié)點艙的移動方向。按照箭頭的指示，他們就能安全返回節(jié)點艙的出艙口。

建造空間站是我國載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略的重要目標(biāo)，是建設(shè)科技強國、航天強國的重要引領(lǐng)性工程。如今，天和核心艙和問天實驗艙已相繼發(fā)射升空并順利對接，夢天實驗艙也會很快迎來發(fā)射的日子，中國空間站即將建成。多年來，中國航天人突破了載人飛船、貨運飛船、空間實驗室、出艙活動、空間交會對接、在軌加注燃料、航天員中長期在軌駐留等一項項關(guān)鍵技術(shù)，把我國航天事業(yè)推向一個又一個高潮。

“飛天夢永不失重，科學(xué)夢張力無限。”如果你想了解更多有關(guān)空間站的秘密，歡迎到中國科技館走近天和核心艙，感受中國航天事業(yè)的光輝成就。

圓球形的控制力矩陀螺

艙外把手與指示標(biāo)