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        全球資訊:問天實驗艙升空,天宮空間站擴成“兩居室”

        來源:36kr時間:2022-07-25 07:54:00

        北京時間7月24日14時22分22秒,長征五號B遙三運載火箭在文昌航天發射場一號發射工位點火起飛。

        火箭飛行約495秒后,將中國空間站問天實驗艙準確送入預定對接初始軌道入口,發射任務圓滿成功。


        (相關資料圖)

        長征五號B遙三運載火箭點火瞬間|央視新聞

        問天實驗艙分離后,太陽翼“一次展開”,隨后艙段“快速自主交會對接程序”開始,將在接下來的13個小時內進行數次變軌,預計在明天凌晨對接于天和核心艙節點艙的軸向對接口。

        問天實驗艙飛行任務標識|CMS

        此前,空間站組合體已偏航180°,建立了倒飛姿態,等待問天實驗艙與其交會對接。對接完成后,組合體將再次偏航180°,返回三軸穩定對地正飛姿態。之后問天實驗艙的太陽電池翼將完全展開。

        問天實驗艙太陽翼完全展開后的空間站組合體示意圖|本文作者

        長征五號B遙三運載火箭

        長征五號B遙三運載火箭從發射場技術區垂直轉運至發射區|新華社

        長征五號B運載火箭,是目前我國近地軌道有效載荷運載能力最大的火箭型號?;鸺尚炯壨饫?個助推器,芯一級可直接將有效載荷送入軌道。

        長征五號B遙三運載火箭垂直轉運精彩畫面|新華社

        本次用來發射問天實驗艙的遙三火箭高度為53.66米、整流罩直徑為5.2米、起飛質量為849 000千克。

        由于問天實驗艙需要與空間站組合體進行交會對接,運載火箭需要將實驗艙射入特定的初始對接軌道入口,因此本次也是長征五號B運載火箭的首次“零窗口”發射。

        第二個大型永久艙段

        問天實驗艙(實驗艙Ⅰ)是中國空間站的第二個大型永久艙段,主要任務是核心艙平臺功能備份,支持開展密封艙內專項實驗和部分暴露平臺實驗。

        它可以對組合體進行統一管理與控制,并能支持航天員在軌駐留,提供專用航天員艙外活動氣閘艙和應急避難場所。

        問天實驗艙構型示意圖|航天科技集團五院總體部

        問天實驗艙由工作艙、氣閘艙資源艙三個主要部分組成,艙體軸向長度為17.9米,艙體最大直徑為4.2米。

        問天實驗艙|CMS

        其中工作艙長度約7.2米,氣閘艙長度約2.4米,資源艙長度約3.4米,太陽翼一次展開后翼展約23米,二次完全展開后翼展約55米。

        航天員在問天實驗地面模擬器訓練畫面|中國航天員科研訓練中心

        問天實驗艙艙外配置了小機械臂,用于艙外載荷照料和支持航天員出艙。尾部采用局部桁架結構,之上安裝的太陽電池翼采用雙自由度驅動結構。

        核心艙關鍵平臺功能備份

        問天實驗艙對空間站天和核心艙的能源管理、信息管理、姿態與軌道控制、載人環境控制等關鍵平臺功能提供備份。

        空間站三艙地面聯試,左為問天實驗艙|航天科技集團五院總體部

        問天實驗艙內配置了3個乘組睡眠區和1個衛生區,艙內還有一個額外的“太空廚房”,配置了與核心艙相同的飲水分配器、微波加熱裝置、熱風加熱裝置、餐桌等,滿足支持后續乘組在軌輪換期間6人共同在軌的需要。

        問天實驗艙內集成了與核心艙基本一致的再生式生命保障的全部6個子系統單元,滿足乘組在軌輪換時的載人環境保障需求,同時也可以在核心艙載人環境系統發生故障時提供關鍵功能備份。

        各再生生保子系統總裝集成形式|中國航天員科研訓練中心

        問天實驗艙也是空間站航天員的應急避難場所。

        核心艙一旦發生失壓等緊急情況,航天員可以將核心艙的雙向承壓艙門關閉,這樣節點艙和問天實驗艙作為聯通艙段,依然可以在保證航天員安全的同時,提供在軌修復故障所需要的時間。

        若核心艙發生失火等緊急情況,將雙向承壓艙門關閉后,航天員依然可以通過聯通的節點艙進入載人飛船,這為航天員應急情況處置和緊急撤離等情況提供了額外的安全保障。

        密封艙內專項實驗

        問天實驗艙,顧名思義,是一個可以支持開展空間實驗的艙段。實驗艙支持提供的實驗規模比核心艙大很多。

        神舟十四號乘組在地面模擬艙練習科學實驗柜操作|中國航天員科研訓練中心

        本次發射,艙內上行了4個科學實驗機柜,主要為空間生命科學、生物技術學科以及其它一些學科的科學實驗提供支持設施。

        這4個科學實驗機柜分別是:

        變重力科學實驗柜

        變重力科學實驗機柜|中國科學院空間應用工程與技術中心

        變重力科學實驗柜是一個共用支持實驗設施,它支持與重力相關的多類科學實驗,包括空間生命科學與生物技術、微重力流體和燃燒科學等實驗的不同重力效應和響應機制研究。

        科學手套箱與低溫存儲柜

        科學手套箱與低溫存儲柜|中國科學院空間應用工程與技術中心

        科學手套箱與低溫存儲柜也是一個共用支持實驗設施,它為空間生命科學與生物技術、空間材料科學等方向的實驗提供樣品裝載、精細操作、樣品低溫存儲等支持。

        科學手套箱(位于實驗柜上部)可以提供溫濕度可控的密閉潔凈環境,內置支持精細操作的機械臂和顯微裝置,可以支持生命、材料科學等需要用到密閉潔凈環境的科學實驗。

        低溫存儲裝置(位于實驗柜下部)能夠提供 4 ℃、-20 ℃、-80 ℃的低溫存儲能力,可以滿足生物、試劑、材料等樣品不同低溫存儲條件,為開展長期空間實驗提供保障。

        生物技術實驗柜

        生物技術實驗柜|中國科學院空間應用工程與技術中心

        生物技術實驗柜主要由細胞組織培養模塊、蛋白質結晶模塊、專用實驗裝置等模塊組成,支持開展組織細胞、蛋白質生化分子類、微生物類等多類型在軌實驗和研究。

        生命生態實驗柜

        生命生態實驗柜|中國科學院空間應用工程與技術中心

        生命生態實驗柜主要由多個通用生物培養模塊、小型受控生命生態實驗模塊、微生物監測模塊和一臺離心機組成,支持在微重力和空間輻射環境下開展如生物個體(植物、小型動物等)效應、空間輻射學、生命生態支持系統基礎、生命起源機理等主題的研究。

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        暴露平臺實驗

        問天實驗艙的氣閘艙和資源艙外,配置了多個暴露應用載荷接口,具有較強的艙外應用載荷支持能力。

        所謂“暴露”,指的是直接暴露于太空環境。一些如空間環境監測、對地觀測等領域的科學實驗載荷,以及衛星平臺等航天器新技術領域的試驗載荷,需要在艙外環境下實施開展。這些載荷就可以通過標準適配接口安裝在暴露實驗平臺上。

        這些接口采用了通用的在軌可替換單元(ORU)式接口設計,可以通過問天實驗艙機械臂進行安裝、照料,具有較高的操作效率。

        問天實驗艙氣閘艙外暴露應用載荷接口和小機械臂示意圖|航天科技集團五院總體部

        同時,問天實驗艙艙外還預留了1個擴展暴露平臺接口和1個大型載荷掛點接口,支持在軌安裝擴展暴露載荷平臺和大型掛接載荷。

        問天實驗艙還配置了能量粒子、等離子空間環境監測有效載荷。

        小機械臂

        問天實驗艙機械臂|哈爾濱工業大學

        問天實驗艙外配置了一條作業范圍約5米的7自由度小機械臂,鎖掛在氣閘艙外與實驗艙一同發射入軌。

        問天實驗艙機械臂示意圖|航天科技集團五院總體部

        這條小機械臂可以實現高精度操作,主要用來照料艙外暴露應用載荷。

        小機械臂還可以與天和核心艙的大機械臂級聯組合使用,通過神舟十三號第一次艙外活動安裝的轉接件串聯后,運動范圍可以達到15米,具有更大的任務靈活性。

        大小機械臂級聯組合后示意圖|航天科技集團五院總體部

        機械臂還可以輔助航天員進行艙外活動轉移、在軌巡檢等任務。

        EVA專用氣閘艙

        航天員蔡旭哲在問天氣閘艙地面模擬器中訓練|中國航天員科研訓練中心

        問天實驗艙配置了航天員開展艙外活動(EVA)的專用氣閘艙,這是中國空間站的主份EVA氣閘艙。

        此前,神舟十二號和神舟十三號任務中多次開展的艙外活動,航天員都是通過天和節點艙作為氣閘艙進出空間站的。但如此一來,在進行艙外活動的過程中,天和核心艙內的航天員前往載人飛船的應急通道就會被阻斷。

        問天氣閘艙完成在軌功能測試后,天和節點艙的氣閘艙功能將轉為備份,從根本上避免了上述應急通道被阻擋的情況。

        神舟十四號航天員乘組在中性浮力水槽進行艙外活動訓練|中國航天員科研訓練中心

        神舟十四號飛行乘組在任務期間預計將使用問天氣閘艙開展2至3次艙外活動。

        艙段轉位與停泊

        問天實驗艙與天和核心艙前向口對接后,航天員將進入艙內開展一系列解鎖、測試、試驗等工作。此時,空間站組合體為“一”字構型。

        對接問天實驗艙后,空間站組合體為“一”字構型 |CMS

        之后,問天實驗艙將轉移至節點艙Ⅳ象限的停泊口,為夢天實驗艙的到來空出前向對接口。

        轉位過程將使用實驗艙對接口上方配置專用的2自由度轉位機械臂完成。核心艙的大機械臂也具備輔助艙段轉位的能力,在轉位機械臂故障時作為備份方案。

        問天實驗艙轉位過程示意圖 |楊宏

        轉位完成后,實驗艙將與節點艙再對接,組合體變成“L”構型。Ⅳ象限停泊口也將是空間站運營期間問天實驗艙的永久停泊端口。

        問天實驗艙加入中國空間站組合體后,神舟十四號乘組還將在今年10月迎來中國空間站的下一個艙段——夢天實驗艙。到那時,中國空間站將完成現階段規劃的三艙組合體在軌建造任務。

        中國空間站三艙組合體示意圖,左為問天,右為夢天|CMS

        果殼將持續帶來有關天宮空間站的最新消息,敬請關注。

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        關鍵詞: 科學實驗 運載火箭 中國空間站

        責任編輯:FD31
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