七月盛夏，椰林海灘，陽光炙熱。中國空間站第二個艙段——問天實驗艙在這里點火升空，踏上“問天”之旅。作為中國空間站第二個艙段，實驗艙內(nèi)部配置了多臺實驗柜和3個睡眠區(qū)，是航天員將來的主要工作場所，這也是中國空間站首次在有人狀態(tài)下迎接航天器來訪。
中國空間站又名天宮，是中國獨立自主建造運營的載人空間站，由天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙三個艙段構(gòu)成，整體呈T字構(gòu)型。其中天和核心艙于2021年4月29日發(fā)射升空，迄今為止已接待三批中國航天員;問天實驗艙是中國空間站第二個艙段，也是首個科學(xué)實驗艙;而夢天實驗艙計劃將于今年10月發(fā)射升空。
中國空間站就像一套三室兩廳的房子?！叭摇敝敢粋€核心艙和兩個實驗艙，“兩廳”指神舟載人飛船和天舟貨運飛船。伴隨著問天實驗艙的發(fā)射，中國空間站在天和核心艙(一室)、神舟十四號載人飛船(一廳)、天舟四號貨運飛船(一廳)的基礎(chǔ)上，又多了個“長房間”——全長17.9米的“問天房間”(一室)。
問天實驗艙成功對接于天和核心艙前向端口的模擬圖像
作為中國空間站首個實驗艙，問天實驗艙體型更大、功能更全。它具備空間站組合體統(tǒng)一管理和控制能力，可與核心艙進行交會對接、轉(zhuǎn)位和停泊，支持航天員在軌駐留，提供專用氣閘艙，支持開展密封艙內(nèi)、艙外科學(xué)實驗和技術(shù)試驗。
問天實驗艙還配備了一對雙自由度柔性太陽帆板，全部展開后的翼展超過55米，比半個足球場還要長，這也刷新了中國航天器在軌使用太陽帆板的紀(jì)錄。問天實驗艙是一個集平臺功能與試驗載荷功能于一體的“全能型”選手。
平臺功能方面，問天實驗艙與天和核心艙互為備份，關(guān)鍵平臺功能一致，可以完全覆蓋空間站組合體工作要求。天和核心艙“想休息”時，問天實驗艙能立刻頂上。
問天實驗艙的能源管理系統(tǒng)十分強大，自帶高性能“發(fā)電機”與“配電器”。問天實驗艙的每個太陽帆板展開面積超100平方米。兩個碩大的太陽帆板一起工作，可有效收集更多的太陽能，每天平均發(fā)電量超過430度，為空間站運行提供充足的能源。
空間站在軌建造完成后，天和核心艙的一個太陽帆板將轉(zhuǎn)移到問天實驗艙資源艙的尾部，天和核心艙將“專心致志”地進行空間站管理工作，而問天實驗艙將成為名副其實的“主發(fā)電站”。
出艙氣閘是未來航天員的主要出艙通道，出艙氣閘內(nèi)里呈圓柱狀，是航天員開展出艙活動時的“更衣間”。相比天和核心艙節(jié)點艙，問天實驗艙的“更衣間”空間更大，航天員作出艙準(zhǔn)備和艙外返回時，可以更舒展。其大門直徑達1米，航天員從這里進出，不僅更加方便，還能攜帶大個頭的設(shè)備出艙。
問天艙照明設(shè)備
出艙氣閘外面是艙外暴露實驗平臺，上面配置了22個標(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，在空間站搭載的科學(xué)實驗載荷，可以通過機械臂精準(zhǔn)“投送”到對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)載荷接口位置，“即插即用”。
問天實驗艙將在氣閘艙外攜帶一套5米長的“小臂”。這套7自由度的機械臂小巧、精度高，“小手”方便抓中小型設(shè)備，做更為精細的操作。小機械臂還可以與核心艙大機械臂級聯(lián)成15米長的組合臂，能夠在“天和”、“問天”、“夢天”的空間站三艙組合體之間爬行，“機甲戰(zhàn)士”能抵達的艙外范圍將更大。
問天實驗艙的艙外還設(shè)置了2臺云臺燈、4臺高清攝像機，能夠一邊打光追光、一邊拍攝錄制。借助這些設(shè)備，地面測控人員更清楚地實時觀察航天員出艙活動情況。另外，它們還能在太空中拍攝許多“壁紙大片”“唯美視頻”，記錄和呈現(xiàn)美輪美奐的地球和外太空。
作為中國空間站第二個艙段，實驗艙內(nèi)部配置了多臺實驗柜和3個睡眠區(qū)，是航天員將來的主要工作場所。如何控制艙內(nèi)噪聲，為航天員提供安靜舒適的工作環(huán)境備受重視。
問天實驗艙內(nèi)部安裝了大量壓氣機、泵、風(fēng)扇，以及由于空間生命科學(xué)研究任務(wù)所需搭載的“太空冰箱”等諸多“不太安靜”的設(shè)備，這些設(shè)備工作的噪聲疊加在一起就構(gòu)成了空間站內(nèi)的復(fù)雜噪聲環(huán)境。
問天實驗艙與天和核心艙交會對接后，將組成連通的整體，航天員將進入問天實驗艙，開展空間實驗研究工作。為了給航天員提供安靜舒適的工作環(huán)境，必須找出“嗓門”最大、影響最明顯的設(shè)備，進行更精準(zhǔn)、更嚴(yán)格的噪聲治理。
問天實驗艙搭載的“太空冰箱”在設(shè)計時做到了最大程度的集成，各組成部分間環(huán)環(huán)相扣。另外，為了保證艙內(nèi)空氣質(zhì)量，空間站對材料選擇有嚴(yán)格要求，這就導(dǎo)致很多地面常用的降噪材料不適用于空間站。
為了高效降噪，試驗團隊首先對關(guān)鍵泵機進行設(shè)計，在保證制冷效率的同時，將聲能輸入降至最低，并選用新型附著材料提升結(jié)構(gòu)阻尼，改良箱體的聲輻射效率，通過改變連接關(guān)系改善結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)特性……利用這些細節(jié)設(shè)計，試驗團隊將“太空冰箱”的噪聲指標(biāo)降低了近20分貝。
此外，艙內(nèi)設(shè)備的噪聲成因、安裝位置、體積大小各不相同，試驗團隊“對癥下藥”。借助各種妙招，問天實驗艙工作區(qū)噪聲可保持在60分貝以下，睡眠區(qū)保持在50分貝以下，滿足相關(guān)醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)要求，為航天員提供安靜舒適的工作生活環(huán)境。
根據(jù)中國載人航天工程辦公室介紹，今年將實施6次飛行任務(wù)，完成中國空間站在軌建造。其中，長五B火箭在7月發(fā)射問天實驗艙與天和核心艙對接，10月還將發(fā)射夢天實驗艙。
作為中國目前近地軌道運載能力最大的新一代運載火箭，長五B火箭擁有長達20.5米的國內(nèi)最大整流罩，將中國火箭近地軌道運載能力由8噸提升至25噸。問天實驗艙是中國迄今為止重量最大的載荷，重量約23噸。長五B火箭成為發(fā)射問天實驗艙的最佳選擇。
問天實驗艙需要消耗燃料實現(xiàn)變軌，以滿足與核心艙交會對接的要求，這會影響實驗艙其他物資搭載。為了能夠搭載更多推進劑、生活物資等，科研團隊對火箭運載能力進一步評估、折算，扔掉箭體中的“累贅”，為火箭釋放更多運載能力。
本次任務(wù)中，長五B火箭進行零窗口發(fā)射，這也是長五系列火箭首次執(zhí)行零窗口發(fā)射任務(wù)。為保證準(zhǔn)時發(fā)射，科研團隊將部分流程前置，距離發(fā)射2.5分鐘時，火箭就已完成發(fā)射前各項準(zhǔn)備工作，隨時可以進行發(fā)射。準(zhǔn)時點火的同時，火箭還需精準(zhǔn)入軌。長五B火箭應(yīng)用了起飛時間偏差修正技術(shù)，最大修正時間為2.5分鐘。
問天實驗艙從19米停泊點向天和核心艙前向端口靠近的模擬圖像
此次發(fā)射問天艙，是中國大型低溫火箭第一次執(zhí)行交會對接任務(wù)，對火箭的運載能力、入軌精度和發(fā)射可靠性都提出更高要求。就像火車到站，以前乘客需要“追火車”才能找到自己的車廂，現(xiàn)在的高鐵都是精準(zhǔn)?？康降貥?biāo)處。
對此，長五B團隊首先將各系統(tǒng)環(huán)環(huán)相扣的工作流程由“串聯(lián)”調(diào)整為“并聯(lián)”，為火箭點火前預(yù)留故障處理時間;增加起飛時間偏差修正功能，為火箭高精度入軌創(chuàng)造有利條件;通過全面評估，將長五B火箭的運載能力提升至不低于23噸。
為了讓空間站艙段能夠安全“下車”，研制團隊經(jīng)過近10年的努力，設(shè)計了一款圓形“座椅”，并敲定“座椅”擺放的最優(yōu)位置。該“座椅”由兩條圓形隔沖框組成，內(nèi)部引入“顆粒阻尼”等新技術(shù)，讓分離沖擊在顆粒體的摩擦和碰撞中，迅速地耗散動能，把沖擊降低10倍左右，感覺像坐在“沙發(fā)”上一樣舒適。據(jù)悉，這款大“沙發(fā)”也為火箭增加了100多公斤的重量，但作為中國目前近地軌道運載能力最大的新一代運載火箭，長五B火箭有足夠的運力輕松“駕馭”。
從“串聯(lián)”到“并聯(lián)”、從“追火車”到“乘高鐵”、從“大包小裹”到“輕松上陣”，長五B火箭對標(biāo)發(fā)射可靠性要求高、入軌精度要求高、運載能力要求高這三大任務(wù)特點，圓滿完成首次交會對接任務(wù)，為中國航天定格了唯美的“問天”之吻。
來源：中新網(wǎng)、新華網(wǎng)等綜合
