作者:谢瑞强 来源:澎湃新闻 发布时间:2022/10/31 19:52:29
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筑梦“天宫”|空间站的“梦工厂”,解码梦天实验舱

 

梦天实验舱顺利进入预定轨道!

10月31日,随着一声巨响,长征五号B运载火箭托举空间站梦天实验舱徐徐升空,经过十余分钟的飞行,梦天实验舱顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功,打响了我国空间站建造任务的收官之战。后续,梦天实验舱将与天和核心舱进行快速交会对接以及平面转位,三舱组成空间站“T”字基本构型。

“两兄弟”有何区别?

今年7月24日,中国空间站第二个舱段——问天实验舱成功发射,梦天实验舱是我国空间站发射的第二个实验舱,从公布的照片来看,“问天”和“梦天”外形有不少相似之处,在舱段的组成上,都拥有工作舱、气闸舱和资源舱,特别是“两兄弟”的工作舱和资源舱的造型几乎别无二致。那么,“问天”和“梦天”有何区别呢?

那么如何从外形上快速辨认出“两兄弟”呢?主要还在工作舱与资源舱的中间部分,也就是气闸舱的独特构型上。问天实验舱采用“外方内圆”的视觉效果,圆柱形气闸舱外有个方形的外壳(舱外暴露实验平台);而在梦天实验舱的相同位置,则采用了“舱中舱”设计(气闸舱+载荷舱),这让梦天实验舱的体型看起来更加浑圆、流畅。

从对人的支持来讲,梦天实验舱的定位是航天员工作的地方,因此没有配置类似“天和”“问天”舱的再生生保以及睡眠区、卫生区。但三个舱段均配置有航天员的锻炼设备,梦天舱配置的是抗阻锻炼设备,类似健身房的划船机。

作为航天员在太空工作生活的主要区域,“问天”和“梦天”的工作舱内均安装了多台科学实验机柜,便于航天员在轨开展各项科学实验。但在开展空间科学实验方面,“两兄弟”的能力和责任却各有侧重。 问天实验舱主要面向空间生命科学研究,配置了生命生态、生物技术和变重力科学等实验柜;梦天实验舱则主要面向微重力科学研究,配置了流体物理、材料科学、燃烧科学、基础物理以及航天技术试验等多学科方向的实验柜。位于舱体尾端的资源舱是实验舱的“能源仓库”,资源舱上安装的两副巨大太阳翼,可通过持续旋转、稳定对日为空间站提供充足的能源支持。

除了“身材”不同,“两兄弟”的气闸舱还各怀绝技。问天实验舱的气闸舱主要作为航天员出舱的主要通道;而梦天实验舱的气闸舱,则是一个专供货物进出的重要枢纽。更形象地来说,如果将问天实验舱的气闸舱比作“国际机场”,那么梦天实验舱的气闸舱就像是一座“国际货运港口”,承担着空间站货物、载荷等进出舱的任务,是空间站一项重要的能力创新。

打造“太空货运港”

作为我国空间站的首个货物气闸舱,梦天实验舱将为空间站开展舱外科学实验带来哪些全新体验?在没有货物气闸舱之前,一般是通过航天员“出舱带货” 进行舱内外货物的转移、安装,但这种方式往往会受到航天员出舱次数、载荷数量与大小的限制,且航天员频繁进行出舱活动还将面临空间环境中更为复杂的安全考验。因此,梦天实验舱的货物气闸舱的应用,将为空间站后续开展各类舱外科学实验提供强大支持。

货物气闸舱采用“内舱门+外舱门”双门设计:通往工作舱的内舱门,是隔离舱内与舱外空间环境的关键设备;面向地球一侧的外舱门,则是货物通往舱外的出舱口。为了保障航天员的在轨安全,内外两道舱门不会同时开启。

以货物出舱任务为例,航天员首先会手动开启内舱门,此时外舱门呈关闭状态,工作舱与气闸舱形成一个密闭的工作环境,负责搬运货物出舱的载荷转移机构将伸进舱内,航天员不用身穿舱外航天服,在舱内就可以完成载荷、货物的安装操作;随后,转移机构缩回至气闸舱,航天员关闭内舱门、由地面发出指令打开外舱门,实现货物的顺利出舱,让航天员“人在家中坐,操作弹指间”。

据了解,梦天实验舱的货物气闸舱可满足1.15 米×1.2 米×0.9米规格的货物进出,这也取决于外舱门的大开口设计,为货物进出打造了一条宽阔的通路。同时,这款外舱门还是我国空间站的首个电动弧形方舱门,舱门采用全自动滑移设计,通过地面发送指令控制开关,将为货物出舱带来一场全新体验。

腹中有“乾坤”

与航天员进出舱一样,货物进出舱也需要经过一个漫长的泄复压过程,出舱泄压、进舱复压,让舱内外的大气压保持一致。因此对于气闸舱来说,内部空间越大,就意味着在泄复压期间空间站内损耗的气体越多。为此,货物气闸舱的外形尺寸根据出舱货物的大小进行了最优设计,2.2米的直径既保障了货物有充足的空间进行安全转运,又减少了对空间站内的气体损耗,提高了空间站的气体利用率。

作为工作舱与资源舱之间的连接舱段,货物气闸舱还应该起到连接和承载的作用。因此,为了进一步提升整舱刚度、起到有效的承载,在气闸舱外还套了一个更大直径的舱体——载荷舱,从而造就了梦天实验舱独特的“舱中舱”设计。 除此之外,载荷舱还为空间站进行舱外科学实验提供了强大的平台支持。

梦天实验舱配置2个展开式暴露平台和1个固定式暴露平台。2个展开式暴露平台1个为对天方向,1个为对地方向,与对地方向的固定式暴露平台一共可提供24个标准载荷工位。为了不占用火箭包络,发射时平台呈收拢状态,当梦天实验舱完成对接与转位动作后,两个平台展开并锁定到位,为梦天实验舱提供了24个舱外标准载荷工位,极大拓展了空间站开展空间科学实验的能力。

“太空驿站”可在轨释放小卫星

除了实现载荷、货物的自动进出舱功能,载荷转移机构还为立方星、微卫星等实现“太空旅游”提供“VIP 包厢”,那就是梦天实验舱中配置的微小飞行器释放机构,有了这个机构,我国空间站则可化身为“太空驿站”,为立方星、微卫星的释放提供最前沿的出发地。

通常情况下,释放机构以组件形式收纳在舱内,当需要执行释放小卫星任务时,航天员可以按照立方星的规格进行在轨组装。“包厢”单次最大载客量为36U立方星或百公斤级微卫星(立方星以 U(Unit)为基本单位,1U 的体积是 10cm ×10cm×10cm,一个手掌大小即可容纳)。立方星安装完成后,“包厢”搭乘载荷转移机构转移到舱外。随后,舱外机械臂抓取释放机构,并调整释放机构的姿态,当转移到立方星或微卫星的发射方向时,释放机构就像弹弓一样,把小卫星依次以规定的速度弹射出去,让卫星既稳当、又安全地开始太空旅程。

 
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