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电报群搜索工具:焦点访谈:梦天到位 空间探索新起点

admin2022-11-047

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  消息(焦点访谈):今天(11月3日)上午9时32分,在我们头顶约400公里的太空,中国空间站迎来了历史性的时刻,天和、问天、梦天三舱组合体形成了“T”字构型,中国空间站基本构型自此全部组装完成。从去年4月29日天和核心舱发射升空开始单舱飞行,到今年问天实验舱升空并成功对接、转位,再到今天梦天实验舱转位成功,中国空间站三个20吨级的大舱段全部到位,航天员们迎来了“三室两厅”的生活工作空间,完成基本构型的中国空间站也将迎来测试和评估的忙碌时光。

  11月3日上午,在距离地面约400公里的太空轨道上,中国空间站即将开始建造“T”字型构造的最后一步。两天前对接成功的梦天实验舱将从天和核心舱的前向对接口分离,转位至核心舱的侧向停泊口。

  梦天舱是中国空间站三舱组合体的最后一个舱段。在此之前,天和核心舱和问天实验舱都已经成功进入轨道并形成了两舱组合体在轨飞行。

  随着空间站构型逐渐完整,任务的复杂度也越来越高,难度越来越大,梦天舱此次任务从发射阶段开始,对时间和精度的要求就是三舱中最高的。

  西昌卫星发射中心副主任毛万标:“这次零窗口发射的要求比前面的更高,主要是空间站的构型不一样,是一个L型,不对称的结构,调相的能力相对来说比较弱一些,这就需要我们很准时地把航天器打上去。我们这次形成了一百多份预案,确保每一个环节都可控。”

  成功发射,精准入轨,为梦天舱与空间站组合体交会对接提供了良好的基础。在梦天舱发射前,空间站组合体就已经完成了一次180度的调头,前向对接口朝向了梦天舱赶上来的方向,11月1日凌晨4点27分,梦天舱成功对接在了组合体的前向对接口,整个交会对接过程历时大约13个小时。而梦天舱最后的转位,是整个空间站基本构型组装过程中最复杂的任务之一。

  北京航天飞行控制中心空间站任务总工程师孙军:“涉及到了多个舱段和多条飞船货船的协同组合控制,在实施过程中我们都要考虑到影响实施的各个因素,包括测控条件、轨道的条件,还有能源约束、光照条件等等。”

  航天科技集团五院空间站系统副总设计师柏林厚:“我们有两套转位方案。第一套转位工具叫转臂,就是一根两自由度的转位的杆子;第二个是机械臂,如果转臂在转位过程中出现了问题,可以用机械臂去接手,再完成后续的转位任务。机械臂除了作为备份手段,还有一个很重要的用途,因为机械臂上有摄像机,利用它的摄像机可以监视整个转位过程,让地面监视人员清楚看到转位过程到哪一步了,有没有出现问题。”

  在空间站所在的太空轨道,重力影响微乎其微,但是要把近18米长、23吨重的梦天舱在太空精准转上90度,到达指定位置,也是一件非常困难的事情。为此,梦天舱特地携带了专门的转位机构,像是一个手臂,紧紧抓住核心舱后,开始带动梦天舱转动。

  柏林厚:“这里面有一个需要解决的问题,就是不能够在转位过程中损坏转臂。这就要求整个转位过程中无论是核心舱还是问天舱或者是梦天舱,它的姿态都不能启控,也就是说姿态要处于停控的状态。”

  在正常的飞行状态下,地面会实时调整空间站的飞行姿态,保证飞行安全,但是一旦姿态控制发动机点火,就可能给正在工作的转臂施加干扰。因此转位时,地面将暂停控制空间站的飞行姿态,此时它就像是自己在太空中飞行的风筝,要确保组合体和航天员的安全,就要保证测控这根看不见的风筝线不能断线。

  柏林厚:“为了解决这个问题,要能预测出来整个组合体姿态漂移的情况,建立整个空间站的数字模型,利用模型做动力学仿真,停了以后应该怎么转?根据转的轨迹或者转的趋势,还可以实现跟踪、控制。”

  梦天舱到位后,在中国空间站“T”字构型的两端,两个实验舱就像是一双翅膀。和此前已经到位的问天舱相比,梦天舱的长度和它基本一致,外形看起来相差不大,一共有三个舱,分别是载荷舱、工作舱和资源舱,但是在舱体里面还别有洞天,包含着第四个舱段。

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  航天科技集团八院空间站系统梦天实验舱主任设计师樊萍:“实际上它是一个舱中舱的结构,有一个货物气闸舱是隐藏在载荷舱里面的,我们把它形象地称为‘套娃’。”

  这样独特的设计是紧紧围绕梦天舱的科学实验属性来进行的。

  樊萍:“梦天实验舱我觉得它是比较独特的,专注于做实验的舱段,可以说是空间站三舱专门的工作室。在舱内它带了13个科学实验机柜,在舱外也布置有37个载荷暴露平台(工位),将来会有更多的载荷进行舱外暴露载荷试验。”

  此前,问天舱上也设计了22个舱外载荷点,两个实验舱加起来,一共可以放置近60个舱外载荷,如果每次都靠航天员出舱放置和回收,会给它们带来很大的负担。这个套在梦天舱载荷舱内的货物气闸舱就是为了实现货物自主进出专门设计的。只要货物气闸舱分别打开内舱门和外舱门,就可以通过载荷转移机构和机械臂来实现货物在舱内外的进出。

  航天科技集团八院空间站项目办计划经理刘慧颖:“航天员在工作舱内穿着舱内航天服就可以非常灵巧地把载荷装载在上面。装载上去以后,自动地让它伸出去,会有一个灵巧的设计,转90度,就伸出载荷舱大肚子了。这样可以让舱外的机械臂来接力干活,把它放到要去的点位,我们设计的可以有400公斤以上,长宽高可以达到一米二,大一点的载荷,不适合航天员携带的载荷,都可以从这儿自动地进出舱。”

  梦天舱内的大容量,也为我国空间科学实验和研究提供了更好的平台。三个月前跟随问天舱升空的实验机柜中,太空种植的水稻已经开始结穗。这次又有9个科学实验柜和一个共用机柜跟随梦天舱升空。与此前更多聚焦生命科学实验的问天舱相比,梦天舱将开展更多领域、更多类型的空间科学实验。

  中科院空间应用中心研究员张璐:“梦天舱是三舱里面实验柜(支持科学实验)类型最多、数量最多的,包括微重力物理的、两相流的,微重力流体物理的,微重力燃烧科学的三个科学实验柜。同样在梦天舱也放了一个材料科学的,叫高温材料科学实验柜,来进行一些材料科学的研究。同时还有两个关于基础物理方面,一个超冷原子物理实验柜,还有世界上在轨最高精度时频系统,可以支持天地时间比对,包括天基授时,甚至对于未来远景的太空旅行可以有很好的时间基准。”

  梦天舱的实验虽然侧重空间科学基础研究,但是在研究基础理论的同时,科学家们也希望能尽快让研究成果投入应用。比如,听起来似乎很陌生的两相系统实验柜,就是研究液体加热后蒸发、遇冷后凝结这样的现象在太空中会有哪些变化,这些研究结果将对后续的航天工程有很大意义。

  中科院力学研究所、两相实验系统主任设计师刘秋生:“很多地面的设备其实都是两相系统。像咱们冰箱里边的氟利昂、制冷剂,像空间站的冰箱、空间站的制冷、空间站的生保系统管理、空气调节器等等这些都需要这个。所以我们研究的目的也就是为了了解它的特殊规律,与地面的不同,这些都是将来直接针对空间站,或者是载人、探月,在微重力环境下热设备的研发。”

  这个两相系统实验柜的柜体表面布设了许多管线,在实验过程中,航天员需要经常插拔,来更换实验气体或液体。为了保证航天员的安全和实验的顺利进行,工程师在设计时也考虑到了每一个细节。

  从天和升空到梦天升空,中国空间站在轨运行时间越来越长,一些设备零部件和实验模块也需要在轨进行更换和维修。此次梦天舱还专门搭载了一台在线维修装调操作柜,为在轨实验和空间站飞行提供更可靠的保障。

  中科院空间应用中心、在线维修装调操作柜主管设计师王辅辅:“它就是空间站应用系统的一个操作工厂,以及实验室。在线柜里面有一个机械臂,这个机械臂是0.1毫米操作精度的七自由度机械臂,可以通过遥操作实现多种精细操作,并且可以协助航天员进行多种操作任务。”

  相比其他实验柜,在线维修装调柜并不仅仅为某一类科学研究服务。它为航天员提供了整个空间站最大的密闭空间,既可以维修装配大型零部件,也擅长对各类实验的最终材料进行无害化处理。

  王辅辅说:“我们定义就是脏活累活,比如像各种废气废液废渣,在里面处理完之后就可以把废气废液和固体废弃物通过吸附给吸附到下面几个过滤筒,打开柜门的时候就不会对空间站造成污染。”

  现在,中国空间站“T”字型三舱组合体已经建成,国家太空实验室大规模的科学研究即将开启。在未来十年乃至更长的时间内,这些实验柜将不断更换实验模块,甚至替换新的实验柜,为更多的空间研究提供条件。

  张璐:“目前看到所有实验柜都是可以迭代升级的,我们留的大量标准的接口,这个实验柜做了五年、十年以后,能够做的研究项目都已经结束了。完全可以有一些更新的、没有涉足到的或者国际前沿的实验柜再装到这个柜子里面。如果可以的话,比如10年20年时间,能够将这些科研成果转化到地面应用,包括医学制药研究、材料科学,有特种材料或者新型材料能够去改变生活,能够让咱们的生活越来越好,越来越幸福。”

  梦天到站,中国空间站“T”字基本构型组装完成。今天下午,神舟十四号航天员乘组已经进入梦天实验舱。接下来,他们将迎来一个忙碌的阶段。在对梦天舱初步整理后,陈冬、刘洋和蔡旭哲三名航天员将在这个“三室二厅”里迎接后面即将到来的神十五航天员。后续中国空间站转入运营阶段。航天梦,强国梦。党的二十大报告提出了加快建设航天强国的目标任务。中国航天,万众期待。

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