“問(wèn)天”定蒼穹【“太空之家”擴(kuò)建 中國(guó)空間站變身“六居室”】
“問(wèn)天”升空，中國(guó)人的太空“建房大業(yè)”再次邁出關(guān)鍵一步。
7月24日，中國(guó)空間站問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙由長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭托舉升空，順利進(jìn)入預(yù)定軌道。至此，中國(guó)空間站迎來(lái)首個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙，這也是我國(guó)空間站首次在有人狀態(tài)下迎接航天器的來(lái)訪。
在航天員“太空出差”的日子里，如何為其提供更好的太空生活質(zhì)量和工作環(huán)境，提高他們太空生活的舒適度，一直是“太空之家”建造者的奮斗目標(biāo)。中國(guó)空間站就像一座三室兩廳還帶儲(chǔ)藏間的“豪宅”。“三室”指一個(gè)核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，“兩廳”則是指神舟載人飛船和天舟貨運(yùn)飛船。
如今，“豪宅”擴(kuò)建。北京時(shí)間7月25日3時(shí)13分，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙成功對(duì)接于天和核心艙前向端口，整個(gè)交會(huì)對(duì)接過(guò)程歷時(shí)約13小時(shí)。這是我國(guó)兩個(gè)20噸級(jí)航天器首次在軌實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，也是中國(guó)空間站有航天員在軌駐留期間首次進(jìn)行空間交會(huì)對(duì)接。
隨著問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的加入，中國(guó)空間站從“三居室”變?yōu)椤傲邮摇保教靻T的“人均居住面積”也實(shí)現(xiàn)翻番。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師劉剛表示，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙這個(gè)迄今為止我國(guó)最長(zhǎng)的航天器，配置了與“天和”核心艙一樣的航天員生活設(shè)施，增加了一個(gè)小型機(jī)械臂及多種科學(xué)研究設(shè)備，這是中國(guó)航天奮力實(shí)現(xiàn)高水平自立自強(qiáng)取得的又一重大成就。
“問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙在與空間站天和核心艙完成交會(huì)對(duì)接后，航天員進(jìn)入艙內(nèi)啟動(dòng)生命維持系統(tǒng)。”劉剛說(shuō)，之后，兩艙完成“一”字構(gòu)型，未來(lái)還將經(jīng)歷6名中國(guó)航天員在太空“會(huì)師”這一歷史性時(shí)刻。
和地鐵車廂一樣大的“太空新房”來(lái)了
據(jù)劉剛介紹， 問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙由工作艙、氣閘艙及資源艙三部分組成，艙體總長(zhǎng)17.9米，直徑4.2米，發(fā)射重量達(dá)23噸，主要用于支持航天員駐留、出艙活動(dòng)和開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可作為天和核心艙的備份，對(duì)空間站進(jìn)行管理。
“這塊頭和分量，跟北京地鐵13號(hào)線列車的一節(jié)車廂差不多，是全世界現(xiàn)役在軌最重的單艙主動(dòng)飛行器。”劉剛說(shuō)。
發(fā)射任務(wù)成功后，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙按照預(yù)定程序與核心艙組合體進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，神舟十四號(hào)航天員乘組進(jìn)入問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙開(kāi)展工作。此時(shí)，包括他在內(nèi)的空間站設(shè)計(jì)師，最想對(duì)航天員說(shuō)：“新房上線，歡迎入住！”
問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙設(shè)有3個(gè)睡眠區(qū)、1個(gè)衛(wèi)生區(qū)。劉剛說(shuō)，完成對(duì)接后，中國(guó)空間站更加溫馨舒適，而且“床位”數(shù)增加到6個(gè)。后續(xù)神舟十五號(hào)載人飛船發(fā)射后，神舟十四號(hào)、神舟十五號(hào)兩個(gè)乘組、6名航天員將實(shí)現(xiàn)“太空會(huì)師”。空間站“滿客”運(yùn)行。
“太空新房”的大，不僅體現(xiàn)在內(nèi)部空間，還體現(xiàn)在系統(tǒng)功能上。
劉剛介紹，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙配備了一對(duì)雙自由度柔性太陽(yáng)帆板，全部展開(kāi)后的翼展超過(guò)55米，比半個(gè)足球場(chǎng)還要長(zhǎng)。這也刷新了我國(guó)航天器在軌使用太陽(yáng)帆板的紀(jì)錄。
他說(shuō)，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙是一個(gè)集平臺(tái)功能與試驗(yàn)載荷功能于一體的“全能型”選手。
平臺(tái)功能方面，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙互為備份，關(guān)鍵平臺(tái)功能一致，可以完全覆蓋空間站組合體工作要求。也就是說(shuō)，在天和核心艙“想休息”的時(shí)候，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙也能頂上，“帶你一起飛”。
“問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙不僅保障航天員在軌長(zhǎng)期駐留，而且提供專用氣閘艙和應(yīng)急避難場(chǎng)所，保證航天員安全。這些讓中國(guó)空間站的在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)更加可控，在軌長(zhǎng)壽命運(yùn)行更加可靠。”劉剛說(shuō)。
出了“臥室”就能“上班”
在試驗(yàn)載荷功能上，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙裝載了8個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜、22個(gè)艙外載荷適配器，就像是把一個(gè)大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)室搬到了太空。
“航天員在問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙工作，出了‘臥室’就能‘上班’。中國(guó)人也能在太空開(kāi)展大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)了！”劉剛說(shuō)。
問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的能源管理系統(tǒng)十分強(qiáng)大，自帶高性能“發(fā)電機(jī)”與“配電器”。
中國(guó)航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)電總體副主任設(shè)計(jì)師左歲寒說(shuō)，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的太陽(yáng)帆板面積大、柔性也大，帶著這樣大的一對(duì)“軟翅膀”進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，控制難度之高堪稱空前。
“為了降低系統(tǒng)復(fù)雜性和在軌風(fēng)險(xiǎn)，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙也相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)了多個(gè)系統(tǒng)功能創(chuàng)新，如采取太陽(yáng)帆板二次展開(kāi)方案，發(fā)射后先展開(kāi)約五分之一的長(zhǎng)度，待對(duì)接完成后再展開(kāi)到位。”左歲寒說(shuō)，這提高了可控性，能夠確保問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙盡快到達(dá)母港，保證任務(wù)穩(wěn)妥成功。
據(jù)他介紹，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的每個(gè)太陽(yáng)帆板展開(kāi)面積約110平方米，差不多相當(dāng)于一套三室一廳房子的面積。兩個(gè)太陽(yáng)帆板一起工作，將有效收集更多的太陽(yáng)能，為空間站運(yùn)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(gè)太陽(yáng)帆板將轉(zhuǎn)移到問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙資源艙的尾部，天和核心艙將“專心致志”地進(jìn)行空間站管理工作，而問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙將成為名副其實(shí)的“主發(fā)電站”。
屆時(shí)，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的3條能源母線將發(fā)揮更大的作用，為組合體源源不斷地供電送能。
出艙活動(dòng)的“更衣間”更大了
在問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙中，氣閘艙的視覺(jué)效果十分獨(dú)特，外方內(nèi)圓，是空間站系統(tǒng)唯一一個(gè)看上去是方形的艙體。里面圓柱狀的，正是航天員開(kāi)展出艙活動(dòng)時(shí)的“更衣間”——出艙氣閘。
在這里，“更衣間”的空間更大了，航天員在這里作出艙準(zhǔn)備和艙外返回時(shí)，可以更舒展、更從容，未來(lái)將成為整個(gè)空間站系統(tǒng)的主要出艙通道。
劉剛介紹，出艙氣閘還有一個(gè)直徑達(dá)1米的大門。航天員從這里進(jìn)進(jìn)出出，不僅更加方便了，而且還能攜帶大個(gè)頭的設(shè)備出艙工作，艙外工作能力大大提升。
他告訴記者，出艙氣閘的外面，是看上去像方形的外殼。這是艙外暴露實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，上面配置了22個(gè)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(lái)10年，在空間站搭載的科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷，可以通過(guò)機(jī)械臂精準(zhǔn)“投送”到自己對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)載荷接口位置，“即插即用”，不再需要航天員出艙進(jìn)行人工操作了。
“問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙是空間站系統(tǒng)中艙外活動(dòng)部件最多的艙體，大量的艙外設(shè)施設(shè)備更好地保障了出艙活動(dòng)，也為更精細(xì)的艙外操作提供了支持。”劉剛說(shuō)。
中國(guó)航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)測(cè)控與通信分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師易予生介紹，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙將在氣閘艙外攜帶一套5米長(zhǎng)的“小臂”。這套7自由度的機(jī)械臂小巧、精度高，“小手”方便抓中小型設(shè)備，做更為精細(xì)的操作。小臂還可以與核心艙大臂級(jí)聯(lián)成15米長(zhǎng)的組合臂，開(kāi)展更多的艙外操作。
屆時(shí)，組合臂能夠在天和、問(wèn)天、夢(mèng)天的空間站三艙組合體之間爬行，“機(jī)甲戰(zhàn)士”能控制的艙外范圍就更大了。
易予生表示，在問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的艙外，還設(shè)置了兩臺(tái)云臺(tái)燈、4臺(tái)高清攝像機(jī)，能夠一邊打光追光、一邊拍攝錄制。通過(guò)它們，航天員出艙活動(dòng)時(shí)，地面測(cè)控人員能更清楚地看到、時(shí)刻關(guān)注到，從而為他們提供更及時(shí)的安全保障。
“它們還能在太空中拍攝許多‘壁紙大片’‘唯美視頻’，將地球和外太空呈現(xiàn)在世人面前。”易予生說(shuō)。
劉剛告訴記者，為了完成問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙這樣巨大規(guī)模的航天器研制任務(wù)，設(shè)計(jì)研制隊(duì)伍團(tuán)結(jié)各方力量，付出了極其艱苦的努力。僅反映2014年6月至2020年12月初樣研制階段概貌的總結(jié)文件，就有60多萬(wàn)字。
久有凌云之志，“問(wèn)天”逐夢(mèng)太空。今年4月24日即第七個(gè)“中國(guó)航天日”當(dāng)天，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射場(chǎng)試驗(yàn)隊(duì)從北京乘坐飛機(jī)出征文昌。在萬(wàn)米的高空上，全體試驗(yàn)隊(duì)員揮動(dòng)手中的小國(guó)旗和航天旗，一起唱響《歌唱祖國(guó)》。
很多年輕的試驗(yàn)隊(duì)員記得，當(dāng)時(shí)，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙責(zé)任總指揮潘平鼓舞大家，“讓我們以確保圓滿成功的實(shí)際行動(dòng)，踐行‘用成功報(bào)效祖國(guó)、用卓越鑄就輝煌’的莊嚴(yán)承諾！”
4月29日，在天和核心艙發(fā)射成功一周年之際，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙經(jīng)海運(yùn)抵達(dá)文昌航天發(fā)射場(chǎng)。之后又是兩個(gè)多月的鏖戰(zhàn)。
“問(wèn)天新征程，一站定蒼穹。”7月24日，伴隨轟鳴的火箭騰空聲，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙進(jìn)入蒼穹。次日，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙完成對(duì)接，為空間站在軌建造畫上濃墨一筆。
“問(wèn)天”之后，“夢(mèng)天”也將很快起飛。中國(guó)載人航天工程“三步走”的最后一步，決勝在望。
中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)