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成功“问天”

来源:光明日报2022-07-25 09:47

搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭,在文昌航天发射场点火发射。 新华社发

问天实验舱模拟图。新华社发

搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭,在我国文昌航天发射场发射成功。 新华社发

  当海南文昌迎来一年中最热的时节之时,天宫也迎来了一份特殊的“礼物”。

  7月24日14时22分,文昌航天发射场。碧海蓝天,椰风习习。长征五号B遥三运载火箭搭载中国空间站问天实验舱在文昌航天发射场顺利升空,舱体顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。

  中国人距离建成自己的空间站,又前进一步!

  之后,问天实验舱将与天和核心舱进行前向对接,完成“一”字构型。这是中国空间站首次在有人的状态下迎接航天器的来访。

  把实验室搬到了太空

  “就像是把一个大型科学实验室搬到了太空!”载人航天工程空间应用系统副总师、中科院空间应用中心研究员吕从民介绍,作为中国空间站首个科学实验舱,也是国家太空实验室的重要组成部分,问天实验舱将为航天员在轨工作生活提供更大空间,也为空间科学研究提供更大平台。

  “问天实验舱以生命科学和生物技术研究为主,在空间生命科学与生物技术、微重力流体物理、空间材料科学、空间应用新技术试验等领域规划部署了研究主题。通过这些科学项目的实施,关注生命生长发育和人的健康,探索人类长期太空生存所面临的一系列科学问题。”吕从民说,以天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱为基本构型的天宫空间站完成建造后,将意味着国家太空实验室建成,并开展长期、多领域、大规模空间科学与应用研究。

  据悉,2022年是完成中国空间站建造任务的决战决胜之年,本次问天实验舱发射任务是空间站建造承上启下的关键之战,意义重大。

  首次执行“零窗口”发射任务

  本次任务中,有一个关键词被反复提起——“零窗口”发射。

  问天实验舱发射任务01指挥员廖国瑞告诉记者,这是长五系列火箭首次执行“零窗口”发射任务,同时也是文昌发射场执行空间站建造任务以来首次实施“零窗口”发射。

  什么是“零窗口”发射?

  “一般情况下,任务的发射窗口往往有多个时间段。但由于此次发射的问天实验舱要与天和核心舱交会对接,对发射精度的要求会更高,要求‘零窗口’发射,即火箭发射时间和预定点火时间偏差不能超过1秒。”廖国瑞解释,“零窗口”的难度在于发射窗口稍纵即逝,对火箭和发射场系统的可靠性提出了较高的要求。

  准时点火只是开始,精准入轨才是成功。火箭院长五B火箭总体副主任设计师刘秉介绍,长五B火箭还应用了起飞时间偏差修正技术,最大修正时间为2.5分钟,即在0到2.5分钟这个时间段内的任一时间点发射,火箭都可以在飞行过程中自动修正因推迟发射导致的飞行偏差,将实验舱精准送入预定轨道,“作为我国目前近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭,长五B火箭是发射问天实验舱的最佳选择”。

  之后,问天实验舱采用自主交会对接模式,在轨完成太阳翼展开及多次变轨后对接于天和核心舱前向对接口。中国航天科工二院25所交会对接微波雷达主任设计师邓晓东介绍,25所研制的微波雷达在实验舱入轨后完成加电自检,确认产品工作状态正常。随后在问天实验舱与天和核心舱相距100多公里处再次开机,并迅速与安装在天和核心舱前向对接口的微波应答机建立稳定链路,保证对接全过程稳定可靠。

  “一个大家伙”

  “这可是一个大家伙!”航天科技集团五院空间站系统副总设计师刘刚告诉记者,问天实验舱的工作舱是迄今我国最大、世界第二大单密封舱体,竖起来有6层楼高,体积和重量,跟北京地铁13号线列车的一节车厢差不多。

  “大家伙”的内部有什么玄机?

  “与天和核心舱相比,问天实验舱身高更高体重更大、系统功能更强、能源保障更足、出舱气闸更优、舱外操作更细,是全世界现役在轨最重的单舱主动飞行器。”刘刚介绍。

  此外,问天实验舱还配置了与天和核心舱一样的航天员生活设施,包括3个睡眠区、1个卫生区和厨房等设施。完成对接后,中国空间站的“床位”数增加到6个,将会更加温馨舒适。

  除了“内在”,“外在”同样值得关注。

  刘刚介绍,问天实验舱配备了一对双自由度柔性太阳帆板,是目前国内研制的最大面积可展收柔性太阳翼,单翼全展开状态下最长达27米,足够停下四五辆家用轿车,展开面积可达110平方米。无论是展开面积还是供电能力,这对“翅膀”都达到了天和核心舱太阳翼的两倍之多。问天实验舱的每天平均发电量,能为空间站运行提供充足的能源,也足够一个普通家庭用上一个半月。

  “在太空运行时,问天实验舱的这对太阳能帆板能以最佳角度面向太阳,避免飞行过程中其他舱段遮挡阳光。”国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光表示,充足的供电是航天员在太空高效进行科研的一个非常重要的保障。

  在问天实验舱气闸舱外,配置了一个5米长的小型机械臂。这套机械臂小巧、精度高,最大负荷能力达3吨,虽然拖动能力小于核心舱的大机械臂,但方便抓取中小型设备,操作更为灵巧。它能在整个空间站不同舱段之间“爬行”,共同完成航天员的出舱、舱外设施照料等任务。

  “太空出差组”在轨迎接航天器

  目前,神舟十四号航天员乘组正在太空“出差”,随着问天实验舱的成功发射,这是我国空间站首次在有人的状态下迎接航天器的来访。

  据杨宇光介绍,未来,航天员在轨迎接航天器也会是中国空间站的常态。中国空间站之后将实现航天员乘组在轨轮换,这意味着航天员需要在轨迎接天舟货运飞船、神舟载人飞船等航天器的到来。

  神舟十四号航天员此次在轨迎接问天实验舱,将为后续任务提供经验参考,特别是计划明年发射的巡天望远镜,也需要定期停靠到空间站,由航天员进行维护。

  此外,问天实验舱还要“兼职”天和核心舱的功能备份。不仅能保障航天员在轨长期驻留,而且提供专用气闸舱和应急避难场所,保证航天员安全。为提高空间站可靠性、保障航天员生命安全,问天实验舱进行了功能备份,当核心舱出现功能故障时,可切换至问天实验舱。

  问天实验舱还配置了全新的出舱气闸舱,这是未来空间站完全建成后航天员的主用出舱口。新的气闸舱出舱口朝下,更为宽敞,航天员出舱更方便。这也意味着,航天员在问天实验舱工作,出了“卧室”就能“上班”。(章文 方曲韵)

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