7月24日14時(shí)22分，中國(guó)空間站問天實(shí)驗(yàn)艙在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)由長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭托舉升空。作為我國(guó)空間站建設(shè)的第二個(gè)艙段，問天實(shí)驗(yàn)艙將為空間站帶去哪些新裝備?航天員在太空的工作生活會(huì)迎來怎樣的變化?
功能強(qiáng)、裝備全：中國(guó)空間站喜迎“新居”
“問天實(shí)驗(yàn)艙由工作艙、氣閘艙和資源艙三部分組成，艙體總長(zhǎng)17.9米，直徑4.2米，發(fā)射重量約23噸。相關(guān)指標(biāo)比天和核心艙更高，是我國(guó)目前最重、尺寸最大的單體飛行器。”航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師劉剛說。
不僅有著大塊頭的體格，問天實(shí)驗(yàn)艙更是一個(gè)集平臺(tái)功能與載荷功能于一體的“全能型”選手。據(jù)介紹，問天實(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，既發(fā)揮定海神針般的雙保險(xiǎn)作用，也為空間站未來15年可靠運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
“兩艙對(duì)接組成組合體后，由天和核心艙統(tǒng)一管理和控制整個(gè)空間站的載人環(huán)境，一旦天和核心艙出現(xiàn)嚴(yán)重故障，問天實(shí)驗(yàn)艙能夠快速接管，主控空間站。”航天員中心問天實(shí)驗(yàn)艙環(huán)控生保分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師羅亞斌說。
一個(gè)更重要的細(xì)節(jié)是，問天實(shí)驗(yàn)艙配備了目前國(guó)內(nèi)最大的柔性太陽翼，雙翼全部展開后可達(dá)55米。太陽翼可以雙自由度跟蹤太陽，每天平均發(fā)電量超過430度，將為空間站運(yùn)行提供充足的能源。
問天實(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)備能夠更好地保障出艙活動(dòng)，也為更精細(xì)的艙外操作提供支持。
在問天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙外，還有一套5米長(zhǎng)的小機(jī)械臂。這套7自由度的機(jī)械臂小巧、精度高，操作更為精細(xì)。未來，小臂還可以與核心艙大臂組成15米長(zhǎng)的組合臂，在空間站三艙組合體開展更多艙外操作。
時(shí)間緊、難度高：“胖五”進(jìn)行“增肌瘦身”
作為我國(guó)空間站建造工程的“運(yùn)載專列”，被人們昵稱為“胖五”的長(zhǎng)征五號(hào)系列運(yùn)載火箭此前已成功將天和核心艙送入太空，此次則是首次執(zhí)行交會(huì)對(duì)接任務(wù)。
此次長(zhǎng)五B不僅要發(fā)射我國(guó)迄今為止最重的載荷，還面臨著低溫推進(jìn)劑加注問題和復(fù)雜的射前流程，難度可想而知。
點(diǎn)火階段，型號(hào)隊(duì)伍對(duì)射前10分鐘的發(fā)射流程進(jìn)行了優(yōu)化，將部分流程前置。在距離發(fā)射數(shù)分鐘時(shí)，火箭就已完成發(fā)射前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，具備了點(diǎn)火發(fā)射能力，為突發(fā)情況留出決策、處置的時(shí)間。長(zhǎng)五B還應(yīng)用了起飛時(shí)間修正技術(shù)，讓火箭的控制系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算偏差、調(diào)整目標(biāo)軌道，最大修正時(shí)間為2.5分鐘。“即使火箭沒能完全按照預(yù)定窗口發(fā)射，只要在2.5分鐘這個(gè)窗口時(shí)間里，都能通過后期的軌道修正精準(zhǔn)完成入軌和交會(huì)對(duì)接。”航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭副總師婁路亮說。
為不斷提高火箭可靠性，安全、精準(zhǔn)地將問天實(shí)驗(yàn)艙送到目的地，型號(hào)隊(duì)伍還對(duì)長(zhǎng)五B進(jìn)行了有針對(duì)性的“增肌瘦身”，在生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行了30多項(xiàng)改進(jìn)。
大噸位、半自主：“太空之吻”有新看點(diǎn)
問天實(shí)驗(yàn)艙入軌后，將與核心艙組合體實(shí)施交會(huì)對(duì)接——23噸的問天實(shí)驗(yàn)艙與40多噸的核心艙組合體，將是我國(guó)目前最大噸位的兩個(gè)航天器之間的交會(huì)對(duì)接，也是中國(guó)空間站首次在有人的狀態(tài)下迎接航天器的來訪。
重量重、尺寸大、對(duì)接靶子小、柔性太陽翼難控制……對(duì)所面臨的一系列棘手難題，航天科技集團(tuán)五院?jiǎn)柼鞂?shí)驗(yàn)艙GNC分系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師宋曉光打了個(gè)形象的比方：“如果按重量來看，載人飛船對(duì)接像開小跑車，可控性強(qiáng);貨運(yùn)飛船對(duì)接像開小卡車;而到了問天和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，就如同要把一輛裝備豪華的大房車停到一個(gè)小車位里。”
為成功實(shí)現(xiàn)“太空之吻”，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)從問天實(shí)驗(yàn)艙初樣研制起就經(jīng)過幾輪實(shí)測(cè)，對(duì)問天實(shí)驗(yàn)艙的數(shù)據(jù)參數(shù)精準(zhǔn)把握，并提升算法達(dá)到更強(qiáng)的適應(yīng)能力和糾偏能力。同時(shí)，采用半自主交會(huì)對(duì)接方案，實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接過程中的穩(wěn)定控制。
在軌期間，問天實(shí)驗(yàn)艙還將實(shí)現(xiàn)平面轉(zhuǎn)位90度，讓原本對(duì)接在節(jié)點(diǎn)艙前向?qū)涌诘膯柼鞂?shí)驗(yàn)艙，轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)艙的側(cè)向停泊口，并再次對(duì)接，從而騰出核心艙的前向?qū)涌�，為�?mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的到訪做好充分準(zhǔn)備。這將是我國(guó)首次航天器在軌轉(zhuǎn)位組裝，也將是國(guó)際上首次探索以平面式轉(zhuǎn)位方案進(jìn)行航天器轉(zhuǎn)位。
更舒適、更安全：太空生活“條件升級(jí)”
對(duì)在軌航天員來說，兩艙對(duì)接形成組合體，意味著我們的太空家園從“一居室”升級(jí)到更寬敞的“兩居室”。問天實(shí)驗(yàn)艙的工作艙內(nèi)設(shè)有3個(gè)睡眠區(qū)和1個(gè)衛(wèi)生區(qū)。完成對(duì)接后，空間站后續(xù)可以支撐神舟十四號(hào)、十五號(hào)兩個(gè)乘組6名航天員實(shí)現(xiàn)“太空會(huì)師”和在軌輪換，在太空面對(duì)面交接工作。
航天員中心艙外服總體試驗(yàn)主任設(shè)計(jì)師李金林說，在天和核心艙的基礎(chǔ)上，問天實(shí)驗(yàn)艙在吸音、降噪、減震等方面也進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)。此前，航天員在天和核心艙只能通過節(jié)點(diǎn)艙實(shí)現(xiàn)出艙。節(jié)點(diǎn)艙作為空間站的交通樞紐，空間較小，航天員每次出艙前還需要關(guān)閉各個(gè)對(duì)接通道的艙門，進(jìn)行大量準(zhǔn)備工作。此次問天實(shí)驗(yàn)艙則配置了一個(gè)出艙人員專用的氣閘艙。一方面，氣閘艙的空間和出艙艙門的尺寸都比節(jié)點(diǎn)艙更大，航天員進(jìn)出更舒展從容，也更易攜帶大體積的設(shè)備出艙工作。另一方面，從氣閘艙出艙時(shí)，只需關(guān)閉一道艙門，操作更便捷。
未來，氣閘艙將成為航天員在空間站的主要出艙通道，一旦氣閘艙出現(xiàn)問題，航天員還可以從作為備份出艙口的節(jié)點(diǎn)艙返回，確保出艙活動(dòng)的安全。
