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问天实验舱发射成功,太空“新居”怎样建造?

2022

/ 07/25
来源:

新华社

作者:

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7月24日14时22分,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准时点火发射,约495秒后,问天实验舱与火箭成功分离并进入预定轨道。25日3时13分,问天实验舱与天和核心舱组合体在轨完成交会对接。这是空间站有航天员在轨驻留期间首次进行空间交会对接。25日10时03分,神舟十四号航天员乘组成功开启问天实验舱舱门,顺利进入问天实验舱。这是中国航天员首次在轨进入科学实验舱。

问天实验舱是中国空间站第二个舱段,也是首个科学实验舱。此次发射前后有哪些动人细节?中国太空家园的“新居”有哪些技术突破?

毫米“计较”,打造更大更强太空“新居”

“问天实验舱是空间站家族里的大块头,舱体总长17.9米,发射重量达23吨,是我国目前最重、尺寸最大的单体飞行器,功能强大、结构复杂、指标先进!焙教炜萍技盼逶嚎占湔鞠低匙芴逯魅紊杓剖φ抨唤樯。

“更大、更强、更全、更优、更细”——为使问天实验舱达到这样的目标,设计研制队伍团结攻克了一系列工艺瓶颈,研发了多项关键技术,最终得以保证问天实验舱高质量交付、成功发射。

问天实验舱模拟图(航天科技集团五院供图)

问天实验舱中的工作舱,是我国目前最大的载人密封航天器舱体,舱段长度近10米。为了保证舱外安装载荷的正常工作,舱外72个设备支架的接口精度要求非常高。但正是因为“个子大”,舱体结构上的精密接口尺寸受温度的影响也被放大,导致支架装调过程中测量误差大。

与此同时,当前大型舱体研制使用的厂房空间大,产品研制周期长,实现厂房长时间恒定温度环境的难度很大。为此,航天科技集团五院529厂载人航天领域总师赵长喜带领团队,巧妙提出了一种虚拟恒温测量方法,依靠数学矩阵计算原理,使易受温度影响的测量环节可靠稳定,最终实现了支架装配的高精度,成功为问天实验舱这个大体格雕琢出一个精准的外形,保证了问天实验舱舱外载荷的高可靠工作。

气闸舱是问天实验舱最重要的组成部分之一,是未来航天员的主要出舱通道。然而要在舱体的柱段上进行出舱舱门焊接,给研制人员出了难题。以往的型号舱门处大多为规则的平面曲线焊缝,焊接厚度仅2毫米,而这个舱门焊接的位置在一个马鞍形空间曲面上,焊接厚度还增加到5毫米,传统的手工焊接已无法满足要求。经过反复研究测试和大量工艺试验,航天科技集团五院的研制人员提出了空间曲线自动化焊接新技术,自主研发了可柔性变化的焊接工装,顺利完成了密封舱舱门门框的焊接,各项指标均满足设计要求。

正是近乎苛刻的对完美的追求,才打造出更优质的太空之家。

精确精准,护航空间站“万无一失”

中国空间站由一个核心舱和两个实验舱组成,这3个舱段的发射任务都由长五B火箭执行。2021年4月29日,长五B火箭成功发射天和核心舱,打响了空间站建造的开局之战。一年后,问天实验舱发射,长五B研制团队再次执“箭”出征。

航天科技集团一院长五B火箭副总设计师娄路亮说,此次长五B发射问天舱,是我国大型低温火箭首次执行交会对接任务,“零窗口”发射对火箭的运载能力、入轨精度和发射可靠性都提出了更高要求。围绕任务特点,研制团队用一年时间完成了30多项全箭飞行可靠性提升工作。

娄路亮说,交会对接就好比在太空“穿针引线”,为了更加精准、可靠地完成任务,长五B团队在优化射前流程、拓展发射窗口和提升运载能力上寻求突破。

研制团队首先将各系统环环相扣的工作流程由“串联”调整为“并联”,为火箭点火前预留2分30秒的故障处理时间。然后,“在满足入轨精度的要求下,用“起飞时间修正技术”将发射窗口扩宽至2分30秒,即使火箭没能完全按照预定窗口发射,也能在这个时间内通过后期的轨道修正精准完成入轨和交会对接。

团队还将长五B火箭的运载能力提升至不低于23 吨。但大推力火箭精准入轨的难度也会变大,这就如同让一辆正在高速行驶的汽车一脚刹车就停到指定位置。长五B火箭特有的“大推力直接入轨精度控制技术”和20.5米超大整流罩,让空间站的舱段可以安全地到达预定轨道。

“就像眼睛不能进沙子,一个小小的多余物就可能对火箭发射和对接造成灾难性的后果!焙教炜萍技乓辉撼の錌火箭总体副主任设计师刘秉说,为了保证问天舱成功实现交会对接,长五B团队通过技术沟通、分析论证,严控火箭多余物,尽量减少对舱体对接造成的影响。

此外,这一年,长五B团队还开展了该型火箭的未来规划论证工作。团队对前七次飞行过程数据进行系统梳理,将原来 60天的发射准备时间缩短至53天左右,为后续应对高密度发射任务作准备。

见证问天实验舱发射成功,长五B团队暂时卸下了重担。但正如他们所说:“每次发射成功后只能高兴两个小时!泵翁焓笛椴辗⑸浼唇嚼,他们再一次扛起重任。

从“天问”到“问天”,对太空不懈追问不变

2020年7月23日,长征五号遥四火箭托举天问一号火星探测器,迈出了探索浩瀚宇宙的重要一步,开启了中国人的行星探测时代。

从“天问”到“问天”,两次发射刚好相差两年零一天。从探索行星到建设中国人自己的空间站,两年间,航天人从未停下前行的脚步,行星探测工程、探月工程、载人航天工程接连圆梦太空,走出一条条“问天”之路。

从“天问”到“问天”,一个“问”字揭示了它们共同的内涵——探索和追问。问天实验舱既是航天员的太空“新居”,也承载着空间科学研究的重要使命。

作为“国家太空实验室”的组成部分,问天实验舱将主要进行生命科学和生物技术研究。目前,问天实验舱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4个领域方向规划部署了10余个研究主题,已立项40余项科学项目。

中科院空间应用中心研究员、集成技术中心副主任张璐介绍,我国在载人航天“三步走”的第二步时期,在天宫一号、天宫二号开展了多种类型的科学实验,是以单一的实验项目为主,实验样品不具备更换能力和需求。如今,进入空间站阶段,科研实验将从单一分散转为大规模集团式,在太空建造一个真正的科学实验室。舱内配置的科学实验柜就是开展多种科学实验的通用基础平台。

问天实验舱内的4个科学实验柜。(中国载人航天工程办公室、中国科学院供图)

“除个别实验柜外,大部分实验柜的外部接口全部统一,内部载荷的接口做成了国家级标准,维修更换非常便捷。同时,实验柜也能够兼容国际标准,为后续开展国际合作做好准备!闭盆此。

未来,空间站还将开展空间生命科学与人体研究、微重力物理科学、空间天文与地球科学、空间新技术及应用等4大领域的65个研究计划,包括近千项研究项目。

空间应用系统副总师、中科院空间应用中心集成技术中心主任王珂说:“建成空间站只是我国空间科学研究的一个开始。后续,全国的高校、科研院所和大中小学生都可以参与到空间站的空间科学实验中来。我们也欢迎全世界的科研人员共同利用我们的平台开展科学研究!

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审核:刘旋

责编:刘旋

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