“問天”定蒼穹【“太空之家”擴建 中國空間站變身“六居室”】
“問天”升空，中國人的太空“建房大業(yè)”再次邁出關鍵一步。
7月24日，中國空間站問天實驗艙由長征五號B運載火箭托舉升空，順利進入預定軌道。至此，中國空間站迎來首個科學實驗艙，這也是我國空間站首次在有人狀態(tài)下迎接航天器的來訪。
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。中國空間站就像一座三室兩廳還帶儲藏間的“豪宅”�！叭摇敝敢粋�核心艙和兩個實驗艙，“兩廳”則是指神舟載人飛船和天舟貨運飛船。
如今，“豪宅”擴建。北京時間7月25日3時13分，問天實驗艙成功對接于天和核心艙前向端口，整個交會對接過程歷時約13小時。這是我國兩個20噸級航天器首次在軌實現(xiàn)交會對接，也是中國空間站有航天員在軌駐留期間首次進行空間交會對接。
隨著問天實驗艙的加入，中國空間站從“三居室”變?yōu)椤傲邮摇�，航天員的“人均居住面積”也實現(xiàn)翻番。中國航天科技集團五院空間站系統(tǒng)副總設計師劉剛表示，問天實驗艙這個迄今為止我國最長的航天器，配置了與“天和”核心艙一樣的航天員生活設施，增加了一個小型機械臂及多種科學研究設備，這是中國航天奮力實現(xiàn)高水平自立自強取得的又一重大成就。
“問天實驗艙在與空間站天和核心艙完成交會對接后，航天員進入艙內(nèi)啟動生命維持系統(tǒng)�！眲傉f，之后，兩艙完成“一”字構型，未來還將經(jīng)歷6名中國航天員在太空“會師”這一歷史性時刻。
和地鐵車廂一樣大的“太空新房”來了
據(jù)劉剛介紹， 問天實驗艙由工作艙、氣閘艙及資源艙三部分組成，艙體總長17.9米，直徑4.2米，發(fā)射重量達23噸，主要用于支持航天員駐留、出艙活動和開展空間科學實驗，同時可作為天和核心艙的備份，對空間站進行管理。
“這塊頭和分量，跟北京地鐵13號線列車的一節(jié)車廂差不多，是全世界現(xiàn)役在軌最重的單艙主動飛行器�！眲傉f。
發(fā)射任務成功后，問天實驗艙按照預定程序與核心艙組合體進行交會對接，神舟十四號航天員乘組進入問天實驗艙開展工作。此時，包括他在內(nèi)的空間站設計師，最想對航天員說：“新房上線，歡迎入��！”
問天實驗艙設有3個睡眠區(qū)、1個衛(wèi)生區(qū)。劉剛說，完成對接后，中國空間站更加溫馨舒適，而且“床位”數(shù)增加到6個。后續(xù)神舟十五號載人飛船發(fā)射后，神舟十四號、神舟十五號兩個乘組、6名航天員將實現(xiàn)“太空會師”。空間站“滿客”運行。
“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，問天實驗艙配備了一對雙自由度柔性太陽帆板，全部展開后的翼展超過55米，比半個足球場還要長。這也刷新了我國航天器在軌使用太陽帆板的紀錄。
他說，問天實驗艙是一個集平臺功能與試驗載荷功能于一體的“全能型”選手。
平臺功能方面，問天實驗艙與天和核心艙互為備份，關鍵平臺功能一致，可以完全覆蓋空間站組合體工作要求。也就是說，在天和核心艙“想休息”的時候，問天實驗艙也能頂上，“帶你一起飛”。
“問天實驗艙不僅保障航天員在軌長期駐留，而且提供專用氣閘艙和應急避難場所，保證航天員安全。這些讓中國空間站的在軌運行風險更加可控，在軌長壽命運行更加可靠。”劉剛說。
出了“臥室”就能“上班”
在試驗載荷功能上，問天實驗艙裝載了8個實驗機柜、22個艙外載荷適配器，就像是把一個大型科學實驗室搬到了太空。
“航天員在問天實驗艙工作，出了‘臥室’就能‘上班’。中國人也能在太空開展大規(guī)模的空間科學實驗了！”劉剛說。
問天實驗艙的能源管理系統(tǒng)十分強大，自帶高性能“發(fā)電機”與“配電器”。
中國航天科技集團五院空間站系統(tǒng)電總體副主任設計師左歲寒說，問天實驗艙的太陽帆板面積大、柔性也大，帶著這樣大的一對“軟翅膀”進行交會對接，控制難度之高堪稱空前。
“為了降低系統(tǒng)復雜性和在軌風險，問天實驗艙也相應地實現(xiàn)了多個系統(tǒng)功能創(chuàng)新，如采取太陽帆板二次展開方案，發(fā)射后先展開約五分之一的長度，待對接完成后再展開到位。”左歲寒說，這提高了可控性，能夠確保問天實驗艙盡快到達母港，保證任務穩(wěn)妥成功。
據(jù)他介紹，問天實驗艙的每個太陽帆板展開面積約110平方米，差不多相當于一套三室一廳房子的面積。兩個太陽帆板一起工作，將有效收集更多的太陽能，為空間站運行提供充足的能源。
空間站在軌建造完成后，天和核心艙的一個太陽帆板將轉(zhuǎn)移到問天實驗艙資源艙的尾部，天和核心艙將“專心致志”地進行空間站管理工作，而問天實驗艙將成為名副其實的“主發(fā)電站”。
屆時，問天實驗艙的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。
出艙活動的“更衣間”更大了
在問天實驗艙中，氣閘艙的視覺效果十分獨特，外方內(nèi)圓，是空間站系統(tǒng)唯一一個看上去是方形的艙體。里面圓柱狀的，正是航天員開展出艙活動時的“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備和艙外返回時，可以更舒展、更從容，未來將成為整個空間站系統(tǒng)的主要出艙通道。
劉剛介紹，出艙氣閘還有一個直徑達1米的大門。航天員從這里進進出出，不僅更加方便了，而且還能攜帶大個頭的設備出艙工作，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。這是艙外暴露實驗平臺，上面配置了22個標準載荷接口，其中一部分還配備了流體回路溫度控制。未來10年，在空間站搭載的科學實驗載荷，可以通過機械臂精準“投送”到自己對應的標準載荷接口位置，“即插即用”，不再需要航天員出艙進行人工操作了。
“問天實驗艙是空間站系統(tǒng)中艙外活動部件最多的艙體，大量的艙外設施設備更好地保障了出艙活動，也為更精細的艙外操作提供了支持。”劉剛說。
中國航天科技集團五院空間站系統(tǒng)測控與通信分系統(tǒng)主任設計師易予生介紹，問天實驗艙將在氣閘艙外攜帶一套5米長的“小臂”。這套7自由度的機械臂小巧、精度高，“小手”方便抓中小型設備，做更為精細的操作。小臂還可以與核心艙大臂級聯(lián)成15米長的組合臂，開展更多的艙外操作。
屆時，組合臂能夠在天和、問天、夢天的空間站三艙組合體之間爬行，“機甲戰(zhàn)士”能控制的艙外范圍就更大了。
易予生表示，在問天實驗艙的艙外，還設置了兩臺云臺燈、4臺高清攝像機，能夠一邊打光追光、一邊拍攝錄制。通過它們，航天員出艙活動時，地面測控人員能更清楚地看到、時刻關注到，從而為他們提供更及時的安全保障。
“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�！币子枭f。
劉剛告訴記者，為了完成問天實驗艙這樣巨大規(guī)模的航天器研制任務，設計研制隊伍團結各方力量，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文件，就有60多萬字。
久有凌云之志，“問天”逐夢太空。今年4月24日即第七個“中國航天日”當天，問天實驗艙發(fā)射場試驗隊從北京乘坐飛機出征文昌。在萬米的高空上，全體試驗隊員揮動手中的小國旗和航天旗，一起唱響《歌唱祖國》。
很多年輕的試驗隊員記得，當時，問天實驗艙責任總指揮潘平鼓舞大家，“讓我們以確保圓滿成功的實際行動，踐行‘用成功報效祖國、用卓越鑄就輝煌’的莊嚴承諾！”
4月29日，在天和核心艙發(fā)射成功一周年之際，問天實驗艙經(jīng)海運抵達文昌航天發(fā)射場。之后又是兩個多月的鏖戰(zhàn)。
“問天新征程，一站定蒼穹。”7月24日，伴隨轟鳴的火箭騰空聲，問天實驗艙進入蒼穹。次日，問天實驗艙與天和核心艙完成對接，為空間站在軌建造畫上濃墨一筆。
“問天”之后，“夢天”也將很快起飛。中國載人航天工程“三步走”的最后一步，決勝在望。
中青報·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來源：中國青年報