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梦圆九天—都市时报电子报纸—都市时报

浏览 时间 2023-11-25 作者 铸乐产品系列

  10月31日15时37分,搭载空间站梦天实验舱的长征五号B遥四运载火箭,在我国文昌航天发射场准时点火发射,约8分钟后,梦天实验舱与火箭成功分离并准确进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

  梦天实验舱是中国空间站第三个舱段,也是第二个科学实验舱,由工作舱、载荷舱、货物气闸舱和资源舱组成,起飞重量约23吨,大多数都用在开展空间科学与应用实验,参与空间站组合体管理,货物气闸舱可支持货物自动进出舱,为舱内外科学实验提供支持。

  后续,梦天实验舱将按照预定程序与空间站组合体交会对接。完成有关功能测试后,梦天实验舱将按计划实施转位。神舟十四号航天员乘组已做好迎接梦天实验舱来访的准备。

  这是我国载人航天工程立项实施以来的第25次飞行任务,也是长征系列运载火箭的第446次飞行。

  10月31日下午,中国空间站第三个舱段梦天实验舱在文昌航天发射场由长征五号B运载火箭托举升空,顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。后续,梦天实验舱将与天和核心舱进行快速交会对接以及平面转位,完成空间站“T”字基本构型组装。

  长征五号B运载火箭近地轨道运载能力达到25吨级,是目前世界上在役火箭中唯一一型一级半直接入轨的火箭,也是我国目前近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭,被称为长征火箭家族中的“大力士”。

  我国空间站三个舱段重量均超过22吨,长征五号B运载火箭作为“空间站舱段运输专列”,自中国空间站工程建造实施以来,已成功托举天和核心舱、问天实验舱升空。此次梦天实验舱的起飞重量约23吨,长征五号B运载火箭自然是发射任务的最佳选择。

  中国航天科技集团一院长征五号B运载火箭总体副主任设计师刘秉介绍,其大运载能力,得益于充分发掘了液氧煤油发动机大推力、氢氧发动机高比冲的优势。

  长征五号B运载火箭配备的8台120吨级的液氧煤油发动机,里面最高压强有500个大气压,起飞推力能达到1000多吨。而一级火箭配置的2台氢氧发动机,因其比冲高的特点,使火箭能够以较少的燃料获得较大的推力。

  “所谓比冲,就是发动机在一段时间内燃烧一定量的燃料所产生的推力。”刘秉说,这就好比汽车的“油耗”,使用液氢和液氧推进剂的发动机“油耗”较低,是目前我们掌握的比冲较高的推进剂之一。

  此外,为满足空间站大舱段发射任务要求,长征五号B运载火箭突破了20.5米国内最大整流罩分离技术等多项关键技术,并将发射窗口由“零窗口”拓展为正负2.5分钟的“窄窗口”。

  据了解,长征五号B运载火箭还将承担中国第一个大型空间巡天望远镜发射任务,届时将与中国空间站共轨飞行,开展更多的宇宙空间探测和前沿科学研究。

  本次发射的梦天实验舱作为中国空间站第三个舱段,与天和核心舱、问天实验舱的任务分工和定位有何异同?

  从对人的支持角度来看,梦天实验舱的定位是航天员工作的地方,因此没有配置类似天和核心舱、问天实验舱的再生生保系统和睡眠区、卫生区。我国空间站三个舱段均配置有航天员的锻炼设备,梦天实验舱配置的是抗阻锻炼设备,类似健身房的划船机。

  从总体构型来看,梦天实验舱的“肚子”更圆,它由工作舱、货物气闸舱、载荷舱、资源舱组成,并采用了独特的“套娃”设计。工作舱通过对接机构与核心舱相连,主要是航天员舱内工作与锻炼的地方,也是舱内科学实验机柜安装的地方。载荷舱与货物气闸舱则以“双舱嵌套”的形式与工作舱相连,在载荷舱的内部,隐藏着一个货物气闸舱,主要作为货物出舱专用通道。资源舱则是对日定向装置和柔性太阳翼等安装的地方。

  从支持应用任务来看,梦天实验舱作为“工作室”,是我国空间站三个舱段中支持载荷能力最强的舱段,其配置了13个标准载荷机柜,主要面向微重力科学研究,可支持流体物理、材料科学、超冷原子物理等

  同时,梦天实验舱舱外配置有37个载荷安装工位,可为各类科学实验载荷提供机、电、信息方面的能力支持,确保它们在太空环境下开展各类实验。特别是载荷舱上配置有两块可在轨展开的暴露载荷实验平台,逐渐增强了空间站的载荷支持能力。

  作为我国空间站首个具有货物气闸舱的舱段,梦天实验舱将为空间站开展舱外科学实验带来全新“体验”。

  在没有货物气闸舱时,一般是通过航天员“出舱带货”的方式来进行舱内外货物的转移、安装,但这样的形式往往会受到航天员出舱次数、载荷数量与大小的限制,且航天员频繁进行出舱活动还将面临空间环境中更复杂的安全考验。因此,梦天实验舱货物气闸舱的应用,将为空间站后续开展各类舱外科学实验提供强大支持。

  梦天实验舱内还配置了一台载荷转移机构,可以稳定将货物从舱内送出舱外,或将舱外货物运至舱内。这台载荷转移机构的运送能力达400千克,与航天员“带货出舱”的方式相比,货物出舱能力逐步提升,还可为在轨工作生活的航天员“减负”,以便其将更多时间精力用于开展舱内各项科学实验活动。

  同时,为满足将来更大尺寸、更大重量货物的进出舱需求,梦天实验舱的货物气闸舱上还安装了一款方形舱门,宽度可达1.2米。舱门采用全自动弧形滑移设计,可以为货物的进出舱提供一条宽阔走廊。这是方形自动舱门首次亮相中国空间站。

  中国航天科技集团八院空间站梦天实验舱总体副主任设计师孟瑶介绍,货物进出舱功能是梦天实验舱的重要功能之一,如果把问天实验舱的气闸舱比作是“国际机场”的话,那么梦天实验舱的货物气闸舱就可以比作是重要的“物流港”。货物进出舱功能主要是通过航天员发送指令完成,实现了“指尖上的物流”能力。

  此外,梦天实验舱具备微小飞行器在轨释放的能力,将作为开放合作平台逐渐增强空间站的综合应用效益。其配置的微小飞行器在轨释放机构,能满足百公斤级微小飞行器或多个规格立方星的在轨释放需求。

  操作时,航天员只需在舱内把立方星或微卫星填装到释放机构的“肚子里”,释放机构即可搭乘载荷转移机构将小卫星运送至舱外。出舱后,机械臂抓取释放机构运动到指定方向,像弹弓一样,把小卫星依次以一定速度“弹射”出去。

  此次梦天实验舱成功发射后,将与空间站组合体交会对接,如“万里穿针”般上演更高难度的“太空之吻”。

  中国航天科技集团五院502所空间站实验舱主任设计师宋明超介绍,梦天实验舱与三个月前发射的问天实验舱个头差不多,但是交会对接过程却是“难上加难”。未解决两大难点,制导导航与控制(GNC)系统在其中发挥了重要作用。

  第一个难点也是此次交会对接任务的最大危险点,因梦天实验舱入轨后太阳与轨道夹角较大,太阳翼发电量不足以补充耗电量,若无法在规定时间内完成交会对接,就需要中断自主交会对接过程而紧急调整梦天实验舱的姿态,使其连续对日定向来保证能源供应。

  第二个难点是梦天实验舱交会对接时组合体是“L”构型的非对称构型,与问天实验舱交会对接时组合体对称构型不同,这明显地增加了空间站在轨姿态控制的难度。

  为此,中国航天科技集团五院的技术人员为梦天实验舱特别定制了交会对接任务故障预案,开展了大量的预演预判和试验验证工作。

  根据空间站建造计划安排,后续我国还将在文昌航天发射场发射天舟五号货运飞船,在酒泉卫星发射中心发射神舟十五号载人飞船。

  梦天实验舱是中国空间站第二个实验舱段,发射入轨并成功对接后,中国空间站三个舱段将形成“T”字基本构型,完成空间站在轨建造。

  今年是中国空间站建造的决战决胜之年,也是中国载人航天工程立项实施30周年。

  1992年9月21日,中国载人航天工程正式立项批准实施,代号“921工程”。根据规划,工程将按“三步走”发展的策略实施:

  第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用实验;

  第二步,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;

  中国载人航天工程轨道专家组专家、副组长,清华大学航天航空学院长聘教授王兆魁介绍,载人航天工程难度非常大。

  “这大多数表现在载人工程对安全性要求高,系统又特别庞大,组织协调任务重。”他说,工程涉及八大分系统,“尤其是将航天员送入太空,必须确保安全,确保各系统的严密配合,不能有任意的毛病。”

  中国空间站又名天宫空间站,以天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱三舱为基本构型,设计在轨飞行10年,具备延寿到15年的能力,可长期在轨稳定运行。三舱组合体将能够承载10多吨载荷设备,并同时支持3—6人驻留。

  曾有航天专家比喻,中国空间站就像一座三室两厅还带储藏间的“豪宅”。“三室”指天和核心舱以及问天和梦天实验舱,“两厅”则是指神舟载人飞船和天舟货运飞船。

  自2020年以来,中国载人航天工程实施了长征五号B运载火箭首飞,空间站天和核心舱,神舟十二号、神舟十三号载人飞船,天舟二号、天舟三号货运飞船共6次飞行任务。

  据外媒报道称,中国是继苏联和美国后,历史上第三个将航天员送入太空并建造空间站的国家。

  目前,除天宫空间站外,全球正在服役的空间站只有国际空间站——由美国、俄罗斯、日本、加拿大和欧洲航天机构合作运营,于1998年正式建站,2010年完成建造任务转入全面使用阶段。

  我国曾多次表态,希望参与国际空间站建设,但多次被外方以技术保密、中国等理由拒绝。2011年,美国立法禁止了美国国家航空航天局与中国国家航天局进行任何科学技术交流。在这种背景下,我国开始了自行试验研究并开发空间站系统的历程。经过不懈努力,如今,我国也将拥有可以长期开展有人参与科学实验、技术试验和综合开发、利用太空资源的重要平台。

  中国载人航天工程办公室主任郝淳曾说:“我们愿意把中国空间站打造成推动构建人类命运共同体的一个平台,和各个国家的航天员、航天科技队伍一起,不断探索浩瀚宇宙,造福人类。”

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