神舟十四號航天員乘組於7月25日10時03分成功開啟問天實驗艙艙門,順利進入問天實驗艙。這是中國航天員首次在軌進入科學實驗艙。
神舟十四號太空人進入問天實驗艙。
後續,將按計劃開展組合體姿態融合控制、小機械臂爬行和大小臂組合測試等在軌工作,並利用問天艙氣閘艙和小機械臂進行航天員出艙活動。
問天實驗艙是中國空間站第二個艙段,也是首個科學實驗艙。
問天實驗艙是中國空間站第二個艙段,也是首個科學實驗艙,由工作艙、氣閘艙和資源艙組成,主要用於支持航天員駐留、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。
問天實驗艙在海南文昌航天發射場發射升空。
24下午2時22分,問天實驗艙在海南文昌航天發射場發射升空,準確進入預定軌道,任務取得圓滿成功。
25日3時13分,「問天」終於牽手「天和」。中國空間站的首個實驗艙——問天實驗艙在發射升空約13小時後,與中國空間站天和核心艙完成半自主前向交會對接,並形成「一」字在軌運行構型。
兩個20噸級航天器首次在軌實現交會對接。
這是我國兩個20噸級航天器首次在軌實現交會對接,也是空間站有航天員在軌駐留期間首次進行空間交會對接。
在這場「重量級」的交會對接任務中,問天實驗艙、天和核心艙以約每秒7.9公里的狀態高速運動,這就要求必須精準地控制它們的位置、速度、姿態才能保證可靠的對接,稍有偏差航天器就會發生碰撞。
即便是微小抖動,都會增加加大交會對接的難度。
航天科技集團五院問天實驗艙GNC分系統副主任設計師宋曉光在接受內地媒體採訪時介紹,此次對接任務有其獨特的難點,首先就在於對接時作為追蹤器的問天實驗艙,其尺寸和質量之大均創造了我國現有航天器之最。在交會對接任務時尤其要注意避讓太陽翼以及機械臂等大型部件。確保發動機在工作時產生的射流不能噴到這些大型的部件之上。而其採用的柔性太陽翼具有容易振動的特點,而即便是微小抖動,都會對航天器的控制精度和穩定性產生不利影響,從而加大交會對接的難度。
為此,問天實驗艙的研發團隊在設計環節就合理的佈置發動機的位置,避免發動機產生真空羽流干擾。此外還在全世界首創了「二次展開」的關鍵技術,即在發射後先將太陽翼展開約五分之一的長度,待對接完成後再完全展開到位,從而提高交會對接的可控性。
問天實驗艙上配備的這對雙自由度柔性太陽翼也刷新了我國航天器在軌使用太陽翼的長度紀錄。這種柔性太陽翼單個翼面展開面積約110平方米,差不多相當於一套三室一廳房子的面積。而一對太陽翼全部展開後翼展超過55米,比半個足球場還要長。
此前,我國的航天器多使用的簡單易控的半剛性太陽翼,為何在建造空間站的過程中要採用這種更難操控的柔性太陽翼?
航天科技集團五院問天實驗艙電總體主任設計師梁曉鋒介紹,問天實驗艙作為實驗平台,其需要為實驗載荷提供充足的電能,有更多的電才能開展更多在軌的實驗,更大的太陽翼則能滿足這一需求。在火箭整流罩尺寸,以及艙體各方面設計等約束條件下,與半剛性太陽翼收攏尺寸相當的柔性太陽翼,展開後就能獲取更大的面積,從而產生更多的電能。
問天實驗艙上兩個碩大的柔性太陽翼一起工作,每天平均發電量超過430度,在地面上,這個日發電量足夠一個北京市的普通家庭用上一個半月。
中國空間站還採用了一些特殊的設計,確保對接時空間站以及航天員的安全。
此次對接任務也是中國空間站首次在有航天員的狀態下迎接航天器來訪,為確保對接時空間站以及航天員的安全,中國空間站還採用了一些特殊的設計來提高對接的安全性。
宋曉光介紹,中國空間站上採用了一項名為「安全橢球」的設計。這種設計以空間站為中心設置一個橢圓範圍,作為追蹤器的問天實驗艙只能通過一條「對接走廊」接近空間站核心艙,實驗艙一旦偏離這條對接路徑,靠近橢圓範圍,就會主動的往後撤,和核心艙保持一個安全的距離,在確保沒有風險之後再次進行對接,「這也是對接時確保安全的底線設計。」
作為中國空間站的首個實驗艙,在試驗載荷功能上,問天實驗艙裝載了生命生態實驗櫃、生物技術實驗櫃、科學手套箱與低溫存儲櫃、變重力科學實驗櫃等8個實驗機櫃以及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。
中科院空間應用中心研究員,載人航天工程空間應用系統副總師呂從民介紹稱,空間應用系統問天實驗艙任務將以生命科學和生物技術研究為主。在空間生命科學與生物技術、微重力流體物理、空間材料科學、空間應用新技術試驗等四個領域規劃部署了十餘個研究主題,目前已立項四十餘項科學項目,空間站建成後將持續論證、滾動實施相關科學項目。
「問天」同時兼具實驗平台功能和生活功能,擁有獨立的生命保障,供電,以及實驗等系統,其整體功能甚至相當於一個獨立的「小型空間站」。功能如此強大的「問天」其所集聚的技術,是否也為未來中國空間站加裝新的艙段,進一步拓展規模和功能提供可能性呢?
梁曉鋒表示,問天實驗艙作為我國目前體積以及噸位最大的主動飛行器,其功能可謂是一應俱全。問天實驗艙與天和核心艙互為備份,關鍵平台功能一致,可以完全覆蓋空間站組合體工作要求。在對接完成以後,問天實驗艙將具備空間站組合體統一管理和控制能力,同時還將具備與核心艙進行交會對接、轉位和停泊的能力,從技術角度講這確實是為後續空間站擴展艙段做了很多技術鋪墊,「可以說我們為空間站擴展艙段做了一些關鍵技術的儲備,但後續是否會加艙,這需要遵循空間站的統一規劃。」
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