自天和一号核心舱发射以来,另外两个实验舱始终保持着“神秘色彩”,只在一次宣传片中“半亮相”。
随着在轨建造阶段任务日益临近,这种犹抱琵琶半遮面的状态也必将终结。这不,很快问天实验舱就以“出口转内销”的方式公开亮相了全身照:
问天实验舱轴向全长17.9米(相当于6层楼房高度),这一长度超越了国际空间站的任意舱段,比之天和一号核心舱16.6米的轴向长度还要长1.3米,该舱段与梦天实验舱同为当今世界轴向长度最长的单体载人航天器。
问天实验舱末端短桁架是一个非常巧妙的设计,它与国际空间站桁架用于太阳翼安装目的相同,同时利用问天舱与梦天舱对置布局形成的近40米横向跨度,起到类似国际空间站桁架结构的作用,使得太阳翼有效化解了相互遮挡的难题。
短桁架末端还可以用于核心舱太阳翼的转位安装,从而最大限度提高天宫空间站太阳翼整体受晒率,进而提高空间站整站三舱的发供电能力。
紧贴资源舱外表面安装的“箱板结构”是收拢起来的实验舱大型柔性太阳翼,该太阳翼采用二次展开设计,入轨后先行解锁一次展开,展开方式与核心舱太阳翼类似,独立运行期间进行单自由度运动对太阳指向,此时太阳翼依托短桁架运行于二四象限,目的是为了不干扰资源舱轨控发动机作业。
待问天实验舱与天和核心舱前向对接口对接后,实验舱太阳翼二次展开到位,此时实验舱姿轨控动力系统不再作业,实验舱太阳翼可以依托短桁架进行双自由度运动对太阳指向,进一步提高太阳翼受晒率。
紧贴资源舱外表面安装设备除了柔性太阳翼,还有偏置中继天线。它可以与天和一号核心舱中继天线、梦天实验舱偏置中继天线融合作业,进而使得天宫空间站测控覆盖率达到近100%,从而消除目前天宫空间站的几分钟测控盲区,届时只会在天线转换过程中出现以秒为单位计算短暂的测控中断。
再向下看,紧挨着资源舱的是问天实验舱“人员专用气闸舱”,完成实验舱转位组装后它将是天宫空间站的主份人员气闸舱,是在轨航天员进行出舱活动的首选场所。之所以选择该气闸舱为主份气闸舱,是因为该舱段位于实验舱加压密封舱末端,进行出舱行走时不会阻断其他舱段之间的交通。
“问天实验舱气闸舱”还可以与“天和核心舱气闸舱”形成互为备份的任务协作关系,这里的备份可以是出舱任务实施之前,也可以是出舱任务实施的过程中。例如,航天员由问天舱气闸舱出舱后,该气闸舱若出现故障,此时舱外航天员还可以自主转移至天和气闸舱回舱。
人员专用气闸舱外表面的方形装置是问天实验舱的外部暴露实验载荷接口,此处的暴露实验载荷可以由出舱航天员携带出舱安装,也可以由问天实验舱机械臂直接在舱外进行照料,同时也可以由梦天实验舱货物专用气闸舱转移出舱,再由机械臂转移至接口安装。
问天实验舱随舱上行携带了一部展开长度为5米的七自由度小型机械臂,从公布照片上目前还看不到,因为它的安装位置在人员专用气闸舱外表面一二象限交汇处。该机械臂承载力是3吨,虽然不及天和机械臂的25吨承载力,然而前者有着更高的操控精度,可以执行更为精细的作业任务。
问天舱机械臂还可以与天和机械臂进行级联组合,从而构成展开长度达15米的超长机械臂,依托后者的舱体爬行功能,可以实现空间站外表面全触达。
再向下看,与人员专用气闸舱接壤的是问天实验舱大柱段。从照片上看,该大柱段比天和一号核心舱大柱段略长一些,大概是因为问天实验舱的控制力矩陀螺没有像天和舱那样外置,而是内置于舱内。
问天舱控制力矩陀螺是天宫空间站姿态控制系统的重要备份装备,除此之外该舱段还将在能源管理系统、信息管理系统、载人环境系统等关键平台功能上进行备份,进而提高整站功能冗余能力。
问天舱大柱段是科学研究机柜的主要安装场所之一,也是在轨航天员进行科研实验的主要场所之一,天宫空间站三舱合计可以安装多达25台科学研究机柜,实验设备占整站规模比值刷新了人类历史纪录,远高于国际空间站。
除此之外,问天舱大柱段还配置有3个睡眠区与一个卫生间,这些生活保障设施可以在两批航天员在轨轮换期间发挥作用。今年下半年神舟十五号与神舟十四号两批6名航天员将呈现同驻天宫空间站的盛况,届时我国航天员在轨人数将在十天周期里成为在轨航天员人数最多的国家。
问天舱几乎完整备份了天和核心舱的所有关键平台功能,如此设计是为了将问天舱作为天宫空间站的应急避难区,一旦天和核心舱遭遇空间碎片撞击或者其它危及运行安全的事件,航天员就可以立即由节点舱进入问天舱长时间待援,届时节点舱双向承压舱门将关闭,从而保留由节点舱进入神舟载人飞船的生命通道。
问天舱还有一个与天和核心舱显著不同的设计,那就是姿控发动机并没有集中布置在资源舱,比如在实验舱大柱段前端也分布有姿控发动机,这大概是因为实验舱作为追踪航天器需要主动对接天和核心舱,这样一来对航天器姿态控制精度就有更高的要求。
再向下看,问天舱底部配置有一个主动对接装置,以及转位机械臂,由于振动试验台与问天舱之间的支撑结构遮挡,所以暂时还看不到。
该对接口将与天和核心舱前向对接口进行轴向对接,完成对接后转位机械臂将与天和核心舱节点舱转位机械臂适配器对接,进而直接带动问天舱转位至节点舱第四象限停泊口。
如果转位机械臂失效,还可以由天和机械臂捕获问天舱直接进行转位对接,巧合的是振动台试验照片展示的大柱段下方的机械臂适配器,恰好就是天和机械臂辅助实验舱转位对接用的机械臂适配器。
在实验舱转位对接任务中,主份方案是实验舱转位机械臂,备份方案是天和机械臂辅助转位。二者共同保障实验舱转位对接任务的万无一失,之所以下大力气进行如此设计,实在是因为实验舱转位容不得半点闪失,此项任务事关空间站建造任务的成败。
吃水不忘挖井人,当时间刻度来到2022年,具有国际领先水平的天宫空间站已经胜利在望,此时此刻我们不能忘记半个世纪前曙光一号载人飞船计划的艰难探索起步,再到载人航天工程三步走一步一个脚印的奋力追赶,这是伟大时代赋予我们的历史荣光。
转自公众号——巅峰高地