i-Refill | 10个脑洞,想问问问天实验舱
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过去几天最令人激动的消息,莫过于问天实验舱(以下简称问天舱)顺利发射,并与天和核心舱顺利交会对接。
作为我国天宫空间站的第一个实验室舱模块,问天舱舱段规模20吨,主要任务是支持密封舱内应用和舱外试验、备份核心舱部分平台管理功能、存储货物等。它可以支持航天员出舱活动,配置的小机械臂也既可以单独使用,也可以跟核心舱的大机械臂组合使用,共同完成航天员的出舱、舱外设施照料、巡检等任务;此外,问天实验舱还配置有3个睡眠区、1个卫生间和厨房等设施......
打住。IDG君相信,大家已经在过去几天已经或多或少地了解以上关于问天舱的基本信息,但也一定和IDG君一样,产生了一些没有查到确切答案的好奇。
今天,IDG君把自己的脑洞问题梳理出来,请我们的被投企业银河航天热控分系统主任设计师杨鹏作答。
带着好奇心,一起对问天舱再探究竟。
全文共5285字
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我们知道,两点之间直线距离最短,但理论上可行的道理在太空中要克服很大引力,航天器因此要耗费大量燃料。所以,科学家们采取的策略是:先把问天舱发射到一个低轨道,让问天舱自己运行一段时间,在运行到合适位置时加速和空间站同一高度,在两者相遇后就能实现对接。
看似简单的逻辑实际上有很多障碍需要克服,最大的挑战是要找到最合适的加速时机,因为如果加速时间不准确,问天舱就总是无法和空间站相遇。
在过去,飞行器在何时加速,都是由科学家在地面收集信息、经历复杂计算后再传递给飞行器的,这样一来一往,导致对接需要几十个小时。而此次问天舱的对接请来了最强buff北斗卫星——北斗卫星替科学家先收集空间站的位置速度等信息,然后再同步给问天舱,问天舱收到信息后通过智能计算来决定自己的加速时机。
此外,负责运送问天舱的长征五号B运载火箭的起飞也非常关键。此次长征五号B运载火箭应用了起飞时间偏差修正技术,最大修正时间为2.5分钟,简单来说,就是在0到2.5分钟这个时间段内的任一时间点发射,火箭都可以在飞行过程中自动修正因推迟发射导致的飞行偏差,将实验舱精准送入预定轨道。
这就是我国最新的快速交会对接技术,可以把原来动辄几十个小时的对接缩短到此次的13个小时。因为实现了这样历史性的突破,“零窗口”技术才在过去几天被频繁提及。
①提前启动舱内有害气体净化功能,建立满足进人条件的环境,包括舱内的压力、温度、湿度和风速等;
②确保天和核心舱、过道和问天实验舱压力都一致平衡后,这样才能轻松打开舱门。
北京时间7月25日10:03,神舟十四号航天员乘组已经顺利进问天实验舱,这也是我国航天员首次在轨进入科学实验舱。进入问天实验舱后,航天员马上要进行忙碌的整理工作:物资搬运、生活环境布置、科学实验准备、出舱活动准备,会把“太空之家”布置得更加合理、宽敞、舒适。
目前,航天员们已经顺利完成所有状态设置,后续将按计划开展组合体姿态融合控制、小机械臂爬行和大小臂组合测试等在轨工作,并利用问天舱气闸舱和小机械臂进行航天员出舱活动。
目前,航天员们生活的天和核心舱有3个睡眠区。考虑到在地面的生活方式,航天员在睡眠区是“躺式”睡觉;此次问天舱配备的3个睡眠舱都是竖式的,同样非常美观和舒适,超过了火车软卧的舒适级别。
和地面相比,空间站可以提供长时间的、稳定的微重力和辐射环境,十分有利于开展探索宇宙起源、揭示物质本质和运动规律的基础性科学实验,以及面向空间生命科学、材料科学等一系列的实验。
对空间科学和应用研究,不仅可以帮助我们理解基础的物理学和宇宙学规律,同时通过生物、医学、材料学等研究提升人类在地球上的生活质量,而且可为人类未来走向深空而做一些知识和技术上的储备。
问天舱作为我国目前最重、尺寸最大的单体飞行器,在极冷极热的太空环境中,想要保证舱内各种设备始终处于20多摄氏度的舒适环境,就要靠航天科技集团五院空间站问天实验舱热控团队研制的“太空空调”。
“太空空调”的核心是遍布各个位置的液冷系统,此次科学家为问天实验舱研制了3套液冷系统,将各种设备或试验载荷产生的热量收集并辐射到外太空,可支持数千瓦级以上试验载荷的散热,其中一套是专门为舱外试验载荷进行温度保障的散热回路;此外,科研人员开发了大尺寸、高效界面导热材料,兼顾了舱外载荷维修和导热的双重目的。
在“太空空调”的研制中,为满足部分特殊设备的温度控制要求,许多新科技纷纷登场,如舱外设备上使用的太阳反射率超过90%的“白色外衣”、石墨烯导热索技术等。
实验柜的寿命大概是多少年?如果实验柜坏了,是直接扔进宇宙,还是放回货运飞船带回大气层烧烧毁?
韦布望远镜刚受到陨石撞击,被太空“刺客”撞击在所难免,问天舱有应对措施吗?
在问天实验舱舱体上,科学家搭建了结构健康监测系统,会对舱体结构的健康状态进行实时监控。
一旦出现空间碎片撞击事件或舱压异常下降事件,系统会立即自动响应并快速报警,同时对撞击进行高精度定位,同步为航天员显示出撞击区域图形,全面保障太空驻留安全。
被大家关注的问天舱小机械臂有什么特点?
未来会有外国宇航员入驻天宫空间站吗?
中国载人航天工程自立项实施以来,始终坚持和平利用、平等互利、共同发展的原则,已经和多个航天机构和组织签署了合作协议,实施了形式多样的合作项目,也取得了丰硕的合作成果。中国空间站是首个向所有联合国会员国开放的项目,目前已有17个国家、23个实体的9个项目成为中国空间站科学实验首批入选项目。
问天、天问、梦天、天宫、天舟、天和、天链......傻傻分不清?
| 天宫
我国正处于载人航天工程“三步走”的第三步,在第二步走阶段,我国发射了天宫一号和天宫二号。
天宫一号于2011年9月29日发射升空,是我国当时全新研制的首个目标飞行器。它先后与神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船进行交会对接,完成了各项既定任务。期间,与神舟九号实施首次载人空间交会对接,神舟十号航天员王亚平在天宫一号进行首次太空授课。2018年4月,天宫一号再入大气层,再入落区位于南太平洋中部区域,绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀销毁。
天宫二号空间实验室于2016年9月15日发射入轨,与神舟十一号、天舟一号进行了多次交会对接,并开展了一系列空间实验,充分验证了航天员中期驻留太空的能力、推进剂在轨补加技术,为建造空间站奠定基础。2019年7月,天宫二号受控离轨并再入大气层。
| 天和+问天+梦天组合
我国正处于载人航天工程“三步走”的第三步,建造空间站是第三步的重要目标。中国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,其中天和核心舱是空间站的中枢和智慧大脑,是航天员做长期驻留的主要生活场所,问天和梦天都是空间站实验舱,都会安装在天核的接口上,其中问天实验舱主要面向空间生命科学研究,梦天实验舱主要面向微重力科学研究。
|天舟(就是我们亲切的“快递小哥”)
天舟是货运飞船,就是被大家亲切称呼为“快递小哥”的那位!它的主要任务是为空间站运送货物和推进剂等物资。
2017年,天舟一号成功发射并与天宫二号成功交会对接,突破并掌握货物运输、推进剂在轨补加等关键技术,载人航天工程第二步圆满收官;2021年至今,“天舟二号”“天舟三号”“天舟四号”货运飞船和“神舟十二号”“神舟十三号”“神舟十四号”载人飞船成功发射,先后与天和核心舱对接。
| 天问
我国行星探测任务命名为“天问系列”,首次火星探测任务命名为“天问一号”,后续行星任务依次编号。“天问一号”于2020年7月23日成功发射,2021年5月15日登录火星,一周后,火星车“祝融号”开展巡视探测,在火星上首次留下中国人的印迹,中国航天实现从地月系到行星际探测的跨越。
天问一号和祝融号的合影
截至2022年6月29日,天问一号获取了覆盖火星全球的中分辨率影像数据,各科学载荷均实现火星全球探测。天问一号任务环绕器和火星车均完成既定科学探测任务。
| 天链
在载人航天任务中,如果注意观察,我们大概率会看到播出画面右上角的“天链”字样。“天链”就是天链中继卫星。
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