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“夢天”艙將成為中國空間站的科研“夢工廠”

簡介“夢天”實驗艙在海南文昌成功發射(圖片來源:ICphoto)觀察者網:“夢天”艙發射成功後,將在我們的空間站承擔哪些任務

到夢空間登不上去怎麼回事

觀察者網:

“夢天”實驗艙的發射任務在大家的期待中圓滿完成。對於“夢天”的發射而言,比較良好的條件是怎樣的?

龐之浩:

“夢天”的發射需要的條件,第一要考慮天氣,不能有颱風或雷暴等不利因素。海南天氣多變,我們需要憑藉天氣預報確定合適的發射時間。今天發射的時間就是趕上了一個不錯的天氣。

第二個條件是空間站的星下點軌跡合適,空間站要正好在海南上空過頂飛行,這時候發射實驗艙兩者距離最近,就能用最少的能量把實驗艙送到最佳的軌道上,從而用最節省能量的方式完成與空間站核心艙的交會對接。

第三,還要考慮陽光的因素。實驗艙發射到太空後,會展開太陽能電池板。充足的陽光照射有助於實驗艙更好地運作。

“夢天”艙將成為中國空間站的科研“夢工廠”

“夢天”實驗艙在海南文昌成功發射(圖片來源:ICphoto

觀察者網:

“夢天”艙發射成功後,將在我們的空間站承擔哪些任務?

龐之浩:

“夢天艙”是一個更加專業的實驗艙,這是它相較於“問天”艙最大的特點——“問天”艙是“多面手”,除科研實驗機櫃外,還有3個臥室、1個衛生間以及小機械臂和再生式生保系統;“夢天”艙則是純科學實驗艙,幾乎全部空間都用於裝載科研實驗機櫃,沒有臥室等。如果需要用機械臂,問天艙的小機械臂可以爬到夢天艙上作業。

“夢天”艙最多可安置13個實驗機櫃,這次“夢天”艙搭載了8個實驗機櫃,後續還可透過天舟貨運飛船送上更多的實驗機櫃。總之,有了“夢天”我們的科研實力得到了極大的擴充套件。

第二,在實驗方向上,“問天”艙側重於開展空間生命科學實驗和生物技術實驗,而“夢天”艙則側重於開展微重力科學實驗,包括燃燒科學實驗、材料科學實驗、流體科學實驗和基礎物理實驗等。

第三個突出的區別在於“問天”的氣閘艙是人員氣閘艙,用於航天員進出;而“夢天”的氣閘艙是貨物氣閘艙,用於貨物進出。在結構上,人員氣閘艙是外方內圓;而貨物氣閘艙則是圓形“套娃”,載荷艙套著氣閘艙。在尺寸上,人員氣閘艙相對較大;貨物氣閘艙則不需要太大尺寸,否則(可能導致)開艙門時會放跑艙內較多氣體、增加不必要的成本。另外,貨物氣閘艙的自動化程度也很高,艙內的載荷轉移機構可以使得貨物可以自動進出艙,從而節省了航天員的時間和體力。

不僅如此,“夢天”艙還有小衛星釋放機構。載荷轉移機構與小衛星釋放機構關聯後,可將後者送至艙外,再由“問天”艙的機械臂抓住小衛星,以類似“彈弓”的方式將其釋放出去。這個過程是非常有趣的。

另外,“夢天”艙外還配置有1個固定平臺和2個展開平臺。

觀察者網:

也就是說“夢天”艙的設計基本上是從純粹的工作狀態來考慮的?

龐之浩:

是的。“夢天”艙相當於一個專門做科研的“夢工廠”。

觀察者網:

相較於“問天”、“天舟”等“天字輩”前輩,“夢天”在對接方面有哪些新的技術難點呢?

龐之浩:

“夢天”艙的對接方式和“問天”艙基本是一樣的。首先,要與核心艙的節點艙前向對介面進行軸向對接。這時,實驗艙的太陽能電池翼不可完全展開,單翼展開6米多,否則交會對接時會對實驗艙產生擾動,影響對接。

對接完成之後,實驗艙的太陽翼將完全展開,展開後雙翼總長有50多米,能提供將近7000瓦的功率。

最後,實驗艙將透過轉位機械臂轉為T字構型。T字構型有兩個好處:第一是使空間站對稱;第二是使空間站質心居中。這樣可以減少因姿態控制而消耗的能量。形成T字型後,空間站上的供電,資訊和熱控等系統才能進入最佳工作狀態,整個空間站就能發揮更大的作用。

觀察者網:

據媒體報道,“夢天”對接可以說是空間站的“收官之戰”,空間站的主體至此基本完成。之後,空間站還會有新的建設嗎?

龐之浩:

2024年我們將發射巡天光學艙。我們最初的計劃是將巡天光學艙對接在空間站上,之後為了減少人員擾動而決定讓其單獨飛行。巡天光學艙將與空間站共軌飛行,在需要加註燃料、升級裝置或更換裝置時它可以與空間站對接,由航天員為巡天光學艙為其服務。

我們的空間站將會成為世界第一個“航天器母港”。根據空間站的結構設計,空間站以後還可以根據需要擴充套件為十字形或“幹”字形,以進一步增大活動空間。我們的空間站後續還會根據需要進一步擴大,陸續發射新的科學實驗艙。

去年是空間站的關鍵技術驗證階段,今年是空間站建造階段,明年就要進入空間站發展應用階段了。所以今年的另兩個重大任務是天舟4號的發射、神舟15號航天員與神舟14號航天員的交班,由此逐步過渡到應用發展階段。

目前位於空間站的第一、第二批航天員是“飛行專家”,也就是航天駕駛員。之後,我們還會上“任務專家”,也就是航天工程師和載荷專家,他們將被派往空間站進行更復雜的空間站維護、升級和更復雜的科學研究。我國第四批航天員的選拔將於今年開始。港澳的科學家也可以報名參加載荷專家的選拔。

“夢天”艙將成為中國空間站的科研“夢工廠”

實驗艙三艙聯試(圖片來源:中國航天科技集團五院

觀察者網:

隨著空間站趨於完成,我們普通人也心潮澎湃。幾十年前,空間站好像離我們中國人很遙遠,但是現在,我們已經擁有了屬於自己的完整的空間站。與之前的其他國際空間站相比,中國的空間站有哪些不一樣?未來,中國的“星辰大海”之路還將有哪些長期目標和宏偉願景?

龐之浩:

中國空間站起步晚,但起點高。我們利用後發優勢,沒有走美國和蘇聯的老路。

美蘇最初的空間站都是單艙式空間站;而中國利用後發優勢,直接發射了多艙式空間站,我國建造的第一座空間站時就達到了世界第三代空間站以上的水平。

不同於多個國家共同完成的國際空間站,中國空間站由中國獨立研發,採用一體化設計,成本更低,可靠性更高。

另外,我國空間站採用了很多先進技術,比如大型柔性太陽電池翼、可再生式生命保障系統、達到世界第三代水平的可以行走的大型7自由度機械臂、電推進系統等。

中國空間站的規模雖然比國際空間站小,但效益比它高。中國空間站中科研實驗裝置重量佔整個空間站重量的佔比高於國際空間站高,用於科學實驗裝置的電源佔整個空間站電源的佔比也高於國際空間站。所以,我國可以在空間站上開展更高效的科學實驗。目前,中國空間站上共開展了11個方向的科學實驗,均瞄準世界先進水平。我們不僅要在空間站上開展航天醫學實驗、空間科學實驗,還要開展航天技術的新實驗,為日後的載人登月乃至載人登火專案奠定基礎。

觀察者網:

今天建成的空間站將成為下一步探索的起點和基地。

龐之浩:

對,空間站是一個國家級的太空實驗室,它上面的很多技術不僅對科研有很大推動,對國計民生也有很大的幫助。比如,空間站上的燃燒科學實驗很可能有助於提高地面燃燒的效率,從而減少汙染;材料科學實驗有可能利用太空特殊環境推動新材料的研發;還有很多其他技術將來也可能轉向民用領域,例如光電轉換效率高達30%以上的柔性太陽電池翼將來可能用於地面發電,等等。

觀察者網:

所以,我國空間站雖然起步晚,但站位特別高。未來,我們會把一個全新的空間站展現在人類面前。

龐之浩:

是的。另外,我們還會利用空間站開展科普教育及國際合作,這也將有助於科技發展、有助於人類共享太空成果。

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