10月31日下午，中國(guó)空間站第三個(gè)艙段夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在文昌航天發(fā)射場(chǎng)由長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭托舉升空，順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。后續(xù)，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將與天和核心艙進(jìn)行快速交會(huì)對(duì)接以及平面轉(zhuǎn)位，完成空間站“T”字基本構(gòu)型組裝。
(資料圖)
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的成功發(fā)射有哪些看點(diǎn)？夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在空間站將肩負(fù)哪些重任？
看點(diǎn)一：長(zhǎng)五B有“大力氣”
長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到25噸級(jí)，是目前世界上在役火箭中唯一一型一級(jí)半直接入軌的火箭，也是我國(guó)目前近地軌道運(yùn)載能力最大的新一代運(yùn)載火箭，被稱為長(zhǎng)征火箭家族中的“大力士”。
我國(guó)空間站三個(gè)艙段重量均超過22噸，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭作為“空間站艙段運(yùn)輸專列”，自中國(guó)空間站工程建造實(shí)施以來(lái)，已成功托舉天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙升空。此次夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的起飛重量約23噸，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭自然是發(fā)射任務(wù)的最佳選擇。
長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭的“大力氣”是怎樣練出來(lái)的？
中國(guó)航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭總體副主任設(shè)計(jì)師劉秉介紹，其大運(yùn)載能力，得益于充分發(fā)掘了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)大推力、氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)高比沖的優(yōu)勢(shì)。
長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭配備的8臺(tái)120噸級(jí)的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，里面最高壓強(qiáng)有500個(gè)大氣壓，起飛推力能達(dá)到1000多噸。而一級(jí)火箭配置的2臺(tái)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，因其比沖高的特點(diǎn)，使火箭能夠以較少的燃料獲得較大的推力。
“所謂比沖，就是發(fā)動(dòng)機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)燃燒一定量的燃料所產(chǎn)生的推力。”劉秉說，這就好比汽車的“油耗”，使用液氫和液氧推進(jìn)劑的發(fā)動(dòng)機(jī)“油耗”較低，是目前我們掌握的比沖較高的推進(jìn)劑之一。
此外，為滿足空間站大艙段發(fā)射任務(wù)要求，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭突破了20.5米國(guó)內(nèi)最大整流罩分離技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并將發(fā)射窗口由“零窗口”拓展為正負(fù)2.5分鐘的“窄窗口”。
據(jù)了解，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭還將承擔(dān)中國(guó)第一個(gè)大型空間巡天望遠(yuǎn)鏡發(fā)射任務(wù)，屆時(shí)將與中國(guó)空間站共軌飛行，開展更多的宇宙空間探測(cè)和前沿科學(xué)研究。
看點(diǎn)二：夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的獨(dú)特之處
本次發(fā)射的夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙作為中國(guó)空間站第三個(gè)艙段，與天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙的任務(wù)分工和定位有何異同？
從對(duì)人的支持角度來(lái)看，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的定位是航天員工作的地方，因此沒有配置類似天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙的再生生保系統(tǒng)以及睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)。我國(guó)空間站三個(gè)艙段均配置有航天員的鍛煉設(shè)備，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙配置的是抗阻鍛煉設(shè)備，類似健身房的劃船機(jī)。
從總體構(gòu)型來(lái)看，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的“肚子”更圓，它由工作艙、貨物氣閘艙、載荷艙、資源艙組成，并采用了獨(dú)特的“套娃”設(shè)計(jì)。工作艙通過對(duì)接機(jī)構(gòu)與核心艙相連，主要是航天員艙內(nèi)工作與鍛煉的地方，也是艙內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜安裝的地方。載荷艙與貨物氣閘艙則以“雙艙嵌套”的形式與工作艙相連，在載荷艙的內(nèi)部，隱藏著一個(gè)貨物氣閘艙，主要作為貨物出艙專用通道。資源艙則是對(duì)日定向裝置和柔性太陽(yáng)翼等安裝的地方。
從支持應(yīng)用任務(wù)來(lái)看，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙作為“工作室”，是我國(guó)空間站三個(gè)艙段中支持載荷能力最強(qiáng)的艙段，其配置了13個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷機(jī)柜，主要面向微重力科學(xué)研究，可支持流體物理、材料科學(xué)、超冷原子物理等前沿實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
同時(shí)，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙艙外配置有37個(gè)載荷安裝工位，可為各類科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷提供機(jī)、電、信息方面的能力支持，確保它們?cè)谔窄h(huán)境下開展各類實(shí)驗(yàn)。特別是載荷艙上配置有兩塊可在軌展開的暴露載荷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)一步增強(qiáng)了空間站的載荷支持能力。
看點(diǎn)三：為空間站艙外科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)大支持
作為我國(guó)空間站首個(gè)具有貨物氣閘艙的艙段，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將為空間站開展艙外科學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)全新“體驗(yàn)”。
在沒有貨物氣閘艙之前，一般是通過航天員“出艙帶貨”的方式進(jìn)行艙內(nèi)外貨物的轉(zhuǎn)移、安裝，但這種方式往往會(huì)受到航天員出艙次數(shù)、載荷數(shù)量與大小的限制，且航天員頻繁進(jìn)行出艙活動(dòng)還將面臨空間環(huán)境中更為復(fù)雜的安全考驗(yàn)。因此，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙貨物氣閘艙的應(yīng)用，將為空間站后續(xù)開展各類艙外科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)大支持。
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)還配置了一臺(tái)載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，可以穩(wěn)定將貨物從艙內(nèi)送出艙外，或?qū)⑴撏庳浳镞\(yùn)至艙內(nèi)。這臺(tái)載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)的運(yùn)送能力達(dá)400千克，與航天員“帶貨出艙”的方式相比，貨物出艙能力進(jìn)一步提升，還可為在軌工作生活的航天員“減負(fù)”，以便其將更多時(shí)間精力用于開展艙內(nèi)各項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。
同時(shí)，為滿足將來(lái)更大尺寸、更大重量貨物的進(jìn)出艙需求，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的貨物氣閘艙上還安裝了一款方形艙門，寬度可達(dá)1.2米。艙門采用全自動(dòng)弧形滑移設(shè)計(jì)，可以為貨物的進(jìn)出艙提供一條寬闊走廊。這是方形自動(dòng)艙門首次亮相中國(guó)空間站。
中國(guó)航天科技集團(tuán)八院空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙總體副主任設(shè)計(jì)師孟瑤介紹，貨物進(jìn)出艙功能是夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的重要功能之一，如果把問天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙比作是“國(guó)際機(jī)場(chǎng)”的話，那么夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的貨物氣閘艙就可以比作是重要的“物流港”。貨物進(jìn)出艙功能主要是通過航天員發(fā)送指令完成，實(shí)現(xiàn)了“指尖上的物流”能力。
此外，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙具備微小飛行器在軌釋放的能力，將作為開放合作平臺(tái)進(jìn)一步增強(qiáng)空間站的綜合應(yīng)用效益。其配置的微小飛行器在軌釋放機(jī)構(gòu)，能滿足百公斤級(jí)微小飛行器或多個(gè)規(guī)格立方星的在軌釋放需求。
操作時(shí)，航天員只需在艙內(nèi)把立方星或微衛(wèi)星填裝到釋放機(jī)構(gòu)的“肚子里”，釋放機(jī)構(gòu)即可搭乘載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)將小衛(wèi)星運(yùn)送至艙外。出艙后，機(jī)械臂抓取釋放機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到指定方向，像彈弓一樣，把小衛(wèi)星依次以一定速度“彈射”出去。
看點(diǎn)四：更高難度“太空之吻”
此次夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射后，將與空間站組合體交會(huì)對(duì)接，如“萬(wàn)里穿針”般上演更高難度的“太空之吻”。
中國(guó)航天科技集團(tuán)五院502所空間站實(shí)驗(yàn)艙主任設(shè)計(jì)師宋明超介紹，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與三個(gè)月前發(fā)射的問天實(shí)驗(yàn)艙個(gè)頭差不多，但是交會(huì)對(duì)接過程卻是“難上加難”。為了解決兩大難點(diǎn)，制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)在其中發(fā)揮了重要作用。
第一個(gè)難點(diǎn)也是此次交會(huì)對(duì)接任務(wù)的最大危險(xiǎn)點(diǎn)，因夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙入軌后太陽(yáng)與軌道夾角較大，太陽(yáng)翼發(fā)電量不足以補(bǔ)充耗電量，如果不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成交會(huì)對(duì)接，就需要中斷自主交會(huì)對(duì)接過程而緊急調(diào)整夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的姿態(tài)，使其連續(xù)對(duì)日定向來(lái)保證能源供應(yīng)。
第二個(gè)難點(diǎn)是夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙交會(huì)對(duì)接時(shí)組合體是“L”構(gòu)型的非對(duì)稱構(gòu)型，與問天實(shí)驗(yàn)艙交會(huì)對(duì)接時(shí)組合體對(duì)稱構(gòu)型不同，這顯著增加了空間站在軌姿態(tài)控制的難度。
為此，中國(guó)航天科技集團(tuán)五院的技術(shù)人員為夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙特別定制了交會(huì)對(duì)接任務(wù)故障預(yù)案，開展了大量的預(yù)演預(yù)判和試驗(yàn)驗(yàn)證工作。
根據(jù)空間站建造計(jì)劃安排，后續(xù)我國(guó)還將在文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射神舟十五號(hào)載人飛船。（記者宋晨、胡喆、李國(guó)利、陳凱姿、溫競(jìng)?cè)A、張建松）
