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天宫空间站太空授课换场地20吨级新舱

来源:空间站 时间:2025/3/10
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天和核心舱发射入轨至今已有一年多时间,期间共接待了6艘飞船靠泊对接,其中包括三批共9名航天员,我们的太空之家越建越大越来越完善。作为全球现役唯一由一国承建的载人空间站,如何与人民共享这一荣光并学习相关科学知识,也是天宫空间站的工作内容之一。

神舟十二号飞行乘组天地连线

神舟十二号飞行乘组由于是首批进驻航天员,在轨工作十分繁忙,再加上在轨时间只有3个月,相对较短,因此主要是择机与地面进行天地连线,到了神舟十三号飞行乘组时期就正式开启了名为“天宫课堂”的太空授课活动。

神舟十三号飞行乘组进行天宫课堂太空授课活动

前两批航天员都是在天和核心舱进行天地连线或太空授课活动,而到了神舟十四号飞行乘组时期就不一样了,他们将在“问天实验舱”进行天宫课堂太空授课活动。

神舟十四号飞行乘组将在问天实验舱进行太空授课活动

按照计划,本月问天号实验舱Ⅰ将搭乘长征5B遥三运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空,入轨后将在北斗卫星导航系统的帮助下与天和核心舱前向端口实施快速交会对接。

一个多月前运抵文昌航天发射场的长征5B遥三火箭问天实验舱将先与天和核心舱前向端口对接,之后再择机转位至第四象限停泊口。

问天实验舱是天宫空间站的第二个20吨级大型实验舱,该舱段轴向长度17.9米,最大直径4.2米,可以说这是当今世界规模最大的载人航天舱段。问天舱整体分为三个部分,分别是工作舱、气闸舱、资源舱。

问天实验舱的结构分布

“工作舱”可视为问天实验舱的大柱段,配置有生命生态实验柜、生物技术实验柜、科学手套箱与低温存储柜、变重力科学实验柜、航天基础实验柜,以及若干预留的空置实验柜,可在多个科学方向进行在轨实验研究。

神舟十四号飞行乘组此前在问天舱地面舱操作“变重力实验柜”训练画面问天实验舱“变重力科学实验柜”

工作舱除了有配置齐全的在轨科学实验设施,还配置有3个永久睡眠区,供航天员在轨轮换期间使用。

问天舱气闸舱舱门两侧永久睡眠区

天宫空间站有别于其他空间站的一个重要特征就是创新了“三舱核心组合体”设计理念,实现了结构与运动控制、信息系统、能源系统、热控流体回路、载人环境、推进系统的高效融合,达到1+1等于1的效果,就是无论舱段数量如何增加,它们都是浑然一体。

问天实验舱在“三舱核心组合体”设计理念中发挥了极其重要的作用,该舱段几乎完整备份了天和核心舱的所有功能。除了完整备份的生活保障功能,生命保障系统、控制力矩陀螺、气闸舱都做到了一对一的备份。

原设计问天舱A区配置有控制力矩陀螺(实际设计控制力矩陀螺可能转移至B区)

紧挨着工作舱的便是天宫空间站的“人员专用气闸舱”,问天舱到位后,原天和核心舱节点舱的人员出舱功能将成为备份。神舟十四号飞行乘组将通过问天舱的人员专用气闸舱实施出舱活动,该气闸舱空间更大,出舱口也更大,且出舱口朝向地球一侧,规避了由节点舱出舱时强烈的太阳光干扰问题。

同时,人员专用气闸舱在执行出舱任务过程中如果出现问题,舱外航天员还可以通过节点舱回到空间站,可谓是“异舱回站”,备份价值贯穿始终,不仅出舱前备份,出舱过程中亦可备份。

舱外航天员“异舱回站”神舟十四号飞行乘组03航天员蔡旭哲在问天舱气闸舱(地面验证舱)问天舱气闸舱出舱口在第一象限朝向地球一侧

人员专用气闸舱舱外配置有大量的舱外暴露实验载荷挂点,还有一套展开长度5米的小型七自由度机械臂。

问天机械臂与天和机械臂一样都可以支持航天员出舱活动,该臂最大承载力约3吨,虽然对比天和机械臂25吨承载力要小很多,但是问天机械臂拥有更高的位姿控制精度,可以直接夹取小型实验载荷,这是天和机械臂做不到的。

问天实验舱机械臂支持航天员出舱活动

问天机械臂还可以与天和机械臂进行双臂对接的级联组合,组成长度达15米的超长机械臂,在天和机械臂舱体爬行功能支持下,可以实现空间站外表面的全触达。

天和机械臂与问天机械臂级联组合双臂级联组合地面测试神舟十三号飞行乘组第二次出舱任务中安装的双臂级联组合转接件

紧挨着人员专用气闸舱另一端的是资源舱,此处配置有完善的姿轨控动力系统,问天舱入轨后有自主的动力系统进行变轨与对接操作,还有展开面积远大于天和核心舱太阳翼的大型双自由度柔性太阳翼,太阳翼配置的是三结砷化镓太阳能电池,光电转换效率超过30%。

实验舱双自由度太阳翼压紧安装在资源舱外表面

几乎完整备份核心舱功能的问天实验舱还能同时保有强大的在轨实验功能,放眼人类载人航天史,也从未有如此之舱段,即便是吨级的国际空间站也没有做到这一点。

天宫空间站一期工程建成示意图

话说,今年10月我们还将发射梦天号实验舱,这将是天宫空间站的第三个20吨级大型舱段,这里也可以成为进行太空授课活动的另一个新场地。

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