“新房”上線!七問問天實驗艙
來源: 科技日報
編輯: 孫瑩
2022-07-25 12:11:38
7月24日14時22分,中國空間站問天實驗艙在海南文昌航天發射場發射升空,準確進入預定軌道。25日3時13分,問天實驗艙與天和核心艙組合體在軌完成交會對接。


來源:央視新聞客戶端

問天實驗艙是什么艙?

問天實驗艙由工作艙、氣閘艙及資源艙3部分組成,艙體總長17.9米、直徑4.2米,發射重量達23噸。這塊頭和分量,跟北京地鐵13號線的一節列車車廂差不多,是全世界現役在軌最重的單艙主動飛行器。>>詳情

這個“大家伙”是怎么造出來的?

氣閘艙肩負著長壽命及多種設備安裝的使命,對重要承力結構件的要求很高。經過論證,研制人員決定采用承力能力更高的內外雙筋壁板結構。

與常規的外置筋壁板不同,內外雙筋壁板需要在其內圓柱面上增加內置筋。從單筋到雙筋,難度不僅僅是翻倍。外筋在外面,看得見、好操作;內筋在圓柱面內部,不僅不好操作,還要渾然一體、要求很高。

經過反復分析測試,工藝人員提出這樣一種模具設計:先分、再拼,裝配時避讓開內筋位置,再進行產品的壓彎成形。最終他們得出了優化的壓彎成形軌跡,設定了合理的成形路徑和壓彎工藝參數。模具搞出來了,工藝參數有了,內外雙筋壁板順利實現了精密成形,滿足了設計需求。

問天實驗艙有一個為航天員出艙使用的艙門,艙門的門框由焊接工藝方式連接,是典型的空間曲線焊縫,要求焊接變形小、質量高。

此類空間曲線焊縫的焊接,在以往型號研制過程中均采用手工方式完成,而問天實驗艙產品焊接厚度增加到了5毫米,研制人員手工焊接時需要一層一層地焊,熱量輸入大、產品尺寸不易把握,焊接后結構應力大,無法滿足空間站長期在軌運行的可靠性要求。

唯一的辦法是攻克空間曲線自動化焊接技術。研制人員經過攻關、測試,設計了可柔性變化的焊接工裝,以柔化剛、借力打力,既滿足自動化焊接的功能,又保證空間曲線軌跡的可靠連接,順利完成了密封艙艙門門框的焊接,各項指標均滿足設計要求。>>詳情


7月25日在北京航天飛行控制中心拍攝的問天實驗艙與空間站組合體交會對接。這是問天實驗艙成功對接于天和核心艙前向端口的模擬圖像。新華社記者 郭中正 攝

與空間站對接后,航天員能直接進入嗎?

航天員中心問天實驗艙環控生保分系統主任設計師羅亞斌表示:不能!

羅亞斌介紹,航天員首次進駐至少需要以下步驟:首先是提前啟動艙內的有害氣體凈化功能,也包括艙內的壓力、溫度濕度和風速等,建立滿足進人條件的環境;二是要檢查天和核心艙和問天實驗艙的對接位置、對接過道是否密封完好,然后充氣,依次確保天和核心艙、過道和問天實驗艙的壓力都一致,才可以打開艙門。>>詳情


7月25日在北京航天飛行控制中心拍攝的神舟十四號航天員乘組進入問天實驗艙。這是航天員陳冬開啟問天實驗艙艙門。新華社記者 郭中正 攝

進入后,將開展哪些工作?

將按計劃開展組合體姿態融合控制、小機械臂爬行和大小臂組合測試等在軌工作,并利用問天艙氣閘艙和小機械臂進行航天員出艙活動。>>詳情

在問天實驗艙中,氣閘艙外方內圓,里面的圓柱狀空間,是航天員開展出艙活動時的“更衣間”——出艙氣閘。未來這里將成為整個空間站系統的主要出艙通道。

出艙氣閘還有一個直徑達1米的大門,航天員從這里進出不僅更加方便,還能攜帶大個頭的設備,讓艙外工作能力大大提升。

該艙還攜帶了一套5米長、7自由度的小機械臂,其小巧、精度高,方便抓中小型設備,完成精細操作。小臂還可以與核心艙大臂形成15米長的組合臂。未來,組合臂能夠在天和、問天、夢天三艙組合體之間“爬行”,開展更多艙外操作。>>詳情


7月25日在北京航天飛行控制中心拍攝的神舟十四號航天員乘組進入問天實驗艙。航天員陳冬(中)、劉洋(右)、蔡旭哲進入問天實驗艙。新華社記者 郭中正 攝

問天實驗艙里裝了啥?

問天實驗艙是一個集平臺功能與試驗載荷功能于一體的“全能型選手”。

平臺功能方面,問天實驗艙與天和核心艙互為備份,關鍵平臺功能一致,可以完全覆蓋空間站組合體工作要求。也就是說,在天和核心艙“想休息”的時候,問天實驗艙也能“帶你一起飛”。

除了保障航天員在軌長期駐留,問天實驗艙提供了專用氣閘艙和應急避難場所,讓中國空間站的在軌運行風險更加可控,在軌長壽命運行更加可靠。

在試驗載荷功能上,該艙裝載了8個實驗機柜、22個艙外載荷適配器,就像是把一個大型科學實驗室搬到了太空。>>詳情

未來在艙內將開展哪些實驗?

中國載人航天工程空間應用系統副總師、中科院空間應用中心研究員呂從民介紹,問天實驗艙部署了生命生態實驗柜、生物技術實驗柜、科學手套箱與低溫存儲柜、變重力科學實驗柜等科學實驗設施,配置了艙內外應用任務共用支持設備,聯合支持科學項目在軌全任務鏈實施。

生命生態實驗柜以多種類型的生物個體——如植物種子、幼苗、植株、小型動物為實驗樣品,開展擬南芥、線蟲、果蠅、斑馬魚等動植物的空間生長實驗,揭示微重力對生物個體生長、發育、代謝的影響。


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生物技術實驗柜以組織、細胞和生化分子等不同層次多類別生物樣品為對象,開展細胞組織培養、空間蛋白質結晶與分析、蛋白與核酸共起源和空間生物力學等實驗,探索微重力環境下細胞生長和分化規律和機制,為人類健康、生殖發育提供理論基礎;探索重力效應對生命起源和進化影響。

手套箱能為航天員操作多學科實驗樣品提供安全、高效支持,低溫存儲裝置能夠滿足不同實驗樣品低溫存儲需求。

變重力科學實驗柜能夠為科學實驗提供0.01克至2克高精度模擬重力環境,支持開展微重力、模擬月球重力、火星重力等不同重力水平下的復雜流體物理、顆粒物質運動等科學研究。>>詳情

在空間站做實驗,有啥好處?

在中科院空間應用中心研究員、應用發展中心主任張偉看來,空間站做實驗有顯著的優點?!翱臻g站能提供長期的微重力、輻射等特殊研究環境。在地球上,生命體和物質受到重力的作用,某些本質規律會被掩蓋,在微重力條件下我們有希望發現被重力掩蓋的物質本質規律?!睆垈ソ忉?。


高微柜懸浮實驗臺。圖片來源:中國載人航天

同時,載人空間站有人的參與,便于進行實驗操作、實驗模塊更換和維修維護;載人空間站還可以進行天地往返運輸,可實現實驗模塊更換及實驗樣品返回。在軌開展的生命、材料等科學實驗,有必要將實驗后的樣品返回,回到地面做進一步研究。

此外,“在空間站特定的軌道高度,便于進行天文、地球觀測和空間物理研究?!睆垈ヒ蕴煳挠^測為例說道,由于大氣的吸收和干擾,宇宙中的伽馬射線、X射線、紫外線、紅外線等無法在地面有效觀測到,相關譜段的天文觀測需要發射探測器到太空中開展觀測。>>詳情

問天實驗艙的到來,標志著中國空間站再迎里程碑式進展?!皢柼臁敝?,“夢天”也將很快起飛。期待中國航天繼續上演“宇宙級精彩”!

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