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“天宮二號”背后的高科技支撐

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“天宮二號”于2016年9月15日22時04分09秒在酒泉衛星發射中心發射成功,10月19日“天宮二號”與“神舟十一號”載人飛船在高度約393km的軌道上完成了交會對接,載人飛船搭載的航天員景海鵬、陳冬成功訪問“天宮二號”空間實驗室。兩名航天員在軌駐留30天期間,開展了有人參與的空間科學和應用試驗、航天醫學實驗和在軌維修技術試驗等。

按照任務計劃安排,“天宮二號”還將和“天舟一號”貨運飛船交會對接,開展推進劑補加、繞飛交會對接、貨運飛船控制組合體、快速交會對接等試驗。“天宮二號”獨立飛行期間,開展在軌空間科學和空間應用技術試驗。

“天宮二號”空間實驗室是在“天宮一號”目標飛行器基礎上研制的航天器,兩者外形相同,但卻承擔著不同的任務。“天宮一號”作為目標飛行器,主要是和載人飛船配合完成空間交會對接試驗任務,在這個基礎上研制的“天宮二號”空間實驗室,是我國首個具備補加功能的載人航天科學實驗空間實驗室。“天宮二號”首次實現航天員30天中期駐留,首次應用推進劑補加技術、提前驗證空間站技術,并開展大量載荷科學和應用試驗。

針對任務特點,“天宮二號”采用了多項高科技設計。

采用多項一體化設計

“天宮二號”采用了環熱控一體化設計方案,實行天宮二號主控、來訪飛船停靠的環境控制模式,滿足了不同人數、多種工作模式約束下的環境需求,解決了設備溫度、航天員工作區濕度耦合控制難題,實現了熱管理的優化控制。

針對兩飛行器組合體模式,提出了航天器間多模式信息融合技術,實現了兩飛行器全任務過程的實時多源信息交互,解決了通過單飛行器測控通道實現兩飛行器實時遙測、遙控的難題,保證了地面對兩飛行器狀態的同步監控;建立了不同飛行器多個艙段信息遠程交互顯示和指令控制體系,實現了航天員在任一飛行器內對組合體狀態的實時掌控,確保了載人組合體駐留任務的成功。

首次提出了可重構的載人航天器安全模式設計方案,實現了對姿軌控、供配電、環熱控、推進等關鍵系統的自主故障診斷、自主故障處理和自主系統重構,有效降低了長期無人值守期間的系統風險,提高了載人航天器長期在軌飛行的安全性。

首次提出了載人航天器多用戶、大容量數據分級管理方法,建立了系統網與載荷網分級管理、多路由/多鏈路高低速傳輸的數據管理平臺,解決了大容量載荷數據和低速高可靠平臺數據綜合管理難題,為后續空間站數據管理架構奠定了技術基礎。

首次應用推進劑在軌補加技術

空間實驗室通過壓氣機將增壓氣體回壓至氣瓶,貨運飛船以壓力恒定方式將推進劑輸送至空間實驗室的推進劑貯箱,完成推進劑補加;補加開始由地面啟動,設計了補加量預設功能以實現補加到位后自主停止,設計了23項處置實時性強的模式實現自主診斷與處置。

截至目前,只有俄羅斯和美國掌握了推進劑補加技術,其中又只有俄羅斯實現在軌補加應用。而“天宮二號”的壓氣機相比工業壓氣機,解決了在真空環境中高速運動下的動密封性難題,單個貯箱的抽氣時間相比俄羅斯節省了1/2,出口壓力超過了“和平”號和國際空間站,功耗卻低于前兩者。

首次實現航天員三十天駐留

“天宮二號”與“神舟十一號”載人飛船組合體期間,首次實現了由一艘載人飛船支持下完成30天中期駐留,與飛船共同攜帶消耗品。

為了確保航天員安全,創建了電纜網高壓獨立傳輸和二次隔離、航天員活動區屏蔽高壓設備、高壓危險源標識等設計方法,解決了電纜網高壓傳輸和人員安全問題,避免了高壓傳輸對航天員的危害。設計了微量有害氣體凈化器,能夠滿足空間實驗室任務有害氣體凈化需求;設計了微生物控制裝置,總容塵能力可以滿足艙體2年任務期和2名航天員30天駐留期間的除塵需求,航天員駐留期間空氣潔凈度不低于十萬級。

系統從提高生活質量、降低工作負荷、改善睡眠環境、豐富娛樂條件等幾個方面實現了載人宜居的環境設計,在有限的組合體空間內,集成了內部裝飾、艙內活動空間規劃、視覺環境與照明、廢棄物處理、物品管理、無線通話等宜居技術,為航天員提供舒適人性化的空間家居環境,使航天員在30天駐留期間,生活和工作舒適愜意。

30天在軌駐留期間,航天員將產生大量種類繁多的廢棄物。為了使廢棄物不占用航天員活動空間,同時保障清新的艙內空氣,綜合利用飛船軌道艙和實驗艙空間,設計專門的廢棄物貯存區存放廢棄物,不占用航天員正常生活空間;通過對廢棄物真空密封保存處理避免廢棄物異味。

不僅如此,航天員在軌還可實時收看新聞聯播,與地面進行視頻通話。2016年11月9日下午,中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平與景海鵬、陳冬兩位航天員進行了視頻通話,總書記在視頻通話中鼓勵他們:“希望你們再接再厲、密切配合、精心操作,圓滿完成后續任務。祖國和人民盼望你們勝利歸來!”整個過程語音流暢、畫面清晰。

搭建在軌維修試驗系統

首次搭載了匯集機、電、氣、液等典型工作特性的獨立運行平臺,比如在“天宮二號”搭建了可流動的液體回路驗證系統,驗證空間站維修技術;搭載了機械臂、機械手、控制器、維修設備和工具構成的機械臂操作終端試驗,首次開展我國人機協同在軌維修試驗,對典型人機協同維修操作進行驗證,為后續空間站任務中的人機協同在軌維修提供技術儲備;為了驗證空間站柔性太陽電池陣技術,搭載三塊柔性太陽電池陣試驗件,開展高低溫循環、低軌等離子體高壓防護、耐原子氧試驗。

裝載大量空間科學和應用試驗設備

“天宮二號”空間科學和應用試驗載荷設備數量由天宮一號的5項23件增加至14項51件,重量由560kg提高至608kg;開展了涉及微重力基礎物理、微重力流體物理、空間材料科學、空間生命科學、空間天文探測、空間環境監測、對地觀測及地球科學研究應用以及應用新技術試驗等8個領域的空間應用技術試驗,多項實驗處于世界前沿。

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責任編輯: 閆玥

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