科技 | “问天”出征!硬核看点,全在这里了→

来源:作者: 2022-07-25425

2022年7月24日,长征五号B遥三运载火箭在文昌航天发射场成功将我国空间站问天实验舱精准送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

  2022年7月24日,长征五号B遥三运载火箭在文昌航天发射场成功将我国空间站问天实验舱精准送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

  发射只是开始。记者从中国航天科技集团八院(以下简称“八院”)了解到,接下来问天实验舱将实施在轨组装建造计划,一系列看点不容错过。

  

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  看点一:国内最大单体航天器

  问天实验舱全长17.9米,发射质量23吨,由工作舱、气闸舱及资源舱三部分组成,是目前国内最大的单体航天器。

  问天实验舱配置了与核心舱一样的航天员生活设施,将来可以与核心舱一起,接受两艘载人飞船轮换期间6名航天员共同生活。

  未来天宫空间站建成后,问天实验舱的气闸舱将作为航天员进行舱外作业的主要出舱口;同时,问天实验舱还具备对空间站组合体的管理和控制功能,也就是说在核心舱平台功能出现故障时,它可以接管对空间站组合体的操作,从而从整体上提高空间站的可靠性。

  与天和核心舱相比,问天实验舱更重、更大,具备超万瓦级供电能力、千兆级信息传输能力。作为航天员未来在空间站内进行空间生命科学研究的主要基地,问天实验舱的工作舱更为宽敞,舱内配置了多台科学实验柜,将有力推动我国在生命生态、生物技术和变重力科学等科技领域的研究。

  看点二:国内最大太阳翼让空间站实现“用电自由”

  随着更多的科学实验任务的开展,空间站载荷供电需求也成倍增加。为此,问天实验舱配置了目前国内研制面积最大的可展收柔性太阳翼,单翼全展开状态下长达27米,面积达138 平方米。不管是展开面积还是供电能力,全新升级的“2.0版柔性太阳翼”都达到了天和核心舱太阳翼的两倍之多。双翼超万瓦级的供电,能让空间站基本实现“用电自由”。

  该太阳翼还将以全新方式亮相。为避免交会对接时的碰撞对太阳翼造成冲击损伤,此次太阳翼的展开将分两步共七个环节进行,全程历时80分钟。展开、锁紧、再展开、再锁紧……问天实验舱太阳翼将在太空中刚柔并济、收放自如,展现其“高可靠可重复展收”的硬核技术。

  看点三:全天候追踪太阳!首次验证双自由度对日定向

  受太阳入射角和空间站飞行姿态的影响,太阳翼的发电效率会因时段不同、姿态不同而产生相应变化。

  为了让太阳翼能24小时保持最高发电效率,问天实验舱首次尝试让太阳翼双自由度同时转动,确保每一缕阳光都垂直照射在太阳翼上。

  为了实现这一技术,八院自主研制出我国目前设计规模最大、连续工作寿命最长、传输功率最高的大型回转运动类空间机构产品——对日定向装置。有了它,空间站将实时捕捉每一道阳光,保证源源不断的能量供给。

  看点四:我国最大吨位的“太空之吻”

  重达23吨的问天实验舱入轨后,将与40多吨重的空间站组合体实施轴向交会对接。这将是我国最大吨位的“太空之吻”。

  如此重磅场面,即使已经“身经百战”的对接机构,是否能够承受?

  当然没问题。由于设计先进、安全可靠,对接机构完全可以适应空间站建造过程中180吨以内各种吨位及各种方式的对接。

  看点五:国际上首次平面转位动作

  在轨运行期间,问天实验舱将完成我国首次在轨大惯量转位动作,即通过平面转位90度,让原本对接在节点舱前向对接口的问天实验舱,转向节点舱的侧向停泊口并再次对接,从而腾出前向对接口,为梦天实验舱的到访做好准备。

  这将是我国首次航天器在轨转位组装,也是国际上首次以平面式转位方案进行航天器转位的探索尝试。

  转位过程中,问天实验舱将通过安装在舱体上的转臂与核心舱上的转位基座,在对接机构的密切配合下,上演惊心动魄的太空大片。

  看点六:多功能“太空资源仓库”

  外壁两侧挂着1.2吨重的太阳翼、头顶着近1吨的对日定向装置、肚中还装着近2吨重的推进燃料储箱……这个承担着多重使命的“太空仓库”,就是位于问天实验舱最顶端的资源舱。

  资源舱看起来又高又瘦,但为了保证各种重要设备的可靠安装,八院为其锻造了一副坚韧的“钢筋铁骨”,让原本只作为能源中心的它能够身兼多职,为空间站的在轨建造及后续运行保驾护航。

  科普一下

  问天实验舱

  集平台功能与试验载荷功能于一体

  块头和分量跟

  北京地铁13号线一节列车车厢差不多

  

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  摄影:屠海超、黄国畅、戴建峰

  这个全世界现役在轨最重的单舱主动飞行器

  是如何造出来的?

  内外双筋壁板

  问天实验舱由工作舱、气闸舱及资源舱三部分组成。其中,气闸舱对重要承力结构件的要求很高。经过论证,研制人员决定采用承力能力更高的内外双筋壁板结构。

  从单筋到双筋,难度不仅仅是翻倍。外筋在外面,看得见、好操作;内筋在圆柱面内部,不仅不好操作,还要浑然一体、要求很高。

  经过反复分析测试,工艺人员提出这样一种模具设计:先分、再拼,装配时避让开内筋位置,再进行产品的压弯成形。最终他们得出了优化的压弯成形轨迹,设定了合理的成形路径和压弯工艺参数。内外双筋壁板顺利实现了精密成形,满足了设计需求。

  空间曲线焊缝

  问天实验舱有一个为航天员出舱使用的舱门,舱门的门框由焊接工艺方式连接,是典型的空间曲线焊缝,要求焊接变形小、质量高。

  从平面到空间、从直线变曲线,焊接难度也呈指数级增加。

  问天实验舱产品焊接厚度增加到了5毫米,研制人员手工焊接时需要一层一层地焊,热量输入大、产品尺寸不易把握,焊接后结构应力大,无法满足空间站长期在轨运行的可靠性要求。唯一的办法是攻克空间曲线自动化焊接技术。

  研制人员经过攻关、测试,设计了可柔性变化的焊接工装,既满足自动化焊接的功能,又保证空间曲线轨迹的可靠连接,顺利完成了密封舱舱门门框的焊接,各项指标均满足设计要求。

  

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  问天实验舱的舱壁加热管路可谓舱体太空防护衣,是贴合舱体内壁的温控层,用于确保舱内维持适宜的温度。实验舱结构的增大,对舱壁加热管路研制提出了新挑战:大空间意味着加热管路数量要增加,且管路布局的整体走向呈空间三维结构,为此加热管路截面被设计成“Ω形”,类似一个圆形加一个平面,其与舱体内部要高度贴合在一起,以利于温度的灵敏控制。为此研制人员创新提出了“柔性分区+整体成形”技术手段,即以管路三维曲面高精度制造,贴合于实验舱舱体的内表面。

  来源:科技日报


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