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航展1:1还原中国空间站！跟随华视看空间站系统“太空之家”第十四届中国航展将迎来首个公众日 中国航天科技集团有限公司 带来的重磅展品 1:1空间站组合体展示舱 将正式与公众见面 大家可以近距离了解 “太空之家” 11月3日9时32分，中国空间站梦天实验舱顺利完成转位，标志着中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成，向着建成空间站的目标迈出了关键一步。 中国载人航天工程按照“三步走”战略规划稳步推进。此前，在3个神舟飞船乘组的参与和3艘天舟货运飞船的保障下，中国空间站完成了关键技术在轨验证、问天实验舱对接与转位等工作，做好了接纳梦天实验舱的准备。作为中国空间站第3个大型舱段，梦天实验舱作用关键，很多技术特点值得品味。 中国空间站在分析借鉴国外空间站的设计理念及经验教训的基础上，突出强调多舱段航天器的系统统一，按照三舱组合体进行一体化设计、统筹研制、集成验证，通过3次发射完成在轨组装建造。换句话说，3个舱段都是不可或缺的，通过各自资源、能力的集成，共同构成了性能强大、功能完整的70吨级“天宫”。这种创新实践使得中国空间站能够在适度规模条件下取得更高的研制效益，实现高效率资源利用和更强的系统冗余。 其中，天和核心舱负责空间站平台的统一管理和控制，并作为目标飞行器支持来访飞行器交会对接、转位与停泊。由于天和核心舱是第一个发射并独立运行的空间站舱段，它拥有完备的平台功能和少量载荷支持能力。 今年7月24日发射的问天实验舱可以对天和核心舱平台功能进行系统级备份，具备对空间站组合体姿轨控、信息管理、能源管理、载人环境、热管理等功能进行统一管理和控制的能力，能够在应急情况下“整体接管”空间站。它支持航天员在轨驻留，提供专用气闸舱和应急避难场所，还支持开展密封舱内、舱外科学实验和技术试验。 本次发射的梦天实验舱具备平台重要功能和关键设备的备份能力，可以为航天员在密封舱内工作、开展舱内及舱外空间实（试）验提供保障条件。相比更早发射的两个空间站舱段，梦天实验舱除支持更多舱内和舱外载荷外还提高了自主能力，支持载荷与设备自动进出舱。 由上述功能分配可见，中国空间站不同舱段功能各有侧重，既能相互补充，又具备适度冗余。顺次发射的三舱在平台功能上逐个减弱，而在载荷支持能力上越来越强。这体现了空间站建造的工程思路：在首先保证平台安全的同时逐步扩展载荷保障能力，边建造边运行。 梦天实验舱和问天实验舱的外部轮廓特征、尺寸基本一致，同为23吨级大型载荷。两个实验舱分别位于天和核心舱左右两侧，共同形成对称的T字构型。三舱组合体不论是自身质量特性还是气动阻力均做到了左右对称，这对于姿态控制和轨道控制非常有利。特别是空间站进行轨道机动时，利用天和核心舱或者对接在其后的货运飞船主发动机实施轨道控制，推力矢量正好处于对称轴线上，更高效可靠。 由于T字构型组合体布置在同一平面，两个实验舱相向布置，加之各有近20米结构长度，各自尾端的太阳翼就被拉开约40米间距，使得两对太阳翼在转动时受遮挡影响很小。在梦天舱对接并转位到位后，中国空间站基本构型的设计优势将完全形成并充分施展。 同时，两个实验舱的太阳帆板完全一致，均配置了双自由度驱动机构。也就是说，太阳帆板既能在太阳高度角方向上、也能在方位角方向上进行转动，总是保持与太阳光线垂直，确保发电效率始终处于最佳状态。 在双自由度、大面积等多重优势下，酷似“大风车”的太阳帆板将成为中国空间站的主要发电来源。通过供电并网，两个实验舱供应的能源将在各舱段进行统一调配，还能提供给飞船和未来的巡天光学舱。可以说，梦天实验舱在电力供应上占据了空间站的“半壁江山”。 优势之一，三舱中载荷支持能力最强。 梦天实验舱包括工作舱、货物气闸舱、载荷舱、资源舱，轴向长度为17.9米，舱体结构最大直径4.2米。载荷舱外设置了展开式载荷试验平台，需发射后在轨展开。 在舱内载荷方面，相比天和核心舱的4个、问天舱的8个机柜空间，梦天舱提供了13个机柜空间。除若干机柜随舱发射外，梦天舱还有在轨继续配置载荷的能力。 在舱外载荷方面，为提高保障能力，梦天舱创新设计了独特的主结构形式。载荷舱是“套”在气闸舱外的大直径非密封舱，并在对天、对地方向都配置了可展开的暴露平台。 这种设计的优点主要有4个方面。 第一，有利于结构承载。货物气闸舱与密封舱部分连接，但使用需求决定了它的尺寸并不大，难以直接作为连接资源舱的过渡结构，所以载荷舱承担了工作舱与资源舱之间的连接。暴露平台在发射时是关闭状态，使得整个载荷舱形成一个封闭的大直径圆柱壳体结构，有利于保持良好的整舱刚度和局部强度，以承受发射阶段的载荷条件。 第二，有助于保护货物气闸舱和部分设备。载荷舱将货物气闸舱整体包围，并在夹层内部安装了舱外流体回路等设备，可以充当货物气闸舱和这些设备的防护层。 第三，扩大了载荷适配器安装面积。梦天舱在空间站上转位到位后，暴露平台打开，不仅露出了气闸舱的出舱口，而且平台内表面翻开朝外，扩大了舱体表面，配置了更多标准载荷适配器，载荷获得了更大的安装空间。 第四，使载荷适配器位于最佳朝向。暴露平台展开后，形成了与圆柱形舱体相切的平面，使得大部分适配器形成了正对天或正对地的朝向。多数舱外载荷因试验目的而有安装朝向要求，对天与对地是需求最多的方向。 优势之二，更高效地保障大型载荷出舱。 梦天舱货物气闸舱与天和核心舱节点舱、问天舱气闸舱相比，未配备人员出舱所需的保障设备，而是作为载荷和货物的专用设施进行配置和应用，其突出强项是自动化水平高，更适应大尺寸载荷进出舱。 为实现载荷进出舱全自动化，梦天舱货物气闸舱的出舱舱门为电动自动开关，不需要航天员现场操作。舱内配置了自动转移机构，可以将固定好的货物、载荷送出舱外或收回气闸舱内。 简单来说，载荷出舱流程为：航天员在舱内将载荷设置好，安装在自动转移机构上；航天员撤离货物气闸舱，回到工作舱并关门；货物气闸舱泄压；出舱舱门打开，转移机构将载荷送出舱；机械臂抓住并带走载荷；转移机构撤回舱内；出舱舱门关闭，货物气闸舱复压；航天员进入舱内正常工作。 相应地，载荷进舱流程包括：航天员撤离货物气闸舱，回到工作舱并关门；货物气闸舱泄压；出舱舱门打开，转移机构伸出舱外；机械臂将载荷放置在转移机构的适配器上；转移机构将载荷收回舱内；关闭出舱门，货物气闸舱复压；航天员进入舱内操作。 值得注意的是，上述过程中，不再需要航天员穿着舱外服接送载荷，极大地降低了安全风险，也延长了航天服使用寿命。未来航天员出舱活动将更加专注于必要的舱外装配、维修等工作。 此外，梦天舱货物气闸舱的出舱舱门及连通工作舱的舱门均采用了大尺寸的方形舱门。在转移机构和机械臂配合下，航天员不便搬运的载荷可以被迅速送出舱外或接回舱内。这对于未来大型舱外设施维修维护等保障工作是非常有利的。 优势之三，“舱内外过渡”应用拓展。 载人航天活动的重要目的之一是发挥人在现场的作用，既包括航天员处置问题时的主观能动性，也包括充分发挥人工操作技巧。然而，航天员在舱内与舱外的工作能力、尤其是精细操作能力，有天壤之别。舱外活动时，受舱外服和手套等限制，航天员的观察、操作空间及工具使用能力等均受到极大限制，即便使用专门设计的专用工具，也远远无法达到舱内作业的精准水平。相比之下，只要工具合适，地面能进行的工作都可以由航天员舱内在轨完成。 自动化货物气闸舱正好提供了一个“舱内外过渡”的工作间。大型载荷部件在此进行装配和测试后，可以整体送出舱外。舱外载荷也可以先搬到这里，舱室经复压后，由航天员在舱内操作完成拆解、维修、维护等工作。 更进一步，这个工作间具备了现场装配微小卫星并释放的潜力。 综合来看，梦天舱补充并增强了空间站的综合能力，提高了系统可靠性。其“个性化”能力则进一步强化了空间站的“太空母港”作用，对于载荷的保障能力更强，也将拓展有人参与的航天飞行与在轨工作模式。 未来，我国独立掌握了近地空间长期载人飞行技术，具备了长期开展近地空间有人参与的科学实验和技术试验的能力，将有望综合开发利用太空资源，为人类和平利用太空作出开拓性贡献。 |
