中秋夜,9月15日長征二號F T2運載火箭成功發射天宮二號空間實驗室。如今,天宮二號在太空已經遨遊了一個星期。
根據驅動之家報導,它所攜帶的各項實驗設備在完成了加電後的自我檢查之後,將從今天起,全面進行在軌測試,預期將於24日左右獲取第一批應用資料。
天宮二號不僅是太空人的『太空家園』,還作為大陸第一個完全意義上的空間實驗室,肩負著許多航天新技術、新產品的驗證工作,那麼它究竟有哪些可圈可點之處呢?
便捷維修:可像插拔U盤一樣
便捷維修,是天宮二號的一大殺手鐧。
科幻電影裡,當一套大型設備發生故障時,技術人員可以像插拔隨身碟一樣,便捷地拔下損壞部件,插上一個新部件,隨後,設備恢復了正常運轉。如今,這樣的場景將在天宮二號真實上演。
據中國航天科技集團公司天宮二號總設計師朱樅鵬介紹,科研人員通過合並同類項的理念,對天宮二號的供配電、熱控、資料管理等系統實現了高度集成化模組設計,打造出了可快速更換的模組單元。
比如智慧配電單元,就整合了產品長壽命、高可靠、操作方便等要求,在大陸航天器上首次採用了『插拔式』的結構設計,在地面的類比試驗中,技術人員只需用幾分鐘就能完成一次維修更換。
眾所周知,航天器電源系統的可靠性及安全性,一直是航天器系統重點關注的問題之一,而傳統的航天器電源系統核心部件『開關』,往往採用機械觸點的繼電器開關,一旦機械觸點『開關』發生故障,將對航天器的性能及可靠性產生重大影響。
在普通民眾住宅的牆上,都會有一個電源控制箱,當家裡某個電器發生短路時,裡面的開關就會自動跳閘進行保護。
電源控制箱的一個主要功能點就是供電開關,而天宮二號的配電『管家』不僅能夠像普通的供電開關那樣供上電,還能在故障時切斷電,在故障修好後又自動恢復供電。
當然,在試驗室裡,技術人員可以只用幾分鐘就能完成一次維修更換,但上了天,一切可能會顯得不一樣。
為了確保太空人在太空環境能夠熟練地操作,科研人員還透過多次模擬試驗,編製出一份量化到步、圖文並茂的操作手冊,為太空人開展在軌維修試驗提供『看得見』的方便。
『固若金湯』:打贏密封結構設計之役
天宮二號是一個外部真空、內部有1個大氣壓的結構。要評價它的安全性,其中一個重要指標就在於,在未來2年的在軌飛行過程中,『漏氣量要非常小』。就如同再好的籃球早晚也會漏氣,只是,好的產品和設計可以讓漏氣非常緩慢。
根據中國航天科技集團公司專家介紹,天宮二號的結構,從整體上來看是一個金屬製成的結構,但由於其內部包括觀察舷窗、開關艙門等容易漏氣的部件,『密封』成了一個必須要解決的問題。這其中最為關鍵的是密封圈,一般的密封圈都存在老化問題,更何況太空中溫度變化更加激烈。
科研人員從配方開始研究,再到密封圈的結構形式、密封結構設計等等。最終,他們打贏了這一仗,這也讓天宮一號在軌兩年的安全運行,成為結構設計一張閃亮的『名片』。
不過,結構設計人員並未就此停止腳步——這個『太空實驗室』自身安全還不夠,空間碎片、太空垃圾隨時都可能是威脅。有沒有可能在空間碎片撞擊大開間的時候,及時發現感知並定位其所在的位置?
靈感最終出自人類自己——人類本身就是很好的感知系統,通過神經系統來及時發現外部刺激。科研人員開始考慮,在傳統結構上能否增加一套神經系統,來實現對撞擊的感知。最終,他們完成了樣機研製。
據專家透露,這套『神經系統』,將有望在不遠的未來得以應用,擴展結構功能,實現更為安全的太空居室
。
天宮二號研製團隊。
在軌補加:邊飛行邊『加油』
由于擔負著驗証未來大陸空間站技術的重任,因此,在軌道設計上,天宮二號選擇了距離地球393公里的軌道,這也是未來大陸空間站運行的軌道高度。
相比之前載人航天任務的軌道,這個軌道足足高出了50公里。不過,天宮二號和神舟十一號未來要組成的『太空之家』,仍屬于低軌道航天器,它運行在距離地球400公里不到的太空,這一位置,仍會有稀薄的大氣。
受大氣阻力影響,航天器運行速度會不斷下降,並導致軌道高度不斷下降,為了維持相對穩定的軌道高度,需要航天器不斷消耗所攜帶的推進劑。
於是,天宮一號發射前,會把『油箱』加得滿滿,攜帶的推進劑足足有一噸多。
不過,如今的天宮二號,卻只加了半箱『油』。這要多虧了科研人員所研製的在軌補加系統,它可以實現天宮二號在太空邊飛行邊『加油』,這將極大地提高它的在軌運行時間。
總設計師朱樅鵬說,天宮二號沒有了『糧草不足』的後顧之憂,節省的重量還可以攜帶更多的載荷產品和太空人的生活物資。
事實上,用『研製不止、試驗檢驗不停』來形容『太空之家』的誕生並不為過——在天宮二號和神舟十一號研制過程中,科研人員考慮到『太空之家』中長期在軌、在軌加注等任務的特點,專門推出了連續100小時類比飛行試驗、太空人中期駐留地面1:1試驗等各種試驗,在整船累計電測時間上,更是突破了1500小時,刷新了天宮一號創造的紀錄。