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气闸舱、小机械臂、柔性太阳翼——解析问天实验舱的“独门神器”

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       7月24日下午,随着长征五号B遥三运载火箭冲上云霄,我国空间站建造阶段首个实验舱,也是我国迄今为止发射的最重航天器——约23吨的问天实验舱发射升空。

  问天实验舱舱体总长17.9米,直径4.2米,比天和核心舱更“强”更“壮”;还拥有三个“独门神器”:航天员专用的出舱区——气闸舱;操作更灵巧、精细的小机械臂;可以为整个空间站收集能量的柔性太阳翼。

  气闸舱:航天员的专用出舱区

  空间站任务开启后,我国航天员已经进行了多次出舱活动,天和核心舱上的出舱口名为“节点舱”,兼具航天器对接与停泊及航天员出舱多项功能,舱内设备、管路和电缆较多。问天实验舱升空后,航天员今后出舱活动就有了一个专用出舱区——气闸舱。

  据航天科技集团五院空间站系统总体主任设计师张昊介绍,气闸舱是一个内圆外方的舱体,具有舱容更大、舱门更宽、舱内更整洁等特点。未来,气闸舱将成为整个空间站系统的主要出舱通道。

  航天员在节点舱的出舱活动空间大概是七八个立方米,气闸舱可以达到十二三个立方米;气闸舱比节点舱更加整洁,舱内只配置了与出舱相关的设备,没有其他管路电缆的羁绊;舱门直径达1米,比节点舱舱门直径大15厘米。

  “航天员从这里进进出出,可以更舒展、更从容,还能携带大个头的设备出舱工作,出舱能力大大提升。”张昊说。

  问天实验舱共有22个标准载荷接口。未来十年,在空间站搭载的科学实验载荷,可以通过机械臂精准“投送”到自己对应的标准载荷接口位置,“即插即用”,可以不需要航天员出舱进行人工操作。

  小机械臂:“短小精悍”,可独立完成舱外照料

  与天和核心舱一样,问天实验舱也搭载了一个机械臂。相比于核心舱配备的展开长度达10米、最大承载质量25吨的大机械臂,问天实验舱的机械臂要显得更“短小精悍”。

  张昊介绍,大机械臂手臂够长,转移范围更大,作业半径近10米;力气够大,简直是一个“大力士”,可以抓住并转移一个完整的航天器。

  相比之下,问天实验舱的小机械臂长度约5米,承载能力为3吨,但这个“小手”的设计目的就是抓握中小型设备,进行更为精细化的操作。

  比如,它可以在不需要航天员出舱的情况下,独立完成舱外载荷的安装、更换等照料操作,可以有效节省航天员在轨工作负荷。

  大小机械臂还可以组合使用,组成约15米长的组合臂,开展更多的舱外操作。“我们可以将大小机械臂视为人的两只手,互相交接东西,协作使用;也可以将两只手臂攥在一起,形成一个更长的机械臂,可以进行覆盖整个空间站表面的一些操作和爬行需求。”张昊说。

  柔性太阳翼:是目前国内最长最大的一个

  问天实验舱所携带的太阳翼,是目前国内最长最大的柔性太阳翼,刷新了我国航天器在轨使用太阳帆板的纪录。

  据张昊介绍,问天实验舱太阳翼单翼展开阵面加上一些安装结构,长度接近28米,两个太阳翼全部展开将近56米,比空间站三个舱组合在一起的舱体尺寸还要大,且一个太阳翼阵面面积可达100多平方米,将有效收集更多的太阳能,为空间站运行提供充足的能源。

  “这么大的太阳翼单翼发电功率9千瓦,双翼可达18千瓦,日平均发电量超过430度。与核心舱交会对接完成后,可以满足整个空间站的用电需求。”张昊说。

  问天实验舱的太阳翼面积大、柔性也大。航天科技集团五院问天实验舱GNC分系统副主任设计师宋晓光说,这个太阳翼只比衣服硬一点,而且采用了双轴控制,在舱体姿态不做调整的情况下,就能随时调整朝向。

  空间站在轨建造完成后,天和核心舱的一个太阳帆板将转移到问天实验舱资源舱的尾部,届时,问天实验舱将成为名副其实的“主发电站”,为组合体源源不断地供电送能。