專家解讀問天實(shí)驗(yàn)艙的“硬核科技”

　為何說資源艙是“太空調(diào)解員”？太空通信“高速公路”有多牛？柔性太陽翼為何要分兩次展開……

專家解讀問天實(shí)驗(yàn)艙的“硬核科技”

24日14時(shí)22分，長征五號(hào)B遙三運(yùn)載火箭在文昌航天發(fā)射場，成功將我國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

凌霄“問天”，離不開硬核科技。中國航天科技集團(tuán)八院承擔(dān)了問天實(shí)驗(yàn)艙電源分系統(tǒng)、對(duì)接與轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)、測控通信子系統(tǒng)、資源艙結(jié)構(gòu)與總裝及電纜網(wǎng)研制等任務(wù)。

資源艙承擔(dān)多重使命

問天實(shí)驗(yàn)艙全長17.9米，發(fā)射質(zhì)量23噸，由工作艙、氣閘艙及資源艙三部分組成。外壁兩側(cè)掛著1.2噸重的太陽翼系統(tǒng)、頭上頂著近1噸的對(duì)日定向裝置與桁架組件、肚子里還裝載了近2噸重的推進(jìn)燃料儲(chǔ)箱……這個(gè)承擔(dān)著多重使命的重要成員，就是位于問天實(shí)驗(yàn)艙最頂端的資源艙。

資源艙在功能上，是空間站的能源與動(dòng)力中心，同時(shí)也是一位“太空調(diào)解員”。它首先需要調(diào)解的一個(gè)矛盾是：隨著空間站成員越來越多，如何緩解太陽電池翼互相遮擋的現(xiàn)象？

八院研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多番論證和推演，創(chuàng)新性提出了“桁架式資源艙構(gòu)型”方案，采用局部桁架結(jié)構(gòu)承載太陽翼，采用二維驅(qū)動(dòng)對(duì)日定向。

問天實(shí)驗(yàn)艙在軌工作后，還將進(jìn)一步與天和核心艙協(xié)調(diào)。計(jì)劃在軌將天和核心艙的太陽電池翼，轉(zhuǎn)移至資源艙的桁架結(jié)構(gòu)頂端，最優(yōu)化地緩解太陽電池翼互相遮擋的現(xiàn)象。

修建太空通信“高速公路”

作為航天員未來在空間站內(nèi)進(jìn)行空間生命科學(xué)研究的主要基地，問天實(shí)驗(yàn)艙配置了多臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜，許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都需要實(shí)時(shí)傳輸，對(duì)通信傳輸能力的需求大大增加。

中國航天科技集團(tuán)八院電子所為問天實(shí)驗(yàn)艙修建了一條太空通信的“高速公路”。12個(gè)軟件可實(shí)時(shí)處理30路鏈路數(shù)據(jù)，讓航天員在空間站像在家里一樣，“站”里“站”外打電話，與在途的飛船“電聯(lián)”，各艙間“群聊”；需要時(shí)可給各端的小伙伴單獨(dú)調(diào)整音量，精準(zhǔn)設(shè)定單個(gè)或多個(gè)通話對(duì)象；還可以邊聽音樂邊聊天。

“高速通信處理器”是進(jìn)行空間站各類平臺(tái)、載荷數(shù)據(jù)與地面系統(tǒng)間高速傳輸處理的一臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備。問天實(shí)驗(yàn)艙成功對(duì)接天和核心艙后，“太空家園”將迎來第二臺(tái)高速通信處理器。

問天實(shí)驗(yàn)艙高速通信處理器并網(wǎng)以后，將給空間站測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送處理注入新的活力。而且兩臺(tái)高速通信處理器互為備份、接力續(xù)航、協(xié)同工作，能更好地保證空間站數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。

柔性太陽翼分兩次展開

像一對(duì)“大翅膀”翱翔在太空的太陽電池翼，是航天器的“能量源泉”。由中國航天科技集團(tuán)八院抓總研制的問天實(shí)驗(yàn)艙太陽翼，是目前國內(nèi)研制的最大面積可展收柔性太陽翼，單翼全展開狀態(tài)下長達(dá)27米，面積138平方米。全部收攏后厚度只有18厘米，與一部手機(jī)的長度相當(dāng)。

問天實(shí)驗(yàn)艙入軌后，與空間站組合體實(shí)施軸向交會(huì)對(duì)接。23噸的問天實(shí)驗(yàn)艙與40多噸的空間站組合體，是我國目前最大噸位的兩個(gè)航天器之間的交會(huì)對(duì)接，也是我國空間站第一次在有人的狀態(tài)下進(jìn)行交會(huì)對(duì)接。

為了避免大面積的太陽翼影響兩個(gè)“大塊頭”航天器的交會(huì)對(duì)接，八院科研團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性設(shè)計(jì)了“二次展開”技術(shù)，太陽翼的展開分為“兩步走”共七個(gè)步驟進(jìn)行。在問天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射后獨(dú)立飛行階段，柔性太陽翼將首先展開一部分電池板，以滿足實(shí)驗(yàn)艙能量需求。接著“中場休息”，等到對(duì)接完成后，再全部展開建立完整的能源系統(tǒng)。全程歷時(shí)約80分鐘。

此外，為了讓“柔性翅膀”24小時(shí)不間斷追蹤太陽，保持最高狀態(tài)的發(fā)電效率為空間站保障用電，問天實(shí)驗(yàn)艙首次采用了太陽翼雙自由度同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，確保每一縷陽光都垂直照射在太陽翼上。

為了實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，八院自主研制出我國目前設(shè)計(jì)規(guī)模最大、連續(xù)工作壽命最長、傳輸功率最大的大型回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)類空間機(jī)構(gòu)產(chǎn)品——對(duì)日定向裝置。在這一硬核科技的“加持”下，空間站將實(shí)時(shí)捕捉每一縷陽光，以保證能量供給源源不斷。（記者張建松）