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專家解讀問天實驗艙的“硬核科技”

發表于:2022-07-27 關注 

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

  專家解讀問天實驗艙的“硬核科技”

  24日14時22分,長征五號B遙三運載火箭在文昌航天發射場,成功將我國空間站問天實驗艙精準送入預定軌道,發射任務取得圓滿成功。

  凌霄“問天”,離不開硬核科技。中國航天科技集團八院承擔了問天實驗艙電源分系統、對接與轉位機構分系統、測控通信子系統、資源艙結構與總裝及電纜網研制等任務。


  資源艙承擔多重使命

  問天實驗艙全長17.9米,發射質量23噸,由工作艙、氣閘艙及資源艙三部分組成。外壁兩側掛著1.2噸重的太陽翼系統、頭上頂著近1噸的對日定向裝置與桁架組件、肚子里還裝載了近2噸重的推進燃料儲箱……這個承擔著多重使命的重要成員,就是位于問天實驗艙最頂端的資源艙。

  資源艙在功能上,是空間站的能源與動力中心,同時也是一位“太空調解員”。它首先需要調解的一個矛盾是: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象?

  八院研究團隊經過多番論證和推演,創新性提出了“桁架式資源艙構型”方案,采用局部桁架結構承載太陽翼,采用二維驅動對日定向。

  問天實驗艙在軌工作后,還將進一步與天和核心艙協調。計劃在軌將天和核心艙的太陽電池翼,轉移至資源艙的桁架結構頂端,最優化地緩解太陽電池翼互相遮擋的現象。


  修建太空通信“高速公路”

  作為航天員未來在空間站內進行空間生命科學研究的主要基地,問天實驗艙配置了多臺科學實驗機柜,許多科學實驗數據都需要實時傳輸,對通信傳輸能力的需求大大增加。

  中國航天科技集團八院電子所為問天實驗艙修建了一條太空通信的“高速公路”。12個軟件可實時處理30路鏈路數據,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”,各艙間“群聊”;需要時可給各端的小伙伴單獨調整音量,精準設定單個或多個通話對象;還可以邊聽音樂邊聊天。

  “高速通信處理器”是進行空間站各類平臺、載荷數據與地面系統間高速傳輸處理的一臺關鍵設備。問天實驗艙成功對接天和核心艙后,“太空家園”將迎來第二臺高速通信處理器。

  問天實驗艙高速通信處理器并網以后,將給空間站測控系統的數據傳送處理注入新的活力。而且兩臺高速通信處理器互為備份、接力續航、協同工作,能更好地保證空間站數據傳輸的可靠性和穩定性。


  柔性太陽翼分兩次展開

  像一對“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八院抓總研制的問天實驗艙太陽翼,是目前國內研制的最大面積可展收柔性太陽翼,單翼全展開狀態下長達27米,面積138平方米。全部收攏后厚度只有18厘米,與一部手機的長度相當。

  問天實驗艙入軌后,與空間站組合體實施軸向交會對接。23噸的問天實驗艙與40多噸的空間站組合體,是我國目前最大噸位的兩個航天器之間的交會對接,也是我國空間站第一次在有人的狀態下進行交會對接。

  為了避免大面積的太陽翼影響兩個“大塊頭”航天器的交會對接,八院科研團隊開創性設計了“二次展開”技術,太陽翼的展開分為“兩步走”共七個步驟進行。在問天實驗艙發射后獨立飛行階段,柔性太陽翼將首先展開一部分電池板,以滿足實驗艙能量需求。接著“中場休息”,等到對接完成后,再全部展開建立完整的能源系統。全程歷時約80分鐘。

  此外,為了讓“柔性翅膀”24小時不間斷追蹤太陽,保持最高狀態的發電效率為空間站保障用電,問天實驗艙首次采用了太陽翼雙自由度同時轉動,確保每一縷陽光都垂直照射在太陽翼上。

  為了實現這一技術,八院自主研制出我國目前設計規模最大、連續工作壽命最長、傳輸功率最大的大型回轉運動類空間機構產品——對日定向裝置。在這一硬核科技的“加持”下,空間站將實時捕捉每一縷陽光,以保證能量供給源源不斷。(記者張建松)

  來源:新華網

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