“天宫二号”背后的高科技支撑

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“天宫二号”于2016年9月15日22时04分09秒在酒泉卫星发射中心发射成功,10月19日“天宫二号”与“神舟十一号”载人飞船在高度约393km的轨道上完成了交会对接,载人飞船搭载的航天员景海鹏、陈冬成功访问“天宫二号”空间实验室。两名航天员在轨驻留30天期间,开展了有人参与的空间科学和应用试验、航天医学实验和在轨维修技术试验等。

按照任务计划安排,“天宫二号”还将和“天舟一号”货运飞船交会对接,开展推进剂补加、绕飞交会对接、货运飞船控制组合体、快速交会对接等试验。“天宫二号”独立飞行期间,开展在轨空间科学和空间应用技术试验。

“天宫二号”空间实验室是在“天宫一号”目标飞行器基础上研制的航天器,两者外形相同,但却承担着不同的任务。“天宫一号”作为目标飞行器,主要是和载人飞船配合完成空间交会对接试验任务,在这个基础上研制的“天宫二号”空间实验室,是我国首个具备补加功能的载人航天科学实验空间实验室。“天宫二号”首次实现航天员30天中期驻留,首次应用推进剂补加技术、提前验证空间站技术,并开展大量载荷科学和应用试验。

针对任务特点,“天宫二号”采用了多项高科技设计。

采用多项一体化设计

“天宫二号”采用了环热控一体化设计方案,实行天宫二号主控、来访飞船停靠的环境控制模式,满足了不同人数、多种工作模式约束下的环境需求,解决了设备温度、航天员工作区湿度耦合控制难题,实现了热管理的优化控制。

针对两飞行器组合体模式,提出了航天器间多模式信息融合技术,实现了两飞行器全任务过程的实时多源信息交互,解决了通过单飞行器测控通道实现两飞行器实时遥测、遥控的难题,保证了地面对两飞行器状态的同步监控;建立了不同飞行器多个舱段信息远程交互显示和指令控制体系,实现了航天员在任一飞行器内对组合体状态的实时掌控,确保了载人组合体驻留任务的成功。

首次提出了可重构的载人航天器安全模式设计方案,实现了对姿轨控、供配电、环热控、推进等关键系统的自主故障诊断、自主故障处理和自主系统重构,有效降低了长期无人值守期间的系统风险,提高了载人航天器长期在轨飞行的安全性。

首次提出了载人航天器多用户、大容量数据分级管理方法,建立了系统网与载荷网分级管理、多路由/多链路高低速传输的数据管理平台,解决了大容量载荷数据和低速高可靠平台数据综合管理难题,为后续空间站数据管理架构奠定了技术基础。

首次应用推进剂在轨补加技术

空间实验室通过压气机将增压气体回压至气瓶,货运飞船以压力恒定方式将推进剂输送至空间实验室的推进剂贮箱,完成推进剂补加;补加开始由地面启动,设计了补加量预设功能以实现补加到位后自主停止,设计了23项处置实时性强的模式实现自主诊断与处置。

截至目前,只有俄罗斯和美国掌握了推进剂补加技术,其中又只有俄罗斯实现在轨补加应用。而“天宫二号”的压气机相比工业压气机,解决了在真空环境中高速运动下的动密封性难题,单个贮箱的抽气时间相比俄罗斯节省了1/2,出口压力超过了“和平”号和国际空间站,功耗却低于前两者。

首次实现航天员三十天驻留

“天宫二号”与“神舟十一号”载人飞船组合体期间,首次实现了由一艘载人飞船支持下完成30天中期驻留,与飞船共同携带消耗品。

为了确保航天员安全,创建了电缆网高压独立传输和二次隔离、航天员活动区屏蔽高压设备、高压危险源标识等设计方法,解决了电缆网高压传输和人员安全问题,避免了高压传输对航天员的危害。设计了微量有害气体净化器,能够满足空间实验室任务有害气体净化需求;设计了微生物控制装置,总容尘能力可以满足舱体2年任务期和2名航天员30天驻留期间的除尘需求,航天员驻留期间空气洁净度不低于十万级。

系统从提高生活质量、降低工作负荷、改善睡眠环境、丰富娱乐条件等几个方面实现了载人宜居的环境设计,在有限的组合体空间内,集成了内部装饰、舱内活动空间规划、视觉环境与照明、废弃物处理、物品管理、无线通话等宜居技术,为航天员提供舒适人性化的空间家居环境,使航天员在30天驻留期间,生活和工作舒适惬意。

30天在轨驻留期间,航天员将产生大量种类繁多的废弃物。为了使废弃物不占用航天员活动空间,同时保障清新的舱内空气,综合利用飞船轨道舱和实验舱空间,设计专门的废弃物贮存区存放废弃物,不占用航天员正常生活空间;通过对废弃物真空密封保存处理避免废弃物异味。

不仅如此,航天员在轨还可实时收看新闻联播,与地面进行视频通话。2016年11月9日下午,中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平与景海鹏、陈冬两位航天员进行了视频通话,总书记在视频通话中鼓励他们:“希望你们再接再厉、密切配合、精心操作,圆满完成后续任务。祖国和人民盼望你们胜利归来!”整个过程语音流畅、画面清晰。

搭建在轨维修试验系统

首次搭载了汇集机、电、气、液等典型工作特性的独立运行平台,比如在“天宫二号”搭建了可流动的液体回路验证系统,验证空间站维修技术;搭载了机械臂、机械手、控制器、维修设备和工具构成的机械臂操作终端试验,首次开展我国人机协同在轨维修试验,对典型人机协同维修操作进行验证,为后续空间站任务中的人机协同在轨维修提供技术储备;为了验证空间站柔性太阳电池阵技术,搭载三块柔性太阳电池阵试验件,开展高低温循环、低轨等离子体高压防护、耐原子氧试验。

装载大量空间科学和应用试验设备

“天宫二号”空间科学和应用试验载荷设备数量由天宫一号的5项23件增加至14项51件,重量由560kg提高至608kg;开展了涉及微重力基础物理、微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学、空间天文探测、空间环境监测、对地观测及地球科学研究应用以及应用新技术试验等8个领域的空间应用技术试验,多项实验处于世界前沿。

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责任编辑:闫玥

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