航天科技集團舉全局之力助“問天”問天

7月24日，長征五號B運載火箭點火起飛，成功發(fā)射中國空間站問天實驗艙。約13小時后，問天實驗艙與天和核心艙完成自主前向交會對接。7月25日10時03分，航天員成功開啟艙門，順利進入問天實驗艙。

問天實驗艙的成功發(fā)射標志著我國距離中國空間站建造完成又邁進了一大步，這也是中國航天科技集團有限公司廣大干部職工貫徹落實習近平總書記關于建設航天強國重要指示和五四青年節(jié)前夕給航天科技集團空間站建造青年團隊回信精神取得的最新成就。

1992年9月，中央決策實施載人航天工程，并確定了我國載人航天“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。建造空間站、建成國家太空實驗室，是實現(xiàn)我國載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略的重要目標，是建設科技強國、航天強國的重要引領性工程，也是航天科技集團 2022 年最為重要的任務。中國空間站工程共由10余個系統(tǒng)組成，航天科技集團承擔了長征二號F運載火箭系統(tǒng)、長征七號運載火箭系統(tǒng)、長征五號B運載火箭系統(tǒng)、載人飛船系統(tǒng)、貨運飛船系統(tǒng)、空間實驗室系統(tǒng)、空間站系統(tǒng)、光學艙系統(tǒng)等半數(shù)以上核心關鍵系統(tǒng)的研制工作，為中國空間站工程建造任務作出重要貢獻。

根據(jù)任務安排，2022年我國將完成空間站的在軌建造，共計劃實施6次飛行任務，包括發(fā)射天舟四號貨運飛船、神舟十四號載人飛船、問天實驗艙、夢天實驗艙、天舟五號貨運飛船和神舟十五號載人飛船。問天實驗艙、夢天實驗艙將與天和核心艙形成“T”字基本構型，正式完成中國空間站的在軌建造。

問天實驗艙是我國空間站建造階段發(fā)射的首個實驗艙，也是我國迄今為止發(fā)射的最重載荷，在整個空間站建造任務中起著承上啟下的作用，意義重大而深遠。

巨箭出征

打贏承上啟下的關鍵之戰(zhàn)

執(zhí)行載人航天工程發(fā)射任務的長征二號F運載火箭、長征七號運載火箭、長征五號B運載火箭均由航天科技集團一院抓總研制。2021年4月29日，長五B火箭成功發(fā)射天和核心艙，打響了空間站建造的開局之戰(zhàn)。一年之后，長五B火箭研制團隊再次執(zhí)“箭”出征，執(zhí)行問天實驗艙發(fā)射任務。

作為我國目前近地軌道運載能力最大的新一代運載火箭，長五B火箭是以發(fā)射空間站艙段任務為目標進行設計的大型近地軌道液體運載火箭，按照“通用化、組合化、系列化”要求，遵循技術共用和產(chǎn)品化設計的原則，充分繼承長五系列運載火箭研制基礎和經(jīng)驗，并提高運載能力和可靠性，滿足空間站工程任務要求。長五B火箭為一級半構型，捆綁4個直徑3.35米液體助推器，芯一級直徑5米。火箭總長約54米，起飛重量約850噸，起飛推力約1078噸，擁有長達20.5米的國內(nèi)最大整流罩，近地軌道運載能力達到25噸級。

問天實驗艙需要與空間站天和核心艙進行快速交會對接，因此必須在規(guī)定時間分秒不差地發(fā)射，否則將可能導致無法到達指定位置，還需要耗費巨大代價調(diào)整軌道。如果窗口偏差過大，甚至可能導致發(fā)射終止，那就需要等待下一個發(fā)射窗口重新組織發(fā)射，嚴重影響任務周期。

本次任務中，長五B火箭首次執(zhí)行零窗口發(fā)射。為確保準時發(fā)射，型號隊伍對射前10分鐘的發(fā)射流程進行了優(yōu)化。

長五B火箭還應用了起飛時間偏差修正技術，最大修正時間為2.5分鐘。通俗理解，火箭最遲可推延2.5分鐘發(fā)射，在0到2.5分鐘這個時間段內(nèi)的任一時間點發(fā)射，火箭都可以在飛行過程中自動修正因推遲發(fā)射導致的飛行偏差，將問天實驗艙精準送入預定軌道。

約13小時后，問天實驗艙與天和核心艙完成自主前向交會對接，完成組合體“一”字構型。這是中國空間站首次在有人的狀態(tài)下迎接航天器的來訪，備受各方關注。

“問天”登場

重量級選手功能強大

2022年4月29日，在天和核心艙發(fā)射成功一周年之際，問天實驗艙經(jīng)海運抵達中國文昌航天發(fā)射場。在3個月的發(fā)射場任務期間，問天實驗艙試驗隊克服疫情不利影響，發(fā)揚嚴慎細實、精益求精作風，一絲不茍地做好每一項操作，高質(zhì)高效地完成每一天的任務。

問天實驗艙由航天科技集團五院抓總研制，由工作艙、氣閘艙、資源艙三部分組成。問天實驗艙稱得上是“更大、更強、更全、更優(yōu)、更細”，即身高體重更大，艙體總長約17.9米，直徑4.2米，發(fā)射重量約23噸；系統(tǒng)功能更強，不僅保障航天員在軌長期駐留，而且提供專用氣閘艙和應急避難場所，保證航天員安全，裝載了8個實驗機柜、22個艙外載荷適配器，就像是把一個大型科學實驗室搬到了太空；能源保障更足，自帶高性能“發(fā)電機”與“配電器”；出艙氣閘更優(yōu)，氣閘艙外方內(nèi)圓，航天員在這里作出艙準備和艙外返回時，可以更舒展、更從容；艙外操作更細，問天實驗艙是空間站系統(tǒng)中艙外活動部件最多的艙體，大量的艙外設施設備更好地保障了出艙活動，也為更精細的艙外操作提供了支持。

問天實驗艙是航天員主要的生活和工作艙段，配置有3個睡眠區(qū)、1個衛(wèi)生區(qū)和廚房等設施，可與天和核心艙一起支持兩艘載人飛船輪換期間 6名航天員的生活工作保障。

問天實驗艙工作艙內(nèi)的航天員睡眠區(qū)比核心艙的睡眠區(qū)更為寬敞，舷窗也進行了改進設計，宜居性進一步提高。在航天科技集團七院科研人員的精心設計研制下，問天實驗艙內(nèi)睡眠區(qū)噪音指標不到50分貝，可以保障航天員的高質(zhì)量睡眠。待問天實驗艙各項載人環(huán)境設置完畢后，神舟十四號航天員乘組會從“天和”搬到“問天”，睡上新床鋪。

問天實驗艙還具備對空間站組合體的管理和控制功能，也就是說在核心艙平臺功能出現(xiàn)故障的前提下，可以接管對空間站組合體的操作，從而從整體上提高空間站的可靠性。

與天和核心艙相比，問天實驗艙更重、更大，具備更強的超萬瓦級的供電能力、千兆級的信息傳輸能力。作為航天員在空間站內(nèi)進行空間生命科學研究的主要基地，問天實驗艙的工作艙也更為寬敞，艙內(nèi)配置了多臺科學實驗柜，可開展生命生態(tài)、生物技術和變重力科學等科技領域的相關研究。

空間站建成后，問天實驗艙的氣閘艙將作為航天員進行艙外作業(yè)的主要出艙口。這個氣閘艙的視覺效果十分獨特，外方內(nèi)圓，是空間站系統(tǒng)唯一一個看上去是方形的艙體。里面圓柱狀的是航天員開展出艙活動時的“更衣間”——出艙氣閘。這里空間更大，航天員在這里做出艙準備和從艙外返回，可以更便捷、更從容。

出艙氣閘的外面，是看上去像方形的外殼。這是艙外暴露實驗平臺，上面配置了標準載荷接口，其中一部分還配備了流體回路溫度控制。未來10年，在空間站搭載的科學實驗載荷，可以通過機械臂精準投送到自己對應的標準載荷接口位置，“即插即用”。

問天實驗艙在氣閘艙外攜帶一套5米長的“小臂”。這套七自由度的機械臂小巧靈活、精度高，可做更為精細的操作?！靶”邸边€可以與核心艙“大臂”級聯(lián)成15米長的組合臂，開展更多艙外操作。

問天實驗艙資源艙在功能上與其他推進艙成員一脈相承，是航天器的能源與動力中心。同時高“站位”、梨型“身材”、能力強又為其增添了極其獨特的“個人魅力”。其桁架結(jié)構加上二維驅(qū)動讓太陽能利用率更足。以框桁蒙皮鉚接式錐段加上柱段作為主結(jié)構，為推進貯箱提供360度無死角的防護。在構型設計和總裝布局層面創(chuàng)新采用拓撲優(yōu)化技術，結(jié)構設計層面采用新型材料，練就了資源艙強悍的肌肉與骨骼。

2.0版柔性翼

刷新國內(nèi)太陽翼最大面積紀錄

隨著今后更多的科學實驗任務的開展，空間站載荷供電需求也將成倍增加。因此，問天實驗艙配置了由航天科技集團八院研制的目前國內(nèi)最大面積可展收柔性太陽翼，單翼全展開狀態(tài)下約27米、面積100多平方米，不管是展開面積還是供電能力，全新升級后的“翅膀”都達到了天和核心艙太陽翼的兩倍之多，雙翼超萬瓦級的供電讓空間站基本實現(xiàn)了用電無憂。

除了令人驚艷的“新面貌”，問天實驗艙太陽翼還以全新的“出場方式”亮相。為避免問天實驗艙與空間站組合體交會對接時產(chǎn)生的碰撞給“全部張開的翅膀”帶來沖擊損傷，此次太陽翼的展開將分兩個階段共7個步驟進行，其間還會有一次“中場休息”，全程歷時1個多小時。

展開、鎖緊、再展開、再鎖緊，憑借其“高可靠可重復展收”的硬核技術，問天實驗艙太陽翼在太空中收放自如、剛?cè)岵瑫r刻確?！半娏υ诰€”。

受太陽入射角和空間站飛行姿態(tài)的影響，太陽翼的發(fā)電效率會因時段不同、姿態(tài)不同而產(chǎn)生相應變化。為了讓“柔性翅膀”24小時不間斷追蹤太陽，保持最高狀態(tài)的發(fā)電效率為空間站保障用電，問天實驗艙首次采用太陽翼雙自由度同時轉(zhuǎn)動，確保每一縷陽光都垂直照射在太陽翼上。

為實現(xiàn)這一技術，科研人員自主研制出我國目前規(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)運動類空間機構產(chǎn)品——對日定向裝置，有了它的加持，空間站將能實時捕捉每一縷陽光，保證空間站源源不斷的能量供給。

在中國文昌航天發(fā)射場現(xiàn)場指導發(fā)射的集團公司黨組書記、董事長吳燕生表示，建造空間站、建成國家太空實驗室，是實現(xiàn)我國載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略的重要目標，是建設科技強國、航天強國的重要引領性工程。作為我國航天科技工業(yè)的主導力量，航天科技集團將持續(xù)學習貫徹習近平總書記關于建設航天強國、科技強國的重要論述，特別是貫徹落實習近平總書記在今年五四青年節(jié)前夕給集團公司空間站建造青年團隊回信精神，全面完成空間站建造任務，堅持高質(zhì)量保證成功、高效率完成任務、高效益推動航天強國和國防建設，以“建設世界一流航天企業(yè)集團、支撐世界一流軍隊建設”為發(fā)展目標，不斷奪取航天事業(yè)新勝利，以優(yōu)異成績迎接黨的二十大勝利召開！（科文）