专家解读问天实验舱的“硬核科技”

专家解读问天实验舱的“硬核科技” 八院研究团队经过多番论证和推演,创新性提出了“桁架式资源舱构型”方案,采用局部桁架结构承载太阳翼,采用二维驱动对日定向。问天实验舱高速通信处理器并网以后,将给空间站测控系统的数据传送处理注入新的活力。

为何说资源舱是“太空调解员”?太空通信“高速公路”有多牛?柔性太阳翼为何要分两次展开……

专家解读问天实验舱的“硬核科技”

24日14时22分,长征五号B遥三运载火箭在文昌航天发射场,成功将我国空间站问天实验舱精准送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

凌霄“问天”,离不开硬核科技。中国航天科技集团八院承担了问天实验舱电源分系统、对接与转位机构分系统、测控通信子系统、资源舱结构与总装及电缆网研制等任务。

资源舱承担多重使命

问天实验舱全长17.9米,发射质量23吨,由工作舱、气闸舱及资源舱三部分组成。外壁两侧挂着1.2吨重的太阳翼系统、头上顶着近1吨的对日定向装置与桁架组件、肚子里还装载了近2吨重的推进燃料储箱……这个承担着多重使命的重要成员,就是位于问天实验舱最顶端的资源舱。

资源舱在功能上,是空间站的能源与动力中心,同时也是一位“太空调解员”。它首先需要调解的一个矛盾是:随着空间站成员越来越多,如何缓解太阳电池翼互相遮挡的现象?

八院研究团队经过多番论证和推演,创新性提出了“桁架式资源舱构型”方案,采用局部桁架结构承载太阳翼,采用二维驱动对日定向。

问天实验舱在轨工作后,还将进一步与天和核心舱协调。计划在轨将天和核心舱的太阳电池翼,转移至资源舱的桁架结构顶端,最优化地缓解太阳电池翼互相遮挡的现象。

修建太空通信“高速公路”

作为航天员未来在空间站内进行空间生命科学研究的主要基地,问天实验舱配置了多台科学实验机柜,许多科学实验数据都需要实时传输,对通信传输能力的需求大大增加。

中国航天科技集团八院电子所为问天实验舱修建了一条太空通信的“高速公路”。12个软件可实时处理30路链路数据,让航天员在空间站像在家里一样,“站”里“站”外打电话,与在途的飞船“电联”,各舱间“群聊”;需要时可给各端的小伙伴单独调整音量,精准设定单个或多个通话对象;还可以边听音乐边聊天。

“高速通信处理器”是进行空间站各类平台、载荷数据与地面系统间高速传输处理的一台关键设备。问天实验舱成功对接天和核心舱后,“太空家园”将迎来第二台高速通信处理器。

问天实验舱高速通信处理器并网以后,将给空间站测控系统的数据传送处理注入新的活力。而且两台高速通信处理器互为备份、接力续航、协同工作,能更好地保证空间站数据传输的可靠性和稳定性。

柔性太阳翼分两次展开

像一对“大翅膀”翱翔在太空的太阳电池翼,是航天器的“能量源泉”。由中国航天科技集团八院抓总研制的问天实验舱太阳翼,是目前国内研制的最大面积可展收柔性太阳翼,单翼全展开状态下长达27米,面积138平方米。全部收拢后厚度只有18厘米,与一部手机的长度相当。

问天实验舱入轨后,与空间站组合体实施轴向交会对接。23吨的问天实验舱与40多吨的空间站组合体,是我国目前最大吨位的两个航天器之间的交会对接,也是我国空间站第一次在有人的状态下进行交会对接。

为了避免大面积的太阳翼影响两个“大块头”航天器的交会对接,八院科研团队开创性设计了“二次展开”技术,太阳翼的展开分为“两步走”共七个步骤进行。在问天实验舱发射后独立飞行阶段,柔性太阳翼将首先展开一部分电池板,以满足实验舱能量需求。接着“中场休息”,等到对接完成后,再全部展开建立完整的能源系统。全程历时约80分钟。

此外,为了让“柔性翅膀”24小时不间断追踪太阳,保持最高状态的发电效率为空间站保障用电,问天实验舱首次采用了太阳翼双自由度同时转动,确保每一缕阳光都垂直照射在太阳翼上。

为了实现这一技术,八院自主研制出我国目前设计规模最大、连续工作寿命最长、传输功率最大的大型回转运动类空间机构产品——对日定向装置。在这一硬核科技的“加持”下,空间站将实时捕捉每一缕阳光,以保证能量供给源源不断。(记者张建松