聽航天人講述太空“牽手”背后的硬核故事
央視網(wǎng)消息:夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與空間站組合體進(jìn)行交會(huì)對(duì)接,可以是說我國(guó)載人航天工程當(dāng)中最大質(zhì)量的兩個(gè)航天器的太空“握手”,控制難度明顯增大。為此,科研人員也想出了不少辦法,讓他們能夠在太空里穩(wěn)穩(wěn)“握手”。
此次夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙要與空間站組合體進(jìn)行交會(huì)對(duì)接,可以說是中國(guó)航天史上最“強(qiáng)有力”的一次太空“握手”。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙重達(dá)23噸,而空間站則是由天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙以及神舟十四號(hào)載人飛船、天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船組成的“四艙”組合體,總重量更是超過了60噸,要讓這兩個(gè)龐然大物完成交會(huì)對(duì)接,它們就必須“穩(wěn)穩(wěn)握手”,盡量減小它們之間的撞擊力。
航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)電總體主任設(shè)計(jì)師 梁曉鋒:為了克服對(duì)接過程中,大的沖擊對(duì)設(shè)備造成影響,實(shí)際上在交會(huì)對(duì)接上,是做了相關(guān)一些專項(xiàng)設(shè)計(jì),一些阻尼設(shè)計(jì),以適應(yīng)大噸位、大質(zhì)量的交會(huì)對(duì)接,在整個(gè)對(duì)接過程中是減緩或者減小對(duì)接力,以保護(hù)整個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu),減少對(duì)整個(gè)組合體和設(shè)備的沖擊。
此次交會(huì)對(duì)接的另一大考驗(yàn),就是夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙攜帶著兩個(gè)巨大的太陽(yáng)能帆板,它們不僅面積大,并且采用的是柔性材料,就好比帶著一對(duì)巨大的“軟翅膀”進(jìn)行交會(huì)對(duì)接,控制難度可以說是空前之高。為此,科研人員也專門為夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙設(shè)計(jì)了一套太陽(yáng)帆板展開方案,提高了可控性,保證任務(wù)穩(wěn)妥成功。
航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)師 羅超:我們(夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙)對(duì)上來的時(shí)候太陽(yáng)翼一直縮著飛的,到對(duì)接上之后,完成太陽(yáng)翼的二次展開。
太空“牽手”難度大 多重措施保成功
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與三個(gè)月前發(fā)射的問天實(shí)驗(yàn)艙“個(gè)頭”差不多,但是交會(huì)對(duì)接過程卻是“難”上加“難”。為了解決這些難題,科研人員設(shè)計(jì)了大量的預(yù)案和措施,保障了此次交會(huì)對(duì)接最終圓滿成功。
據(jù)介紹,此次交會(huì)對(duì)接的第一個(gè)難點(diǎn),就是夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙入軌后,與太陽(yáng)照射的角度有較大偏差,導(dǎo)致太陽(yáng)帆板發(fā)電能力弱,能源緊缺。如果不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成交會(huì)對(duì)接,就需要緊急調(diào)整“夢(mèng)天”的姿態(tài)朝向太陽(yáng)從而補(bǔ)充能源,這樣就會(huì)導(dǎo)致交會(huì)對(duì)接時(shí)間的拖延。為此,科研人員為“夢(mèng)天”特別制定了交會(huì)對(duì)接任務(wù)故障預(yù)案。
第二個(gè)難點(diǎn)便是在于此次交會(huì)對(duì)接的目標(biāo)——空間站組合體上。上一次問天實(shí)驗(yàn)艙交會(huì)對(duì)接時(shí),組合體是“一字”對(duì)稱構(gòu)型,而此次夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙交會(huì)對(duì)接時(shí),由于問天實(shí)驗(yàn)艙已經(jīng)完成了轉(zhuǎn)位,因此組合體是“L”字形的非對(duì)稱構(gòu)型,這顯著增加了空間站在軌姿態(tài)控制的難度。
航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)師 羅超:采用了俯仰偏置一定角度,這樣可以節(jié)省很多推進(jìn)劑,也是有效利用空間力矩。然后,在夢(mèng)天艙進(jìn)入最后平移靠攏段的時(shí)候,才會(huì)把俯仰角度調(diào)整到完全水平的狀態(tài),來等待夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的交會(huì)對(duì)接。
此外,在“夢(mèng)天”接近組合體時(shí)需要開啟反推發(fā)動(dòng)機(jī)減速,發(fā)動(dòng)機(jī)的羽流會(huì)干擾到組合體的姿態(tài),這樣就讓夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與空間站在最后關(guān)頭的對(duì)接變得更加困難。不過,在科研人員的“精心設(shè)計(jì)”下,夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙精準(zhǔn)識(shí)別了與空間站組合體的相對(duì)距離及相對(duì)姿態(tài),通過一點(diǎn)點(diǎn)接近并最終實(shí)現(xiàn)了高精度的交會(huì)對(duì)接。
三型太陽(yáng)翼為中國(guó)空間站提供充沛能源
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與中國(guó)空間站對(duì)接并實(shí)施轉(zhuǎn)位后,中國(guó)空間站將形成“T”字構(gòu)型,中國(guó)空間站也將同時(shí)使用上了三種不同的太陽(yáng)翼。
在中國(guó)空間站的規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中,科研人員針對(duì)不同艙體的特點(diǎn)與需求,開發(fā)了三代太陽(yáng)翼,每一代都各具特點(diǎn)。神舟載人飛船采用的是第一代剛性太陽(yáng)翼、天舟貨運(yùn)飛船采用的是第二代半剛性太陽(yáng)翼。
中國(guó)航天科技集團(tuán)八院空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙電源副主任設(shè)計(jì)師 劉必海:第一代我們用的叫剛性基板,它是用的碳纖維加鋁蜂窩這種結(jié)構(gòu)的,它的體積比較大。我們的貨運(yùn)飛船在原來功率需求的進(jìn)一步提升之上,我們又使用了第二代半剛性的太陽(yáng)電池翼,它用了碳纖維的框架加玻璃纖維網(wǎng),就像網(wǎng)球拍,大大降低了整個(gè)太陽(yáng)翼的重量。
相較于神舟飛船和貨運(yùn)飛船,空間站的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙體積都非常大。同時(shí)實(shí)驗(yàn)艙還需要攜帶大量機(jī)柜,完成多項(xiàng)在軌實(shí)驗(yàn),用電量較大。為此,科研人員專門開發(fā)了第三代柔性太陽(yáng)翼,來保障實(shí)驗(yàn)艙的用電需求。
中國(guó)航天科技集團(tuán)八院空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙電源副主任設(shè)計(jì)師 劉必海:現(xiàn)在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙用的太陽(yáng)翼是我們第三代的太陽(yáng)電池翼,我們叫柔性太陽(yáng)電池翼,它具有重量輕、長(zhǎng)壽命、大功率的特點(diǎn)。單艙兩個(gè)太陽(yáng)翼的發(fā)電能力大概有18千瓦,通俗來講我單個(gè)夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙一天的發(fā)電能力,可以(供)一家三口三個(gè)月的使用。
在天和、問天、夢(mèng)天三艙組合后,空間站的日發(fā)電量可達(dá)近1000度,讓中國(guó)空間站真正實(shí)現(xiàn)“用電無憂”。
新一代太陽(yáng)翼為“夢(mèng)天”賦能
新一代柔性太陽(yáng)帆板為中國(guó)空間站再添新動(dòng)力,這個(gè)柔性太陽(yáng)帆板是個(gè)什么樣?有哪些特點(diǎn)?跟隨總臺(tái)記者去看看。
總臺(tái)記者 陳慶濱:由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而來的電能,是在軌航天器的能量來源。與普通航天器有所區(qū)別的是,在此次發(fā)射的夢(mèng)天試驗(yàn)艙上,裝載的就是我身后的這樣一對(duì)“軟性翅膀”——柔性太陽(yáng)帆板。大家可以看到,這個(gè)太陽(yáng)帆板的單板厚度不足1毫米,可謂“薄如紙”, 在這上面還裝有許許多多深藍(lán)色玻璃的小鏡子,這每一個(gè)小鏡子就宛如一座小型太空發(fā)電站,經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)后組成太陽(yáng)電池陣,為航天器提供源源不斷的能量保障。
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的太陽(yáng)帆板采用的是我國(guó)最新一代的太陽(yáng)電池陣技術(shù)——柔性三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣,它是由十幾萬片柔性太陽(yáng)電池組成。這些柔性太陽(yáng)電池單位面積重量?jī)H為傳統(tǒng)太陽(yáng)電池的50%,但光電轉(zhuǎn)換效率卻實(shí)現(xiàn)大幅的增長(zhǎng)。
中電科能源有限公司空間站太陽(yáng)電池陣項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 蘇彬:三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池比傳統(tǒng)地面用的硅電池的轉(zhuǎn)換效率要高出兩倍以上。
為確??臻g站在軌壽命,研制團(tuán)隊(duì)持續(xù)開展高壓柔性太陽(yáng)電池陣技術(shù)研發(fā),先后完成8萬余次高低溫循環(huán)試驗(yàn),確保太陽(yáng)電池陣結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、伸縮自如,預(yù)期低軌道太陽(yáng)電池陣設(shè)計(jì)壽命由5年提升至15年。
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