吳軍 周濤 李同 科技日?qǐng)?bào)記者 付毅飛
10月31日，空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)由長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭托舉升空，吹響了我國(guó)空間站建造任務(wù)收官的號(hào)角。后續(xù)，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將與天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙組合體進(jìn)行快速交會(huì)對(duì)接以及平面轉(zhuǎn)位，三艙組成空間站“T”字基本構(gòu)型。
立足“建站為應(yīng)用”宗旨，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在軌組裝完成后，將與其他兩艙實(shí)現(xiàn)控制、能源、信息、環(huán)境等功能的并網(wǎng)管理，共同支持空間站開展更大規(guī)模的空間研究實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)試驗(yàn)，打造空間技術(shù)應(yīng)用研究“夢(mèng)工場(chǎng)”。
載荷支持能力最強(qiáng)艙段
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙由中國(guó)航天科技集團(tuán)八院抓總研制，艙體全長(zhǎng)17.88米、直徑4.2米、發(fā)射質(zhì)量約23噸。與天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙相比，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙任務(wù)分工和定位上有所不同，在配置上三艙也各有特點(diǎn)。
“夢(mèng)天”和“問(wèn)天”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙“長(zhǎng)得很像”，在艙段的組成上，都擁有工作艙、氣閘艙和資源艙，特別是“兩兄弟”的工作艙和資源艙的造型幾乎別無(wú)二致。工作艙都是位于最內(nèi)側(cè)，通過(guò)對(duì)接機(jī)構(gòu)與核心艙的節(jié)點(diǎn)艙相連。
雖然“夢(mèng)天”與“問(wèn)天”都叫“實(shí)驗(yàn)艙”，但在科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，兩者卻各有側(cè)重。問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙主要面向空間生命科學(xué)研究，配置了生命生態(tài)、生物技術(shù)和變重力科學(xué)等實(shí)驗(yàn)柜；夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙則主要面向微重力科學(xué)研究，配置了流體物理、材料科學(xué)、燃燒科學(xué)、基礎(chǔ)物理以及航天技術(shù)試驗(yàn)等多學(xué)科方向的實(shí)驗(yàn)柜。
此外，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙定位為航天員工作的地方，沒(méi)有配置與天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙類似的睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)等。但三個(gè)艙段均為航天員配置了鍛煉設(shè)備，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙配置的是抗阻鍛煉設(shè)備，類似健身房里的劃船機(jī)。
從總體構(gòu)型來(lái)看，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙由工作艙、貨物氣閘艙、載荷艙、資源艙4個(gè)艙段組成，工作艙位于最前端，與核心艙相連，是航天員工作、鍛煉以及艙內(nèi)科學(xué)試驗(yàn)機(jī)柜安裝的地方。載荷艙與貨物氣閘艙以“嵌套”形式與工作艙相連。位于艙體尾端的資源艙是實(shí)驗(yàn)艙的“能源倉(cāng)庫(kù)”，資源艙上安裝的兩副巨大太陽(yáng)翼，可通過(guò)持續(xù)旋轉(zhuǎn)、穩(wěn)定對(duì)日為空間站提供充足的能源支持。
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙是中國(guó)空間站上載荷支持能力最強(qiáng)的艙段，艙內(nèi)配置了13個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷機(jī)柜，主要面向微重力科學(xué)研究，可支持流體物理、材料科學(xué)、燃燒科學(xué)、基礎(chǔ)物理以及航天技術(shù)試驗(yàn)等多學(xué)科方向研究。為了最大化實(shí)現(xiàn)艙外試驗(yàn)支持能力，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙艙外配置有37個(gè)載荷安裝工位，可為各類科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷提供機(jī)、電、信息方面的支持。
創(chuàng)新打造貨物專用通道
在我國(guó)空間站上，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙是航天員出艙的主要通道，而夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的貨物氣閘艙則是貨物出艙專用通道。
過(guò)去，空間站只能由航天員進(jìn)行艙內(nèi)外貨物的轉(zhuǎn)移、安裝，這種方式受到航天員出艙次數(shù)、載荷數(shù)量與大小的限制，頻繁開展出艙活動(dòng)也會(huì)帶來(lái)復(fù)雜的安全考驗(yàn)。貨物氣閘艙的應(yīng)用，將為空間站后續(xù)開展各類艙外科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)大支持。
貨物氣閘艙采用“內(nèi)艙門+外艙門”雙門設(shè)計(jì)：通往工作艙的內(nèi)艙門，是隔離艙內(nèi)與艙外空間環(huán)境的關(guān)鍵設(shè)備；面向太空的外艙門是貨物的出艙口。為了保障航天員的在軌安全，內(nèi)外兩道艙門不會(huì)同時(shí)開啟。
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙獨(dú)具的載荷自動(dòng)進(jìn)出艙功能，能進(jìn)一步提高空間站進(jìn)行艙外載荷實(shí)（試）驗(yàn)的能力和效率。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙艙內(nèi)配置了一臺(tái)載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，可以穩(wěn)定地將貨物從艙內(nèi)送出艙外，或?qū)⑴撏庳浳镞\(yùn)回艙內(nèi)。該機(jī)構(gòu)的運(yùn)送能力達(dá)400公斤，單次運(yùn)送貨物包絡(luò)可達(dá)1.15米×1.2米×0.9米，相比航天員“人力帶貨”，運(yùn)貨能力大幅提升。
跟航天員進(jìn)出艙一樣，貨物進(jìn)出艙也需要經(jīng)過(guò)泄復(fù)壓過(guò)程，即出艙泄壓、進(jìn)艙復(fù)壓，讓艙內(nèi)外氣壓環(huán)境保持一致。因此對(duì)于氣閘艙來(lái)說(shuō)，內(nèi)部空間越大，就意味著在泄復(fù)壓期間損耗的氣體越多。為此，貨物氣閘艙的外形尺寸根據(jù)出艙貨物的大小進(jìn)行了最優(yōu)設(shè)計(jì)，2.2米的直徑既能保障貨物有充足的空間進(jìn)行安全轉(zhuǎn)運(yùn)，又能減少氣體損耗，提高空間站的氣體利用率。
執(zhí)行貨物出艙任務(wù)時(shí)，航天員先開啟內(nèi)艙門，此時(shí)外艙門呈關(guān)閉狀態(tài)，工作艙與氣閘艙形成密閉的工作環(huán)境，負(fù)責(zé)搬運(yùn)貨物出艙的載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)伸進(jìn)艙內(nèi)，航天員不用穿艙外航天服就可以開展載荷、貨物的安裝操作；隨后轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)縮回至氣閘艙，航天員關(guān)閉內(nèi)艙門，由地面發(fā)出指令打開外艙門，實(shí)現(xiàn)貨物的順利出艙。
此外，為了滿足將來(lái)更大更重貨物的進(jìn)出艙需求，貨物氣閘艙上還裝有我國(guó)空間站首個(gè)電動(dòng)弧形方艙門。艙門寬達(dá)1.2米，采用全自動(dòng)滑移設(shè)計(jì)，可以為貨物進(jìn)出艙提供一條寬闊的走廊。
可在軌釋放微小飛行器
除了上述功能外，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙還擁有一項(xiàng)特別“炫酷”的能力——在軌釋放微小飛行器。艙內(nèi)專門配置的釋放機(jī)構(gòu)能夠滿足百公斤級(jí)微小飛行器或者多個(gè)規(guī)格立方星的在軌釋放需求。
通常情況下，釋放機(jī)構(gòu)以組件形式收納在艙內(nèi)，當(dāng)需要執(zhí)行釋放小衛(wèi)星任務(wù)時(shí)，航天員可以按照立方星的規(guī)格進(jìn)行在軌組裝?！鞍鼛眴未巫畲筝d客量為36U（1U的體積是10厘米×10厘米×10厘米）立方星或百公斤級(jí)微衛(wèi)星。立方星安裝完成后，“包廂”搭乘載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移到艙外。
其中，微小衛(wèi)星通過(guò)卡槽固定在釋放機(jī)構(gòu)上，航天員可以通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行釋放卡槽，再由彈簧機(jī)構(gòu)將微小衛(wèi)星彈出。立方星初始放置在盒狀機(jī)構(gòu)中，通過(guò)控制閥門，打開鎖住立方星的控制門，然后由彈簧彈出立方星。在這一過(guò)程中，釋放機(jī)構(gòu)控制器通過(guò)精準(zhǔn)控制，打開傳送之門，將衛(wèi)星送到“千里之外”。
釋放時(shí)，航天員先在艙內(nèi)把微小衛(wèi)星裝入釋放機(jī)構(gòu)，釋放機(jī)構(gòu)搭乘載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)將小衛(wèi)星運(yùn)至艙外，出艙后，機(jī)械臂抓取釋放機(jī)構(gòu)，對(duì)準(zhǔn)指定方向，釋放機(jī)構(gòu)再像彈弓一樣，把小衛(wèi)星彈射出去。
此外，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的載荷艙為空間站進(jìn)行艙外科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了強(qiáng)大的平臺(tái)支持。
載荷艙上配置2個(gè)展開式暴露平臺(tái)和1個(gè)固定式暴露平臺(tái)，全艙可提供24個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷工位，能極大拓展空間站開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。
隨著更多科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的開展，空間站載荷供電需求成倍增加。為此，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙配備了跟問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙一樣的巨型柔性太陽(yáng)翼。我國(guó)空間站基本構(gòu)型組裝完成后，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙配置的4副太陽(yáng)翼將打造最強(qiáng)勁的“能量源泉”，使空間站日發(fā)電量達(dá)到近千度，實(shí)現(xiàn)“用電自由”。
