天宫二号“精装修”,航天员可以骑动感单车

头条推送科普中国头条创作与推送项目头条创作与推送2016-10-13 15:16
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2016年9月15日,我国用长征2号F T2火箭发射了天宫2号,它是我国第一个真正意义上的空间实验室,现正等待于10月中下旬发射的神舟11号载人飞船的到来与之对接,送2名航天员到天宫2号里生活和工作30天。

天宫二号“精装修”,航天员可以骑动感单车

(天宫2号在轨飞行示意图)

1 任务不同

2011年9月29日,天宫1号目标飞行器升空,其最主要的任务是作为交会对接的目标,以掌握交会对接技术。

与天宫1号相比,天宫2号在外形、结构、尺寸、质量上基本没有变化,仍采用实验舱和资源舱两舱式构型,设计在轨寿命不小于2年。但是由于天宫2号执行的航天任务比天宫1号有很大的变化,所以其“内心”有明显的不同,主要完成三大任务:

一是完成航天员30天的中期在轨驻留任务;二是考核验证推进剂在轨补加技术;三是开展大规模空间科学和应用实验,及在轨维修和空间站技术验证等试验。

为此,围绕天宫2号的三大任务开展了很多新的设计工作。可以说天宫2号比天宫1号“飞得更高、实验更多、时间更长”。为了保持与天宫1号相同重量,对设计方案进行了一些调整。在乘组人数方面,这次减少了1人,只有2位,以便逗留更长时间,携带更多实验;在燃料方面,这次发射时携带的推进剂相比天宫1号时要少一些,因为2017年4月和货运飞船对接时,货运飞船可以补加。为了满足推进剂补加试验需要,对天宫-2推进分系统进行了适应性改造。

天宫二号“精装修”,航天员可以骑动感单车

(进行热试验的天宫2号)

2 轨道更高

天宫1号与飞船的对接高度约343千米。为了验证空间站技术,这次发射的天宫2号与飞船的对接高度为393千米。这与未来我国空间站运行的轨道高度基本相同,比之前的轨道提高了50千米,飞行任务的轨道控制策略与测控模式更加接近未来空间站要求。轨道特性的不一样,每一圈转的时间不一样了,所以设计人员进行了重新分析计算。

天宫二号“精装修”,航天员可以骑动感单车

(天宫2号与伴随卫星)

按计划,天宫2号空间实验室发射升空后,开展了平台和空间应用载荷测试,并于神舟11号载人飞船发射前,做好与神舟11号飞船交会对接的准备。一是进行平台和应用载荷的在轨测试,包括完成平台姿轨控、供配电、信息传输与控制等方面的性能测试,以及交会对接支持、航天员驻留支持等功能检查,完成应用载荷的功能性检查和测试。此后,转入独立运行模式,开展部分空间科学实验;二是在神舟11号载人飞船发射前,天宫2号将再次进行状态和功能检查,确认是否满足载人交会对接条件和驻留要求。

3 两次对接

后续按计划,神舟11号载人飞船于10月中下旬在酒泉发射场发射,入轨后经变轨调相,与天宫2号交会对接构成组合体,航天员进入天宫2号,开展空间科学实验和技术试验。组合体运行第30天时,神舟11号与天宫2号分离,航天员乘返回舱返回四子王旗主着陆场。天宫2号继续在轨飞行。

2017年4月,天舟1号货运飞船在文昌发射场发射,入轨后经变轨调相,与天宫2号交会对接构成组合体,进行推进剂补加试验等。天舟1号完成组合体停靠任务后与天宫2号分离,开展搭载载荷试验。天宫2号继续在轨飞行,开展空间科学实验与技术试验。

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(航天员进行空间实验示意图)

4 温馨之家

由于神舟11号航天员在天宫2号将驻留30天,加上独立飞行3天,总飞行时间从神舟10号的15天增加到33天,是我国持续时间最长的一次载人飞行任务。为了满足航天员中期驻留需要,科研人员对天宫2号的载人宜居环境做了重大改善,或称进行了“精装修”,开展了宜居环境设计,改善了就餐和睡眠环境,增加了锻炼设备和娱乐设施,为航天员提供了舒适人性化的空间家居环境,使航天员驻留期间的生活和工作更加舒适、更加便利、更加丰富多彩。

天宫二号“精装修”,航天员可以骑动感单车

(天宫2号上还搭载了香港中学生太空科技设计大赛获奖的双摆实验装置、薄膜成型实验装置、太空养蚕实验装置3个实验项目,用于开展航天科普活动)

例如,在天宫2号上首次使用可展开的多功能小平台,航天员可在上面写字、吃饭、做科学实验,生活工作两不误;在通信方面,为航天员配备了蓝牙耳机和蓝牙音响,以解放航天员的双手;在锻炼器材方面,除有动感单车外,还增加了跑台。多功能小平台和跑台采用了折叠方式进行收纳,以最大程度地节省空间。

5 多项科研

为后续空间站的建设,在天宫2号上安排了在轨维修技术验证和机械臂维修操作验证系统,对空间站的维修体系进行全面验证需求。值得一提的是,天宫2号系统设计为模块化,所以出现问题时可快速更换和在轨维修,在我国航天器上首次采用了“插拔式”的结构设计,只需用几分钟就能完成一次维修更换。

同天宫2号一起升空的还有伴随小卫星,它将从天宫2号上释放出去,然后与天宫2号伴飞,开展联合试验。

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(空间冷原子钟实验)

为了开展大规模空间科学和应用实验,天宫2号上搭载了全新配套的空间应用系统的科学设备,而且无论在数量上还是安装复杂程度上,都创造了我国历次载人航天器任务之最。它包括空间冷原子钟等14项应用载荷,以及失重心血管研究等航天医学实验设备,多项实验居国际领先水平,其中有两项实验是航天员直接参与操作的。这些实验主要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。

完成天宫2号任务将为我国后续空间站建造和运营奠定坚实基础、积累宝贵经验,对于推进我国载人航天事业持续发展,具有十分重要的意义。(资料来源:《知识就是力量》杂志社)

专家:杭添仁,空间探测首席传播专家

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