問天實驗艙與天和核心艙組合體在軌完成交會對接

      據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，問天實驗艙入軌后，順利完成狀態(tài)設置，于北京時間7月25日3時13分，成功對接于天和核心艙前向端口，整個交會對接過程歷時約13小時。

　　這是我國兩個20噸級航天器首次在軌實現(xiàn)交會對接，也是空間站有航天員在軌駐留期間首次進行空間交會對接。

　　神舟十四號航天員乘組于7月25日10時03分成功開啟問天實驗艙艙門，順利進入問天實驗艙。這是中國航天員首次在軌進入科學實驗艙。

　　后續(xù)，將按計劃開展組合體姿態(tài)融合控制、小機械臂爬行和大小臂組合測試等在軌工作，并利用問天艙氣閘艙和小機械臂進行航天員出艙活動。

太空空調(diào)

　　●核心是遍布各個位置的液冷系統(tǒng)

　　●將各種設備或試驗載荷產(chǎn)生的熱量收集并輻射到外太空

　　●可支持數(shù)千瓦級以上試驗載荷的散熱

太空水處理

　　●太空尿液處理與水回收技術是公認的技術難題，也是我國空間站建造的核心關鍵技術之一

    ●第二套環(huán)控生保尿處理子系統(tǒng)隨問天實驗艙發(fā)射上行后，在與天和核心艙完成對接后投入使用天地“實時在線”

　　●問天實驗艙升空后需要與地面保持聯(lián)系，且必須做到“實時在線”，這就需要航天測控通信

　　●該系統(tǒng)不僅智能化、可靠高，且從軟件到硬件、從基礎元器件到整機均全部實現(xiàn)國產(chǎn)化

揭秘

“問天”路上的三大航天科技

●在極冷極熱的太空環(huán)境中，“太空空調(diào)”必不可少

●太空尿液處理與水回收技術，解決太空用水難題

●太空與地面如何保持聯(lián)系，航天測控通信顯威力

　　7月25日凌晨，問天實驗艙與天和核心艙組合體成功在軌交會對接。此次飛行任務中，有哪些航天科技為問天實驗艙的問天之路保駕護航？

問天實驗艙為何能“四季如春”？

　　航天器在軌時，沒有了大氣層的保護，在太陽照射的情況下，表面溫度可達100攝氏度以上，而沒有陽光時，溫度會降到零下100攝氏度以下。

　　問天實驗艙作為我國目前最重、尺寸最大的單體飛行器，在極冷極熱的太空環(huán)境中，想要保證艙內(nèi)各種設備始終處于20多攝氏度的舒適環(huán)境，就要靠航天科技集團五院空間站問天實驗艙熱控團隊研制的“太空空調(diào)”。

　　“太空空調(diào)”的核心是遍布各個位置的液冷系統(tǒng)，航天科技集團五院問天實驗艙流體回路負責人王德偉介紹，團隊為問天實驗艙研制了三套液冷系統(tǒng)，將各種設備或試驗載荷產(chǎn)生的熱量收集并輻射到外太空，可支持數(shù)千瓦級以上試驗載荷的散熱，其中一套是專門為艙外試驗載荷進行溫度保障的散熱回路。

　　同時，航天科技集團五院的研制人員開發(fā)了大尺寸、高效界面導熱材料，兼顧了艙外載荷維修和導熱的雙重目的。

　　在“太空空調(diào)”的研制中，為滿足部分特殊設備的溫度控制要求，許多新科技紛紛登場，如艙外設備上使用的太陽反射率超過90%的“白色外衣”、石墨烯導熱索技術等。

問天實驗艙怎樣保障用水？

　　一直以來，太空尿液處理與水回收技術是公認的技術難題，也是我國空間站建造的核心關鍵技術之一。

　　由航天科工集團二院206所研制的第二套環(huán)控生保尿處理子系統(tǒng)隨問天艙發(fā)射上行后，在與天和核心艙完成對接后投入使用，后續(xù)按照總體規(guī)劃，航天員乘組將對該套尿處理子系統(tǒng)進行狀態(tài)設置，并進行在軌測試以確認系統(tǒng)的功能狀態(tài)與性能指標是否正常，測試通過后，該套系統(tǒng)將按照總體規(guī)劃定期進行自清洗流程。

　　按照總體規(guī)劃，在發(fā)射問天實驗艙、夢天實驗艙后，中國空間站將完成在軌建造，隨后空間站將轉(zhuǎn)入長期運營階段。目前，位于天和核心艙的首套尿處理子系統(tǒng)按照工作節(jié)律正常運行，保障航天員正常用水，位于問天實驗艙的第二套尿處理子系統(tǒng)作為備份組件，兩套尿處理子系統(tǒng)將協(xié)同為更多的中國航天員乘組在空間站長期駐留提供清潔的再生水。

　　首套尿處理子系統(tǒng)于2021年4月29日隨天和核心艙發(fā)射入軌，并成功保障神舟十二號、神舟十三號6名航天員在軌長期駐留。目前，首套尿處理子系統(tǒng)產(chǎn)品運行過程中功能正常，性能穩(wěn)定。

問天實驗艙怎樣“實時在線”？

　　在問天實驗艙這場逐夢之旅中，在川央企中國電子科技集團公司第十研究所研發(fā)的多項設備貢獻了力量。

　　問天實驗艙升空后，需要與地面保持聯(lián)系，且必須做到“實時在線”，這就需要航天測控通信。在這方面，中電十所牽頭研制的陸海天基測控通信系統(tǒng)，構(gòu)建了我國新一代“綜合化測控體制”，負責對問天實驗艙進行軌道測量、遙測遙控及數(shù)據(jù)傳輸。據(jù)了解，該系統(tǒng)不僅智能化、可靠高，且從軟件到硬件、從基礎元器件到整機均全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。

　　此外，中電十所還為承擔本次發(fā)射任務的長征五號B運載火箭配套了前端視頻光傳輸設備、后端視頻光傳輸設備、前端射頻光傳輸設備及后端射頻光傳輸設備——這一地面光傳輸組合在單機綜合測試設備、技術陣地、發(fā)射陣地塔架、火箭應答機之間搭起了信號傳輸“橋梁”，能通過遠距離的光信號傳輸，為數(shù)據(jù)的傳輸處理開辟出高速通道。

　　不僅如此，安裝在航天發(fā)射場中的T0控制臺，以及時統(tǒng)系統(tǒng)，也來自中電十所。其中，T0控制臺用于獲取火箭起飛觸點信號、產(chǎn)生起飛T0時刻并傳輸給指揮中心。而發(fā)揮“對表”作用的時統(tǒng)系統(tǒng)，則發(fā)揮了“對表”作用——以3000年不差1秒的精度提供標準時間和頻率信號。（四川日報全媒體記者 徐莉莎 綜合新華社）

解讀

問天實驗艙將要展開哪些實驗研究

　　●在空間生命科學與生物技術、微重力流體物理、空間材料科學、空間應用新技術試驗等4個領域方向規(guī)劃部署了10余個研究主題，已立項40余項科學項目

　　●隨著此次問天實驗艙發(fā)射，微重力條件下高等植物培養(yǎng)的實驗研究將陸續(xù)在軌開展?？臻g站建成后將持續(xù)論證、滾動實施相關科學項目

　　隨著問天實驗艙與天和核心艙順利交會對接，神舟十四號航天員乘組進入問天實驗艙，中國空間站建造又跨出關鍵一步。問天實驗艙作為我國首個空間站科學實驗艙在太空能開展哪些實驗，備受關注。記者采訪相關領域?qū)＜?，對問天實驗艙即將展開的實驗研究進行解讀。

　　空間站能提供長期的微重力、輻射等特殊研究環(huán)境，有人參與方便進行實驗操作、實驗模塊更換和維修維護，天地往返運輸可實現(xiàn)實驗模塊更換及實驗樣品返回?！翱臻g科學是引領我們科技發(fā)展的前沿領域，探索人類如何在地外生存，或是研究生命起源等，必須在外太空來開展相關實驗?！笨臻g應用系統(tǒng)副總師、中科院空間應用中心集成技術中心主任王珂說。

　　載人航天工程空間應用系統(tǒng)副總師、中科院空間應用中心研究員呂從民介紹，問天實驗艙在空間生命科學與生物技術、微重力流體物理、空間材料科學、空間應用新技術試驗等4個領域方向規(guī)劃部署了10余個研究主題，已立項40余項科學項目。隨著此次問天實驗艙發(fā)射，微重力條件下高等植物培養(yǎng)的實驗研究將陸續(xù)在軌開展。空間站建成后將持續(xù)論證、滾動實施相關科學項目。

　　“為了支撐相關領域科學實驗開展，問天實驗艙內(nèi)部署了多個寬約1米、高1.8米、深0.8米的科學實驗柜，包括生命生態(tài)實驗柜、生物技術實驗柜、變重力科學實驗柜、科學手套箱和低溫存儲柜等?！眳螐拿裾f。

　　呂從民介紹，生命生態(tài)實驗柜將開展擬南芥、果蠅、斑馬魚等動植物的空間生長實驗，揭示微重力對生物個體生長、發(fā)育、代謝的影響，促進人類對生命現(xiàn)象本質(zhì)的理解。

　　——生物技術實驗柜以組織、細胞和生化分子等不同層次多類別生物樣品為對象，開展細胞組織培養(yǎng)、空間蛋白質(zhì)結(jié)晶與分析、蛋白與核酸共起源和空間生物力學等實驗，探索微重力環(huán)境下細胞生長和分化規(guī)律和機制，為人類健康、生殖發(fā)育提供理論基礎，探索重力效應對生命起源和進化影響等。

　　——變重力科學實驗柜為科學實驗提供0.01G至2G高精度模擬重力環(huán)境，采用先進的無線傳能和載波通信技術，支持開展微重力、模擬月球重力、火星重力等不同重力水平下的復雜流體物理、顆粒物質(zhì)運動等科學研究。

　　——科學手套箱提供潔凈密閉空間和溫濕度環(huán)境控制，配置靈巧機械臂具備細胞級精細操作能力，為航天員操作多學科實驗樣品提供安全、高效支持；從-80℃到4℃的低溫存儲柜，能夠滿足不同實驗樣品的不同溫度需求。

　　——實驗艙外部署能量粒子探測器、等離子體原位成像探測器，用于獲取空間質(zhì)子、電子、中子、重離子和等離子體等環(huán)境要素數(shù)據(jù)，為航天員健康、空間站安全運營提供保障支持，并可用于空間環(huán)境基礎研究。

　　科學實驗柜體積雖小，卻功能強大。中科院空間應用中心研究員、集成技術中心副主任張璐說：“科學實驗柜相當于把占地幾十平方米的科學實驗系統(tǒng)裝到一個不到2立方米的柜子里?！?/p>

　　王珂說，除按航天標準研制先進可靠的科學實驗柜等設施外，每一個空間項目還需要事先進行深入的科學研究、事后對數(shù)據(jù)和實驗樣品進行高水平分析，“空間科學和應用研究不僅可以幫助我們理解基礎的物理學和宇宙學規(guī)律，同時通過生物、醫(yī)學、材料學等研究提升人類在地球上的生活質(zhì)量，而且可為人類未來走向深空而做一些知識和技術上的儲備?！?/p>