空間站建造“關鍵之戰”：天和“牽手”問天

“最強”把“最重”送入太空

本報赴文昌特派記者   樊   巍   範安琪

編者的話：7月24日14時22分，我國在海南文昌航天發射場，運用中國目前近地軌道運載能力最大的運載火箭——長征五號B，成功將我國空間站建造階段首個實驗艙，同時也是我國迄今為止發射的最重載荷——問天實驗艙送至預定軌道。中國空間站建造關鍵之戰取得圓滿成功！此次發射任務，中國航天再度取得多項技術突破，創下多項新紀錄。

長五B火箭近地軌道運載能力達到25噸級，無疑是發射我國迄今為止重量最大載荷——問天實驗艙的唯一選擇。

長五B火箭總體副主任設計師劉秉在接受《環球時報》記者採訪時介紹稱，為了滿足空間站建造過程中大艙段發射任務要求，長五B火箭實現多項獨有關鍵技術的突破，其中包括20.5米的國內最大整流罩的分離技術、4.1米大直徑的艙箭連接分離技術、1400千牛大推力直接入軌的精度控制技術，掌握這些技術，為空間站建設奠定堅實基礎。

此次發射任務也是長五系列火箭首次執行零窗口發射任務，也被認為是此次發射任務的技術難點之一。劉秉介紹稱，零窗口發射任務要求長五B火箭必須在規定時間裏分秒不差地發射，否則將無法把問天實驗艙送達指定位置，從而需要耗費巨大代價調整軌道，甚至導致發射終止。

為保證準時發射，長五B火箭型號隊伍對發射前10分鐘的發射流程進行優化，將部分流程前置。此前，各系統只能按照時間順序依次去完成發射前的準備工作。“這就像面對逐題試卷限時競答，一旦卡在前面簡單的問題上，後面的題目分數很高卻又不能做，顯得束手束腳。”火箭院長五B火箭副總設計師婁路亮這樣比喻這個過程。但在此次任務中，長五B火箭型號隊伍將各系統環環相扣的準備工作由“串聯”變為“並聯”，在距離發射2分半時，火箭就已完成發射前各項準備工作，隨時可發射。

準時點火只是開始，精準入軌才是成功。劉秉介紹稱，長五B火箭還應用起飛時間偏差修正技術，最大修正時間為2分半。“通俗理解，在0到2分半這個時間段內的任一時間點發射，火箭都可以在飛行過程中自動修正，‘追回’因推遲發射導致的飛行偏差，將實驗艙精準送入預定軌道。”劉秉稱。

據瞭解，在本次發射任務後，長五B火箭還將“連續作戰”，在10月承擔夢天實驗艙的發射任務，屆時中國空間站三個艙段將形成“T”字基本構型，完成中國空間站在軌建造。而在明年，長五B火箭還將承擔我國第一個大型空間巡天望遠鏡發射任務，屆時它將與空間站共軌飛行，開展更多的深空探測和前沿科學研究。

問天帶去哪些太空實驗“利器”

問天實驗艙作為中國空間站首個科學實驗艙，將承擔哪些科學實驗任務呢？

中科院空間應用中心研究員、載人航天工程空間應用系統副總師呂從民介紹稱，空間應用系統問天實驗艙任務以生命科學和生物技術研究為主，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4個領域規劃部署了十餘個研究主題，目前已立項四十餘項科學項目，空間站建成後將持續論證、滾動實施相關科學項目。

問天實驗艙部署了生命生態實驗櫃、生物技術實驗櫃、科學手套箱與低温存儲櫃、變重力科學實驗櫃等科學實驗設施，配置了艙內外應用任務共用支持設備。其中生命生態實驗櫃以多種類型的生物個體為實驗樣品，開展多種動植物的空間生長實驗，揭示微重力對生物個體生長、發育、代謝的影響，促進人類對生命現象本質的理解，研究空間輻射生物學和亞磁生物學效應與機制，探索建立應用型受控生命生態系統，為航天員在軌輻射損傷評估、防護提供科學依據。

生物技術實驗櫃以組織、細胞和生化分子等不同層次多類別生物樣品為對象，探索微重力環境下細胞生長和分化規律與機制，為人類健康、生殖發育提供理論基礎；探索重力效應對生命起源和進化影響；在高效蛋白質/多肽藥物、納米晶骨骼生物技術等方面取得突破性發現，對指導組織工程、生物醫藥的研究和應用發揮重要作用。

科學手套箱提供潔淨密閉空間和温濕度環境控制，配置靈巧機械臂具備細胞級精細操作能力；手套箱為航天員操作多學科實驗樣品提供安全、高效支持。

變重力科學實驗櫃為科學實驗提供0.01G至2G高精度模擬重力環境，採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複雜流體物理、顆粒物質運動等科學研究。

在問天實驗艙外還部署了能量粒子探測器、等離子體原位成像探測器，用於獲取空間質子、電子、中子、重離子和等離子體等環境要素數據。

創下多項中國航天之最

在發射成功後，問天實驗艙將按計劃與天和核心艙完成前向對接，中國空間站就此迎來首個實驗艙。《環球時報》記者從承研問天實驗艙的航天科技集團五院獲悉，問天實驗艙作為迄今為止我國最大以及全世界現役在軌最重的單艙主動飛行器，艙體總長17.9米，直徑4.2米，發射重量達23噸。“塊頭”和“分量”基本上等同於北京地鐵13號線列車的一節車廂。

航天科技集團五院問天實驗艙電總體主任設計師梁曉鋒在接受《環球時報》記者專訪時介紹稱，從設計角度而言，核心艙和實驗艙兩個生活區的功能定位是一樣的，但在細節上略有區別，“比如實驗艙的生活區相對核心艙會稍大一點，同時也為每個睡眠艙配了舷窗。在成功對接後，中國空間站上就擁有6個睡眠艙，這將為兩個航天員乘組輪換時，短期6人同時在軌創造條件，為航天員提供更加便捷、寬敞的工作和生活環境”。

此外，問天實驗艙上配備的一對雙自由度柔性太陽翼也刷新我國航天器在軌使用太陽翼的長度紀錄。這種柔性太陽翼單個翼面展開面積約110平方米，差不多相當於一套三室一廳的面積。而一對太陽翼全部展開後翼展超過55米，比半個足球場還要長。然而這種太陽翼不僅面積大，柔性也大，帶着這樣大的一對“軟翅膀”進行交會對接，控制難度之高堪稱空前。

據《環球時報》記者瞭解，問天實驗艙上兩個碩大的柔性太陽翼一起工作，每天平均發電量超過430度，在地面上，這個日發電量足夠北京市的一個普通家庭用上一個半月。

此次問天實驗艙與天和核心艙對接也是中國空間站首次在有人駐守的狀態下迎來航天器到訪。航天科技集團五院問天實驗艙GNC分系統副主任設計師宋曉光在接受《環球時報》記者專訪時表示，此次對接任務有其獨特的難點，在對接時作為追蹤器的問天實驗艙，尺寸和質量之大均是我國現有航天器之最；所採用的柔性太陽翼具有容易振動的特點，容易對航天器的控制精度和穩定度產生不利影響。上述因素都加大了此次對接的難度。為此，問天實驗艙的研發團隊採用兩次展開的方式去提高對接的可控性。為確保對接時空間站以及航天員的安全，中國空間站上還採用了一項名為“安全橢球”的設計。

中國空間站在軌建造階段，組合體構型多變，飛行姿態模式也將隨之反覆切換。西安衞星測控中心正高級工程師楊永安在接受《環球時報》記者專訪時介紹稱，這會對空間站的飛行姿態穩定性帶來挑戰，“特別是問天實驗艙這種大艙段的加入，對地面測控系統維持空間站姿態穩定的技術能力提出較高要求”。為此，西安衞星測控中心深入分析任務關鍵技術和過程，全面掌握風險因素，紮實制定應對措施，確保任務風險可控。▲