氣閘艙、小機械臂、柔性太陽翼——解析問天實驗艙的“獨門神器”

　　7月24日下午，隨著長征五號B遙三運載火箭沖上云霄，我國空間站建造階段首個實驗艙，也是我國迄今為止發(fā)射的最重航天器——約23噸的問天實驗艙發(fā)射升空。


問天實驗艙艙體總長17.9米，直徑4.2米，比天和核心艙更“強”更“壯”；還擁有三個“獨門神器”：航天員專用的出艙區(qū)——氣閘艙；操作更靈巧、精細的小機械臂；可以為整個空間站收集能量的柔性太陽翼。

　氣閘艙：航天員的專用出艙區(qū)

空間站任務開啟后，我國航天員已經(jīng)進行了多次出艙活動，天和核心艙上的出艙口名為“節(jié)點艙”，兼具航天器對接與停泊及航天員出艙多項功能，艙內(nèi)設備、管路和電纜較多。問天實驗艙升空后，航天員今后出艙活動就有了一個專用出艙區(qū)——氣閘艙。

據(jù)航天科技集團五院空間站系統(tǒng)總體主任設計師張昊介紹，氣閘艙是一個內(nèi)圓外方的艙體，具有艙容更大、艙門更寬、艙內(nèi)更整潔等特點。未來，氣閘艙將成為整個空間站系統(tǒng)的主要出艙通道。

航天員在節(jié)點艙的出艙活動空間大概是七八個立方米，氣閘艙可以達到十二三個立方米；氣閘艙比節(jié)點艙更加整潔，艙內(nèi)只配置了與出艙相關的設備，沒有其他管路電纜的羈絆；艙門直徑達1米，比節(jié)點艙艙門直徑大15厘米。

“航天員從這里進進出出，可以更舒展、更從容，還能攜帶大個頭的設備出艙工作，出艙能力大大提升。”張昊說。

問天實驗艙共有22個標準載荷接口。未來十年，在空間站搭載的科學實驗載荷，可以通過機械臂精準“投送”到自己對應的標準載荷接口位置，“即插即用”，可以不需要航天員出艙進行人工操作。

小機械臂：“短小精悍”，可獨立完成艙外照料

與天和核心艙一樣，問天實驗艙也搭載了一個機械臂。相比于核心艙配備的展開長度達10米、最大承載質(zhì)量25噸的大機械臂，問天實驗艙的機械臂要顯得更“短小精悍”。

張昊介紹，大機械臂手臂夠長，轉(zhuǎn)移范圍更大，作業(yè)半徑近10米；力氣夠大，簡直是一個“大力士”，可以抓住并轉(zhuǎn)移一個完整的航天器。

相比之下，問天實驗艙的小機械臂長度約5米，承載能力為3噸，但這個“小手”的設計目的就是抓握中小型設備，進行更為精細化的操作。

比如，它可以在不需要航天員出艙的情況下，獨立完成艙外載荷的安裝、更換等照料操作，可以有效節(jié)省航天員在軌工作負荷。

大小機械臂還可以組合使用，組成約15米長的組合臂，開展更多的艙外操作。“我們可以將大小機械臂視為人的兩只手，互相交接東西，協(xié)作使用；也可以將兩只手臂攥在一起，形成一個更長的機械臂，可以進行覆蓋整個空間站表面的一些操作和爬行需求。”張昊說。

柔性太陽翼：是目前國內(nèi)最長最大的一個

問天實驗艙所攜帶的太陽翼，是目前國內(nèi)最長最大的柔性太陽翼，刷新了我國航天器在軌使用太陽帆板的紀錄。

據(jù)張昊介紹，問天實驗艙太陽翼單翼展開陣面加上一些安裝結(jié)構，長度接近28米，兩個太陽翼全部展開將近56米，比空間站三個艙組合在一起的艙體尺寸還要大，且一個太陽翼陣面面積可達100多平方米，將有效收集更多的太陽能，為空間站運行提供充足的能源。

“這么大的太陽翼單翼發(fā)電功率9千瓦，雙翼可達18千瓦，日平均發(fā)電量超過430度。與核心艙交會對接完成后，可以滿足整個空間站的用電需求。”張昊說。

問天實驗艙的太陽翼面積大、柔性也大。航天科技集團五院問天實驗艙GNC分系統(tǒng)副主任設計師宋曉光說，這個太陽翼只比衣服硬一點，而且采用了雙軸控制，在艙體姿態(tài)不做調(diào)整的情況下，就能隨時調(diào)整朝向。

空間站在軌建造完成后，天和核心艙的一個太陽帆板將轉(zhuǎn)移到問天實驗艙資源艙的尾部，屆時，問天實驗艙將成為名副其實的“主發(fā)電站”，為組合體源源不斷地供電送能。