“問天”定蒼穹【“太空之家”擴建 中國空間站變身“六居室”】
“問天”升空，中國人的太空“建房大業”再次邁出關鍵一步。
7月24日，中國空間站問天實驗艙由長征五號B運載火箭托舉升空，順利進入預定軌道。至此，中國空間站迎來首個科學實驗艙，這也是我國空間站首次在有人狀態下迎接航天器的來訪。
在航天員“太空出差”的日子里，如何為其提供更好的太空生活質量和工作環境，提高他們太空生活的舒適度，一直是“太空之家”建造者的奮斗目標。中國空間站就像一座三室兩廳還帶儲藏間的“豪宅”。“三室”指一個核心艙和兩個實驗艙，“兩廳”則是指神舟載人飛船和天舟貨運飛船。
如今，“豪宅”擴建。北京時間7月25日3時13分，問天實驗艙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交會對接，也是中國空間站有航天員在軌駐留期間首次進行空間交會對接。
隨著問天實驗艙的加入，中國空間站從“三居室”變為“六居室”，航天員的“人均居住面積”也實現翻番。中國航天科技集團五院空間站系統副總設計師劉剛表示，問天實驗艙這個迄今為止我國最長的航天器，配置了與“天和”核心艙一樣的航天員生活設施，增加了一個小型機械臂及多種科學研究設備，這是中國航天奮力實現高水平自立自強取得的又一重大成就。
“問天實驗艙在與空間站天和核心艙完成交會對接后，航天員進入艙內啟動生命維持系統。”劉剛說，之后，兩艙完成“一”字構型，未來還將經歷6名中國航天員在太空“會師”這一歷史性時刻。
和地鐵車廂一樣大的“太空新房”來了
據劉剛介紹， 問天實驗艙由工作艙、氣閘艙及資源艙三部分組成，艙體總長17.9米，直徑4.2米，發射重量達23噸，主要用于支持航天員駐留、出艙活動和開展空間科學實驗，同時可作為天和核心艙的備份，對空間站進行管理。
“這塊頭和分量，跟北京地鐵13號線列車的一節車廂差不多，是全世界現役在軌最重的單艙主動飛行器。”劉剛說。
發射任務成功后，問天實驗艙按照預定程序與核心艙組合體進行交會對接，神舟十四號航天員乘組進入問天實驗艙開展工作。此時，包括他在內的空間站設計師，最想對航天員說：“新房上線，歡迎入住！”
問天實驗艙設有3個睡眠區、1個衛生區。劉剛說，完成對接后，中國空間站更加溫馨舒適，而且“床位”數增加到6個。后續神舟十五號載人飛船發射后，神舟十四號、神舟十五號兩個乘組、6名航天員將實現“太空會師”。空間站“滿客”運行。
“太空新房”的大，不僅體現在內部空間，還體現在系統功能上。
劉剛介紹，問天實驗艙配備了一對雙自由度柔性太陽帆板，全部展開后的翼展超過55米，比半個足球場還要長。這也刷新了我國航天器在軌使用太陽帆板的紀錄。
他說，問天實驗艙是一個集平臺功能與試驗載荷功能于一體的“全能型”選手。
平臺功能方面，問天實驗艙與天和核心艙互為備份，關鍵平臺功能一致，可以完全覆蓋空間站組合體工作要求。也就是說，在天和核心艙“想休息”的時候，問天實驗艙也能頂上，“帶你一起飛”。
“問天實驗艙不僅保障航天員在軌長期駐留，而且提供專用氣閘艙和應急避難場所，保證航天員安全。這些讓中國空間站的在軌運行風險更加可控，在軌長壽命運行更加可靠。”劉剛說。
出了“臥室”就能“上班”
在試驗載荷功能上，問天實驗艙裝載了8個實驗機柜、22個艙外載荷適配器，就像是把一個大型科學實驗室搬到了太空。
“航天員在問天實驗艙工作，出了‘臥室’就能‘上班’。中國人也能在太空開展大規模的空間科學實驗了！”劉剛說。
問天實驗艙的能源管理系統十分強大，自帶高性能“發電機”與“配電器”。
中國航天科技集團五院空間站系統電總體副主任設計師左歲寒說，問天實驗艙的太陽帆板面積大、柔性也大，帶著這樣大的一對“軟翅膀”進行交會對接，控制難度之高堪稱空前。
“為了降低系統復雜性和在軌風險，問天實驗艙也相應地實現了多個系統功能創新，如采取太陽帆板二次展開方案，發射后先展開約五分之一的長度，待對接完成后再展開到位。”左歲寒說，這提高了可控性，能夠確保問天實驗艙盡快到達母港，保證任務穩妥成功。
據他介紹，問天實驗艙的每個太陽帆板展開面積約110平方米，差不多相當于一套三室一廳房子的面積。兩個太陽帆板一起工作，將有效收集更多的太陽能，為空間站運行提供充足的能源。
空間站在軌建造完成后，天和核心艙的一個太陽帆板將轉移到問天實驗艙資源艙的尾部，天和核心艙將“專心致志”地進行空間站管理工作，而問天實驗艙將成為名副其實的“主發電站”。
屆時，問天實驗艙的3條能源母線將發揮更大的作用，為組合體源源不斷地供電送能。
出艙活動的“更衣間”更大了
在問天實驗艙中，氣閘艙的視覺效果十分獨特，外方內圓，是空間站系統唯一一個看上去是方形的艙體。里面圓柱狀的，正是航天員開展出艙活動時的“更衣間”——出艙氣閘。
在這里，“更衣間”的空間更大了，航天員在這里作出艙準備和艙外返回時，可以更舒展、更從容，未來將成為整個空間站系統的主要出艙通道。
劉剛介紹，出艙氣閘還有一個直徑達1米的大門。航天員從這里進進出出，不僅更加方便了，而且還能攜帶大個頭的設備出艙工作，艙外工作能力大大提升。
他告訴記者，出艙氣閘的外面，是看上去像方形的外殼。這是艙外暴露實驗平臺，上面配置了22個標準載荷接口，其中一部分還配備了流體回路溫度控制。未來10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”，不再需要航天員出艙進行人工操作了。
“問天實驗艙是空間站系統中艙外活動部件最多的艙體，大量的艙外設施設備更好地保障了出艙活動，也為更精細的艙外操作提供了支持。”劉剛說。
中國航天科技集團五院空間站系統測控與通信分系統主任設計師易予生介紹，問天實驗艙將在氣閘艙外攜帶一套5米長的“小臂”。這套7自由度的機械臂小巧、精度高，“小手”方便抓中小型設備，做更為精細的操作。小臂還可以與核心艙大臂級聯成15米長的組合臂，開展更多的艙外操作。
屆時，組合臂能夠在天和、問天、夢天的空間站三艙組合體之間爬行，“機甲戰士”能控制的艙外范圍就更大了。
易予生表示，在問天實驗艙的艙外，還設置了兩臺云臺燈、4臺高清攝像機，能夠一邊打光追光、一邊拍攝錄制。通過它們，航天員出艙活動時，地面測控人員能更清楚地看到、時刻關注到，從而為他們提供更及時的安全保障。
“它們還能在太空中拍攝許多‘壁紙大片’‘唯美視頻’，將地球和外太空呈現在世人面前。”易予生說。
劉剛告訴記者，為了完成問天實驗艙這樣巨大規模的航天器研制任務，設計研制隊伍團結各方力量，付出了極其艱苦的努力。僅反映2014年6月至2020年12月初樣研制階段概貌的總結文件，就有60多萬字。
久有凌云之志，“問天”逐夢太空。今年4月24日即第七個“中國航天日”當天，問天實驗艙發射場試驗隊從北京乘坐飛機出征文昌。在萬米的高空上，全體試驗隊員揮動手中的小國旗和航天旗，一起唱響《歌唱祖國》。
很多年輕的試驗隊員記得，當時，問天實驗艙責任總指揮潘平鼓舞大家，“讓我們以確保圓滿成功的實際行動，踐行‘用成功報效祖國、用卓越鑄就輝煌’的莊嚴承諾！”
4月29日，在天和核心艙發射成功一周年之際，問天實驗艙經海運抵達文昌航天發射場。之后又是兩個多月的鏖戰。
“問天新征程，一站定蒼穹。”7月24日，伴隨轟鳴的火箭騰空聲，問天實驗艙進入蒼穹。次日，問天實驗艙與天和核心艙完成對接，為空間站在軌建造畫上濃墨一筆。
“問天”之后，“夢天”也將很快起飛。中國載人航天工程“三步走”的最后一步，決勝在望。
中青報·中青網記者 邱晨輝 來源：中國青年報