天宫二号 航天科技集团五院供图

9月15日晚22时许,在长征火箭的托举下,天宫二号来到了广袤苍凉的太空,接替它的“大姐”——天宫一号,开始守望神州大地。
这次天宫二号不仅是航天员的“太空家园”,还作为我国第一个完全意义上的空间实验室,肩负着许多航天新技术、新产品的验证工作,那么它究竟有哪些可圈可点之处?记者采访天宫二号的抓总研制单位航天科技集团第五研究院(以下称五院)相关专家进行盘点。
维修像插拔U盘一样便捷
便捷维修,是天宫二号的一大杀手锏。科幻电影里,当一套大型设备发生故障时,科研人员可以像插拔U盘一样,快捷地拔下损害的部件,插上一个新部件,然后,设备恢复正常运转。
如今,这样的场景将在天宫二号上真实上演。
根据五院天宫二号总设计师朱枞鹏的介绍,五院科研人员通过合并同类项的理念,对天宫二号的供配电、热控、数据管理等系统实现了高度集成化模块设计,打造出了可快速更换的模块单元。
拿智能配电单元来说,五院的科研人员就满足了产品长寿命、高可靠、操作方便等要求,在我国航天器上首次采用了“插拔式”的结构设计,在地面的模拟试验中,科研人员只需用几分钟就能完成一次维修更换。
这就是由该院529厂研制的配电“管家”。众所周知,航天器电源系统的可靠性及安全性,一直是航天器系统重点关注的问题之一,而传统的航天器电源系统核心部件“开关”,往往采用机械触点的继电器开关,一旦机械触点“开关”发生故障,将对航天器的性能及可靠性产生重大影响。
在普通民众住宅的墙上,都会有一个不起眼的电源控制箱,当家里某个电器发生短路时,里面的开关就会自动跳闸进行保护。电源控制箱的一个主要功能就是供电开关,而天宫二号的配电“管家”不仅能够像普通的供电开关那样供上电,还能在故障时切断电,在故障修好后又自动能恢复供电。
当然,在试验室里,科研人员可以只用几分钟就能完成一次维修更换,但上了天,一切可能会显得不一样。为了确保航天员在太空环境能够熟练地操作,这些科研人员还通过多次模拟试验,编制出一份量化到步、图文并茂的操作手册,为宇航员开展在轨维修试验提供“看得见”的方便。
“固若金汤”:做漏气缓慢的篮球
天宫二号是一个外部真空、内部有1个大气压的结构。要评价它的安全性,其中一个重要指标就在于,在未来两年的在轨飞行过程中,“漏气量要非常小”。就如同再好的篮球早晚也会漏气,只是,好的产品和设计可以让漏气非常缓慢。
根据五院总体部专家的说法,天宫二号的结构,从整体上来看是一个金属制成的结构,但由于其内部包括观察舷窗、开关舱门等容易漏气的部件,“密封”成了一个必须要解决的问题。
这其中最为关键的是密封圈,一般的密封圈都存在老化问题,更何况太空中温度变化更加激烈。五院总体部的科研人员就从配方开始研究,再到密封圈的结构形式,密封结构设计等等。最终,他们打赢了这一仗,这也让天宫一号在轨两年的安全运行,成为结构设计一张闪亮的“名片”。
不过,结构设计人员并未就此停止脚步——这个“太空实验室”自身安全还不够,空间碎片、太空垃圾随时都可能是威胁。有没有可能在空间碎片撞击大开间的时候,及时发现感知并定位其所在的位置?
灵感最终出自人类自己——人类本身就是很好的感知系统,通过神经系统来及时发现外部刺激。这些科研人员开始考虑:在传统结构上能否增加一套神经系统,来实现对撞击的感知。
据五院总体部专家透露,这套“神经系统”,将有望在不远的未来得以应用,扩展结构功能,实现更为安全的太空居室。 只携半箱“油”升空,边飞边“加油”
根据朱枞鹏的说法,天宫二号担负着验证未来我国空间站技术的重任,因此,在轨道设计上,天宫二号选择了距离地球393公里的轨道,这也是未来我国空间站运行的轨道高度。
相比之前载人航天任务的轨道,这个轨道足足高出了50公里。不过,天宫二号和神舟十一号未来要组成的“太空之家”,仍属于低轨道航天器,它运行在距离地球400公里不到的太空,这一位置,仍会有稀薄的大气。
根据专家的说法,受大气阻力影响,航天器运行速度会不断下降,并导致轨道高度不断下降,为了维持相对稳定的轨道高度,需要航天器不断消耗所携带的推进剂。
于是,天宫一号发射前,“油箱”会加得满满的。其携带的推进剂足有一吨多。不过,如今的天宫二号,却只加了半箱“油”。这要多亏了科研人员所研制的在轨补加系统,它可以实现天宫二号在太空边飞行边“加油”,这将极大地提高它的在轨运行时间。
朱枞鹏说,天宫二号没有了“粮草不足”的后顾之忧,节省的重量还可以携带更多的载荷产品和航天员的生活物资。
事实上,用“研制不止、试验检验不停”来形容“太空之家”的诞生并不为过——在天宫二号和神舟十一号研制过程中,五院科研人员考虑到“太空之家”中长期在轨、在轨加注等任务的特点,专门推出了连续100小时模拟飞行试验、航天员中期驻留地面1:1试验等各种试验,在整船累计电测时间上,更是突破了1500小时,刷新了天宫一号创造的纪录。
箭指苍穹、探索宇宙的征途上从来都不会一帆风顺,总是遍布荆棘和坎坷,甚至会遭遇失败。俄罗斯联盟号、美国挑战者号都是惨痛的教训。
五院党委书记赵小津也表示,尽管该院实施载人航天任务至今保持着100%的全胜战绩,可他们始终以“如履薄冰”的态度对待每次新任务,以“首飞、首战”的标准和行动来高标准、严要求开展各项工作,以打造让自己、让航天员、让祖国和人民放心的航天器。

(作者:钟在天)