中國(guó)科學(xué)技術(shù)館/李志忠

中國(guó)科技館展出的天和核心艙1∶1 結(jié)構(gòu)驗(yàn)證件

為什么要做驗(yàn)證艙呢？

將空間站發(fā)射到太空之前，在地面要做各種情況的模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)各個(gè)艙段的制造工藝、結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行驗(yàn)證，因此要制作不同用途的驗(yàn)證艙?？萍拣^展出的1:1 結(jié)構(gòu)驗(yàn)證件是用于驗(yàn)證制造工藝，如艙門密閉性、艙段結(jié)構(gòu)等的設(shè)計(jì)是否合理，從而進(jìn)行改進(jìn)和升級(jí)優(yōu)化，為后續(xù)制造最終發(fā)射升空的核心艙提供科研參數(shù)，所以它算得上是空間站上天和核心艙的“大哥”了。

為了其他用途的實(shí)驗(yàn)，地面上還有一些實(shí)驗(yàn)艙，如用于浮力水槽訓(xùn)練的核心艙、用于驗(yàn)證電氣性能的核心艙以及與太空中核心艙同步的地面空間站核心艙。

雖然科技館展出的是結(jié)構(gòu)驗(yàn)證件，但經(jīng)過(guò)科普化的升級(jí)改造，有些關(guān)鍵技術(shù)得以清晰展示。下面就讓我們一起走近天和核心艙，了解它的奧秘吧。

天和核心艙高16.6 米、最大直徑4.2 米、發(fā)射質(zhì)量22.5 噸；從外觀上看，分為節(jié)點(diǎn)艙、小柱段和大柱段；從功能上又分為生活控制艙、資源艙、節(jié)點(diǎn)艙。密封艙內(nèi)有工作區(qū)、睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)和鍛煉區(qū)六大區(qū)域，不僅能保證每名航天員都有獨(dú)立的睡眠環(huán)境和專用衛(wèi)生間，而且配置了大量設(shè)施設(shè)備，如就餐區(qū)的微波爐、冰箱、飲水機(jī)、折疊桌等家具家電，鍛煉區(qū)的太空跑臺(tái)、太空自行車、抗阻拉力器等健身器材。此外還有可以實(shí)現(xiàn)與地面雙向視頻通話的天地視頻通話設(shè)備以及支持航天員收發(fā)電子郵件的測(cè)控通信網(wǎng)和相關(guān)設(shè)備等。

天和核心艙的“核心”體現(xiàn)在哪呢？

仔細(xì)觀察，我們就能了解它的“核心”之處。

一是天和核心艙是整個(gè)空間站的中樞。它就好比是大樹(shù)的樹(shù)干，其他艙段都會(huì)安裝在它的接口上，如同大樹(shù)的根、枝、葉，不斷向外延伸。在球形的節(jié)點(diǎn)艙上設(shè)有4 個(gè)艙段接口，分別是兩個(gè)對(duì)接口和兩個(gè)停泊口。其他艙段，如問(wèn)天艙、夢(mèng)天艙、神舟載人飛船、天舟貨運(yùn)飛船，都可以與節(jié)點(diǎn)艙對(duì)接；此外，大柱段尾部也有一個(gè)對(duì)接口，它能在與天舟貨運(yùn)飛船對(duì)接時(shí)為空間站加注所需的燃料。

大柱段尾部也有一個(gè)對(duì)接口

節(jié)點(diǎn)艙上的對(duì)接口（右）、停泊口（左）與出艙口（上）

各艙段組合后的空間站構(gòu)型極其復(fù)雜，要解決力學(xué)、通信、電源等問(wèn)題以及各種環(huán)境挑戰(zhàn)。為此，研制團(tuán)隊(duì)為核心艙配置了聰明的大腦和神經(jīng)——數(shù)管分系統(tǒng)；設(shè)計(jì)了靈敏的“體溫”調(diào)節(jié)——熱控分系統(tǒng)；并裝備了強(qiáng)大有力的手臂——大型空間機(jī)械臂，用于空間站組裝建造、運(yùn)營(yíng)管理和維護(hù)服務(wù)。

二是天和核心艙是航天員長(zhǎng)期駐留的主要工作生活場(chǎng)所。它內(nèi)部足足有50 立方米，活動(dòng)空間非常寬敞，可以為航天員提供長(zhǎng)期在軌駐留的環(huán)境。艙內(nèi)配置的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施，還能支持航天員在軌開(kāi)展一系列高微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

對(duì)接口與停泊口有何不同？

節(jié)點(diǎn)艙是空間站的重要樞紐，也是未來(lái)空間站組成T 字形構(gòu)型的唯一節(jié)點(diǎn)。它后側(cè)與小柱段連接，前方與下方分別為前向?qū)涌谂c徑向?qū)涌冢笥覂蓚?cè)為停泊口，上側(cè)為出艙口。

對(duì)接口：用于載人飛船、貨運(yùn)飛船和其他實(shí)驗(yàn)艙與空間站對(duì)接；設(shè)有用于交會(huì)對(duì)接的角反射器與十字靶標(biāo)。

停泊口：用于問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的長(zhǎng)期對(duì)接，與核心艙組裝形成空間站組合體。

天和如何調(diào)整飛行姿態(tài)？

空間站在軌日常飛行過(guò)程中，受地球高層大氣、太陽(yáng)電磁輻射、引力場(chǎng)等多種因素影響，姿態(tài)會(huì)有所變化。而有些搭載的實(shí)驗(yàn)裝置有特定的指向需求，尤其是大型柔性太陽(yáng)翼有動(dòng)態(tài)對(duì)日定向要求，這就需要不斷調(diào)整空間站的姿態(tài)和方向。天和核心艙上配置有6 個(gè)圓球形的姿態(tài)調(diào)控設(shè)備，學(xué)名叫“控制力矩陀螺”。每顆球里都密封著一個(gè)以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)的鋼制飛輪，通過(guò)其加速、減速與旋轉(zhuǎn)輸出力矩，即可調(diào)整空間站的飛行姿態(tài)。

出艙工作靠什么指路？

航天員出艙工作時(shí)，受太空失重環(huán)境以及艙外航天服視野的影響，會(huì)讓辨認(rèn)方向成為難題。同時(shí)核心艙外部有太陽(yáng)翼、機(jī)械臂等結(jié)構(gòu)，航天員在艙外移動(dòng)時(shí)需要進(jìn)行避讓。為了解決這個(gè)問(wèn)題，天和核心艙外部設(shè)有方向標(biāo)識(shí)，用羅馬數(shù)字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ標(biāo)示出核心艙上、下、左、右四個(gè)面，同時(shí)用漢字與箭頭標(biāo)示了航天員返回節(jié)點(diǎn)艙的移動(dòng)方向。按照箭頭的指示，他們就能安全返回節(jié)點(diǎn)艙的出艙口。

建造空間站是我國(guó)載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略的重要目標(biāo)，是建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)、航天強(qiáng)國(guó)的重要引領(lǐng)性工程。如今，天和核心艙和問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙已相繼發(fā)射升空并順利對(duì)接，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙也會(huì)很快迎來(lái)發(fā)射的日子，中國(guó)空間站即將建成。多年來(lái)，中國(guó)航天人突破了載人飛船、貨運(yùn)飛船、空間實(shí)驗(yàn)室、出艙活動(dòng)、空間交會(huì)對(duì)接、在軌加注燃料、航天員中長(zhǎng)期在軌駐留等一項(xiàng)項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，把我國(guó)航天事業(yè)推向一個(gè)又一個(gè)高潮。

“飛天夢(mèng)永不失重，科學(xué)夢(mèng)張力無(wú)限?！比绻阆肓私飧嘤嘘P(guān)空間站的秘密，歡迎到中國(guó)科技館走近天和核心艙，感受中國(guó)航天事業(yè)的光輝成就。

圓球形的控制力矩陀螺

艙外把手與指示標(biāo)