据微信公号“中国载人航天”10月31日消息,北京时间2022年10月31日15时37分,搭载空间站梦天实验舱的长征五号B遥四运载火箭,在我国文昌航天发射场准时点火发射,约8分钟后,梦天实验舱与火箭成功分离并准确进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

梦天实验舱是中国空间站第三个舱段,也是第二个科学实验舱,由工作舱、载荷舱、货物气闸舱和资源舱组成,起飞重量约23吨,主要用于开展空间科学与应用实验,参与空间站组合体管理,货物气闸舱可支持货物自动进出舱,为舱内外科学实验提供支持。





后续,梦天实验舱将按照预定程序与空间站组合体交会对接。完成有关功能测试后,梦天实验舱将按计划实施转位。神舟十四号航天员乘组已做好迎接梦天实验舱来访的准备。

这是我国载人航天工程立项实施以来的第25次飞行任务,也是长征系列运载火箭的第446次飞行。

喜报!

2022年10月31日15时37分,我国在海南文昌航天发射场运用长征五号B运载火箭,将中国空间站的最后一个主体舱段——梦天实验舱发射至预定轨道,此次发射任务取得圆满成功,中国空间站建造任务的收官之战也就此正式打响。

拍摄/樊巍

中国空间站最强“工作室”上线

作为中国空间站三舱“T”字基本构型组合体的最后一个舱段,梦天实验舱由工作舱、货物气闸舱、载荷舱、资源舱四个舱段组成,舱体全长17.88米,直径4.2米,发射质量约为23吨,可为航天员提供超过32立方米的工作与活动空间。

图片来源:中国航天科技集团八院

在完成在轨组装任务后,梦天实验舱将和“天和”“问天”两个舱段实现控制、能源、信息、环境等功能的并网管理,共同支持空间站开展更大规模的空间研究实验和新技术试验,推动我国空间科学研究与应用迈向世界领先水平。

中国航天科技集团八院空间站系统副总师柏合民在接受媒体采访时表示,根据空间站总体规划,梦天实验舱将主要承担空间科学实验功能。其在功能上和“天和”“问天”两舱各有侧重,“问天实验舱主要面向空间生命科学研究,而梦天实验舱则主要面向微重力科学研究,配置有13个标准载荷机柜,涉及流体物理、材料科学、燃烧科学、基础物理以及航天技术试验等多学科方向。”

图片来源:中国航天科技集团八院

作为中国空间站上开展空间科学实验工作的关键核心载体,梦天实验舱将不再为航天员配置类似“天和”“问天”舱的再生生保以及睡眠区、卫生区。但中国空间站的三个舱段均配置有航天员的锻炼设备,梦天舱配置的是类似健身房划船机的抗阻锻炼设备。

为了最大化实现舱外试验支持能力,梦天实验舱的舱外还配置有37个载荷安装工位,可为各类科学实验载荷提供机、电、信息方面的能力支持,确保它们在太空环境下开展各类实验。特别是载荷舱上配置的两块可在轨展开的暴露载荷实验平台,以及一块固定式暴露平台。一共可提供24个标准载荷工位,进一步增强了空间站的载荷支持能力。

此外,梦天实验舱上还配置有一个专供货物出舱的货物气闸舱。这个气闸舱将有效解决以往开展舱外科学试验,需要航天员出舱进行安装作业时,航天员出舱次数、载荷数量与大小受到限制的困境。

据了解,该气闸舱设置有两道门,一扇是连接工作舱的内侧舱门,一扇是连接外太空的外侧舱门。在两扇门内,装有载荷转移机构。当收到载荷出舱任务时,内侧舱门将打开,载荷转移机构由气闸舱前往工作舱,航天员在工作舱内完成科学试验载荷的组装,并将其放置、固定在载荷转移机构上。随后,转移机构会平缓地从工作舱缩回至气闸舱,待航天员关闭内侧舱门,一切准备就绪后,气闸舱的外侧电动舱门将打开,载荷转移机构搭载着科学实验载荷转移至舱门口,舱外机械臂抓取载荷并安装至舱外,整个动作一气呵成。

为了确保舱内的气压、温度等环境正常,两侧舱门是不可同时打开的,不必担心误触。气闸舱上所配备的电动外舱门不仅是我国空间站上的首个“自动门”,也是世界航天史中首个在空间站中使用全自动弧形滑移方舱门。

而具有载荷自动进出舱功能的载荷转移机构,可以稳定地执行将货物从舱内送出舱外,或将舱外货物运至舱内的任务。这套机构的运送能力能达到400公斤、单次运送货物包络可以达到1.15米×1.2米×0.9米。与航天员“带货出舱”的方式相比,中国空间站的货物出舱能力得到进一步提升,进行舱外载荷实验的效率也进一步提高。

在拥有了货物气闸舱和这套载荷转移机构后,梦天实验舱还可以“化身”为微小航天器的“母港”,具备释放微小卫星的能力。中国航天科技集团八院空间站梦天实验舱总体副主任设计师孟瑶介绍称,梦天实验舱能够满足百公斤级飞行器或多个规格立方星的释放需求。通常情况下,微小卫星释放机构收纳在舱内,当需要执行释放小卫星任务时,航天员只要把小卫星安装在释放机构“肚子”里,再整体安装在载荷转移机构上,按照货物出舱流程,经气闸舱泄压后,把释放机构送到舱外。机械臂抓取小卫星释放机构,并运动转移到发射方向,收到地面发送的“释放”指令后,释放机构就会想弹弓一样,把小卫星依次以规定的速度弹射出去,从而实现在轨释放小卫星。

长五B火箭再度“建宫立业”

作为专门为中国空间站三个20吨级主舱段发射任务而研制的大型火箭,长征五号B运载火箭以三战三捷的完美表现助力中国空间站主体三舱“齐聚”太空。

据了解,在此次发射任务中,为满足“梦天”和“天和”交会对接使用的需求,长五B火箭需要采用零窗口发射技术,但由于大型氢氧火箭发射前准备工作较多,保证零窗口发射难度极大,因此长五B项目团队通过发射前的流程优化、以及采用起飞时间偏差修正技术,将发射零窗口拓展至正负2.5分钟,从而有效地提升了火箭发射的可靠性,最终确保此次任务能够按期准时发射。

在完成此次收官之战的发射任务之后,长五B后续还将承担中国第一个大型空间巡天望远镜发射任务,届时巡天望远镜将与空间站共轨飞行,开展更多的宇宙空间探测和前沿科学研究。此外,长五B未来还将与远征系列上面级形成组合,形成多星组网发射的能力,充分发挥运载能力大、单位有效载荷经济性好的优势,满足国家不同发射任务的需求。

航天科技集团一院长征五号B运载火箭总体主任设计师李平岐在接受《环球时报》记者采访时表示,长五系列火箭已经经受了一系列国家重大航天工程的考验,未来的一些重大发射任务也对长五火箭提出了新的需求,这里面就包括了大体积应用载荷的发射任务。此外,长征五号两个型号的运载火箭运力都比较大,可以承担一些星座组网的发射任务,这就对长征五号执行“一箭多星”发射任务提出了需求。针对这些需求,项目团队已经开展了相关研制工作。其中在两级半构型的长五火箭小整流罩的基础上之上,项目团队正在研发更大规模的整流罩,例如长度达到18.5米的整流罩,这样长征五号就可以执行一些高轨道大体积载荷的发射任务。与此同时,项目团队还在研制执行“一箭多星”任务的发射适配器等相关产品,制定一箭双星串联的发射方案。通过这些研制工作,极大提升了整个长征五号系列火箭执行任务的适应性。

梦天舱升空,咱们中国人在太空也要住上“两室一厅”啦

北京时间今天15时37分23秒,长征五号B遥四运载火箭在文昌航天发射场一号发射工位点火起飞。

长征五号B遥四运载火箭点火起飞瞬间 | 央视新闻

飞行约493秒后舱-箭分离,火箭将中国空间站梦天实验舱准确送入预定对接初始轨道入口,发射任务圆满成功。

这是中国空间站建造阶段的收官之战。

梦天实验舱飞行任务标识|CMS

与之前发射的问天实验舱一样,舱-箭分离后,中继天线、舱外照明等机构相继解锁展开,太阳翼完成“一次展开”,舱段开始交会对接程序。

在接下来的13个小时内,梦天舱将进行数次变轨,预计将在明天凌晨4点半对接于天和核心舱节点舱的前向对接口。

火箭起飞时刻中国空间站与发射场的相对位置 | 本文作者

此前,由天和核心舱、问天实验舱、天舟四号货运飞船和神舟十四号载人飞船构成的空间站组合体已经偏航180°飞行,建立了倒飞姿态等待梦天实验舱与其交会对接。

梦天舱(左)与空间站组合体对接示意图 | CMS

对接完成后,梦天实验舱还将进行太阳翼二次展开、分离-转位-再对接、暴露实验平台展开等一系列动作,组成中国空间站三舱“T”字基本构型。

官方发布的梦天实验舱简介视频 | CMS

长征五号B遥四运载火箭

本次发射梦天实验舱的长征五号B遥四火箭,与之前发射问天实验舱的遥三火箭技术状态基本一致,火箭高度约为54米,整流罩直径5.2米,起飞质量约为850吨。

转运至发射区的长征五号B遥四运载火箭 | 新华社

梦天舱与问天舱一样需要与空间站进行交会对接,运载火箭需要在特定的时间起飞,因此本次是长征五号B运载火箭的第二次“零窗口”发射。

实验舱Ⅱ——梦天

梦天实验舱舱体长度17.9米,最大直径4.2米,太阳翼完全展开后翼展55.66米。

梦天实验舱支持航天员在轨驻留,并开展密封舱内试验和舱外暴露平台实验,同时梦天舱还可以为航天员提供应急避难场所。

梦天实验舱示意图|上海航天技术研究院

梦天实验舱由工作舱、货物气闸舱+载荷舱、资源舱这三个主要部分组成。

梦天实验舱结构示意图 |上海航天技术研究院

载荷舱

梦天舱在外观上与问天舱最大的区别就在于中段的货物气闸舱与载荷舱。

为了最大限度拓展舱外暴露实验的支持规模,梦天舱在货物气闸舱外额外设置了一层非增压结构,这层结构就是载荷舱。

载荷舱在对地和对天顶方向分别设置了两个可展开式的暴露实验平台,展开式的暴露试验平台面积更大,能承载的科学实验载荷更多。

与问天实验舱一样,平台上安装了多个标准舱外暴露有效载荷的适配器。

梦天舱外载荷适配器布局|中国科学院空间应用工程与技术中心

货物气闸舱

梦天舱配置的气闸舱用来支持科学实验载荷和货物的进出舱。





梦天舱货物气闸舱的舱内(上)和舱外(下)视角 | CMS

与问天的乘组气闸舱相比,梦天货物气闸舱内不设置舱外航天服支持设施,增设自动转移机构和自动舱门。在机械臂的辅助下,气闸舱和内部的自动转移机构可以实现有效载荷(货物)的自动进出舱。

工作舱

与问天实验舱不同,梦天舱主要为科学实验设施提供平台,舱内不配备乘组睡眠区和卫生区。

梦天实验舱的环控生保系统较核心舱和问天舱的配置更加简单,仅配置了大气压力控制、温湿度控制、烟火检测与灭火设施。

正常情况下,梦天舱的环控生保功能将主要由核心舱和问天舱负责提供支持。

梦天舱内全体科学实验柜地面联试 | 中国科学院空间应用工程与技术中心

从学科角度划分,梦天实验舱舱内主要支持开展流体燃烧、空间材料、基础物理等领域的实验。其中包括了流体物理实验柜、两相系统实验柜、燃烧科学实验柜、高温材料科学实验柜、超冷原子物理实验柜和高精度时频实验柜(高超精度时频实验柜占2个柜位)。

高精度时频实验柜Ⅰ和柜Ⅱ|中国科学院空间应用工程与技术中心

此外,梦天舱还配置了可为多学科、系统提供共用支持的在线维修装调操作柜和数个通用科学实验柜。

在线维修装调操作柜 | 中国科学院空间应用工程与技术中心

资源舱

梦天资源舱与问天资源舱的功能和技术状态几乎完全一致。末端桁架的太阳翼为空间站的运行提供充足的能源。

值得一提的是,由于空间站组合体构型下核心舱太阳翼受遮挡导致发电功率下降严重,后续还将由航天员多次出舱完成能源系统扩展作业。

核心舱太阳翼转移后的空间站构型 |上海811空间电源研究所

核心舱两侧的太阳翼将收拢、拆卸后分别安装在两个实验舱的尾部桁架,并沿实验舱轴向展开,为空间站负载提供功率输出。

天宫空间站

梦天实验舱的加入标志着天宫空间站建造阶段的结束和运营阶段的开始。

我国空间站计划将在轨运营10年以上,期间将会有神舟飞船进行航天员天地往返运输,由天舟货运飞船运送物资和实(试)验设备。

天宫空间站做为国家太空实验室,将会利用舱内的25个实验机柜和舱外的67个暴露载荷支持设施,持续滚动开展各类科学实验和技术试验。

梦天舱对接并转位完成后,中国空间站的T字构型组合体。注意,这一幕将发生在神舟十四号乘组和神舟十五号乘组交班期间,因此空间站上停靠了两艘神舟载人飞船 | CMS

在短期的未来,我们还将迎来巡天空间望远镜(CSST)。巡天空间望远镜是我国第一个大口径、大视场空间天文望远镜,用于巡天科学研究。它将与空间站共轨飞行,并将与空间站进行4次短期停靠,补加推进剂,视情况由航天员出舱完成维护维修等操作。

天宫空间站将逐渐发挥太空母港的重要作用。

巡天空间望远镜示意图 | 詹虎

除了巡天空间望远镜外,未来还将可能有更多的航天器与天宫空间站共轨飞行接受在轨服务,而目前的“T”字构型组合体也具备舱段和应用支持的在轨扩展能力。

建成后的中国空间站,更加值得期待!

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