中國太空站將完成T字基本構型 夢天實驗艙發射升空有三大看點?

撰文:林芷瑩
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今日(31日)下午3時37分,搭載中國太空站夢天實驗艙的長征五號B遙四運載火箭,在海南文昌航天發射場發射升空,隨後夢天實驗艙與火箭成功分離並準確進入預定軌道。
夢天實驗艙發射升空後,除了中國太空站的三個艙段將形成「T」字的基本構型外,本次發射任務還有什麼看點?

刷新太空站重量新紀錄

去年4月29日,長征五號B遙二運載火箭成功將太空站首個艙段「天和核心艙」送入太空;今年7月24日,第二個艙段「問天實驗艙」成功發射。9月30日,中國太空站組合體由兩個艙段的一字構型,轉為「L」字構型。夢天實驗艙加入後,太空站將變成「T」字的基本構型。

問天實驗艙是中國太空站首個科學實驗艙,由工作艙、氣閘艙和資源艙組成,起飛重量約23噸,具備短期獨立飛行能力,主要用於支持航天員駐留和出艙活動、開展空間科學與應用實驗,作為天和核心艙的系統級備份,具有對太空站組合體的管理與控制能力。

10月31日下午3時37分,搭載夢天實驗艙的長征五號B遙四運載火箭,在文昌航天發射場準時點火發射,約8分鐘後,夢天實驗艙與火箭成功分離並準確進入預定軌道。(新華社)

目前,在軌運行的中國太空站組合體包括天和核心艙、問天實驗艙、神舟十四號載人飛船、天舟四號貨運飛船。23噸級的夢天實驗艙就位後,太空站組合體的重量將刷新紀錄。

據了解,天和核心艙發射質量22.5噸,兩個23噸級的實驗艙再加上約13.5噸的天舟四號貨運飛船,以及8噸多的神舟十四號載人飛船,中國太空站的總質量將達約91噸。

今年底,中國將發射天舟五號貨運飛船和神舟十五號載人飛船,實現6名航天員同時在太空站工作,屆時太空站的重量將達到100噸級。

專屬「座駕」:長征五號B運載火箭

與以往搭載天和核心艙、問天實驗艙發射升空一樣,本次將夢天實驗艙發射升空,同樣選用了長征五號B運載火箭。

長征五號B運載火箭,是為了滿足太空站艙段發射任務而研製的大型液體運載火箭,也是中國現役火箭中最大,近地軌道運載能力達到25噸,只有它能夠托舉起重達20噸以上的太空站艙段進入太空。

中國運載火箭技術研究院的專家介紹,長征五號B運載火箭的研製過程中,開展了多項技術攻關和創新,包括該火箭擁有目前中國最長最大的整流罩,整流罩長度達到20.5米、直徑5.2米,容積超過345立方米。

10月25日,夢天實驗艙與長征五號B遙四運載火箭組合體轉運至發射塔架。(新華社)

為了改善氣動特性,火箭整流罩採用流線型的馮·卡門曲線外形,可以更好地減小空氣阻力,減輕載荷影響;同時,整流罩分離採用了旋轉式分離方案,確保超大整流罩安全可靠地分離。

為了滿足快速交會對接,長征五號B火箭採用了「零窗口」發射技術,研製人員通過可靠性分析和試驗實現了關鍵系統可靠性提升,通過射前流程優化提高各系統對「零窗口」發射的適應性,開創中國低溫運載火箭「零窗口」發射的先河。

值得注意的是,此次發射的長征五號B遙四運載火箭,是根據夢天實驗艙的形狀、重量進行定制化設計,例如專門在火箭整流罩上設計操作口的開口,設計整流罩相應的透波口;在軌道方面也對滿足夢天實驗艙入軌的需求進行軌道的設計,以及入軌精度的詳細評估。

天舟三號貨運飛船撤離至19米停泊點的模擬圖像。(新華社)

夢天、問天實驗艙有何區別?

問天實驗艙由工作艙、氣閘艙及資源艙三部分組成,與天和核心艙互為備份,關鍵平台功能一致,可以完全覆蓋太空站組合體工作要求,至於夢天實驗艙更側重於實驗。

中國載人航天工程新聞發言人、中國載人航天工程辦公室副主任林西強曾介紹,夢天實驗艙配置了一個貨物氣閘艙和一個艙外展開試驗平台。當需要在艙外安裝科學試驗設備時,就可以通過貨運飛船運送到太空站,再通過貨物氣閘艙把載荷送到艙外,由機械臂或者航天員把它安裝到艙外的平台上。

中國載人航天工程新聞發言人、中國載人航天工程辦公室副主任林西強。(中國載人航天工程官網)

問天實驗艙主要面向空間生命科學研究,配置了生命生態、生物技術和變重力科學等實驗櫃,能夠支持開展多種類植物、動物、微生物等在空間條件下的生長、發育、遺傳、衰老等響應機理研究,以及密閉生態系統的實驗研究。

夢天實驗艙主要面向微重力科學研究,配置了流體物理、材料科學、燃燒科學、基礎物理,以及航天技術試驗等多學科方向的實驗櫃,支持開展重力掩蓋下的多相流與相變傳熱、基礎燃燒過程、材料凝固機理等物質本質規律研究,以及超冷原子物理等前沿實驗研究。