僅隔16天再出艙 神舟十四號航太員築起安全防線

僅隔16天再出艙 神舟十四號航太員築起安全防線
經過約5小時的出艙活動,神舟十四號航太員陳冬、劉洋、蔡旭哲密切協同,完成出艙活動期間全部既定任務,出艙活動取得圓滿成功。航太員先後完成了艙外助力手柄安裝、載荷回路擴展泵組安裝、艙外救援驗證等任務,進一步檢驗了航太員與小機械臂協同工作的能力、驗證了問天實驗艙氣閘艙和出艙活動相關支援設備的功能性能。

北京時間2022年9月17日13時35分,航太員蔡旭哲成功開啟問天實驗艙氣閘艙出艙艙門。至15時33分,航太員蔡旭哲、航太員陳冬先後成功出艙。圖片來源:中國載人航太

  據中國載人航太工程辦公室消息,北京時間9月17日17時47分,經過約5小時的出艙活動,神舟十四號航太員陳冬、劉洋、蔡旭哲密切協同,完成出艙活動期間全部既定任務,出艙活動取得圓滿成功。視頻畫面顯示,蔡旭哲出艙時,正逢太陽升起,曙光初現。此次任務是蔡旭哲首次出艙並登上小機械臂。由於問天實驗艙氣閘艙出艙口朝向地球,航太員上半身探出出艙口時,頭頂便是地球,看上去如同“倒立”在地球上方。

  此次任務距離“神十四”乘組首次出艙活動僅隔16天,創下中國航太員兩次出艙活動間隔時間最短紀錄。兩次緊密的出艙任務可驗證中國空間站的高頻度出艙各系統協調配合能力。常態化出艙是空間站必須具備的能力,它需要航太員與地面飛控人員熟練掌握出艙各項準備工作,多次演習演練,達到天地默契配合,其中涉及艙內外協同,空間站系統與地面航太員系統、飛控系統、測控通信系統的天地協同等。

     尤其是中國空間站進入運營階段後,可能還需要把天和核心艙的太陽翼轉移到實驗艙兩邊,這實際上需要常態化的多次出艙。短期內兩次出艙也是對未來出艙活動進行提前演練驗證。雖然間隔時間短,研究團隊仍然根據上一次出艙經驗,對此次出艙活動進行了優化設計。例如,“神十四”乘組首次出艙時,發現出艙通道空間變大、安全繩加長會影響艙內外的物品傳遞,此次任務中,研究團隊及時作出了改進。

  另一方面,根據中國載人航太工程辦公室公佈的消息,夢天實驗艙將於10月發射。發射前,空間站組合體還要進行轉位工作,轉位之後空間站將呈“L”型構型,相較而言,目前的“一”字形構型更適合出艙。

為何在艙外追加擴展泵組?

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  本次出艙最引人注意的是,航太員為問天實驗艙安裝了一套由航太科技集團五院研製的擴展泵組。與航太員首次出艙安裝的問天實驗艙熱控擴展泵組不同,這次是在問天實驗艙的外載荷冷卻回路加裝了一個擴展泵組。

  據介紹,空間站任務長達15年以上,作為冷卻回路的關鍵部件,泵、閥、過濾器、感測器等都需要在軌更換。液路設備必須安裝在艙內才能在整流罩的包絡之中,而非密封艙塞滿設備和管路電纜,如果身著厚重出艙服的航太員鑽到非密封艙內換液路設備,難度可想而知。

  為此,航太科技集團五院空間站熱控設計人員大膽創新,提出了新的思路:在艙內裝一套泵閥,用於支援回路的早期運作,再在艙外壁留出機電液介面,上天后,擇機在艙外追加一套泵組,即所謂艙外擴展泵組。擴展泵組安裝後,問天實驗艙將優先使用擴展泵組,故障或壽命到期後就換一套擴展泵組,艙內的泵組則作為備用,確保空間站在軌穩定運作。

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  雖然身處太空環境,再重的箱子都是輕飄飄的,但是身著航太服的航太員出艙操作一個大箱子,把機電液與艙體連接起來,依然有一定難度。特別是液路連接,斷接器內的彈簧力和液體壓力都不小,出艙活動本身就不太方便,航太員單靠自身力量更是無法直接插上。

  航太科技集團五院設計師們開展了大量實驗進行驗證,不斷完善産品設計,安裝擴展泵組時,航太員無需使用任何工具,也不需要精確瞄準或左右移位,只需完成“插入銷孔定位,撥鎖鉤鎖定,轉手輪插電,拉手柄連液”四個步驟,除去地面人員確認的時間,不到一分鐘就能圓滿完成這項艱巨的任務,既省時又省力。

  此外,擴展機殼除了能夠擴展泵組,將機殼內的泵組換成控溫閥組就能擴展控溫閥組,換成補加組件就能在軌補加液體工質,在地面換成換熱組件就能在電測期間為艙內供冷,未來換成展開式輻射器模組還有望為空間站擴展散熱能力。擴展機殼還採用了“四標準”的思路,即與艙體介面標準化、與航太員介面標準化,與包裝運輸介面標準化,與內部載荷介面標準化。無論裝什麼,往哪兒裝,誰來裝,操作都是一樣的簡單輕鬆。正是研究團隊的這些溫暖、貼心和巧妙的設計,讓“最忙太空出差三人組”的在軌任務輕鬆了許多。

“神十四”乘組築起艙外安全防線

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  本次出艙活動歷時約5個小時,其中包含兩項新任務,首次完成艙外助力手柄安裝、首次進行艙外救援驗證。作為應急使用裝置,艙外助力手柄安裝在出艙口環形扶手旁,它主要用於應急開門,相當於一把門外的“鑰匙”,是保障航太員艙外安全的一道防線。  

     據介紹,航太員通常是從艙內開門,然而當航太員需要異艙進站,比如在應急情況從問天實驗艙氣閘艙出艙,從天和核心艙節點艙返回,就可以利用這把“鑰匙”從艙外打開艙門。艙外救援驗證則是為了應對航太員在艙外作業時可能遭遇的意外情況。其間,一名航太員需要沿著艙壁攀爬,將另一名模擬“失去行動能力”的航太員帶回艙內。

  這一過程中,主動施救的航太員既要防止自己飄走,還要防止“失能”的航太員飄走,他需要一邊拉著同伴,一邊倒騰安全繩回到艙內,非常辛苦。移動過程中,兩名航太員以何種方式連接最合適?主動施救者應該如何拖拉,使被救的航太員不至於磕碰到艙壁?施救的航太員如何抓握扶手最高效可行?這些都需要在真正的艙外環境下進行驗證。

  太空出艙後,航太員將面臨太空環境的嚴峻考驗,容不得半點差錯。因此,進行出艙活動時與地面建立高速及時的測控通信尤為重要。第三代中繼終端産品通過與中繼衛星天鏈一號和天鏈二號建立中繼鏈路,實現中繼通信,對於保證地面與航太員的持續通信發揮著重要作用。通過中繼終端建立的天基測控通信系統建成之後,可確保問天實驗艙在絕大部分時間都保持著與地面的實時通信。

     此外,在空間站建造階段,航太員出艙並開展艙外維修、設備更換等操作將成為一項常態的活動。空間站問天實驗艙的中繼終端採用整合化、模組化的設計思路,在保證傳輸信號品質的同時,方便航太員維修更換。

中國空間站的“防護鎧甲”

  中國空間站在軌安全運作以來,經受住了惡劣空間環境的考驗,保障了航太員在軌生命安全,這些都離不開航太科技集團五院總體設計部空間碎片防護設計團隊為中國空間站打造的“固若金湯的防護鎧甲”,為空間站長期在軌安全運作提供強大的空間碎片防護能力。這背後,是航太人整整20年的技術積累。

  針對空間站更長的在軌時間、更大的組裝規模、更苛刻的防護需求,航太科技集團五院總體設計部空間碎片防護設計團隊全面啟動了空間站防護設計新進程。團隊以自主可控和可持續發展為宗旨,提出了“材料立足國內、指標對標國際”的研發原則,決定自主開發性能更先進的複合材料填充式防護結構。

  面對這一目標,第一關首先需攻克材料問題。團隊提出了“基於衝擊壓力的防護材料評估方法”,該方法能夠定量評估材料防護性能,簡單有效地從國內幾十種複合材料中篩選出了具有防護潛力的兩種材料;團隊又通過數百次數值倣真計算和試驗,掌握了複合材料重量和位置等參數對防護性能的影響規律。後續,設計師可以根據需求輕鬆設計出最優性能的防護結構。

  目前先進防護結構已成功應用於空間站天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙防護,我國空間站防護結構性能指標達到國際先進水準。隨著我國空間站一步步建造完成並長期在軌運作,空間碎片防護團隊將為空間站築起牢不可破的防護堡壘,為航太員們的生命保障提供堅強保護。


     來源:中新網、新華網、中國軍號、中國載人航太工程辦公室等綜合