天宫将实现,航天科技(science ca88手机版会员登录

日期:2020-02-15编辑作者:ca88手机版登录

日前,中国航天科技集团公司五院502所完成第三代双组元10牛姿控发动机的全部研制工作,并使之顺利通过项目验收。

11月1日,记者从航天科技集团第六研究院获悉:日前,航天六院下属的西安航天动力研究所研制的首台脉冲微弧电推进系统在轨成功点火,并完成首次在轨功能测试和推力标定。这是我国首次实现脉冲微弧电推进系统的在轨验证。

昨日22时04分09秒,天宫二号成功升空,在中国传统佳节中秋节的月圆之夜约会嫦娥。

第三代10牛发动机高空模拟热试车试验数据表明,发动机在最小脉冲冲量、累计脉冲寿命等方面均达到国际先进水平。随着近期白俄罗斯通信卫星发射成功,502所第二代双组元10牛姿控发动机产品成功实现稳定在轨应用。该产品于2010年实现了首次任务飞行,已在超过10颗卫星上实现稳定在轨应用。 来源:航天科技网站

脉冲微弧电推进系统作为航天领域全新的微电推进产品,具有比冲高、质量轻、体积小、集成化程度高和可靠性强等优点,可为微小卫星提供微牛级推力,用于微小卫星的精准姿态控制、阻力补偿、精确定位和交会对接等任务,被形象地比作微小卫星的“发动机”。

天宫二号空间实验室是在天宫一号目标飞行器备份产品的基础上改进研制而成,全长10.4米,最大直径3.35米,太阳翼展宽约18.4米,重8.6吨,采用实验舱和资源舱两舱构型,设计在轨寿命不小于2年。

此次验证的推进系统于今年8月17日,搭载海创千乘卫星进入预定轨道,10月23日,脉冲微弧电推进系统完成在轨点火、功能测试及推力标定,圆满完成空间任务。

作为我国第一个真正意义上的太空实验室,天宫二号将接受神舟十一号载人飞船的访问,完成两名航天员中期驻留,考核面向长期飞行的乘员生活、健康和工作保障等相关技术;接受天舟一号货运飞船的访问,考核验证推进剂在轨补加技术;开展航天医学、空间科学实验和空间应用技术,以及在轨维修和空间站技术验证等试验。

据了解,随着电推进在国内认可度的提升,可用于卫星变轨及姿态保持的电推进产品备受市场青睐。西安航天动力研究所将以陕西省等离子体物理与应用技术重点实验室为平台,开展微小功率电推进系统的研制,从方案设计、参数计算、产品研制和试验验证等方面进行创新性研究,为微小卫星提供更加精准、高效的轨道推进动力解决方案。

四大神器护“天宫”

责任编辑:小米 审核:长缨

1.

控制力矩陀螺

——天宫“定海神针”

在天宫二号空间实验室里,有一个“定海神针”:控制力矩陀螺(ControlMomentGyros,简称CMG)。它是航天器姿态控制系统的执行装置,用来对卫星或空间站姿态的控制。

此番用在天宫二号上的控制力矩陀螺,曾在天宫一号任务时首次亮相,且在服役期间姿态控制精准,在轨工作稳定、表现优异。

“定海神针”的研发团队、中国航天科技集团公司五院502所科研人员称,对于大型长寿命航天器来说,控制力矩陀螺既能实现快速姿态机动,又能实现姿态高稳定控制,如果空间站上缺少了它,灵活性就会明显差很多,调整变化的能力也会很小。

2.

资源舱

——可“太空加油”的动力之源

天宫二号将与今年10月发射的神舟十一号载人飞船和明年发射的货运飞船实施空间交会对接。

“天宫二号空间实验室是在天宫一号备份目标飞行器的基础上改进研制而成的,采用实验舱和资源舱两舱构型。”中国载人航天工程货运飞船系统副总设计师查学雷说:“实验舱大家比较熟悉,出现在电视画面中航天员太空驻留的部分便是,相对而言,资源舱是不为人知的幕后英雄。”

天宫二号资源舱高3米多,腰围接近3米,是个上下一般粗的大家伙,他的个头比实验舱矮,但是却为天宫二号提供所有的动能和电能,航天员维持生命的氧气也储存在这里。

为了适应任务的变化,资源舱进行了多项改进设计,与实验舱一起全力保障天宫二号空间实验室的各项任务:接受载人飞船和货运飞船访问,考核验证航天员中期驻留、推进剂补加等空间站相关关键技术,并开展航天医学、空间科学实验和空间应用技术试验,以及在轨维修试验和空间站技术验证试验。

应用推进剂补加技术是此次任务的重要技术创新点,它将为空间站提供燃料,是确保我国空间站长寿命运行的最基本保障。未来,货运飞船将通过空间实验室新增的推进剂补加系统实现这一功能,为未来航天员在空间站中长期驻留提供保障。为此,科研人员在承担的空间交会对接机构上,特别增加了液路浮动断接器及补加管路的安装接口,并在资源舱增加了补加推进剂管路,以实现增压气体和推进剂在补加系统中的流动。这不仅突破了国外技术封锁,还将使我国成为世界上第二个掌握空间补加核心技术的国家。

随着明年“天舟一号”我国首艘货运飞船的发射升空,“太空加油”技术将为中国空间站建设提供源源不断的动力能源。

3.

多台核心计算机

——天宫“最强大脑”

在天宫二号,中国航天科技集团公司五院的有关单位研制的计算机产品应用于热控、仪表照明、空间技术试验等多个分系统,作为“最强大脑”,有力保证了各分系统的正常运行。

其中,仪表控制器是我国第一款用于航天的PowerPC高性能计算机,是天宫二号空间实验室仪表照明分系统的核心计算机。它既是实现仪表照明分系统与其他分系统之间数据交换的关键设备,也是未来航天员在轨进行空间实验和空间站管理的“重要工具”。

热控分系统负责天宫二号的温度、湿度的控制与调节,是航天员的“太空空调”。它通过对各舱段的温度点、各种传感器状态信息进行采集,并及时下传,相当于热控分系统的神经中枢,分别安装在天宫一号的实验舱、推进舱段。

4.

测控与通信子系统

——天地耳目

相信大家还记得天宫一号太空授课的情景,这主要归功于中国航天科技集团八院研制的测控与通信子系统中的图像、话音设备。此次任务中,它们为神舟十一号飞船、天宫二号空间实验室装上了眼睛和耳朵,天宫二号设备的2台舱内摄像机和2台舱外摄像机,使我们能够在地球上看到航天器内外的实时影像,双向图像编解码设备在保证了图像质量的前提下大大节约了天地通信带宽,采用高保真编码体制的话音设备能够与航天员进行实时通话,就算播放高质量的音乐也不在话下。

另外,空空通信设备,在天宫二号、神舟十一号之间架设起无形的通信之桥,实现了两个飞行器间的信息互通、指令共享,保证了交会对接的成功进行。USB应答机在地面和飞行器间拉了一根无形的“线”,实时监测着飞行器的距离、方位和速度信息。遥测设备是飞行器的“家庭医生”,实时监测着飞行器的“生理状态”,可以将数字图像/话音和其他数据通过高速通信、数传、天线设备传回地球。遥控设备接收来自地球的各种指令或控制数据,控制着飞行器上仪器设备的各种动作,让地面科研人员能够在几百公里之外控制着天宫二号和神舟十一号的一举一动。

“天宫”何所似

密闭系统已经过检验

天宫二号的规模与天宫一号一致,也是一个长期在轨自动运行、短期载人的飞行器。如果把它与飞船对接组合体比作太空居室,那么天宫二号结构则是这个“大开间”的主结构,航天员将在其中工作与生活。

那么这个大开间有哪些奥妙之处呢?

记者走进了中国航天科技集团公司五院总体部,一探天宫二号结构机构分系统的奥妙。

天宫二号外部真空、内部只有1个大气压。评价这个“大开间”安全性的最重要指标就是——在2年在轨飞行过程中,漏气量要非常小。

天宫二号是金属制成的结构,但由于功能需要还包括观察舷窗、舱门等部件,这些地方更容易漏气。设计师根据各种结构特点设计了多种安全可靠的密封结构。密封结构中最为关键的就是密封圈,一般的密封圈都存在老化问题。设计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,通过大量细致的实验,终于取得了成功,并在天宫一号在轨两年的安全运行中得到检验。

地面24小时监控用电

航天员在轨工作、生活30天,但飞行控制任务长达60天,这对电源系统飞控队伍来说是一项极限挑战。为了让航天员有在家用电的安全感,地面人员必须24小时监控电源分系统性能数据,力求万无一失。而此次任务又新增一项挑战:国产化。

据货运飞船系统副总师陈启忠介绍:“太阳翼所使用国产化的材料虽然在其他卫星上也有用过,但是用的地方和我们的不一样。”神舟十一号飞船采用的太阳翼是我国载人航天领域第一个国产化材料的太阳翼。

神舟十一号太阳电池翼不仅启用了新的国产化材料,并且其在轨复杂工况下的载荷适应能力更是大于一般卫星。

神舟十一号电源分系统的设计师们将基板几乎全部进行了国产化“改造”,通过初样阶段详细的设计,包括全面充分的仿真分析和试验验证,包括材料级、工艺级、组件级、整翼级的试验,最终神舟十一号的“翅膀”在原材料上实现了国产化,成为目前国内所有卫星型号中太阳翼国产化最彻底的型号。

3分钟检测完舱内气体

中国航天科技集团公司五院研制的在轨有害气体检测装置担负起天宫二号舱内“环保卫士”的使命。舱内气体进入它身体内部后,它3分钟便能完成气体成分和浓度的检测,为空间实验室的环境安全保驾护航。

在航天员入住舱内前,在轨有害气体检测装置先要对舱内空气质量进行检测。一旦有害气体的浓度超标,它就会发出警报,开启空气净化系统。实验舱内空气得到过滤净化后,航天员便可以放心入住。航天员入住期间,在轨有害气体检测装置会定期检查舱内的空气质量,为航天员生活环境的安全提供持续保障。

为航天员配“健康保健员”

针对失重环境,中国航天科技集团五院513所为天宫二号研发了多项产品,用于保障航天员健康工作。

为了研究航天飞行对人体的前庭眼动、心血管及脑高级功能影响,同步检测动脉脉搏、静脉脉搏、脑电和眼动,早在天宫一号任务时,我国就首次研究了一种微重力环境下进行的系统生理学研究实验航天医学空间实验设备,这就是失重生理效应实验装置I。在天宫二号上将继续使用该产品深入开展相关认知研究。失重生理效应实验装置Ⅱ是我国研制的第一个正式上天的全自动细胞培养装置,该装置主要用于进行失重生理效应防护的细胞机制研究,为针对关键的细胞信号分子开发相关的靶标药物以及制定防护措施奠定基础。

同时,研制单位专门为航天员设计了“健身器”——骨丢失对抗仪,也叫“对抗骨质疏松的仪器”,是保证在太空飞行中的航天员身体健康的仪器之一。骨丢失对抗仪能通过敲打人体小腿部位相应穴位,刺激骨骼、改善血液循环,对抗骨质疏松,保障骨骼健康。此外,还有无创心功能监测仪,主要通过无创检测航天员的脉搏血压、脉搏量和血氧饱和度等生理参数,定期监测航天员的身体状态,被称为航天员的“健康保健员”。

一心夙愿奔天阙

两名男航天员

将上天宫二号

中国航天科技集团五院空间实验室总设计师朱枞鹏介绍,此次天宫二号空间实验室主要有四方面任务,首先是实现与神舟十一号载人飞船交会对接,两名男航天员将进行30天中期驻留;明年和货运飞船交互对接,补加推进剂;航天员驻留期间要开展维修系统技术试验,开展舱内科学实验项目;实验室内有覆盖14个领域的载荷设备,进行空间技术应用的各类实验。

这些工作都是为了将来建造空间站进行先期实验。比如未来空间站要飞行十年以上,那么针对航天员长期飞行、推进剂补加、航天器维修等各方面都要进行先期实验。

“天宫二号”其实该算是备用转正。天宫二号原来是天宫一号的备份。朱枞鹏解释说,虽然和天宫一号外形一样,但就像汽车一样,配置却有很大不同。在航天员健康保障方面,首先要保障在失重环境下身体机能不会退化,如配自行车、跑步机等设施以进行力量训练。此外,还有对他们进行心血管定期监测,对饮食、居住环境进行改进。心理建设上,将和地面上的家人进行视频聊天,沟通亲情。同时,还设有娱乐设施,可以听音乐、看视频,根据需要看地面转播电视信号。

另据了解,这次航天员是两名男性航天员,之所以没有女航天员,是因为此前曾有两位女航天员上天执行任务,从飞行体验上来说目的已经实现了。而且这次搭载了很多设备,两人上天体量上更为合适。

推进分系统

确保“天神”精准相会

不久之后,天宫二号将与神舟十一号载人飞船在距地面393公里的轨道高度交会对接。

众所周知,载人航天工程任务是一项系统工程,一次完整的载人航天飞行,需要品种各样、高可靠性的发动机。而在这次空间实验室与载人飞船对接及后续科研试验中,高质量高稳定高安全度的火箭发动机和空间推进系统研制,就成为了关键中的关键。

承担推进分系统研制的中国航天科技集团6院工程人员介绍,“天宫二号”推进分系统位于空间站资源舱内,共配置20多台不同推力的姿轨控发动机;神舟十一号飞船推进分系统则由返回舱推进子系统和推进舱推进子系统组成。返回舱子系统位于返回舱凹舱内,共配置8台单元发动机,提供返回舱俯仰、偏航和滚动所需的动力;推进舱系统共配置40台大小不一的姿轨控发动机。

天宫二号和神舟十一号发射后,要实现完美入轨并进行空间对接,要求每台发动机在每个阶段都要提供强大可靠的动力和调姿变轨的精准稳定。此番担负着交会对接任务的天宫二号490N双组变轨发动机和神舟十一号飞船推进舱系列姿轨控发动机,则是保证空间实验室与神舟十一号载人飞船能否对接成功的关键因素。

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