揭秘天宮二號三大殺手锏（圖）
天宮二號 航天科技集團(tuán)五院供圖
9月15日晚22時許，在長征火箭的托舉下，天宮二號來到了廣袤蒼涼的太空，接替它的“大姐”——天宮一號，開始守望神州大地。
這次天宮二號不僅是航天員的“太空家園”，還作為我國第一個完全意義上的空間實驗室，肩負(fù)著許多航天新技術(shù)、新產(chǎn)品的驗證工作，那么它究竟有哪些可圈可點之處?中國青年報·中青在線記者采訪天宮二號的抓總研制單位航天科技集團(tuán)第五研究院(以下稱五院)相關(guān)專家進(jìn)行盤點。
維修像插拔U盤一樣便捷
便捷維修，是天宮二號的一大殺手锏?？苹秒娪袄?，當(dāng)一套大型設(shè)備發(fā)生故障時，科研人員可以像插拔U盤一樣，快捷地拔下?lián)p害的部件，插上一個新部件，然后，設(shè)備恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。
如今，這樣的場景將在天宮二號上真實上演。
根據(jù)五院天宮二號總設(shè)計師朱樅鵬的介紹，五院科研人員通過合并同類項的理念，對天宮二號的供配電、熱控、數(shù)據(jù)管理等系統(tǒng)實現(xiàn)了高度集成化模塊設(shè)計，打造出了可快速更換的模塊單元。
拿智能配電單元來說，五院的科研人員就滿足了產(chǎn)品長壽命、高可靠、操作方便等要求，在我國航天器上首次采用了“插拔式”的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在地面的模擬試驗中，科研人員只需用幾分鐘就能完成一次維修更換。
這就是由該院529廠研制的配電“管家”。眾所周知，航天器電源系統(tǒng)的可靠性及安全性，一直是航天器系統(tǒng)重點關(guān)注的問題之一，而傳統(tǒng)的航天器電源系統(tǒng)核心部件“開關(guān)”，往往采用機(jī)械觸點的繼電器開關(guān)，一旦機(jī)械觸點“開關(guān)”發(fā)生故障，將對航天器的性能及可靠性產(chǎn)生重大影響。
在普通民眾住宅的墻上，都會有一個不起眼的電源控制箱，當(dāng)家里某個電器發(fā)生短路時，里面的開關(guān)就會自動跳閘進(jìn)行保護(hù)。電源控制箱的一個主要功能就是供電開關(guān)，而天宮二號的配電“管家”不僅能夠像普通的供電開關(guān)那樣供上電，還能在故障時切斷電，在故障修好后又自動能恢復(fù)供電。
當(dāng)然，在試驗室里，科研人員可以只用幾分鐘就能完成一次維修更換，但上了天，一切可能會顯得不一樣。為了確保航天員在太空環(huán)境能夠熟練地操作，這些科研人員還通過多次模擬試驗，編制出一份量化到步、圖文并茂的操作手冊，為宇航員開展在軌維修試驗提供“看得見”的方便。
“固若金湯”：做漏氣緩慢的籃球
天宮二號是一個外部真空、內(nèi)部有1個大氣壓的結(jié)構(gòu)。要評價它的安全性，其中一個重要指標(biāo)就在于，在未來兩年的在軌飛行過程中，“漏氣量要非常小”。就如同再好的籃球早晚也會漏氣，只是，好的產(chǎn)品和設(shè)計可以讓漏氣非常緩慢。
根據(jù)五院總體部專家的說法，天宮二號的結(jié)構(gòu)，從整體上來看是一個金屬制成的結(jié)構(gòu)，但由于其內(nèi)部包括觀察舷窗、開關(guān)艙門等容易漏氣的部件，“密封”成了一個必須要解決的問題。
這其中最為關(guān)鍵的是密封圈，一般的密封圈都存在老化問題，更何況太空中溫度變化更加激烈。五院總體部的科研人員就從配方開始研究，再到密封圈的結(jié)構(gòu)形式，密封結(jié)構(gòu)設(shè)計等等。最終，他們打贏了這一仗，這也讓天宮一號在軌兩年的安全運行，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計一張閃亮的“名片”。
不過，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員并未就此停止腳步——這個“太空實驗室”自身安全還不夠，空間碎片、太空垃圾隨時都可能是威脅。有沒有可能在空間碎片撞擊大開間的時候，及時發(fā)現(xiàn)感知并定位其所在的位置?
靈感最終出自人類自己——人類本身就是很好的感知系統(tǒng)，通過神經(jīng)系統(tǒng)來及時發(fā)現(xiàn)外部刺激。這些科研人員開始考慮：在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上能否增加一套神經(jīng)系統(tǒng)，來實現(xiàn)對撞擊的感知。
據(jù)五院總體部專家透露，這套“神經(jīng)系統(tǒng)”，將有望在不遠(yuǎn)的未來得以應(yīng)用，擴(kuò)展結(jié)構(gòu)功能，實現(xiàn)更為安全的太空居室。
只攜半箱“油”升空，邊飛邊“加油”
根據(jù)朱樅鵬的說法，天宮二號擔(dān)負(fù)著驗證未來我國空間站技術(shù)的重任，因此，在軌道設(shè)計上，天宮二號選擇了距離地球393公里的軌道，這也是未來我國空間站運行的軌道高度。
相比之前載人航天任務(wù)的軌道，這個軌道足足高出了50公里。不過，天宮二號和神舟十一號未來要組成的“太空之家”，仍屬于低軌道航天器，它運行在距離地球400公里不到的太空，這一位置，仍會有稀薄的大氣。
根據(jù)專家的說法，受大氣阻力影響，航天器運行速度會不斷下降，并導(dǎo)致軌道高度不斷下降，為了維持相對穩(wěn)定的軌道高度，需要航天器不斷消耗所攜帶的推進(jìn)劑。
于是，天宮一號發(fā)射前，“油箱”會加得滿滿的。其攜帶的推進(jìn)劑足有一噸多。不過，如今的天宮二號，卻只加了半箱“油”。這要多虧了科研人員所研制的在軌補加系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)天宮二號在太空邊飛行邊“加油”，這將極大地提高它的在軌運行時間。
朱樅鵬說，天宮二號沒有了“糧草不足”的后顧之憂，節(jié)省的重量還可以攜帶更多的載荷產(chǎn)品和航天員的生活物資。
事實上，用“研制不止、試驗檢驗不停”來形容“太空之家”的誕生并不為過——在天宮二號和神舟十一號研制過程中，五院科研人員考慮到“太空之家”中長期在軌、在軌加注等任務(wù)的特點，專門推出了連續(xù)100小時模擬飛行試驗、航天員中期駐留地面1：1試驗等各種試驗，在整船累計電測時間上，更是突破了1500小時，刷新了天宮一號創(chuàng)造的紀(jì)錄。
箭指蒼穹、探索宇宙的征途上從來都不會一帆風(fēng)順，總是遍布荊棘和坎坷，甚至?xí)庥鍪?。俄羅斯聯(lián)盟號、美國挑戰(zhàn)者號都是慘痛的教訓(xùn)。
五院黨委書記趙小津也表示，盡管該院實施載人航天任務(wù)至今保持著100%的全勝戰(zhàn)績，可他們始終以“如履薄冰”的態(tài)度對待每次新任務(wù)，以“首飛、首戰(zhàn)”的標(biāo)準(zhǔn)和行動來高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求開展各項工作，以打造讓自己、讓航天員、讓祖國和人民放心的航天器。
