神舟十四号航天员出舱架起太空“天桥”

神舟十四号航天员出舱架起太空“天桥”
北京时间2022年11月17日16时50分,经过约5.5小时的出舱活动,神舟十四号航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲密切协同,圆满完成出舱活动全部既定任务。这是空间站“T”字基本构型组装完成后的首次航天员出舱活动,首次检验了航天员与组合机械臂协同工作的能力,进一步验证了问天实验舱气闸舱和出舱活动相关支持设备的功能性能。


  17日的出舱作业是神舟十四号乘组第三次出舱,也是中国空间站的第7次出舱任务。航天员出舱活动期间,首先完成了天和核心舱与问天实验舱舱间连接装置、天和核心舱与梦天实验舱舱间连接装置安装,搭建起一座三舱间舱外行走的“天桥”,航天员蔡旭哲通过“天桥”实现了首次跨舱段舱外行走。此外,还完成了问天实验舱全景相机A抬升和小机械臂助力手柄安装等任务,全过程顺利圆满。

  这是中国空间站组装形成“T”字基本构型后的首次出舱活动。跟此前的出舱活动相比,这一次舱外活动对航天员的操作复杂度以及精细度提出了更高的要求。专家介绍,前6次出舱主要完成了出舱工具箱、扩展泵组、电缆防护板等的安装工作,抬升了部分全景相机,验证了相关技术,为支持后续航天员出舱打下了良好的基础。

    后续航天员出舱,每个乘组都会有出舱任务,可能主要是面向一个是后续舱外载荷的一个安装和照料,同时还有一个航天员还要出舱进行核心舱上太阳翼的一个转移工作,转到问天和梦天的一个尾部。

  目前,中国空间站正在进行组合体在轨测试。不久之后,神舟十五号乘组将进入空间站,并和神舟十四号乘组在太空中完成交接班,随后,神舟十四号乘组将完成此次长达半年的太空之旅,返回地球。

首次跨舱舱外作业

  中国空间站“T”字构型特殊而复杂,要顺利完成从一个舱段的外壁转移至另一个舱段的多项舱外任务,对于身着厚重航天服的航天员来说具有一定挑战。为了让航天员自在“穿梭”于舱段间完成各项舱外任务,搭建一条舱间转移路径成为首选。为此,研制团队为空间站设计了灵活安全的太空“天桥”舱间连接装置。这是目前空间站上行的最长的舱外工具,是跨舱开展空间在轨维修作业的关键设备。

  问天实验舱舱间连接装置长度约为3.2米,重达16公斤;梦天实验舱舱间连接装置长度约为2.6米,重达15公斤。航天员将其一端与实验舱的连接装置基座连接,另一端与天和核心舱的环形扶手连接,安装完成后,航天员可实现从实验舱到天和核心舱的爬行,不再需要用机械臂临时搭桥。

  舱间连接装置既要满足天和核心舱节点舱分别与问天实验舱、梦天实验舱之间的远距离连接长度需求,又要充分考虑发射过程中上行存储空间对产品尺寸的限制,还要方便航天员出舱安装。

     研制团队经过多轮研究,最终确定了折叠上行、出舱展开的技术方案,即上行时采用折叠后装入货包的方案,既能够满足空间要求,也可以在上行期间对产品妥善保护;航天员出舱活动时,通过便捷操作即可将其展开,并架设在两个舱段之间。

  作为太空“天桥”,舱间连接装置还具备高可靠性、对航天员无干涉等特点。据介绍,整个装置共设计了13道锁,尤其在装置两端与舱体的安装接口处均设计有4道锁,确保连接处绝对可靠。此外,锁定开关的拨片、装置主体结构上的标准件都经过了精心设计,有效避免了航天员转移过程中误碰,确保出舱任务圆满完成。

  值得一提的是,在以往的出舱任务中,航天员都是在单舱工作,测控与通信分系统、数管分系统、机械臂分系统等只需围绕单舱工作。本次出舱首次实现跨舱段工作,需要三个舱段分系统之间紧密配合。这也是空间站“T”字构型在轨组装完成后三舱协同的重要体现。

首次登上组合机械臂


  本次任务中,组合机械臂首次联手托举航天员。组合机械臂由大机械臂、小机械臂和大小臂转接连接件共同组成。在此之前,天和核心舱上的大机械臂已经可以实现三舱自由爬行,而问天实验舱上的小机械臂只能在指定舱段上工作。

  空间站组装形成“T”字基本构型后,航天员出舱活动中在舱壁上的爬行距离对比以往将会更长,因此机械臂支持转移的范围将需要更大。“T”字构型下,气闸舱是在问天舱的末端,相当于是在“T”字构型的一个末端。机械臂带人到各个作业点,它的路径转移会比以前更长,所以机械臂的运动时间也会更长。

     大臂加小臂,可以使组合机械臂的覆盖半径大为扩展。组合机械臂还可以轻轻松松把小机械臂转移到梦天实验舱,转移之后大、小机械臂分开,小机械臂再爬到相应的目标适配器上完成任务。此外,相较于只有7个自由度的大、小机械臂,组合臂的自由度达到14个,工作起来更加灵活自由。

“太空天路”提供通信保障

  太空出舱后,航天员将面临太空空间环境的严峻考验。因此,进行出舱活动时与地面建立高速及时的测控通信尤为重要。由航天科技集团五院西安分院为空间站问天实验舱研制的中继终端为此次航天员太空出舱提供了全程测控通信保障。

  据了解,西安分院研制的第三代中继终端产品通过与中继卫星天链一号和天链二号建立中继链路,实现中继通信。这就好比在太空中搭建了地面与中继卫星、中继卫星与航天员之间的通信“太空天路”。

     通过搭建“太空天路”实现对问天实验舱的远程操控。问天实验舱中继终端与中继卫星组成的天基测控通信系统是实现“远程驾驶”的关键,中继终端以及多颗中继卫星的载荷产品全部由西安分院承担研制。

“太空天路”持续“在线”为航天员出舱提供通信保障

  通过中继终端建立的天基测控通信系统建成后,将地面对问天实验舱以及空间站的测控覆盖率提高至90%以上。载人航天工程原有的地面测控站、海上测控站测控覆盖率较小,如今则实现了几乎100%的测控覆盖率,让航天员与地面始终保持通信。

     通过中继终端搭建的天基测控通信系统,可同时实现对天舟五号、神舟十四号、问天实验舱、梦天实验舱和空间站天和核心舱的“远程驾驶”,对整个空间站的飞行器同时进行通信测控,所建立的星间链路可以实时向地面传输交会对接画面等数据。

  十年来,中国空间站核心舱、问天和梦天实验舱完成了从设计、制造到测试的全过程,实现了产品全部国产化、原材料全部国产化、关键核心元器件100%自主可控。勇攀高峰的中国航天将“太空之家”的梦想逐渐从蓝图变为现实,再生生保系统、航天员出舱服、舱外机械臂、柔性太阳翼,一项项创新成果闪耀太空。

     中国空间站的建成和运营是我国成为创新型国家的一个重要标志。站在新的历史起点,党的二十大报告提出了加快建设航天强国的目标,中国航天正在以新的伟大奋斗开启新的征程。号角已经吹响。中国航天必将以昂扬的姿态奋力谱写中国航天事业发展的新篇章。


     来源:新华网、中新网、央视新闻客户端等综合