9月15日22時4分,中秋節的夜晚,我國第一個完全意義上的空間實驗室天宮二號,成功飛向太空。在接下來的一個月,它將在太空中等待神舟十一號的到來,兩者完成交會對接,為航太員組建“太空之家”。
屆時,航太員將在這裡工作和生活30天,這也將成為我國迄今載人飛行時間最長的一次。2013年,我國3名航太員曾經在天宮一號停留15天,驗證了“短期”在軌駐留。而這一次,航太員將在天宮停留比之前長一倍的時間,以驗證“中期”的在軌駐留。
這並非易事。如何保證航太員在30天的失重環境裏有一個良好的生活、工作狀態?中國青年報·中青線上記者採訪了天宮二號總研製單位——航太科技集團第五研究院(以下稱五院)的相關專家。
五院天宮二號總設計師朱樅鵬告訴記者,與天宮一號的“簡單裝修”不同,由天宮二號和神舟十一號所組成的“太空之家”是“精裝修”。“精”到什麼程度,連內部裝飾材料、生活輔助設施、照明設備、空氣環境等細節,都能用“科學設計”來形容。
如果把天宮二號和神舟十一號的對接組合體,比作“太空之家”的話,那麼天宮二號就是這個家的“大開間”。朱樅鵬說,在天宮與神舟的組合體中劃分了工作、生活、試驗、睡眠、娛樂、垃圾存放等區域。
在天宮二號,航太員工作和生活的空間大約有15立方米。佔地較大的是供航太員鍛鍊身體用的“跑臺”,以及工作用的“多功能平臺”,朱樅鵬說,這兩者採用了折疊方式進行收納,以最大程度節省空間。
在遠離地球393公里的冷寂太空,執行長達30天的飛行任務,不僅是對我國空間保障能力的嚴峻挑戰,也是對航太員生理和精神的雙重考驗。這就要求在天宮二號這個大開間裏,健康、娛樂的設施一個也不能“落下”。
比如,天宮二號所準備的跑步機、“動感單車”。五院天宮二號空間實驗室飛船工程師張雅彬介紹,航太員長期生活在有重力的地面環境裏,一旦進入失重環境,身體會發生各種變化,產生諸多不適應,這些變化被稱為失重生理效應。為保障航太員的生理健康,健身器材十分必要。
還有,為航太員量身定制的“健身神器”——骨丟失對抗儀,也叫“對抗骨質疏鬆的儀器”。張雅彬說,這是保證在太空飛行中的航太員身體健康的重要儀器,它通過敲打人體小腿部位相應穴位,刺激骨骼、改善血液迴圈,保障骨骼健康。
面對在軌30天的挑戰,為了讓航太員生活有張有弛,設計師們還在天地通話、視頻、電子郵件方面巧花心思。
張雅彬說,借助天地鏈路,通過地面數據轉換,航太員在軌時可以與地面實現視頻互動,還能在軌閱讀電子書或期刊。天宮二號還支援地面轉播電視新聞、比賽等實時音頻、視頻信號,並配備了音響設備。
值得一提的是,在天宮二號的睡眠區裏,設計師們還專門增加了“雲插座”,可供航太員與家人進行私密通話。
“‘一切為載人、全力保成功’是我們的工作理念,更是我們的實踐尺規”,五院院長張洪太說,在天宮二號和神舟十一號設計研製過程中,五院力爭為航太員打造“五星太空之家”,讓航太員在遙遠的深空體會到“家”的舒心和溫暖,能夠更為安全、高效、愉悅地投身各項飛行試驗任務中。
事實上,天宮二號最初只是天宮一號的備份產品,在天宮一號發射時,天宮二號已經設計研製出來了,但隨著天宮一號任務的圓滿成功,天宮二號被賦予了開展航太員中期駐留、在軌維修技術試驗等新使命。
朱樅鵬說,科研人員為此對天宮二號進行了全面的改裝和升級,不僅解決了天宮一號在軌運作過程中暴露出的產品設計瑕疵,更極盡所能、集智攻關用各類“神器”武裝“太空之家”,在很大程度上提升了它的性能和智慧化程度。
以“太空之家”的“大腦”為例,就是一個高智慧化的產物。這個控制電腦系統和自主研發的spaceOS2作業系統,可自主地進行航太器飛行軌道、姿態調整、運作狀態的智慧化診斷,以及遙測下傳、地面遙控指令的執行。
值得一提的是,這一系統可以實現“一心多用”,能同時管理運作幾十個任務,並具備著從三台互為備份的電腦中發現錯誤、下達正確指令的“三機容錯”功能。朱樅鵬說,這真正意義上實現了多台電腦在故障時的無縫切換,為航太員在太空的工作生活提供了有力的生命保障。
噪音,是航太員在空間環境中能否安心工作的一大影響因素,然而,工作艙內一些設備需要日夜不停地工作,會發出各種噪聲,這對航太員來說堪稱一種“折磨”。
五院天宮二號空間實驗室飛船工程師尚明友說,為最大限度地減輕噪聲對航太員的影響,該院制定出嚴格的生活區和儀器區噪聲控制指標,並採取設備分區安裝、增設吸能裝置、優化消聲裝置等方法,把航太員工作區和生活區的噪音控制在了50分貝這一適宜的程度。
尚明友還提到,為了避免夜間天宮二號飛行進出測控區時的語音通報影響航太員睡眠,科研人員還特意增加了“禁止功能”——航太員可以根據需要自行決定是否遮罩測控區的語音通報。
在太空,航太員處於失重狀態,行動時,往往都需要借助踩踏內部結構的反作用力,但在天宮一號時代,航太員踩踏時,總有一種腳下軟質內飾“一踩一個坑”的不便。
一種輕量化的硬體材料解決了這一問題。尚明友還告訴記者,科研人員在天宮二號的多個區域,增加不少硬質扶手,並引入了駐留腰帶、頭戴式無線藍芽耳麥等設計來解放航太員的雙手。
人體最舒適的體表溫度是23℃,相對濕度在50%附近。朱樅鵬告訴記者,天宮二號所攜帶的熱控系統,便可將密封艙的空氣溫度控制在22∼24℃,相對濕度控制在45%∼55%這一人體最舒適的環境。
事實上,如何長時間提供適合人生活的環境,如何長時間提供舒適的溫度、顏色等“體貼入微”的環境設計,都將在天宮二號任務中得到驗證,為航太員長期在軌駐留提供了有力保障。
載人航太器熱控與衛星熱控的最大區別就在於,載人航太器熱控分系統既要保證儀器設備和結構的溫度,還要為航太員提供舒適的溫濕度環境。
如同我們熟知的家用空調一樣,天宮二號的熱控系統也能在炎熱潮濕的夏天,為室內送來冷風,並除去空氣中的濕氣,在寒冷乾燥的冬天,為室內帶來熱風,並加濕乾燥的空氣,讓室內溫濕度始終保持在人體最舒適的範圍內。
不過,這個“天宮牌”的空調,也不完全等同於家用空調。家用空調一般要實現20平方米房間的製冷,空調的功率約1200W。不過在外太空,電資源是非常寶貴的,按照五院總體部專家的說法,在太空使用1200W功率的東西顯得過於奢侈。
因此,“天宮牌”的空調不再需要使用壓縮機,而是直接利用外太空的冷背景,以及單相流體回路的熱量收集和傳遞功能,將密封艙內的儀器設備產熱、化學產熱和航太員產熱共計幾千瓦的熱量,通過輻射器排散到外太空。這使得其整個空調系統的功率僅有220W左右。
另一個稱得上“體貼入微”的設計要屬顏色了。
科研人員為天宮二號漆上了不同的顏色,四週的墻面選擇了明亮的米白色,底部選擇了深灰色,工作臺等面板採用了天藍色。尚明友說,這一多層次的顏色劃分,有望帶給航太員一種清爽的感覺。
值得一提的是,這種漆可不一般,是特質的“航太漆”,其首要技術指標就是“環保”,不能含有任何有毒有害成分。畢竟,在太空環境中,沒有了重力、氣壓的束縛,物質的揮發速度是在地面上的數倍。朱樅鵬說,一旦密閉的艙體內使用的塗料含有有毒物質,那將直接危害到航太員的健康。
他還透露,為保障航太員在太空的空氣品質,五院的科研人員專門研製了環控檢測裝置,它可以同時完成“太空之家”內二氧化碳、乙醛等20多種氣體及有害微生物的濃度監測,一旦有害物質含量超過預警值時,就會立即報警並指示航太員按照預定方法進行處理,以保證航太員的生命安全。
[責任編輯：韓靜]
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