本周二上午,“长征五号B遥四火箭/梦天实验舱组合体”在活动发射平台托举下离开垂直总装厂房,经过约2小时垂直转运“舱箭组合体”顺利抵达文昌航天发射场发射工位,接下来将按计划进行发射前各项功能检查与联合测试等工作,预计将于本月底择机实施发射任务。
长征五号B遥四火箭在发射工位就位长征五号B火箭全长53.7米,相当于19层楼高,芯级直径5米,捆绑4枚3.35米直径助推器,整流罩直径5.2米,起飞重量.5吨,起飞推力约吨,近地轨道运力大于22吨。
仰视角度感受长五B之大长征五号B起飞级动力:8台YF-液氧煤油发动机+2台YF-77液氢液氧发动机该型火箭采用别具一格的“一级半构型”,即由一个芯级捆绑4枚助推器,助推器算“半级”,先天可靠性高,火箭所有主动力均在起飞段点火,级间分离次数少。这也意味着芯级要打满全场,从点火起飞到舱箭分离前,YF-77氢氧发动机需要持续工作将近秒,还要适应大气层内外空间的工作环境,以及大推力直接精确入轨技术,舱箭分离前两台YF-77的真空推力可达吨,这在世界上是罕见的,需要精准把握关机时间。
在天宫空间站的“关键技术验证阶段”与“在轨建造阶段”各安排两枚长征五号B任务,需要指出的是两年前执行“新一代载人飞船试验船”发射任务的长征五号B遥一就是空间站关键技术验证阶段的首次发射,之后遥二与遥三两枚箭又先后成功将天和核心舱与问天实验舱送入轨道。
三个月前,长征五号B遥三火箭成功将问天实验舱送入预定轨道。长征五号B遥四也将是长征五号系列火箭的第9次发射,成功之后将创造该系列火箭“七战七捷、连战连捷”的新纪录。
论全箭总长,长征五号B不如长征五号,但前者将近21米的整流罩长度却几乎是后者的将近两倍,如此大的整流罩在国际上也是不多见的,造这么大的整流罩就是为了承运尺寸同样巨大的空间站舱段。
直观感受长五B整流罩之大梦天实验舱轴向长度17.9米,最大直径4.2米,分为工作舱、多功能实验舱、资源舱三个部分。
工作舱与问天舱工作舱以及天和舱大柱段轴向长度大致相同,主要是因为长征5B火箭整流罩的尺寸包络约束条件一致,该整流罩距离下端面10.6米以上部分柱段可用包络逐渐减小,而逐渐减小尺寸的整流罩部分则用于容纳直径较小的舱段,比如天和舱的小柱段、问天舱的气闸舱与资源舱、梦天舱的多功能实验舱与资源舱。
梦天实验舱的三舱标注三十年前,载人航天工程就有了“载人为建站,建站为应用”的发展理念,“应用”就是基于空间站提供的舱内外空间进行大规模的科学实验,而这需要一系列的科学实验设施设备的支持。
目前已知梦天实验舱工作舱配置的科学实验柜有,流体物理实验柜、两相系统实验柜、燃烧科学实验柜、高温材料科学实验柜、超冷原子物理实验柜、高精度时频实验柜1、高精度时频实验柜2、在线维修装调操作柜,以及3台通用实验柜,总计12台科学实验柜。
天宫空间站三舱总计部署25台科学实验柜,梦天实验舱一舱就占据近半数的科学实验柜,由此可见该舱实可为“天宫空间站在轨科学实验工作的核心载体”。
梦天实验舱带有科学研究方向的8台实验柜梦天实验舱之所以能够部署如此众多的科学实验柜,主要得益于空间站大量基础设施建设皆由天和核心舱与问天实验舱承担,梦天舱工作舱不需要部署睡眠区、卫生间等生活设施,系统级备份也都在问天实验舱,因而有充足的空间部署实验设施。
梦天实验舱的舱外实验资源也很充盈,这就是紧邻工作舱的“多功能实验舱”的职责,该舱在朝向天顶一侧的第三象限与朝向地球一侧的第一象限均部署了在轨展开式暴露实验平台,在轨展开后可提供三块暴露实验平台(两块展开平台,一块固定平台)。
多功能实验舱的3块暴露实验平台多功能实验舱除提供舱外实验平台还配置有人类迄今为止规模最大的“货物专用气闸舱”,该舱配置大通径的矩形内舱门与弧形外舱门,至少可支持1.3米宽度尺寸货物通过(国际空间站货物气闸舱舱门通径0.8米),比问天舱气闸舱1米通径舱门还要大,同时舱内配置有货物转移机构,配合机械臂可实现货物的自动进出舱,基于该功能还能够支持小卫星的在轨释放。
梦天实验舱水下训练舱,画面中的大开口便是货物气闸舱的出舱口。工作舱与多功能实验舱如此规模庞大的在轨支持能力让梦天实验舱的实验舱之名“实至名归”。
梦天实验舱末端“资源舱”配置与问天实验舱相同,具备独立的姿轨控动力系统,以及推进剂贮箱,太阳翼也是可二次展开翼展超55米的超大型柔性太阳翼。
双自由度超大型柔性太阳翼也是梦天舱的标配梦天实验舱发射入轨后将与天和核心舱前向对接口实施快速交会对接,完成一系列在轨测试任务后,将实施在轨转位,由前向对接口转位至第二象限侧向停泊口永久对接,届时问天舱与梦天舱形成跨度近40米的对置布局构型,两舱太阳翼将以最小光照遮挡模式运行。
对置布局形成的大跨度起到了类似国际空间站桁架结构的作用完成三舱在轨组装任务后,天宫还会有更多值得期待的大事件,问天舱与梦天舱对置布局利好两舱大型双自由度太阳翼,但是该两舱会对天和核心舱太阳翼形成遮挡,因此我们计划实施核心舱太阳翼在轨转位任务,由机械臂辅助舱外航天员拆卸核心舱太阳翼,并转移至问天实验舱与梦天实验舱末端短桁架接口安装,这样一来天宫三舱太阳翼的受晒率将达到一个极大值,使得空间站供电能力更加强大。
机械臂辅助航天员转移核心舱太阳翼然而,太阳翼在轨拆装不仅考验核心舱太阳翼在轨收拢与再次展开能力,对航天员舱外操作能力也是严峻的考验,此项任务一旦完成,我们航天员的出舱任务能力将再上一个大台阶。
天宫空间站三舱完成在轨组装后还将部署4个大型扩展实验平台,安装位置分别是,天和核心舱大柱段的第二象限与第四象限外壁、问天实验舱工作舱的第四象限外壁、梦天实验舱工作舱的第二象限外壁。大型扩展实验平台将由配置开放式货舱的天舟货运飞船承运。
大型扩展实验平台除此之外,天宫空间站从设计伊始就是对标最大吨级在轨规模,也就是说我们还有扩展另外三舱的能力准备,具体而言就是发射天和二号核心舱与实验舱Ⅲ、实验舱Ⅳ,天宫空间站将由当前的三舱T字形构型转变为六舱干字形构型,再加上巡天光学舱,以及对接飞船,从而构成七舱多船的吨级构型。
天宫二期到位后,空间站可支持3至6名航天员在轨驻留,在轨轮换人数最多可支持12名航天员同时在轨,科学实验柜数量将达到甚至突破50台,应用支持能力大幅度超越所谓的国际空间站,每年可产出超两千项科学成果,进一步助力产业升级与空间技术的高速发展。
六舱“干字形构型”谈及至此,再来看梦天实验舱,该舱是天宫空间站的第三个20吨级大型舱段,其“梦天”之名如今也是众所周知,然而在九年前,它并不是“梦天”,而是冠名“巡天”,此名是基于该舱段设计部署的巡天光学望远镜起的名字,也就是说,原本梦天实验舱与巡天光学舱是在一起的。
实验舱Ⅱ原名“巡天”实验舱Ⅱ原计划部署“巡天望远镜”但是呢,巡天光学望远镜与空间站之间存在难以调和的运行矛盾,比如振动环境、指向要求、多余物干扰等矛盾,科研人员建议,加上国力支持,巡天光学舱才得以最终独立成舱,并与空间站共轨运行,这样一来也解放了梦天实验舱,使得该舱段能够部署大量的在轨科研设施设备。
如今独自成舱的“巡天光学舱”今年是载人航天工程三十周年,三十年前,莫说是吨级七舱多船构型,就是如今即将实现的三舱T字形构型都是难以想象的奢望,当年我们计划的空间站可不是现在这样,而是只有一个20吨级核心舱的中型空间站,这样的空间站充其量就是大号的礼炮七号。
空间站早期构想图天宫空间站之所以能够创造出如此光辉的历史业绩,归功于谁?只能归功于人民,因为只有人民才是创造历史的真正动力,因为有了人民的拼搏奉献,才能有强大的国力圆梦空天,我想这才是天宫空间站一期收官之作“梦天号实验舱Ⅱ”之所以定名“梦天”的原因。