作者:甘晓 张玲 赵亮 张萃 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/15 15:02:48
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探秘天宫二号有哪些高科技
空间实验室结构机构分系统及热控系统

 

作为我国长期在轨自动运行、短期载人的飞行器,天宫二号任务是我国建造空间站之前进行技术验证的重要阶段。未来,神舟十一号飞船发射后,航天员将在天宫二号中工作和生活。

日前,《中国科学报》记者从中国航天科技集团公司五院总体部获悉,科研人员在天宫二号结构与机构、热控系统方面采用了多项高科技,为其执行空间实验室任务奠定了基础。

密不透风的“钢筋铁骨”

和以往发射的神舟飞船最大的区别在于,天宫系列目标飞行器的在轨飞行时间长。所以,长寿命设计成为结构与机构分系统面临的新挑战。中国航天科技集团公司五院的结构与机构分系统设计团队科研人员在密封舱漏率、结构形式及结构重量等方面开展了多项大胆创新,使设计水平上升了新的台阶。

“天宫二号”是一个外部真空、内部1个大气压的结构,漏气量是评价其安全性的重要指标。针对最容易漏气的观察舷窗、开关舱门等部件,设计师们根据各种结构特点设计了安全可靠的密封结构,其中最关键的便是密封圈。为了面对太空中温度变化更加激烈而导致的老化问题,设计人员从配方开始,再到其结构形式、结构设计,通过大量细致实验,最终取得了成功。

在结构形式上,设计人员向《中国科学报》记者介绍,飞船的结构形式由于焊点成千上万,长期在轨时,点焊部位容易出现腐蚀,对结构寿命造成极大威胁。对此,设计师们对国际空间站和“和平”号空间站的结构形式和原材料进行了充分调研,结合国内工艺水平和原材料供应能力,提出了“整体壁板式”密封舱结构方案。

此外,由于结构重量占据了飞船的大部分重量,曾一度让研制工作陷入困境。对此,设计师们邀请多位跨型号的结构设计专家,对方案进行了多次优化,最终使结构重量降低了20%多。

打造安全舒适的“家”

在即将开展的太空实验中,对接组合体好比“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。

为了让航天员在太空中有尽量大的活动空间,“天宫二号”结构尺寸基本按运载火箭可容许的最大包络做设计。既要大空间、又要轻巧结实的要求,给工程人员带来了挑战。最终,工程人员反复计算,最终确定技术状态,研制出了这个直径3米多的薄壁飞船结构,圆满地满足了各项要求。

噪音则是航天员在这个大开间舒适生活的另一大影响因素。工作舱内一些设备需要日夜不停地工作,会发出各种噪声,长期生活在这种环境下会使人感觉身心疲惫。为最大限度地减轻噪声对航天员的影响,总体设计人员在天宫二号设计阶段,制定出严格的生活区和仪器区噪声控制指标,并通过技术攻关加以解决,以最大限度地把噪声控制在最小的指标范围之内。

设计人员介绍,目前,面向太空应用的新型的吸能降噪结构也正在研发中,将来的任务中则有望在传统结构上布置吸能环节,从源头上降低噪音。

卓越的“空调系统”

为保证仪器设备和结构的温度,同时为航天员提供舒适的温湿度环境,空间实验室必须拥有一套卓越的“空调系统”。

据设计人员介绍,为节省宝贵的电资源,空间实验室的“空调系统”无需使用压缩机,利用外太空的冷背景和单相流体回路的热量收集和传递功能,将密封舱内的仪器设备产热、化学产热和航天员产热共计几千瓦的热量,通过辐射器排散到外太空。

而“基于单相流体回路的热总线技术”将整器需要降温的设备热量收集起来,把这部分废热传递到需要补热的低温结构上,省去了低温结构补热的电加热功耗,实现了空间实验室的热量综合管理和高效利用。据悉,这套“空调系统”功率仅有220W左右,实现了高效节能的空调系统。

此外,针对空间实验室阶段目标的诸多变化,设计师们为热控系统增强了适应能力,实现了压气机温度接口的精确控温和密封舱温度的精确调节。而智能化的热控核心控制设备实现了热控设备在轨故障的自主诊断、隔离和处置,实现了“空调系统”的高可靠性。

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