严丝合缝！这些设计保证我国两个20吨级航天器在轨交会对接成功

【环球时报-环球网报道 记者 樊巍 范安琪】7月25日3时13分，中国空间站的首个实验舱——问天实验舱在发射升空约13小时后，与中国空间站天和核心舱完成半自主前向交会对接，并形成“一”字在轨运行构型。这是我国两个20吨级航天器首次在轨实现交会对接，也是空间站有航天员在轨驻留期间首次进行空间交会对接。

在这场“重量级”的交会对接任务中，问天实验舱、天和核心舱以约每秒7.9公里的状态高速运动，这就要求必须精准地控制它们的位置、速度、姿态才能保证可靠的对接，稍有偏差航天器就会发生碰撞。

航天科技集团五院问天实验舱GNC分系统副主任设计师宋晓光在接受《环球时报》记者采访时就介绍称，此次对接任务有其独特的难点，首先就在于对接时作为追踪器的问天实验舱，其尺寸和质量之大均创造了我国现有航天器之最。在交会对接任务时尤其要注意避让太阳翼以及机械臂等大型部件。确保发动机在工作时产生的射流不能喷到这些大型的部件之上。而其采用的柔性太阳翼具有容易振动的特点，而即便是微小抖动，都会对航天器的控制精度和稳定性产生不利影响，从而加大交会对接的难度。

为此，问天实验舱的研发团队在设计环节就合理的布置发动机的位置，避免发动机产生真空羽流干扰。此外还在全世界首创了“二次展开”的关键技术，即在发射后先将太阳翼展开约五分之一的长度，待对接完成后再完全展开到位，从而提高交会对接的可控性。

据《环球时报》记者了解，问天实验舱上配备的这对双自由度柔性太阳翼也刷新了我国航天器在轨使用太阳翼的长度纪录。这种柔性太阳翼单个翼面展开面积约110平方米，差不多相当于一套三室一厅房子的面积。而一对太阳翼全部展开后翼展超过55米，比半个足球场还要长。

此前，我国的航天器多使用的简单易控的半刚性太阳翼，为何在建造空间站的过程中要采用这种更难操控的柔性太阳翼？对此，航天科技集团五院问天实验舱电总体主任设计师梁晓锋在接受《环球时报》记者采访时介绍称，问天实验舱作为实验平台，其需要为实验载荷提供充足的电能，有更多的电才能开展更多在轨的实验，更大的太阳翼则能满足这一需求。在火箭整流罩尺寸，以及舱体各方面设计等约束条件下，与半刚性太阳翼收拢尺寸相当的柔性太阳翼，展开后就能获取更大的面积，从而产生更多的电能。据《环球时报》记者了解，问天实验舱上两个硕大的柔性太阳翼一起工作，每天平均发电量超过430度，在地面上，这个日发电量足够一个北京市的普通家庭用上一个半月。

此次对接任务也是中国空间站首次在有航天员的状态下迎接航天器来访，为确保对接时空间站以及航天员的安全，中国空间站还采用了一些特殊的设计来提高对接的安全性。宋晓光介绍称，中国空间站上采用了一项名为“安全椭球”的设计。这种设计以空间站为中心设置一个椭圆范围，作为追踪器的问天实验舱只能通过一条“对接走廊”接近空间站核心舱，实验舱一旦偏离这条对接路径，靠近椭圆范围，就会主动的往后撤，和核心舱保持一个安全的距离，在确保没有风险之后再次进行对接，“这也是对接时确保安全的底线设计。” 宋晓光称。

作为中国空间站的首个实验舱，在试验载荷功能上，问天实验舱装载了生命生态实验柜、生物技术实验柜、科学手套箱与低温存储柜、变重力科学实验柜等8个实验机柜以及22个舱外载荷适配器，就像是把一个大型科学实验室搬到了太空。中科院空间应用中心研究员，载人航天工程空间应用系统副总师吕从民介绍称，空间应用系统问天实验舱任务将以生命科学和生物技术研究为主。在空间生命科学与生物技术、微重力流体物理、空间材料科学、空间应用新技术试验等四个领域规划部署了十余个研究主题，目前已立项四十余项科学项目，空间站建成后将持续论证、滚动实施相关科学项目。

“问天”同时兼具实验平台功能和生活功能，拥有独立的生命保障，供电，以及实验等系统，其整体功能甚至相当于一个独立的“小型空间站”。功能如此强大的“问天”其所集聚的技术，是否也为未来中国空间站加装新的舱段，进一步拓展规模和功能提供可能性呢？

对此，梁晓锋表示，问天实验舱作为我国目前体积以及吨位最大的主动飞行器，其功能可谓是一应俱全。问天实验舱与天和核心舱互为备份，关键平台功能一致，可以完全覆盖空间站组合体工作要求。在对接完成以后，问天实验舱将具备空间站组合体统一管理和控制能力，同时还将具备与核心舱进行交会对接、转位和停泊的能力，从技术角度讲这确实是为后续空间站扩展舱段做了很多技术铺垫，“可以说我们为空间站扩展舱段做了一些关键技术的储备，但后续是否会加舱，这需要遵循空间站的统一规划”梁晓锋称。