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天宫空间站航天员避难所:舱段全长17.9米,规模比肩天和核心舱

自天和核心舱发射入轨大半年以来,天宫空间站组合体已经先后多次遭遇其他航天器或太空碎片逼近事件。比如编号1095与编号2305两颗SpaceX公司的星链卫星就曾与我空间站近距离接近。近日,宇宙-1408卫星碎片也曾与天宫空间站近距离逼近。

天和核心舱舱外全景摄像机a视角下的神舟十三号载人飞船

这些事态并不是因为某某的不怀好意,因为近地轨道的常态就是“繁忙”与“拥堵”,比如国际空间站,该站因为空间碎片逼近而进行的轨道机动早已是“家常便饭”。

载人航天,人命关天。航天员在太空的安全保障工作是发展载人航天事业的第一要务,为此必须有严密的安全保障体系,其中“安全避难所”的配置尤为关键。

去年11月,在遭遇宇宙-1408卫星碎片云逼近的事态下,国际空间站启动了应急避险程序,航天员被要求进入安全避难所,并做好随时撤离空间站准备。

国际空间站的安全避难所

国际空间站的安全避难所主要设置在一系列轴向舱段上,包括星辰号服务舱、曙光号多功能货舱、团结号节点舱、命运号实验舱、和谐号节点舱,以及与曙光号径向对接的微型实验舱1与联盟飞船,与团结号节点舱侧向对接的宁静号节点舱,还有与和谐号节点舱对接的载人龙飞船。

之所以设置在轴向舱段,而不是其他侧向舱段,其首要目的是不能阻隔通往载人飞船的生命交通,否则一旦事态危急将无法应对;其次,空间站支持设施也基本分布在轴向舱段上,比如星辰号服务舱的姿轨控功能、睡眠区也集中布局在轴向舱段上,当然也包括再生生保系统。

国际空间站星辰号服务舱

那么,天宫空间站有没有安全避难所呢?我们不仅有,而且冗余备份能力更强。

当时间来到2022年,天宫空间站也即将进入全新的发展阶段,自去年以来我们连续发射了天和一号试验核心舱、天舟二号货运飞船、神舟十二号载人飞船、天舟三号货运飞船、神舟十三号载人飞船,总计5次发射任务,加上前年实施的长征5B遥一火箭首飞试验任务,关键技术验证阶段的6次发射任务已经全部付诸实施。

天宫空间站关键技术验证阶段6次发射任务

到今年4月,神舟十三号航天员乘组将返回地球,之后将就天宫空间站关键技术验证阶段工作进行一次综合评估,通过评估后天和一号试验核心舱将直接在轨转正为“天和一号核心舱”(为便于行文,后文统称“天和核心舱”),之后工程全线将全面转入“在轨建造阶段”。

在轨建造阶段,我们将发射天舟四号货运飞船、神舟十四号载人飞船、问天实验舱、梦天实验舱、天舟五号货运飞船、神舟十五号载人飞船,进而完成天宫空间站的在轨建造工作,并为转入运营阶段做好一切准备。

天宫空间站三舱T字形构型

通过在轨建造阶段工作,我们将完成天宫空间站的三舱构型建造,即由天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱组成的T字形构型,加上常态化靠泊的天舟货运飞船与神舟载人飞船,组合体规模将达到90吨级。

空间站系统总师杨宏披露,天宫空间站的“安全避难所”设置在问天实验舱。该舱段是与天和核心舱第四象限侧向停泊口对接的舱段。

问天实验舱

为什么我们选择侧向舱段作为安全避难所,而不是像国际空间站那样选择轴向舱段?问天实验舱又有哪些优势资源呢?

问天实验舱全长17.9米,这一长度超过了国际空间站的任何一个舱段,最大直径4.2米,别看天宫空间站整体吨位不大,但是我们有单舱规模大,且备份资源丰富的独特优势。

问天实验舱的长度也超过了天和核心舱

与天和核心舱一样,问天实验舱配置有独立的姿轨控动力系统、独立的再生生保系统、控制力矩陀螺等等,但凡空间站组合体控制与管理需要用到的功能都能在该舱找到,甚至连生活设施都做到了一对一备份。

问天实验舱也配置有3个睡眠区与1个卫生间,这些生活设施可以用于航天员的在轨轮换,也可以在安全避难期间发挥作用,使得航天员可以在轨长时间待援。

问天实验舱也将有同等规模的生活设施配置

问天实验舱的强大备份能力,在国际空间站上是找不到的,这又将意味着什么?参照国际空间站标准,我们不仅可以将问天舱划为安全避难所,天和核心舱同样更有资格作为安全避难所,二者是互为备份的关系。意味着天宫空间站将能够应对更加复杂的安全局面。

将安全避难所设置在问天实验舱还有一个特别巧妙的设计:

话说,节点舱作为天和核心舱的一部分随舱上行发射,可是,一旦与问天舱、梦天舱完成侧向对接后,节点舱将作为一个重要的节点与三舱融为一体,可以说是“我中有你,你中有我”的关系。

问天实验舱与梦天实验舱在节点舱上的对接位置

节点舱通往天和核心舱的生活控制舱(大柱段+小柱段的加压密封舱)有一道舱门,叫做“双向承压舱门”,之前包括笔者在内很多人对这道舱门的设置很是不解,它究竟为什么要双向承压呢?

双向承压舱门

执行出舱任务时,节点舱是真空状态,需要与核心舱生活控制舱在气密性上实现阻隔,这一点很好理解,但这也只是单向承压,什么时候会用上双向承压呢?

结合问天实验舱作为安全避难所的这一设计就很好理解了,一旦该舱启用安全避难功能,就意味着天和核心舱出现了不可逆的险况,比如漏气失压,此时生活控制舱将可能是真空状态。

双向承压舱门可以隔绝天和核心舱的生活控制舱与节点舱

此时节点舱的双向承压舱门将发挥反向承压的关键作用,该舱门可以阻隔生活控制舱与节点舱的连接,同时节点舱与问天实验舱连通,这样就保留了进入神舟载人飞船的生命通道。

天宫空间站的安全避难所

问天实验舱还配置有空间更大的人员专用气闸舱,进行安全避险的航天员还可以从这里出舱执行舱外维修任务。

问天实验舱的人员专用气闸舱

由此不得不感慨,参研参试人员真的是把天宫空间站可能遭遇的一切险情都考虑到了,并且在设计研制过程中付诸了实践。

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