詳解空間站貨物氣閘艙

【貨物氣閘艙什么結(jié)構(gòu)？】

現(xiàn)在看到的就是貨物氣閘艙，是個(gè)圓柱體，長(zhǎng)2.3米，直徑約2.2米。這個(gè)大小不是拍腦袋出來(lái)的，一方面，它能保障貨物有充足的空間安全轉(zhuǎn)運(yùn)，另一方面，又能減少出艙時(shí)氣體損耗，提高空間站的氣體利用率。?

?

【為什么貨物氣閘艙和載荷艙是嵌套的？】

這是夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙創(chuàng)新設(shè)計(jì)的獨(dú)特的主結(jié)構(gòu)形式。有三大優(yōu)點(diǎn)：

第一，從結(jié)構(gòu)角度來(lái)看。貨物氣閘艙一頭連著工作艙，一頭連著資源艙。但是工作艙直徑4.2米，貨物氣閘艙直徑2.2米，差了不少，很難直接作為連接兩頭艙段過(guò)渡結(jié)構(gòu)。這個(gè)很好理解，兩頭大、中間小，這個(gè)結(jié)構(gòu)肯定不強(qiáng)啊。那在貨物氣閘艙外邊，套個(gè)大直徑的載荷艙，起到了連接作用。尤其是發(fā)射的時(shí)候，載荷艙暴露平臺(tái)是關(guān)閉的，載荷艙就形成了封閉的大直徑圓柱殼體結(jié)構(gòu)，有利于保持整艙剛度和局部強(qiáng)度。

第二，從保護(hù)的角度來(lái)看。載荷艙把貨物氣閘艙整體包起來(lái)了，夾層里安裝艙外流體回路等設(shè)備，可以充當(dāng)貨物氣閘艙和這些設(shè)備的防護(hù)層。

第三，從載荷安裝角度講。載荷艙有可以打開的暴露平臺(tái)，對(duì)地方向的打開了，能露出來(lái)貨物氣閘艙的出艙口。這個(gè)畫面看的很清楚，這是載荷艙對(duì)地方向的暴露平臺(tái)，打開的這個(gè)是貨物氣閘艙艙門。這樣的好處是，暴露平臺(tái)打開了往外翻，等于是擴(kuò)大了艙體面積，可以放更多的暴露實(shí)驗(yàn)載荷。而且兩個(gè)暴露平臺(tái)，一個(gè)正對(duì)天，一個(gè)正對(duì)地，能滿足實(shí)驗(yàn)需求。

【貨物是如何出艙的？】

第一步，開內(nèi)艙門，把載荷裝在自動(dòng)轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)上。這就是張陸在裝，這是出艙的貨物，這是轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)。注意這里，這是為了讓機(jī)械臂去抓貨物的。

第二步，航天員離開貨物氣閘艙，關(guān)門；

第三步，貨物氣閘艙泄壓；

第四步，出艙艙門打開，轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)個(gè)彎，把載荷送出艙；這個(gè)畫面，就是把貨物送出來(lái)了。

第五步，機(jī)械臂抓住、帶走載荷；

第六步，轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)撤回到艙內(nèi)；

第七步，出艙艙門關(guān)閉，貨物氣閘艙復(fù)壓。

那反過(guò)來(lái)，倒放一遍，艙外載荷也可以通過(guò)貨物氣閘艙，回到艙內(nèi)。

?

【貨物氣閘艙有何特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和意義？】

貨物氣閘艙外艙門寬度達(dá)到1.2米，比問(wèn)天氣閘艙1米的艙門要大，而且是方形的自動(dòng)移門。單次運(yùn)送貨物包絡(luò)可以達(dá)到1.15米×1.2米×0.9米，重量可以達(dá)到400kg。

而且，咱們的要轉(zhuǎn)90度，所以還得做到三個(gè)得。行得穩(wěn)、走得遠(yuǎn)、停得準(zhǔn)。

行得穩(wěn)，轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)有變速啟停控制能力，不管走直線，還是轉(zhuǎn)彎，都平穩(wěn)過(guò)渡，沒有新手司機(jī)的猛剎、點(diǎn)剎，甚至油門當(dāng)剎車。

走得遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)大行程運(yùn)動(dòng)。

停得準(zhǔn)，貨物送出艙后，轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)能馬上停穩(wěn)，精準(zhǔn)鎖定位置和姿態(tài)。

那貨物氣閘艙最重要的意義，是提供了“艙內(nèi)外過(guò)渡”的工作間。有了它，有些載荷就不用航天員接送了，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，也省下了航天服，延長(zhǎng)了航天服使用壽命。航天員出艙，可以更加專注于必要的艙外裝配、維修這些工作。同時(shí)，轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)和機(jī)械臂配合，航天員不方便搬運(yùn)的大載荷，能被迅速送出艙外或者接回艙內(nèi)。這對(duì)未來(lái)大型艙外設(shè)施維修維護(hù)，非常有利。

?

【如何釋放小衛(wèi)星？】

小衛(wèi)星出艙的過(guò)程和貨物出艙基本一樣。

不一樣的是，釋放小衛(wèi)星有個(gè)專門的微小飛行器釋放機(jī)構(gòu)。平時(shí)，釋放機(jī)構(gòu)放在艙內(nèi)，需要放衛(wèi)星的時(shí)候，航天員按立方星的規(guī)格在軌組裝。立方星裝好之后，釋放機(jī)構(gòu)就按照貨物出艙的方式出艙。機(jī)械臂去抓釋放機(jī)構(gòu)，調(diào)整姿態(tài)，找準(zhǔn)方向之后，釋放機(jī)構(gòu)就像彈弓一樣，把小衛(wèi)星以規(guī)定的速度彈射出去。釋放機(jī)構(gòu)單次最大載客量，是36U立方星或百公斤級(jí)微衛(wèi)星。U是Unit，立方星基本單位，1U體積是10cm×10cm×10cm，差不多一個(gè)手掌大小。

?

【咱們空間站有哪些貨物已經(jīng)出艙？】

目前，公開報(bào)道的有兩個(gè)。能量粒子探測(cè)器和等離子體原位成像儀。

其中，能量粒子探測(cè)器是1月7日出艙的，安裝到了問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的暴露載荷適配器上，它長(zhǎng)成這樣。

能量粒子探測(cè)器，主要是用于測(cè)量空間站軌道中，各類粒子，比如，高能質(zhì)子、電子、重離子和中子的能量、方向、通量等等的?？梢詾楹教靻T出艙時(shí)間窗口選擇提供準(zhǔn)確的一手?jǐn)?shù)據(jù)?？梢杂糜诳臻g站在軌安全管理，為新材料和生命實(shí)驗(yàn)提供關(guān)鍵參數(shù)，還可以用于發(fā)現(xiàn)重大前沿科學(xué)問(wèn)題。

咱們空間站的能量粒子探測(cè)器，是國(guó)際首臺(tái)粒子種類最多、能譜范圍最全最廣的探測(cè)器，有4個(gè)探測(cè)模塊，能實(shí)現(xiàn)多粒子種類、寬能譜覆蓋。

?

【為什么說(shuō)貨物氣閘艙是被“逼”出來(lái)的？】

本來(lái)最初的設(shè)計(jì)是沒有貨物氣閘艙的，是沒有的，是改了方案，“逼”出來(lái)了這個(gè)艙。

最開始，實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ，那時(shí)候還沒有夢(mèng)天這個(gè)名字。主要任務(wù)，是裝載多功能光學(xué)系統(tǒng)，大約一半的空間都是干這個(gè)的，而且是設(shè)計(jì)成開口結(jié)構(gòu)。這本來(lái)就不容易，科研人員花了兩年時(shí)間，攻克了結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)的“傳力路徑差”“整艙剛度難以提高”等一系列難題?？墒牵瑳]想到，這時(shí)候改方案了。

因?yàn)椋绻摙蚍殴鈱W(xué)系統(tǒng)，沒辦法像獨(dú)立的太空望遠(yuǎn)鏡那樣，自由指向，也不能長(zhǎng)時(shí)間對(duì)著一個(gè)方向連續(xù)曝光。就算艙外架個(gè)望遠(yuǎn)鏡，也會(huì)有振動(dòng)問(wèn)題。最后，提出了獨(dú)立的太空望遠(yuǎn)鏡，就是現(xiàn)在的巡天光學(xué)艙。

科研人員挑燈夜戰(zhàn)、攻堅(jiān)克難，用了兩個(gè)月，論證了一個(gè)新方案，主攻方向就是拓展應(yīng)用能力。在維持原有結(jié)構(gòu)構(gòu)型和平臺(tái)功能不變的基礎(chǔ)上，提出了“貨物氣閘”功能，再用嵌套式構(gòu)型，“三艙”變“四艙”，有了載荷艙。這樣，展開式暴露平臺(tái)、自動(dòng)艙門，載荷進(jìn)出滑臺(tái)，這些新機(jī)構(gòu)也出現(xiàn)了。這才有了，咱們今天介紹貨物氣閘艙和載荷艙，也才有了現(xiàn)在的夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙！

這真是天宮入夢(mèng)，夢(mèng)圓天宮。

?