黃踐

中國科技館“天和”核心艙1：1結(jié)構(gòu)驗證件

什么是結(jié)構(gòu)驗證件？

天和核心艙是中國自主研制的規(guī)模最大、系統(tǒng)最復(fù)雜的航天器，它并非是直接設(shè)計制造的，而是先制作1：1結(jié)構(gòu)驗證件，并在其基礎(chǔ)上不斷改進而來。核心艙結(jié)構(gòu)驗證件可以說是天和核心艙的“同胞兄弟”了，目前在中國科學(xué)技術(shù)館長期展出。

結(jié)構(gòu)驗證件上的合金“鎧甲”

為什么要為天和核心艙設(shè)計“一級半構(gòu)型”火箭？

長征五號B（以下簡稱為“長五B”）運載火箭在火箭一級的基礎(chǔ)上捆綁了四個助推器，一般我們將助推器算作半級，所以長五B是“一級半構(gòu)型”火箭。由于天和核心艙的發(fā)射質(zhì)量達(dá)到22.5噸，這就要求火箭需要較大的比沖，也就是單位推進劑產(chǎn)生的沖量較大。長五B就是這樣一款專門針對近地軌道設(shè)計的短跑選手，它的一級火箭配置的2臺YF-77氫氧發(fā)動機比沖高，4個助推器配置的共8臺YF-100液氧煤油發(fā)動機推力大，爆發(fā)力強。今年，長五B運載火箭將擔(dān)當(dāng)起發(fā)射問天、夢天實驗艙的重任。

中國科學(xué)技術(shù)館“問鼎太空征途”展廳的YF-77氫氧發(fā)動機

節(jié)點艙上的對接口（右）與停泊口（左）

對接口旁的十字靶標(biāo)

核心艙外部的節(jié)點艙方向標(biāo)識

核心艙外部的方向標(biāo)識

節(jié)點艙上的對接口與停泊口有什么不同？

節(jié)點艙是天地往返運輸系統(tǒng)的重要樞紐，同時也是天宮空間站組成T字形構(gòu)型的唯一節(jié)點。節(jié)點艙后側(cè)與小柱段連接，前方與下方分別為前向?qū)涌谂c徑向?qū)涌?，左右兩?cè)為停泊口，上側(cè)為出艙口。對接口用于載人飛船、貨運飛船及其他飛行器訪問空間站，設(shè)置了用于交會對接的角反射器與十字靶標(biāo);停泊口用于兩個實驗艙與核心艙組裝形成空間站組合體。

對接口旁的角反射器

航天員出艙工作時如何辨別方向？

航天員出艙工作時，艙外航天服受限的視野與太空失重的環(huán)境會讓辨認(rèn)方向成為難題，同時核心艙外部有太陽翼、機械臂等結(jié)構(gòu)，艙外移動時需要進行避讓。為了解決這個問題，天和核心艙外部設(shè)置了方向標(biāo)識，用羅馬數(shù)字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ標(biāo)示出核心艙上、下、左、右四個面，同時用漢字與箭頭標(biāo)示返回節(jié)點艙的移動方向，按照箭頭的指示，航天員們就能安全返回節(jié)點艙的出艙口。

中國空間站機械臂有多靈活？

天和核心艙機械臂是對人類手臂的最真實還原，肩部3個關(guān)節(jié)，肘部1個關(guān)節(jié)，手腕3個關(guān)節(jié)，共有七個自由度，在太空可以實現(xiàn)類似人類手臂的運動能力，可以在太空抓取物體，方便設(shè)備的對接、安裝、變軌、分離等操作。同時，天和核心艙在多個位置設(shè)置了機械臂連接口，機械臂可以按照任務(wù)需求進行移動。

核心艙小柱段外的機械臂連接口

控制力矩陀螺

天和核心艙如何調(diào)整飛行姿態(tài)？

如果用手?jǐn)[動一個高速旋轉(zhuǎn)的陀螺，我們會感覺到明顯的阻力，這其實是旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的“角動量”在起作用，航天器也是利用相同的原理來進行姿態(tài)控制的。天和核心艙的6個“控制力矩陀螺”都安裝在大柱段與小柱段過渡的斜面上，每一顆“陀螺”球里邊都密封著一個鋼制的飛輪，飛輪以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，通過飛輪的加速、減速與旋轉(zhuǎn)輸出力矩，從而調(diào)整飛行的姿態(tài)。

為什么要在空間站中做實驗？

空間站具有的特殊太空環(huán)境，為開展科學(xué)實驗提供了特殊條件，比如微重力環(huán)境。在微重力環(huán)境下，物體是懸浮的，可以實現(xiàn)樣品懸浮的“無容器”實驗，讓材料學(xué)研究擺脫實驗容器的干擾。在微重力環(huán)境下，浮力也會消失，加熱流體的效果也會與地面顯著不同。地面上的物體做自由落體運動時，也可以提供類似的環(huán)境，但下落速度太快，難以利用，而在軌運行的空間站所提供的長期微重力環(huán)境為開展科學(xué)實驗提供了獨特的條件。

無容器材料實驗柜

太空授課中的“浮力消失”實驗