航天专家:真空热试验“大考”让梦天实验舱能适应太空恶劣环境
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11月3日9时32分,空间站梦天实验舱顺利完成转位。11月3日15时12分,神舟十四号航天员乘组成功开启舱门,顺利进入梦天实验舱。梦天实验舱与天和核心舱、问天实验舱共同形成T字构型,标志着国家太空实验室正式建成。航天科技集团五院航天技术专家表示,中国空间站设计寿命为十五年,复杂的空间环境时刻影响着空间站和航天员的在轨生活,为保证空间站在轨运行及航天员生命安全,在发射之前,梦天实验舱要在地面环境模拟容器中经历“大考”——真空热试验。

真空热试验的“考官”——KM8

天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱“身材”高大,大型空间环境模拟设备KM6、KM7和 KM7A等空间环境模拟器的尺寸不够,为满足以空间站工程为代表的大型航天器总装集成测试需求,航天科技集团五院总装与环境工程部在天津AIT中心建成了容积世界第三大的空间环境模拟器KM8。

KM8这位“考官”拥有独立自主知识产权,设计直径17米,高度达32米,不仅个子大,很多设计理念也是国内外首创。2022年6月,在试验团队的操作下,KM8对空间环境进行了有效复现,通过多道考题对梦天实验舱进行全方位考核后,为其颁发了“毕业证”。

考题一:真空与冷黑

中国空间站运行在距地面约400公里高度轨道上,将长期处于高真空、冷黑的环境中。梦天实验舱进入“考场”后,KM8发挥出了自身强大环境模拟功能。

为了能在巨大容积内有效模拟太空中的高真空环境,KM8真空系统配备30多台真空泵,可保证容器内部6000多立方米空间真空度达到要求;为了模拟冷黑空间,KM8内壁装有一层近 2200平方米可充气充液的密闭“内壳”—— 热沉。热沉通入液氮可持续进行冷却从而模拟出“冷”;同时,在热沉表面刷一层吸收率很高的黑漆模拟出“黑”。KM8拥有强大的低温系统,维持液氮在热沉内长时间稳定循环,来保证将近2200平方米的热沉表面的平均温度指标低于-180°C。

考题二:冷热交替

空间站在轨飞行过程中,由于没有大气层的保护,空间站舱体表面处于阳照阴影交变状态。在太阳光直射下,空间站表面温度最高可达150°C以上,在背阳面,温度最低可达-100°C以下。为真实模拟“冷热交替”的环境考验,试验团 队通过严密的热仿真分析,为梦天实验舱量身定制了一套专 用“外衣”,即红外加热笼。

红外加热笼是一种以电阻片做辐射源的红外模拟器,通过控制所加电流改变电阻片的温度,从而实现“外衣”温度的交替变化。梦天实验舱尺寸庞大、外形复杂、表面凸出结构多,要在 KM8容器内狭小的作业空间下用最短的时间完成 近百余片红外笼的吊装工作,犹如在洞穴内给“刺猬”穿衣服,还要保证不能与“刺猬”的身体发生接触,其难度和风险可想而知。整个过程需要各岗位一丝不苟、过程有序、严格操作,以及极高的专注力及团队协作能力。

考题三:压力控制

五院技术专家介绍说,当前中国空间站建设已进入较大规模的、长期有人照料的阶段,未来在轨期间,航天员需要多次出舱执行任务,同时,空间站时刻面临着空间微流星以及空间碎片撞击的威胁,因此,梦天实验舱的压力维持系统必须具备在规定时间内有效维持空间站内部压力状态的能力。KM8通过自身的压力控制系统模拟舱内压力异常变化的情况,在地面提前对梦天实验舱进行严格考验,为航天员的生命安全保驾护航。在压力控制这一科目的考试中,KM8不仅通过真空系统为实验舱模拟出了外部的高真空环境,同时利用这套压力控制系统,按照一定的速率实现密封舱的泄压或复压,模拟空间站被撞击出现损坏的情况,有效验证了梦天实验舱这位考生“临危 不惧”的优秀素质。

KM8从建成起就肩负起了满足超大型航天器真空热试验需求的光荣使命,使我国环境模拟试验能力迈向新台阶。这位兢兢业业的考官,已经将毕业证颁发给以天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱为代表的多个“优秀毕业生”,目送它们从天津港起航、奔赴发射场,向更深更远的星辰大海阔步前行。今后,它还将继续为载人登月、深空探测、遥感等多个领域超大型航天器的顺利研制贡献力量,为航天器安全 稳定在轨运行提供可靠保障。

文/广州日报·新花城记者:肖欢欢 通讯员:母国新、潘晨

图/广州日报·新花城记者:肖欢欢 通讯员:母国新、潘晨

广州日报·新花城编辑:蔡凌跃