原子鐘、太陽翼……探訪夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙背后的“硬科技”

新華社記者宋晨、胡喆、溫競(jìng)?cè)A

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射入軌后，于11月1日成功對(duì)接于天和核心艙前向端口。后續(xù)，將按計(jì)劃實(shí)施夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將與天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙形成空間站“T”字基本構(gòu)型組合體。本次發(fā)射的夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙背后有哪些“硬科技”？

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)安裝有空間科學(xué)研究與應(yīng)用領(lǐng)域的超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜、高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜等7個(gè)方面的8個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。其中，高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜是空間站中最復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)柜。

中科院國家授時(shí)中心主任、高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)指揮張首剛介紹，高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過艙內(nèi)不同特性原子鐘組合，將建成世界上在軌運(yùn)行的精度最高的空間時(shí)間頻率系統(tǒng)。該系統(tǒng)產(chǎn)生的高精度時(shí)間頻率信號(hào)，利用安置于艙外的微波和激光時(shí)間頻率傳遞載荷向地面和空間一定范圍傳遞高精度時(shí)間頻率信號(hào)。

作為空間站科學(xué)和技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之一，高精度時(shí)頻系統(tǒng)研制目標(biāo)是為相關(guān)精密測(cè)量物理提供研究平臺(tái)，為相關(guān)工程技術(shù)應(yīng)用提供高精度時(shí)頻信號(hào)。

據(jù)悉，該系統(tǒng)主要由地面測(cè)試評(píng)估和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)以及空間載荷部分組成。其中，空間載荷部分主要包括主動(dòng)型氫原子鐘等11個(gè)子系統(tǒng)。主動(dòng)型氫原子鐘是高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的核心載荷, 為空間時(shí)間頻率系統(tǒng)提供基礎(chǔ)時(shí)間頻率信號(hào)，同時(shí)為小型化的主動(dòng)型氫原子鐘在衛(wèi)星平臺(tái)上的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

為了滿足系統(tǒng)對(duì)氫鐘體積重量的要求，中國航天科工集團(tuán)二院203所氫鐘團(tuán)隊(duì)對(duì)整機(jī)進(jìn)行了全面優(yōu)化改進(jìn)，一系列技術(shù)問題迎刃而解。

“我們會(huì)留個(gè)預(yù)計(jì)量，在預(yù)計(jì)的時(shí)間內(nèi)，觀測(cè)指標(biāo)的狀況。”中國航天科工集團(tuán)二院203所設(shè)計(jì)師鐵中說，這期間，大家滿腦子都是鐘，不停調(diào)試、測(cè)試，整個(gè)過程循環(huán)往復(fù)。大家都憋著一股勁，一定要啃下這塊“硬骨頭”。

此外，中國空間站上搭載的天文、地理、生物、醫(yī)學(xué)等各類科學(xué)儀器將陸續(xù)工作，航天員的日常生活也離不開能源，傳統(tǒng)的剛性、半剛性太陽電池翼因其體積、重量、功率等因素限制無法滿足需求，而柔性翼體積小、展開面積大、功率重量比高，收攏后厚度只有18厘米，與一部手機(jī)長度相當(dāng)，僅為剛性太陽翼的八分之一。

值得注意的是，作為一種全新的太陽電池翼，柔性翼具有的系統(tǒng)組成、展開原理、技術(shù)難點(diǎn)等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)剛性、半剛性太陽翼大相徑庭。

傳統(tǒng)剛性、半剛性太陽翼都是一次展開，而大型柔性太陽電池翼則在全世界范圍內(nèi)首創(chuàng)“二次展開”技術(shù)，這是為了確保交會(huì)對(duì)接這一關(guān)鍵動(dòng)作的絕對(duì)安全。

以夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的太陽電池翼為例，交會(huì)對(duì)接過程中，如果太陽電池翼完全展開，就如同兩只手各持一面巨大的帆。即便是微小的抖動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)艙的速度、相對(duì)位置和飛行姿態(tài)的控制精度嚴(yán)重下降，控制難度指數(shù)級(jí)增加。

為此，中國航天科技集團(tuán)八院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)突破了“二次展開”的關(guān)鍵技術(shù)，在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射后的獨(dú)立飛行階段，柔性太陽電池翼先展開了一部分電池板以滿足實(shí)驗(yàn)艙能量需求，降低飛行控制難度，圓滿完成交會(huì)對(duì)接。對(duì)接完成后，再全面展開，建立完整的能源系統(tǒng)。