夢天實驗艙加入「天宮」 貨物氣閘艙能釋放衛星!

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  夢天實驗艙2022年10月31日升空,將加入成為中國太空站一部份,至此「天宮」完成建造。夢天實驗艙的最大看點,是它擁有一個設計與性能都世界領先的貨物氣閘艙,而這個貨物氣閘艙還能釋放衛星,是中國太空站一大突破。

夢天實驗艙專攻物理及太空材料研究

中國太空站-中國空間站-天宮-夢天實驗艙
夢天實驗艙長17.9米,豎起來相當於5層樓的高度。(網上圖片)

  夢天實驗艙是中國太空站的第三個艙段,它長17.9米,最大直徑4.2米,重23噸,尺寸和重量與和2022年7月發射的問天實驗艙相若,兩者都比2022年3個月升空天和核心艙長了1.3米,同是目前中國的最大航天器。

  夢天實驗艙和問天雖然尺寸相若,驟眼看還有幾分相像,但他們是各有識別點的,最直觀是問天的氣閘艙呈四方體,像是一顆「骰子」,夢天的同一位置則呈圓柱體,一眼就可分辨。

  夢天實驗艙由工作艙(加壓密封艙)、載荷艙、貨物氣閘艙和資源艙組成,其中長9.3米的工作艙是最主要部份。

夢天實驗艙由工作艙、載荷艙、貨物氣閘艙和資源艙組成,其中工作艙所佔比例最大。(網上圖片)

  由於夢天功能較為集中,主要是做實驗,兼作一定存儲區和緞練區功能,所以它的工作艙裏沒有為太空人生活而設的「睡房」、「廁所」等設施,又不需如問天般扮演「關鍵平台」角色,它能盡用空間放置實驗設備,能進行實驗項目也更多。

  當然,生活設備是大眾最易明白、最看得懂的東西,沒有這些設備,夢天的受關注程度或不及其他兩個艙段。

  根據分工,作為「天宮」第二個實驗艙的夢天艙,主要面向微重力狀況下物理和太空材料實驗,工作艙裏裝設有13個實驗機櫃。

夢天實驗艙特設貨物出艙專用通道

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夢天實驗艙發射前,網上流傳着它內部環境圖片,但這與真實情況或有出入。(網上圖片)

  夢天實驗艙的工作艙旁邊,是載荷艙和貨物氣閘艙,後者其實是與工作艙連接,並嵌套在載荷艙裏;它也是夢天的最大特色。

  長2.3米、直徑2.2米的貨物氣閘艙是專供貨物、實驗品出艙而設計,它有內艙門、外艙門、「載荷轉移機構」等部份。內艙門在工作艙和貨物氣閘艙之間,外艙門則是由貨物氣閘艙通往艙外,在氣閘艙面向地面的一邊。

  而「載荷轉移機構」的名字或不太好理解,資料顯示,其實它是一組具備伸縮、旋轉功能的運輸機器,能在太空人操縱下,把實驗品從工作艙,經過貨物氣閘艙送到艙外,就像一條輸送帶。

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圖1顯示「載荷轉移機構」橫向經內艙門伸向工作艙,太空人把實驗品安放在它上面。此際外艙門關閉,貨物氣閘艙的氣壓環境與工作艙一致。
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圖2顯示「載荷轉移機構」伸出外艙門,把實驗品送出艙外。此際內艙門關閉,貨物氣閘艙處於真空環境。(網上圖片)

  實際操作上,工作艙的太空人把實驗品放上「載荷轉移機構」,然後啟動裝置,實驗品被自動送入貨物氣閘艙。此際內艙門會關上,貨物氣閘艙開始減壓,直至與艙外太空環境平衡。接下來外艙門打開,「載荷轉移機構」便把實驗品送出艙外,反之亦然。如果有需要,太空站的機械臂還可以「出手相助」,將出艙的貨物轉送到太空站外部指定位置。

  更值得注意的是,夢天的貨物氣閘艙能夠直接向太空釋放微小衛星,這是中國太空站的一大突破。  

  其實在夢天實驗艙之前,人類在太空實際使用過的貨物氣閘艙,只有國際太空站希望號實驗艙的一個。

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夢天實驗艙能把大尺寸貨物投放至真空

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執行神舟十四號任務的太空人(左起)蔡旭哲、陳冬和劉洋,在「天宮」迎來夢天實驗艙的加入。(網上圖片)

  在沒有貨物氣閘艙之前,實驗品進出太空站要由太空人手「搬運」,頗費事失事,一則是轉移數量有限,再者是過程中太空人必須出艙,而出艙會涉及穿着艙外航天服、吸氧排氮等一大堆繁複程序,箇中還伴隨着各類安全考驗。

  而有了專用貨物氣閘艙,實驗品出艙靠「載荷轉移機構」,太空人只需在工作艙內操控,安全、快捷得多,「艙外暴露實驗」的項目得以不斷更新。

  「艙外暴露實驗」指的是把裝置或樣品放到航天器外,讓它直接暴露在真空和高輻射環境中,以測試變化,這是太空實驗的新重點。

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夢天實驗艙是中國太空站第三個艙段,也是現階段最後一個艙段。圖為中國太空站地面驗證艙,右側的是夢天艙。(網上圖片)

  那「夢天」與希望號的貨物氣閘艙又如何比較?

  報道稱,「夢天」貨物氣閘艙的「載荷轉移機構」每次能運送多組實驗品,希望號只能轉移一組;「夢天」使前所未有的大開方形艙門設計,能供90毫米×1,150毫米X1,200毫米、重400公斤的大型貨物、實驗品和衛星進出,希望號的圓形小艙門則小得多,兩者功能和設計高下立見。

  另外,夢天號貨物氣閘艙還自帶多塊大面積展開式「艙外暴露實驗平台」,操作成本更低。

夢天實驗艙加入後 「天宮」還有第二期?

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夢天實驗室在發射前兩個多月,亦即是2022年8月,已運抵海南文昌發射場。(網上圖片)

  至於貨物氣閘艙的另一邊,亦即夢天實驗艙最末端、外觀呈圓椎形的位置,是夢天實驗艙的資源艙,它主要負責提供能源和動力,功能與問天相若。

  據悉,夢天實驗是在2022年11月31日下午3時37分,由長征五號B發箭發射升空,並順利進入軌道。

  說完夢天實驗艙的特點,最後再說一點「歷史」。

  原來中國太空站在設計之初,是沒有貨物氣閘艙、甚至沒有夢天實驗艙的,該位置打算安裝一部大口徑巡天太空望遠鏡。

  延伸閱讀:巡天太空望遠鏡 中國的「宇宙之眼」

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夢天實驗艙由長征五號B火箭搭載升空,該火箭在火箭前數天轉移到發射區候命。(網上圖片)

  後來專家發現太空站的震動會影響拍攝,遂把望遠鏡改成一個獨立航天器,伴隨太空站在同一軌道上飛行,這便是最快2023年發射的「巡天光學艙」(巡天望遠鏡),而太空望遠鏡移走了,該艙段亦成了現在的夢天實驗艙。

  依照流程,夢天實驗艙升空後會先停泊在「天宮」的前向對接口,完成檢測再轉位到側向永久停泊處。當它「安頓」好,中國太空站將告建成,進入營運階段。

  不過這裏說的「建成」僅是中國太空站的第一期,未來它極有機會展開第二期建設。至於中國太空站的第二期包括甚麼,這是後話。

 

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中國太空站在夢天實驗艙加入後完成建造。(網上圖片)

 

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