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第71集 天宫二号里的高科技装置

第71集 天宫二号里的高科技装置 0:00/0:00
最新发布时间: 2020-02-17   浏览数:
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  在上一期节目中,我们了解过天宫二号的发射和肩负的重大使命。它要解决的是有一定规模,而且短期有人照料的空间应用问题。在天宫二号成功发射升空的一个月之后,也就是2016年10月,神舟十一号飞船与天宫二号进行了自动交会对接,两名航天员成功进入天宫二号。 

  这是我国第一个真正意义上的空间实验室,航天员要在里面开展太空中期驻留实验。为了保障航天员身体状况,顺利执行任务,科研人员在设计之初,从多个方面进行了载人宜居环境的技术升级。那么,在这个太空生活空间里究竟有哪些高科技应用呢? 

  首先,我们要清楚一个事实:不论是普通人,还是航天员,因为长期生活在地面有重力的环境里,一旦进入失重环境,身体会发生各种变化,产生诸多的不适应。所以,为保障空间实验室有一个舒适的生活环境,科研人员也是费劲了心思。 

  如果把天宫二号和其他飞船的对接组合体比作太空居室,那么天宫二号则是这个“大开间”的主结构,航天员就是在这里面工作和生活的。 

  我国航天科技集团的科研人员说,天宫二号是一个外部真空、内部有1个大气压的结构。评价这个“大开间”安全性很重要的方面之一,就是在轨飞行过程中,漏气量要非常小。就如同再好的篮球早晚也会漏气,只是好的设计可以让漏气非常缓慢。 

  天宫二号是金属结构,观察舷窗、开关舱门等部件都是容易漏气的环节。设计师设计了多种安全可靠的密封结构,其中最关键的就是密封圈。这里使用的密封配件,除了要求密封性能安全可靠以外,还要求材料安全无毒,能经受住零下70摄氏度到零上200摄氏度高低温交变、高真空、强紫外辐射和原子氧侵蚀等各种复杂环境的长期考验不产生降解、老化和龟裂,可以安全使用30年这是基本标准。 

  航天员在天宫二号生活和工作的空间大约有15立方米。按照医学指标,天宫二号为航天员设置了舒适的环境,温度控制在19 到23摄氏度,湿度为50%左右。氧气浓度与地面一致。另外,还备有大小便收集袋,这种收集袋采用负压技术,能够避免异味散出。 

  由于航天员是在天宫二号发射1个月之后进入的所以,为了保障食物的新鲜,天宫二号没有为航天员提前准备食物,而是由神舟十一号飞船来搭载。不过,天宫二号为航天员准备了可以长时间储藏的饮用水和氧气。并且,饮用水里面添加了负离子,让航天员可以喝到更纯净的水。 

  天宫二号还为航天员准备了外部绣有祥云图案的睡袋。睡袋采用了特殊材料,具有抗阻燃、防静电、松紧可调、重量轻等特点。此外,还备有保暖内衣、保暖裤、运动服、运动袜等。考虑到太空工作的特殊需求,这些衣服设计都比较特别,有的衣服装有电缆,有的口袋用于放置辐射测试仪。 

  说到设计师们的细致程度,还体现在空间实验室内部墙壁的颜色。空间实验室内部墙壁四周墙面选择米白色,底部选择深灰色,工作台等面板采用天蓝色,多层次的颜色划分可以带给航天员清爽的感觉。 

  前面我们说到,人长期生活在地面有重力的环境中,一旦进入失重环境,身体就会产生不适应的情况,其实这是失重生理效应。为了监测航天员身体状况,天宫二号携带了不少“宝贝”: 

  例如,失重生理效应实验装置I是为了研究航天飞行对人体的前庭眼动、心血管及脑高级功能影响,同步检测动脉脉搏、静脉脉搏、脑电和眼动。2013年,我国在天宫一号中首次研制了这种实验设备。在天宫二号上,这套设备也在使用。 

  失重生理效应实验装置Ⅱ,是我国研制的第一个正式上天的全自动细胞培养装置。这个装置用于进行失重生理效应防护的细胞机制研究,为针对关键的细胞信号分子、开发相关的靶标药物以及制定防护措施奠定了基础。 

  为了保障航天员的身体健康,研制单位专门为航天员设计了“骨丢失对抗仪”。骨丢失对抗仪通过敲打人体小腿部位相应穴位,刺激骨骼、改善血液循环,来对抗骨质疏松。目前,这项科研成果已经研发出一套民用级保健治疗仪器,适用于不同人群,可以促进骨骼合成,有效抑制骨质疏松的发生,对消除疲劳也有良好的辅助作用。 

  另外,科研人员研制的无创心功能监测仪,主要通过无创检测航天员的脉搏血压、脉搏量和血氧饱和度等生理参数,定期监测航天员的身体状态。 

  为了达到全面锻炼的目的,天宫二号还安装了太空锻炼器材,包括特殊的跑步机用于锻炼全身肌肉、健身自行车用于锻炼下肢肌肉,以及拉力器用于锻炼肩部和背部肌肉。为了解决在失重状态下如何跑步的问题,设计人员在跑步机上配备了一根有弹性的橡皮带,当航天员站在跑步机上时,把橡皮带像背书包一样背在肩上,有弹性的带子会把人勒住,人就不会飘起来,腿部也会感到更加有力。 

  天宫二号总设计师朱枞鹏说,科研人员进行的全面改装和升级,不仅解决了天宫一号在轨运行过程暴露出的产品设计瑕疵,更在很大程度上提升了它的性能和智能化程度。例如,环境控制与生命保障系统在天宫二号密闭舱内,就为航天员创造了一个安全适宜的人类生存环境,保障航天员的身体健康和工作效率。 

  在设计师说到的这套系统中,环控控制器是用来接收相关分系统的控制信号的。对环控生保分系统目标飞行器内各种风机、电机等部件进行控制,另一功能是完成配电工作。 

  而环控检测装置主要负责与目标飞行器进行外部通信,同时完成系统内各种生理参数、部件状态的数据采集、滤波处理以及向系统内的控制部件发出相应的控制信号。二氧化碳分压传感器用于测量舱内的二氧化碳浓度,当浓度超过预警值时,立即报警并指示航天员按照预定方法进行处理,从而保证了航天员的生命安全。 

  还有一个是在轨有害气体检测装置,主要担负起舱内“环保卫士”的使命。这个装置3分钟就能完成气体成分和浓度的检测,为空间实验室的环境安全保驾护航。它采用了一种全新的气体检测方式,通过宽光谱分析技术对多种气体成分实现同时测量,可以采集到二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氨气、甲醇、乙醇等共10种有害气体的测量数据与常规的居室环境检测仪相比,不但测试种类多,而且灵敏度更高。在航天员入住前,会先对舱内空气质量进行检测。一旦有害气体的浓度超标,它就会发出警报,开启空气净化系统。实验舱内空气得到过滤净化后,航天员就可以放心入住了。入住期间,在轨有害气体检测装置会定期检查舱内的空气质量,为航天员生活环境的安全,提供持续保障。 

  噪声是航天员在这个“大开间”舒适生活的另一大影响因素。为最大限度减轻噪声对航天员的影响,技术人员在天宫二号设计阶段,制定出严格的生活区和仪器区噪声控制指标,并通过技术攻关进行解决,以最大限度地把噪声控制在最小的指标范围内。 

  总的来说,从空间实验室配套系统,到航天员生活环境的技术革新,不仅仅彰显了我国航天载人技术水平的提升,更为我国空间站建设做了进一步的技术验证。 

  从载人飞船过渡到载人航天基础设施的实验性航天器,天宫二号空间实验室已经为建造复杂程度更高的空间站,做好了前期准备工作。总设计师朱枞鹏介绍说,空间站建设是我国载人航天工程战略的第三步,计划于2020年左右建成,2022年全面运行。 

  在下一期节目中,我们将继续走进天宫二号,来听听在这个空间实验室内究竟做了哪些科学应用实验。 


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