从头到尾 从大到小 -- 细看太空授课中的五院元素

10月12日下午,“天宫课堂”第三课圆满完成,神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲面向广大青少年进行了精彩的太空授课,来自全国的中小学生共同观看了这一堂生动的太空科普课。

从头到尾 从大到小 -- 细看太空授课中的五院元素

来源:中国日报网    2022-10-13 17:23
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2022-10-13 17:23 
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中国日报10月13日电(记者 赵磊)10月12日下午,“天宫课堂”第三课圆满完成,神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲面向广大青少年进行了精彩的太空授课,来自全国的中小学生共同观看了这一堂生动的太空科普课。

太空授课面向全球进行现场直播,采取天地互动方式进行。虽然“太空教师”们正处于距地面400公里的中国空间站,但在天地连线中,这堂课画面图像清晰、语音清脆响亮,三名航天员也能清楚地看到地面课堂内孩子们的一举一动,进行实时课堂互动。在“天”与“地”顺畅连通的背后,由航天科技集团五院抓总研制的空间站系统发挥着重要的保障作用。

太空授课首次在问天实验舱进行

此次太空授课的第一个环节,就是向同学们介绍全新的“太空教室”——问天实验舱。通过镜头,神舟十四号航天员乘组带着孩子们参观了问天实验舱,对工作生活场景进行了展示,并介绍了问天实验舱所搭载的实验柜等设施设备。

相比于上一个“太空教室”天和核心舱,问天实验舱拥有更大的教学空间。由航天科技集团五院抓总研制的问天实验舱是全世界现役最大单体载人航天器,舱内空间较大,能为航天员的工作和生活提供更大的空间。同时,在平台功能的定位上,问天实验舱与天和核心舱互为备份,关键平台功能一致,具备空间站组合体统一管理和控制能力,能很好地支持航天员在轨驻留、开展密封舱内、舱外科学实验和技术试验和太空授课等任务。

问天实验舱不仅仅是空间站上的第二个“太空教室”,更是空间站的重要保障,让中国空间站的在轨运行风险更加可控,在轨长寿命运行更加可靠。

两舱接力测控让“太空天路”无缝衔接

“天宫课堂”的顺利进行,离不开空间站上的测控与通信分系统。测控与通信分系统的第一个作用,就是为太空授课配备了图像话音的采集和通信设备,这些设备能够采集下航天员授课的画面和声音,让课堂实况能被记录下来,并通过通信设备传达到地面。第二个作用是提供天地链路的保障,太空中采集到的课堂画面和声音通过天链中继系统和中继终端产品搭建起来的“太空天路”传输到地面,地面上拍摄到同学们的反应也能实时传输到空间站,实现双向传输。

由于当前天和核心舱和问天实验舱处于“L”构型,在飞行姿态的约束下,本次太空授课期间的测控由两个舱段接力完成,实现了“太空天路”无缝衔接。测控团队特别设计了一体化的“数据代传”的飞行程序:授课的前半段由问天实验舱跟踪中继卫星,后半段由天和核心舱跟踪另一颗中继卫星,而在中间两舱同时跟踪不同中继卫星的阶段,通过数据代传让两舱实现信息并网连通,完成“无缝接力”,从而实现了连续测控,保障太空授课的顺利进行。此次太空授课中采用两舱接力测控的方式,充分体现了空间站整站设计“1+1=1”的特点,是中国空间站有机融合运行的一个有效例证。

载荷网为数据传输搭建“高速公路”

课上,三位航天员向同学们展示了问天实验舱内的生命生态实验柜、生物技术实验柜和变重力实验柜等设施设备。事实上,问天实验舱装载了8个实验柜、22个舱外载荷适配器,就像是把一个大型科学实验室搬到了太空。

由实验柜采集到的数据不仅数据量巨大,而且许多都需要实时传输,这就对通信传输能力提出了更高的要求。研制团队用光纤在舱内打造了一个带宽更大、速率更快的局域网,即载荷网。大量的实验数据通过载荷网汇集到舱上的中继天线终端,通过中继卫星传到地面,便于科研人员开展后续研究。

问天实验舱上还有一套通信网,主要用作平台数据管理、完成图像传输和天地间通话等,“天宫课堂”的图像和话音数据就是通过通信网下传的。通信网和载荷网都是空间站信息系统的重要组成部分,这些网络按照功能的区分,分层、分类设计,既互相隔离、又有机融合,极大地保障了数据传输的安全性和可靠性。

“天宫课堂”的精彩由他们共同守护

航天科技集团五院研制团队精心安排、提前部署,开展了多次全流程模拟,验证平台的支持能力与航天员授课的保障接口。空间站各个分系统大力协同、密切配合,保障了本次太空授课任务的圆满完成。

总体和GNC分系统通过联合分析,确定了空间站组合体“L”构型的飞行姿态,并保障姿态控制精度。在天上,通过控制力矩陀螺对整站姿态进行精确控制;在地面上,提前进行仿真验证和推演,保证空间站姿态的稳定,保障平台测控覆盖率,实现稳定运行。除此之外,数管分系统将采集到的数据等及时传输给地面,仪表与照明分系统为课堂提供环境照明,热控分系统让舱内始终温度适宜,总体电路分系统保障着授课全程供配电正常……

值得一提的是,航天科技集团五院研制团队还参与设计了毛细效应、水球变“懒”、会调头的扳手三个有趣的实验,并为实验配备了三个既好用又轻便的教具——T字形扳手、毛细装置和水球振荡试验装置。其中,T字形扳手符合人体工程学的设计,保证了使用时的手感;毛细装置由毛细管、支架、培养皿组成,整个装置质量轻、可视性好;水球振荡试验装置由固水环和钢球组成,装置的结构设计与材料选用均以重量轻、强度高、易于使用为目标,满足授课使用要求。

据介绍,随着梦天实验舱的发射,中国空间站即将完成组装建造任务,届时中国空间站的空间更大、测控覆盖率更高、保障支持能力更强,将会具备更多的实验资源、空间资源、保障资源,对太空授课的支持能力会更强。

【责任编辑:胡晓珊】
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