10月12日下午，“天宮課堂”第三課在中國空間站開講，神舟十四號飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲面向廣大青少年進行了精彩的太空授課，來自全國的中小學(xué)生共同觀看了這一堂生動的太空科普課。

雖然“太空教師”們處于距地面400公里的中國空間站，但在天地連線中，這堂課畫面圖像清晰、語音清脆響亮，三名航天員也能清楚地看到地面課堂內(nèi)孩子們的一舉一動，進行實時課堂互動。在“天”與“地”順暢連通的背后，五院抓總研制的空間站系統(tǒng)發(fā)揮著重要的保障作用。

太空授課首次在問天實驗艙進行

“太空探索永無止境，同學(xué)們好！”航天員陳冬親切的開場白，拉開了本次“天宮課堂”的序幕。此次太空授課的第一個環(huán)節(jié)，就是向同學(xué)們介紹全新的“太空教室”——問天實驗艙。通過鏡頭，神舟十四號航天員乘組帶著孩子們參觀了問天實驗艙，對工作生活場景進行了展示，并介紹了問天實驗艙所搭載的實驗柜等設(shè)施設(shè)備。

相比于上一個“太空教室”天和核心艙，問天實驗艙擁有更大的教學(xué)空間。由五院抓總研制的問天實驗艙是全世界現(xiàn)役最大單體載人航天器，艙內(nèi)空間較大，能為航天員的工作和生活提供更大的空間。同時，在平臺功能的定位上，問天實驗艙與天和核心艙互為備份，關(guān)鍵平臺功能一致，具備空間站組合體統(tǒng)一管理和控制能力，能很好地支持航天員在軌駐留、開展密封艙內(nèi)、艙外科學(xué)實驗和技術(shù)試驗和太空授課等任務(wù)。

問天實驗艙不僅僅是空間站上的第二個“太空教室”，更是空間站的重要保障，讓中國空間站的在軌運行風(fēng)險更加可控，在軌長壽命運行更加可靠。

兩艙接力測控讓“太空天路”無縫銜接

“天宮課堂”的順利進行，離不開空間站上的測控與通信分系統(tǒng)。測控與通信分系統(tǒng)的第一個作用，就是為太空授課配備了圖像話音的采集和通信設(shè)備，這些設(shè)備能夠采集下航天員授課的畫面和聲音，讓課堂實況能被記錄下來，并通過通信設(shè)備傳達到地面。第二個作用是提供天地鏈路的保障，太空中采集到的課堂畫面和聲音通過天鏈中繼系統(tǒng)和中繼終端產(chǎn)品搭建起來的“太空天路”傳輸?shù)降孛?，地面上拍攝到同學(xué)們的反應(yīng)也能實時傳輸?shù)娇臻g站，實現(xiàn)雙向傳輸。

由于當(dāng)前天和核心艙和問天實驗艙處于“L”構(gòu)型，在飛行姿態(tài)的約束下，本次太空授課期間的測控由兩個艙段接力完成，實現(xiàn)了“太空天路”無縫銜接。測控團隊特別設(shè)計了一體化的“數(shù)據(jù)代傳”的飛行程序：授課的前半段由問天實驗艙跟蹤中繼衛(wèi)星，后半段由天和核心艙跟蹤另一顆中繼衛(wèi)星，而在中間兩艙同時跟蹤不同中繼衛(wèi)星的階段，通過數(shù)據(jù)代傳讓兩艙實現(xiàn)信息并網(wǎng)連通，完成“無縫接力”，從而實現(xiàn)了連續(xù)測控，保障太空授課的順利進行。此次太空授課中采用兩艙接力測控的方式，充分體現(xiàn)了空間站整站設(shè)計“1+1=1”的特點，是中國空間站有機融合運行的一個有效例證。

空間站組合體“L”構(gòu)型

載荷網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸搭建“高速公路”

課上，三位航天員向同學(xué)們展示了問天實驗艙內(nèi)的生命生態(tài)實驗柜、生物技術(shù)實驗柜和變重力實驗柜等設(shè)施設(shè)備。事實上，問天實驗艙裝載了8個實驗柜、22個艙外載荷適配器，就像是把一個大型科學(xué)實驗室搬到了太空。

由實驗柜采集到的數(shù)據(jù)不僅數(shù)據(jù)量巨大，而且許多都需要實時傳輸，這就對通信傳輸能力提出了更高的要求。研制團隊用光纖在艙內(nèi)打造了一個帶寬更大、速率更快的局域網(wǎng)，即載荷網(wǎng)。大量的實驗數(shù)據(jù)通過載荷網(wǎng)匯集到艙上的中繼天線終端，通過中繼衛(wèi)星傳到地面，便于科研人員開展后續(xù)研究。

實際上，問天實驗艙上還有一套通信網(wǎng)，主要用作平臺數(shù)據(jù)管理、完成圖像傳輸和天地間通話等，“天宮課堂”的圖像和話音數(shù)據(jù)就是通過通信網(wǎng)下傳的。通信網(wǎng)和載荷網(wǎng)都是空間站信息系統(tǒng)的重要組成部分，這些網(wǎng)絡(luò)按照功能的區(qū)分，分層、分類設(shè)計，既互相隔離、又有機融合，極大地保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/p>

“天宮課堂”的精彩由他們共同守護

五院研制團隊精心安排、提前部署，開展了多次全流程模擬，驗證平臺的支持能力與航天員授課的保障接口?？臻g站各個分系統(tǒng)大力協(xié)同、密切配合，保障了本次太空授課任務(wù)的圓滿完成。

總體和GNC分系統(tǒng)通過聯(lián)合分析，確定了空間站組合體“L”構(gòu)型的飛行姿態(tài)，并保障姿態(tài)控制精度。在天上，通過控制力矩陀螺對整站姿態(tài)進行精確控制；在地面上，提前進行仿真驗證和推演，保證空間站姿態(tài)的穩(wěn)定，保障平臺測控覆蓋率，實現(xiàn)穩(wěn)定運行。除此之外，數(shù)管分系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)等及時傳輸給地面，儀表與照明分系統(tǒng)為課堂提供環(huán)境照明，熱控分系統(tǒng)讓艙內(nèi)始終溫度適宜，總體電路分系統(tǒng)保障著授課全程供配電正常……

值得一提的是，五院研制團隊還參與設(shè)計了毛細效應(yīng)、水球變“懶”、會調(diào)頭的扳手三個有趣的實驗，并為實驗配備了三個既好用又輕便的教具——毛細裝置、水球振蕩試驗裝置和T字形扳手。其中，毛細裝置由毛細管、支架、培養(yǎng)皿組成，整個裝置質(zhì)量輕、可視性好；水球振蕩試驗裝置由固水環(huán)和鋼球組成，裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料選用均以重量輕、強度高、易于使用為目標，滿足授課使用要求；T字形扳手符合人體工程學(xué)的設(shè)計，保證了使用時的手感。

隨著夢天實驗艙的發(fā)射，中國空間站即將完成組裝建造任務(wù)，屆時中國空間站的空間更大、測控覆蓋率更高、保障支持能力更強，將會具備更多的實驗資源、空間資源、保障資源，對太空授課的支持能力會更強。相信后續(xù)的“天宮課堂”將會越來越精彩，讓我們拭目以待！