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全球首个充气式活动太空舱成功展开及其影响分析

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上海航天信息研究所王燕

2016年4月8日，全球首个由商业公司研制的太空舱“比奇洛充气式活动太空舱”(BEAM)由太空探索技术公司(SpaceX)猎鹰9全推力型火箭发射升空。4月10日，该舱抵达国际空间站。4月16日，该舱与国际空间站宁静号节点舱成功对接。5月26日进行了首次全尺寸展开的尝试，但其长度和直径仅展开了数厘米，首次展开遭遇失败。5月28日，美国国家航空航天局(NASA)宇航员杰夫·威廉姆斯与地面团队历时7个半小时的操作，终于成功完成了BEAM的全尺寸展开及增压。之后，它将进行为期两年的在轨试验，验证商业充气式太空舱的结构、热防护和防辐射等性能，为后续任务提供基础数据。至此，BEAM成为全球首个与国际空间站对接并成功展开的充气式活动太空舱。本文将回顾本次事件进展，追溯比奇洛宇航公司充气式居住舱的研制历程，分析充气式太空舱对美国未来载人深空探测的影响。

一、事件回顾

1．发射阶段

2016年4月8日，猎鹰9火箭在卡纳维拉尔角发射升空。执行此次发射任务的是太空探索技术公司的猎鹰9全推力型火箭。这是猎鹰9全推力型火箭第三次飞行以及“龙”飞船的第10次载货飞行和第8次商业补给服务（CRS-8）。

猎鹰9火箭起飞后约2分34秒，火箭一子级分离；10分30秒“龙”飞船与二子级分离；12分钟后，“龙”飞船太阳帆板展开；2小时20分，“龙”飞船制导、导航与控制系统开始工作。4月10日，“龙”飞船抵达国际空间站，在“加拿大机械臂”2操作下与和谐号节点舱对接。4月16日，英国宇航员操作“加拿大机械臂”2，将BEAM从“龙”飞船底部的非增压舱取出，并完成了与宁静号节点舱的对接。

在此次商业货运补给任务中，“龙”飞船共携带了3136千克货物，其中包括1723千克增压货物，以及1413千克非增压货物（包括BEAM）。

CRS-8原计划于2015年9月发射，但由于2015年6月猎鹰9执行CRS-7任务时发射失败，导致CRS-8任务推迟发射。

2．第一次展开

5月26日，NASA团队开始对BEAM首次进行充气。宇航员威廉姆斯首先检查了密封性，并且安装了硬件，对充气过程进行监测。在2个小时的充气过程中，威廉姆斯非常谨慎地每隔几秒向其充气。按照原定计划，如果充气成功，宇航员将于6月2日进入BEAM内部进行测试。NASA对整个过程进行了全程直播。

然而，在进行了2小时的充气之后，BEAM的长度和直径仅展开了数厘米，NASA地面团队当即决定停止此次充气。NASA与比奇洛宇航公司共同研究了这一问题，并彻夜监控BEAM的结构变化。

5月27日下午，NASA与比奇洛宇航公司共同召开了电话会议，公布了此次失败的原因。地面团队研究表明，此次充气失败并非由于BEAM内部压力过大造成，而是由于BEAM折叠材料之间存在超出预期的摩擦力所致。如前所述，由于CRS-8任务推迟了8个月发射，导致了BEAM不得不在折叠压缩状态下存放了15个月之久，而原计划只有5个月。这种柔性织物材料压缩时间越长，材料恢复弹性所需的时间就越长。此外，在真空环境下，柔性材料的摩擦力更大，也无疑增加了充气的难度。因此，在第一次尝试充气的过程中，BEAM仅能部分展开。

3．第二次展开

美国东部时间5月28日上午9点04分，NASA开始对BEAM进行第二次展开操作。在地面团队的配合下，威廉姆斯25次打开充气阀进行充气，每次充气时间仅为数秒，累计充气时长为2分27秒。在每一次的充气过程中，飞控团队都必须仔细监控太空舱内部压力。每两次充气之间，必须留出充足的时间让太空舱稳定地展开。28日下午4点10分左右，经过长达7个多小时的努力之后，BEAM的长度达到1.7米，直径增加到3.23米。此时，国际空间站正运行在南太平洋405千米上空。

美国东部时间下午4点34分，开始对太空舱进行加压，10分钟后，8个增压罐完成了对太空舱的加压，BEAM内部气压逐步升高至与国际空间站其他舱段的相同。在完成增压操作之后，BEAM达到了全尺寸展开状态，由折叠状态下2.13米长、2.36米直径，展开至3.96米长、3.2米直径，容积16立方米，质量约1400千克（注：与比奇洛公司官方公布数据略有差异）。

在接下来一周内，对BEAM进行了密闭性检查，确保结构的坚固性。美国东部时间6月6日上午4点47分左右，威廉姆斯打开BEAM舱门。他和一名俄罗斯宇航员一起进入舱内，在采集气体样本后利用BEAM自带的传感器将数据下行传输。之后，BEAM舱门关闭，等待下一次例行检查任务时再度开启。为了验证BEAM防护系统的性能，宇航员将每年进入舱体内部3～4次，每次持续数小时，获取BEAM在空间热环境下的性能数