天宮空間站——太空閃耀中國(guó)智慧

　　制圖：趙偲汝

　　9月17日，神舟十二號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸，執(zhí)行飛行任務(wù)的3名航天員順利出艙。此前，他們?cè)诳臻g站組合體工作生活了90天。今年4月29日，中國(guó)空間站首個(gè)航天器——天和核心艙從海南文昌發(fā)射場(chǎng)發(fā)射入軌。核心艙的成功發(fā)射，標(biāo)志著我國(guó)正式拉開(kāi)空間站建造的大幕，中國(guó)載人航天進(jìn)入“空間站時(shí)代”。

　　天和核心艙發(fā)射任務(wù)成功，習(xí)近平總書(shū)記在賀電中指出，建造空間站、建成國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略的重要目標(biāo)，是建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)、航天強(qiáng)國(guó)的重要引領(lǐng)性工程。

　　開(kāi)啟中國(guó)載人航天“空間站時(shí)代”

　　中國(guó)空間站名為“天宮”，是一個(gè)長(zhǎng)期在近地軌道運(yùn)行的空間實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)極具中國(guó)韻味的名字，不僅蘊(yùn)含了希望航天員在太空工作生活得更為舒適的愿望，更寄寓著中國(guó)人遨游太空的浪漫情懷和不懈探索的精神。

　　“天宮”由天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙三艙組成，提供三個(gè)對(duì)接口，支持載人飛船、貨運(yùn)飛船及其他來(lái)訪航天器的對(duì)接和?？?。它運(yùn)行在高度340公里至450公里的近圓軌道，約每90分鐘繞地球一周。在客觀條件允許的情況下，人們?cè)诘厍蛏峡梢酝ㄟ^(guò)觀測(cè)設(shè)備一睹其“芳容”。三艙組合體質(zhì)量約68.5噸，額定乘員3人，乘員輪換期間短期可達(dá)6人。組建完成后，空間站設(shè)計(jì)壽命為在軌運(yùn)行不小于10年，具有通過(guò)維護(hù)維修延長(zhǎng)使用壽命的能力，并具備一定擴(kuò)展能力。

　　中國(guó)空間站建造分為三個(gè)階段：空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段、組裝建造階段和運(yùn)營(yíng)階段。在關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段，發(fā)射試驗(yàn)核心艙、載人飛船和貨運(yùn)飛船，對(duì)推進(jìn)劑補(bǔ)加、機(jī)械臂、在軌組裝建造、航天員出艙活動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行飛行驗(yàn)證和評(píng)估，對(duì)核心艙功能和長(zhǎng)期駐留功能進(jìn)行考核。在組裝建造階段，分別發(fā)射問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，并與核心艙在軌交會(huì)對(duì)接，完成空間站建造。其間發(fā)射神舟載人飛船和貨運(yùn)飛船，支持完成建造任務(wù)，同步開(kāi)展科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)。建造任務(wù)完成后，空間站進(jìn)入長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)階段。航天員乘組將分批進(jìn)駐空間站工作，開(kāi)展科學(xué)技術(shù)研究和探索活動(dòng)。

　　突破關(guān)鍵技術(shù)，中國(guó)航天實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)足進(jìn)步

　　1992年9月21日，中央正式批準(zhǔn)實(shí)施載人航天工程，確立了“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。在“第一步”載人飛船階段和“第二步”空間實(shí)驗(yàn)室階段，我國(guó)先后突破了載人安全天地往返、交會(huì)對(duì)接、出艙活動(dòng)、組合體控制、推進(jìn)劑補(bǔ)加等空間站建造和運(yùn)營(yíng)所需關(guān)鍵技術(shù)，為我國(guó)載人航天“第三步”——建造長(zhǎng)期在軌飛行的載人空間站，打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　我國(guó)空間站自2010年立項(xiàng)，提出“獨(dú)立自主、創(chuàng)新引領(lǐng)、體系保障、規(guī)模適度、留有發(fā)展空間”的符合我國(guó)空間站發(fā)展的研制模式，通過(guò)2年多論證，確定了三艙段基本構(gòu)型方案。核心艙居中，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙永久停泊于核心艙節(jié)點(diǎn)艙的兩側(cè)，載人飛船對(duì)接于核心艙的前向和徑向，貨運(yùn)飛船對(duì)接于核心艙的后向。

　　天和核心艙是空間站運(yùn)營(yíng)管理和控制中心，可完成與實(shí)驗(yàn)艙、載人飛船、貨運(yùn)飛船等航天器的交會(huì)對(duì)接和?？?，保障航天員長(zhǎng)期駐留和開(kāi)展出艙活動(dòng)。問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙備份核心艙部分關(guān)鍵功能，在核心艙出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，接替核心艙完成對(duì)空間站的運(yùn)行管理和控制，相當(dāng)于核心艙的“替補(bǔ)”；此外，它還配備出艙活動(dòng)專用氣閘艙，可開(kāi)展密封艙內(nèi)及艙外載荷實(shí)驗(yàn)。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙用于開(kāi)展密封艙內(nèi)和艙外載荷試驗(yàn)，配置貨物氣閘艙用于釋放載荷、支持設(shè)備進(jìn)出艙。

　　“天宮”三艙均由長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭發(fā)射入軌，每個(gè)艙段均具備獨(dú)立飛行能力，通過(guò)在軌交會(huì)對(duì)接與轉(zhuǎn)位完成空間站在軌組裝建造?？臻g站構(gòu)型為“T”字構(gòu)型，三艙類似積木對(duì)接在一起，這種構(gòu)型避免了艙體遮擋太陽(yáng)翼影響其發(fā)電效率?？臻g站建成后，由載人飛船完成乘組的天地往返運(yùn)輸，貨運(yùn)飛船完成物資補(bǔ)給、實(shí)驗(yàn)儀器的上行和廢棄物的下行銷毀。

　　此外，中國(guó)空間站還具備一系列其他先進(jìn)技術(shù)。

　　在環(huán)境控制和生命保障方面采用物化再生生保技術(shù)。包括電解制氧、再生式二氧化碳去除、冷凝水收集與處理、尿液收集與處理等，實(shí)現(xiàn)資源再生利用，大幅減少水資源和氧氣的上行補(bǔ)給量，減輕貨運(yùn)飛船的運(yùn)輸“負(fù)擔(dān)”，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

　　采用先進(jìn)信息技術(shù)構(gòu)建空間站信息系統(tǒng)?；诰W(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行空間站各艙段及來(lái)訪航天器的信息管理與共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)各艙段和航天器信息的融合管理與功能重構(gòu)?？臻g站配置無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)，提高了航天員工作生活的通信保障和對(duì)整站狀態(tài)的感知能力。在“天宮”里，航天員使用“手機(jī)”便可以了解各設(shè)備信息并進(jìn)行操控，甚至與地面上的家人們通話。這樣的智能化場(chǎng)景，與人們熟悉的智能家居有異曲同工之妙。

　　航天員駐留適居性大幅提高。空間站所提供的工作生活區(qū)域約50立方米，配置有飲水就餐、排泄物和生活垃圾收集處理、醫(yī)學(xué)檢查與監(jiān)測(cè)、在軌鍛煉等設(shè)施，采用降噪與隔音設(shè)計(jì)以降低艙內(nèi)噪音，為航天員提供舒適、便利的生活環(huán)境，采用更可靠、自動(dòng)化程度高的顯示、照明、報(bào)警和天地通信設(shè)施。這些設(shè)施和空間的拓展，體現(xiàn)出中國(guó)航天技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步。

　　另外，空間站支持2名航天員同時(shí)出艙，配置大型和小型機(jī)械臂各1個(gè)。借助這些設(shè)施，神舟十二號(hào)航天員乘組順利完成兩次出艙任務(wù)。

　　建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)、航天強(qiáng)國(guó)的重要引領(lǐng)性工程

　　今后，天宮空間站將為我國(guó)乃至全球科學(xué)家提供先進(jìn)的空間科學(xué)技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為人類和平利用太空作出開(kāi)拓性貢獻(xiàn)。

　　天宮空間站可作為“太空母港”，為多個(gè)載人航天器提供?？亢头?wù)，為后續(xù)發(fā)射的巡天空間望遠(yuǎn)鏡提供?？?、推進(jìn)劑補(bǔ)給、設(shè)備維護(hù)維修服務(wù)，充分發(fā)揮人在太空的優(yōu)勢(shì)，拓展空間站和航天員對(duì)高價(jià)值空間設(shè)施實(shí)施在軌服務(wù)的領(lǐng)域。

　　另外，利用機(jī)械臂操作能力，以及配置三維打印等手段，支持在軌制造、大型設(shè)備在軌安裝和空間設(shè)施在軌建造。

　　天宮空間站具有艙段擴(kuò)展、能源擴(kuò)展、艙外實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展能力。艙段擴(kuò)展時(shí)，需要發(fā)射一個(gè)帶有節(jié)點(diǎn)艙的新艙段，利用增加的對(duì)接口，再進(jìn)行艙段擴(kuò)展，最大可實(shí)現(xiàn)180噸級(jí)組合體在軌飛行。組合體建造期間，首先將受遮擋的核心艙太陽(yáng)電池翼，轉(zhuǎn)移安裝在問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的尾部桁架上，實(shí)現(xiàn)能源的拓展，按需“變形”。天宮空間站的擴(kuò)展能力為運(yùn)營(yíng)階段空間科學(xué)和技術(shù)的新需求預(yù)留了發(fā)展空間，也為開(kāi)展國(guó)際合作，進(jìn)一步提高空間站應(yīng)用效益提供舞臺(tái)。

　　空間站可作為基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和空間技術(shù)研究和驗(yàn)證平臺(tái)。比如開(kāi)展微重力和復(fù)雜空間環(huán)境下的物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等學(xué)科研究與實(shí)驗(yàn)，以及空間能源傳輸、大數(shù)據(jù)在航天器運(yùn)營(yíng)與自主診斷等航天新技術(shù)的研究，提升我國(guó)科技水平，促進(jìn)我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新。

　　除此之外，還可以利用空間站開(kāi)展航天科普教育和對(duì)外合作。比如開(kāi)通天地科普課堂，讓中小學(xué)生參與到空間站的應(yīng)用與研究活動(dòng)，增強(qiáng)青少年科技參與度，提高公眾航天知識(shí)和興趣。亦或開(kāi)展空間碎片監(jiān)測(cè)、減緩和防護(hù)，長(zhǎng)期在軌駐留醫(yī)學(xué)防護(hù)等技術(shù)合作，擴(kuò)大我國(guó)在國(guó)際航天領(lǐng)域的影響力。

　　廣大航天工作者將繼續(xù)傳承發(fā)揚(yáng)“兩彈一星”精神、載人航天精神，自立自強(qiáng)、創(chuàng)新超越，為中國(guó)航天事業(yè)接續(xù)奮斗。

　　（作者為中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司科技委主任）