中國空間站“T”字基本構(gòu)型效果圖。中國航天科技集團(tuán)八院供圖

　　漫畫策劃：火箭青年可視化協(xié)同創(chuàng)新融合實(shí)驗(yàn)（邱晨輝 董佳瑩 錢航）

　　10月31日，我國在文昌航天發(fā)射場成功將空間站基本構(gòu)型最后一個(gè)艙體——夢天實(shí)驗(yàn)艙送入太空，實(shí)驗(yàn)艙順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。

　　不到兩年時(shí)間，中國空間站三大艙體——天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙、夢天實(shí)驗(yàn)艙，陸續(xù)飛向太空，三者即將形成空間站“T”字基本構(gòu)型，建成國家太空實(shí)驗(yàn)室，舉世矚目。

　　天宮，亦名紫薇宮，是中國神話傳說中天帝居住的宮殿。九重天之上，仙島林立、氣象萬千。如今，中國人就要將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)：在浩瀚星空與藍(lán)色地球之間，“天宮”緩緩飛行，中華兒女漫步太空，自信的身影映照著人類科技的光輝。

　　眼下，隨著中國空間站新居的來訪，航天員將迎來“三室兩廳”的新世界。

　　“夢工場”解鎖出艙新體驗(yàn)

　　此次發(fā)射的夢天實(shí)驗(yàn)艙，是我國空間站建造階段的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)艙。先后發(fā)射的“問天”和“夢天”，看起來就像是孿生兄弟一般，它們之間到底有什么不同？夢天實(shí)驗(yàn)艙又有哪些驚艷之處呢？

　　中國航天科技集團(tuán)八院空間站系統(tǒng)副總師柏合民介紹，夢天實(shí)驗(yàn)艙的艙體全長17.88米，直徑4.2米，發(fā)射質(zhì)量約23噸，“夢天和問天兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙‘長得很像’，在艙段的組成上，都擁有工作艙、氣閘艙和資源艙，特別是‘兩兄弟’的工作艙和資源艙的造型幾乎別無二致?！?/p>

　　具體來看，兩者的工作艙都位于最內(nèi)側(cè)，通過對接機(jī)構(gòu)與核心艙的節(jié)點(diǎn)艙相連。作為航天員在太空工作生活的主要區(qū)域，“問天”與“夢天”的工作艙內(nèi)，均安裝了多臺科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜。不過，在開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，“兩兄弟”的能力和責(zé)任卻各有側(cè)重。

　　“從對人的支持來講，夢天實(shí)驗(yàn)艙的定位是航天員工作的地方，因此沒有配置類似‘天和’‘問天’艙的睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)。但三個(gè)艙段均配置有航天員的鍛煉設(shè)備，夢天艙配置的是抗阻鍛煉設(shè)備，類似健身房的劃船機(jī)?！卑睾厦裾f。

　　據(jù)他介紹，問天實(shí)驗(yàn)艙主要面向空間生命科學(xué)研究，配置了生命生態(tài)、生物技術(shù)和變重力科學(xué)等實(shí)驗(yàn)柜；夢天實(shí)驗(yàn)艙則主要面向微重力科學(xué)研究，配置了流體物理、材料科學(xué)、燃燒科學(xué)、基礎(chǔ)物理以及航天技術(shù)試驗(yàn)等多學(xué)科方向的實(shí)驗(yàn)柜。位于艙體尾端的資源艙，是夢天實(shí)驗(yàn)艙的“能源倉庫”，資源艙上安裝的兩副巨大太陽翼，可通過持續(xù)旋轉(zhuǎn)、穩(wěn)定對日為空間站提供充足的能源支持。

　　那么，如何從外形上快速辨認(rèn)出“兩兄弟”呢？柏合民說，主要還是在于工作艙與資源艙的中間部分，也就是氣閘艙的獨(dú)特構(gòu)型上。問天實(shí)驗(yàn)艙采用“外方內(nèi)圓”的視覺效果，圓柱形氣閘艙外有個(gè)方形的外殼；而在夢天實(shí)驗(yàn)艙的相同位置，則采用了“艙中艙”設(shè)計(jì)，這讓夢天實(shí)驗(yàn)艙的體型看起來更加渾圓、流暢。

　　除了“身材”略有差異，“兩兄弟”的氣閘艙還各懷絕技。問天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙主要作為航天員出艙的主要通道；而夢天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙，則是一個(gè)專供貨物進(jìn)出的重要樞紐。

　　“更形象地來說，如果將問天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙比作‘國際機(jī)場’，那么夢天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙就像是一座‘國際貨運(yùn)港口’，承擔(dān)著空間站貨物、載荷等進(jìn)出艙的任務(wù)，是空間站一項(xiàng)重要的能力創(chuàng)新?！卑睾厦裾f。

　　此前，我國在艙外開展科學(xué)試驗(yàn)，需要航天員出艙進(jìn)行安裝作業(yè)，但這種方式會受到航天員出艙次數(shù)、載荷數(shù)量與大小的限制。因此，夢天實(shí)驗(yàn)艙所獨(dú)具的載荷自動(dòng)進(jìn)出艙功能，將進(jìn)一步提高空間站進(jìn)行艙外載荷實(shí)（試）驗(yàn)的能力和效率。在夢天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，配置了一臺載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，可以穩(wěn)定地執(zhí)行將貨物從艙內(nèi)送出艙外，或?qū)⑴撏庳浳镞\(yùn)至艙內(nèi)的任務(wù)。

　　柏合民介紹，載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)的運(yùn)送能力能達(dá)到400公斤，單次運(yùn)送貨物包絡(luò)可以達(dá)到1.15米×1.2米×0.9米，為貨物進(jìn)出打造了一條寬闊的通路。

　　“這與航天員‘帶貨出艙’的方式相比，貨物出艙能力得到了進(jìn)一步提升，還為在軌工作生活的航天員‘減負(fù)’，以便他們將更多的時(shí)間精力用于開展艙內(nèi)各項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)?！卑睾厦裾f。

　　他告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者，立足“建站為應(yīng)用”的宗旨，夢天實(shí)驗(yàn)艙在軌組裝完成后，將與空間站其他兩艙實(shí)現(xiàn)控制、能源、信息、環(huán)境等功能的并網(wǎng)管理，共同支持空間站開展更大規(guī)模的空間研究實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)試驗(yàn)，打造空間技術(shù)應(yīng)用研究“夢工場”，推動(dòng)我國空間科學(xué)研究與應(yīng)用邁向世界領(lǐng)先水平。

　　三型“翅膀”逐日向陽

　　隨著夢天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射成功，中國空間站“T”字構(gòu)型即將亮相于世人。其最醒目的標(biāo)志，非空間站配置的大大小小不同的太陽翼莫屬了。

　　鮮為人知的是，助力我國空間站遨游太空的，是三種不同的“翅膀”：神舟載人飛船采用剛性太陽翼，天舟貨運(yùn)飛船采用半剛性太陽翼，核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙采用柔性太陽翼，三款不同的太陽電池翼覆蓋了目前我國所有太陽翼的種類，撐起了空間站在軌運(yùn)營的“能源擔(dān)當(dāng)”。

　　中國航天科技集團(tuán)八院空間站型號副總師王治易介紹，從1992年中國載人航天工程立項(xiàng)開始，八院便致力于為航天器打造穩(wěn)定可靠的“翅膀”，截至目前，已經(jīng)有28套剛性太陽翼、8套半剛性太陽翼以及6套柔性太陽翼翱翔太空，為載人航天工程提供源源不斷的能源。

　　他告訴記者，空間站上搭載的天文、地理、生物、醫(yī)學(xué)等各類科學(xué)儀器需要工作，航天員的日常生活也離不開能源。傳統(tǒng)的剛性、半剛性太陽電池翼因其體積、重量、功率等因素的限制無法滿足這一需求，而柔性翼體積小、展開面積大、功率重量比高，比如實(shí)驗(yàn)艙柔性翼全部收攏后厚度只有18厘米，與一部手機(jī)的長度相當(dāng)，僅為剛性太陽翼的1/8。

　　2021年4月，我國空間站的“第一塊積木”天和核心艙率先就位，陽光下熠熠生輝的“天和之翼”抓人眼球，這是為我國空間站打造的首個(gè)大面積可展收柔性太陽翼。

　　“核心艙單個(gè)太陽翼展開的面積，相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單打羽毛球場的大小，可以提供9千瓦的電能?！蓖踔我渍f。

　　2022年，問天實(shí)驗(yàn)艙和夢天實(shí)驗(yàn)艙陸續(xù)成功發(fā)射，它們各配備了2套大型柔性太陽電池翼，單套太陽翼展開面積達(dá)到138平方米，單個(gè)功率高達(dá)18千瓦，4個(gè)這樣的太陽電池翼就能提供空間站建成后三艙組合體80%的能量。

　　值得一提的是，傳統(tǒng)剛性、半剛性太陽翼都是一次展開，在短短十幾秒內(nèi)就完成所有動(dòng)作；而大型柔性太陽電池翼卻首創(chuàng)了“二次展開”技術(shù)，整個(gè)過程持續(xù)80分鐘，這是為了確保交會對接這一關(guān)鍵動(dòng)作的絕對安全。

　　以夢天實(shí)驗(yàn)艙的太陽翼為例，交會對接過程中兩個(gè)數(shù)十噸級的航天器，以約7.9公里/秒的速度運(yùn)動(dòng)，需要精準(zhǔn)地控制它們的位置、速度、姿態(tài)，才能保證可靠的對接，稍有偏差，航天器就會發(fā)生碰撞。

　　“如果太陽電池翼完全展開，實(shí)驗(yàn)艙就好比兩只手各持一面巨大的帆，微小的抖動(dòng)，都會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)艙的速度、相對位置和飛行姿態(tài)的控制精度嚴(yán)重下降，控制難度指數(shù)級增加?！蓖踔我渍f。

　　也因此，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)突破了“二次展開”的關(guān)鍵技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射后的獨(dú)立飛行階段，柔性太陽電池翼首先展開一部分電池板以滿足實(shí)驗(yàn)艙能量需求；在對接完成后，再次完成全展開，建立完整的能源系統(tǒng)。

　　王治易表示，在整個(gè)展開過程中，數(shù)節(jié)伸展機(jī)構(gòu)依次向外推出，帶動(dòng)太陽翼向外展開，像是一架被緩緩拉開的手風(fēng)琴，在宇宙中奏響它的美妙樂章。

　　勾畫中國空間站未來

　　“夢天”啟程太空，還搭載了一些重要的先進(jìn)裝置。中國航天科技集團(tuán)八院空間站夢天實(shí)驗(yàn)艙總體副主任設(shè)計(jì)師孟瑤介紹，這些裝置在夢天艙上作用不一，無論是太空智能家居的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，還是諸多科學(xué)裝置的搭載使用，它們一道勾畫著中國空間站的未來。

　　比如，待三艙合一后，空間站將升級為“三室兩廳”，豪華的房子需要智能家居來匹配。夢天實(shí)驗(yàn)艙搭載的話音設(shè)備，可以與核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙、載人飛船、貨運(yùn)飛船組建多艙段語音傳輸系統(tǒng)。不管航天員在“三室兩廳”的何處，高效便捷的話音設(shè)備都能讓他們實(shí)時(shí)對話，按需群聊、私聊。

　　孟瑤介紹，多場景暢聊無阻無卡頓，離不開話音設(shè)備配備的12個(gè)軟件。實(shí)時(shí)處理近30路鏈路數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)設(shè)定單個(gè)或多個(gè)通話對象，讓航天員在太空家園的各個(gè)角落，“站”里“站”外，都可以邊聽音樂邊聊天；利用空間站W(wǎng)iFi可以無線聊天，堪比語音通話，多艙段、多鏈路實(shí)時(shí)語音技術(shù)，讓太空與地球?qū)崿F(xiàn)了通話自由。

　　“三艙合一，使得空間站的高速通信設(shè)備增加到了3臺，從‘單打獨(dú)斗’變?yōu)椤閭浞荨?，再到‘鐵三角隊(duì)形’?？臻g站的數(shù)據(jù)處理和傳輸能力將再度提高。”孟瑤說。

　　她告訴記者，如果說沒有高速通信的時(shí)代是90年代的水泥馬路，有了高速通信的核心艙是城市快速路，帶上高速通信的問天實(shí)驗(yàn)艙是交叉的南北高架，那么組隊(duì)后的夢天試驗(yàn)艙，三臺高速通信機(jī)的公路配置，可以說組成了高速公路網(wǎng)絡(luò)，不但路面寬、路基好，而且道路網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，上下匝道分配合理，交通指揮安全科學(xué)，即使一臺機(jī)器失效，另外兩臺都可接力續(xù)航、協(xié)同工作，從而實(shí)現(xiàn)空間站數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃浴?/p>

　　此外，夢天艙應(yīng)用了X射線透射成像系統(tǒng)，作為空間站材料實(shí)時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)主載荷，該系統(tǒng)也是世界第一臺在載人航天器中使用X射線透射成像原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的科學(xué)裝置。孟瑤介紹，它將在資源與空間受限的情況下，實(shí)現(xiàn)X射線的完全屏蔽，是具有歷史意義的科學(xué)裝置。

　　夢天實(shí)驗(yàn)艙還為立方星、微衛(wèi)星等實(shí)現(xiàn)“太空旅游”提供了“VIP包廂”，這就是微小飛行器釋放機(jī)構(gòu)。有了這個(gè)機(jī)構(gòu)，我國空間站可化身為“太空驛站”，為立方星、微衛(wèi)星的釋放提供最前沿的出發(fā)地。

　　通常情況下，釋放機(jī)構(gòu)以組件形式收納在艙內(nèi)，當(dāng)需要執(zhí)行釋放小衛(wèi)星任務(wù)時(shí)，航天員可以按照立方星的規(guī)格進(jìn)行在軌組裝。“包廂”單次最大載客量為36U立方星或百公斤級微衛(wèi)星。立方星安裝完成后，“包廂”搭乘載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移到艙外。

　　隨后，艙外機(jī)械臂抓取釋放機(jī)構(gòu)，并調(diào)整釋放機(jī)構(gòu)的姿態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)移到立方星或微衛(wèi)星的發(fā)射方向時(shí)，釋放機(jī)構(gòu)就像彈弓一樣，把小衛(wèi)星依次以規(guī)定的速度彈射出去，讓衛(wèi)星既穩(wěn)當(dāng)、又安全地開始太空旅程。

　　柏合民說，夢天實(shí)驗(yàn)艙的發(fā)射成功，是航天系統(tǒng)工程規(guī)律的又一成功應(yīng)用。研制時(shí)的萬千試驗(yàn)?zāi)挘胲壡昂髮映霾桓F黑科技保障，未來運(yùn)行后先進(jìn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，這些都一同造就了“夢天”。

　　從“天和”到“問天”，從“問天”到“夢天”，頭頂?shù)哪瞧焐?，中國有了屬于自己的定居所?/p>

　　中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來源：中國青年報(bào)