中國空間站“T”字基本構型效果圖。中國航天科技集團八院供圖

　　漫畫策劃：火箭青年可視化協同創新融合實驗（邱晨輝 董佳瑩 錢航）

　　10月31日，我國在文昌航天發射場成功將空間站基本構型最後一個(ge) 艙體(ti) ——夢天實驗艙送入太空，實驗艙順利進入預定軌道，發射任務獲得圓滿成功。

　　不到兩(liang) 年時間，中國空間站三大艙體(ti) ——天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙，陸續飛向太空，三者即將形成空間站“T”字基本構型，建成國家太空實驗室，舉(ju) 世矚目。

　　天宮，亦名紫薇宮，是中國神話傳(chuan) 說中天帝居住的宮殿。九重天之上，仙島林立、氣象萬(wan) 千。如今，中國人就要將其變為(wei) 現實：在浩瀚星空與(yu) 藍色地球之間，“天宮”緩緩飛行，中華兒(er) 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(liang) 廳”的新世界。

　　“夢工場”解鎖出艙新體(ti) 驗

　　此次發射的夢天實驗艙，是我國空間站建造階段的第二個(ge) 實驗艙。先後發射的“問天”和“夢天”，看起來就像是孿生兄弟一般，它們(men) 之間到底有什麽(me) 不同？夢天實驗艙又有哪些驚豔之處呢？

　　中國航天科技集團八院空間站係統副總師柏合民介紹，夢天實驗艙的艙體(ti) 全長17.88米，直徑4.2米，發射質量約23噸，“夢天和問天兩(liang) 個(ge) 實驗艙‘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(liang) 兄弟’的工作艙和資源艙的造型幾乎別無二致。”

　　具體(ti) 來看，兩(liang) 者的工作艙都位於(yu) 最內(nei) 側(ce) ，通過對接機構與(yu) 核心艙的節點艙相連。作為(wei) 航天員在太空工作生活的主要區域，“問天”與(yu) “夢天”的工作艙內(nei) ，均安裝了多台科學實驗機櫃。不過，在開展空間科學實驗方麵，“兩(liang) 兄弟”的能力和責任卻各有側(ce) 重。

　　“從(cong) 對人的支持來講，夢天實驗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、衛生區。但三個(ge) 艙段均配置有航天員的鍛煉設備，夢天艙配置的是抗阻鍛煉設備，類似健身房的劃船機。”柏合民說。

　　據他介紹，問天實驗艙主要麵向空間生命科學研究，配置了生命生態、生物技術和變重力科學等實驗櫃；夢天實驗艙則主要麵向微重力科學研究，配置了流體(ti) 物理、材料科學、燃燒科學、基礎物理以及航天技術試驗等多學科方向的實驗櫃。位於(yu) 艙體(ti) 尾端的資源艙，是夢天實驗艙的“能源倉(cang) 庫”，資源艙上安裝的兩(liang) 副巨大太陽翼，可通過持續旋轉、穩定對日為(wei) 空間站提供充足的能源支持。

　　那麽(me) ，如何從(cong) 外形上快速辨認出“兩(liang) 兄弟”呢？柏合民說，主要還是在於(yu) 工作艙與(yu) 資源艙的中間部分，也就是氣閘艙的獨特構型上。問天實驗艙采用“外方內(nei) 圓”的視覺效果，圓柱形氣閘艙外有個(ge) 方形的外殼；而在夢天實驗艙的相同位置，則采用了“艙中艙”設計，這讓夢天實驗艙的體(ti) 型看起來更加渾圓、流暢。

　　除了“身材”略有差異，“兩(liang) 兄弟”的氣閘艙還各懷絕技。問天實驗艙的氣閘艙主要作為(wei) 航天員出艙的主要通道；而夢天實驗艙的氣閘艙，則是一個(ge) 專(zhuan) 供貨物進出的重要樞紐。

　　“更形象地來說，如果將問天實驗艙的氣閘艙比作‘國際機場’，那麽(me) 夢天實驗艙的氣閘艙就像是一座‘國際貨運港口’，承擔著空間站貨物、載荷等進出艙的任務，是空間站一項重要的能力創新。”柏合民說。

　　此前，我國在艙外開展科學試驗，需要航天員出艙進行安裝作業(ye) ，但這種方式會(hui) 受到航天員出艙次數、載荷數量與(yu) 大小的限製。因此，夢天實驗艙所獨具的載荷自動進出艙功能，將進一步提高空間站進行艙外載荷實（試）驗的能力和效率。在夢天實驗艙內(nei) ，配置了一台載荷轉移機構，可以穩定地執行將貨物從(cong) 艙內(nei) 送出艙外，或將艙外貨物運至艙內(nei) 的任務。

　　柏合民介紹，載荷轉移機構的運送能力能達到400公斤，單次運送貨物包絡可以達到1.15米×1.2米×0.9米，為(wei) 貨物進出打造了一條寬闊的通路。

　　“這與(yu) 航天員‘帶貨出艙’的方式相比，貨物出艙能力得到了進一步提升，還為(wei) 在軌工作生活的航天員‘減負’，以便他們(men) 將更多的時間精力用於(yu) 開展艙內(nei) 各項科學實驗活動。”柏合民說。

　　他告訴中青報·中青網記者，立足“建站為(wei) 應用”的宗旨，夢天實驗艙在軌組裝完成後，將與(yu) 空間站其他兩(liang) 艙實現控製、能源、信息、環境等功能的並網管理，共同支持空間站開展更大規模的空間研究實驗和新技術試驗，打造空間技術應用研究“夢工場”，推動我國空間科學研究與(yu) 應用邁向世界領先水平。

　　三型“翅膀”逐日向陽

　　隨著夢天實驗艙發射成功，中國空間站“T”字構型即將亮相於(yu) 世人。其最醒目的標誌，非空間站配置的大大小小不同的太陽翼莫屬了。

　　鮮為(wei) 人知的是，助力我國空間站遨遊太空的，是三種不同的“翅膀”：神舟載人飛船采用剛性太陽翼，天舟貨運飛船采用半剛性太陽翼，核心艙和兩(liang) 個(ge) 實驗艙采用柔性太陽翼，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營的“能源擔當”。

　　中國航天科技集團八院空間站型號副總師王治易介紹，從(cong) 1992年中國載人航天工程立項開始，八院便致力於(yu) 為(wei) 航天器打造穩定可靠的“翅膀”，截至目前，已經有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(wei) 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、醫學等各類科學儀(yi) 器需要工作，航天員的日常生活也離不開能源。傳(chuan) 統的剛性、半剛性太陽電池翼因其體(ti) 積、重量、功率等因素的限製無法滿足這一需求，而柔性翼體(ti) 積小、展開麵積大、功率重量比高，比如實驗艙柔性翼全部收攏後厚度隻有18厘米，與(yu) 一部手機的長度相當，僅(jin) 為(wei) 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(wei) 我國空間站打造的首個(ge) 大麵積可展收柔性太陽翼。

　　“核心艙單個(ge) 太陽翼展開的麵積，相當於(yu) 一個(ge) 標準單打羽毛球場的大小，可以提供9千瓦的電能。”王治易說。

　　2022年，問天實驗艙和夢天實驗艙陸續成功發射，它們(men) 各配備了2套大型柔性太陽電池翼，單套太陽翼展開麵積達到138平方米，單個(ge) 功率高達18千瓦，4個(ge) 這樣的太陽電池翼就能提供空間站建成後三艙組合體(ti) 80%的能量。

　　值得一提的是，傳(chuan) 統剛性、半剛性太陽翼都是一次展開，在短短十幾秒內(nei) 就完成所有動作；而大型柔性太陽電池翼卻首創了“二次展開”技術，整個(ge) 過程持續80分鍾，這是為(wei) 了確保交會(hui) 對接這一關(guan) 鍵動作的絕對安全。

　　以夢天實驗艙的太陽翼為(wei) 例，交會(hui) 對接過程中兩(liang) 個(ge) 數十噸級的航天器，以約7.9公裏/秒的速度運動，需要精準地控製它們(men) 的位置、速度、姿態，才能保證可靠的對接，稍有偏差，航天器就會(hui) 發生碰撞。

　　“如果太陽電池翼完全展開，實驗艙就好比兩(liang) 隻手各持一麵巨大的帆，微小的抖動，都會(hui) 導致實驗艙的速度、相對位置和飛行姿態的控製精度嚴(yan) 重下降，控製難度指數級增加。”王治易說。

　　也因此，設計團隊突破了“二次展開”的關(guan) 鍵技術，在實驗艙發射後的獨立飛行階段，柔性太陽電池翼首先展開一部分電池板以滿足實驗艙能量需求；在對接完成後，再次完成全展開，建立完整的能源係統。

　　王治易表示，在整個(ge) 展開過程中，數節伸展機構依次向外推出，帶動太陽翼向外展開，像是一架被緩緩拉開的手風琴，在宇宙中奏響它的美妙樂(le) 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裝置。中國航天科技集團八院空間站夢天實驗艙總體(ti) 副主任設計師孟瑤介紹，這些裝置在夢天艙上作用不一，無論是太空智能家居的實現應用，還是諸多科學裝置的搭載使用，它們(men) 一道勾畫著中國空間站的未來。

　　比如，待三艙合一後，空間站將升級為(wei) “三室兩(liang) 廳”，豪華的房子需要智能家居來匹配。夢天實驗艙搭載的話音設備，可以與(yu) 核心艙、問天實驗艙、載人飛船、貨運飛船組建多艙段語音傳(chuan) 輸係統。不管航天員在“三室兩(liang) 廳”的何處，高效便捷的話音設備都能讓他們(men) 實時對話，按需群聊、私聊。

　　孟瑤介紹，多場景暢聊無阻無卡頓，離不開話音設備配備的12個(ge) 軟件。實時處理近30路鏈路數據，精準設定單個(ge) 或多個(ge) 通話對象，讓航天員在太空家園的各個(ge) 角落，“站”裏“站”外，都可以邊聽音樂(le) 邊聊天；利用空間站WiFi可以無線聊天，堪比語音通話，多艙段、多鏈路實時語音技術，讓太空與(yu) 地球實現了通話自由。

　　“三艙合一，使得空間站的高速通信設備增加到了3台，從(cong) ‘單打獨鬥’變為(wei) ‘互為(wei) 備份’，再到‘鐵三角隊形’。空間站的數據處理和傳(chuan) 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驗艙是交叉的南北高架，那麽(me) 組隊後的夢天試驗艙，三台高速通信機的公路配置，可以說組成了高速公路網絡，不但路麵寬、路基好，而且道路網絡四通八達，上下匝道分配合理，交通指揮安全科學，即使一台機器失效，另外兩(liang) 台都可接力續航、協同工作，從(cong) 而實現空間站數據傳(chuan) 輸的高可靠性。

　　此外，夢天艙應用了X射線透射成像係統，作為(wei) 空間站材料實時觀察實驗主載荷，該係統也是世界第一台在載人航天器中使用X射線透射成像原理進行實驗的科學裝置。孟瑤介紹，它將在資源與(yu) 空間受限的情況下，實現X射線的完全屏蔽，是具有曆史意義(yi) 的科學裝置。

　　夢天實驗艙還為(wei) 立方星、微衛星等實現“太空旅遊”提供了“VIP包廂”，這就是微小飛行器釋放機構。有了這個(ge) 機構，我國空間站可化身為(wei) “太空驛站”，為(wei) 立方星、微衛星的釋放提供最前沿的出發地。

　　通常情況下，釋放機構以組件形式收納在艙內(nei) ，當需要執行釋放小衛星任務時，航天員可以按照立方星的規格進行在軌組裝。“包廂”單次最大載客量為(wei) 36U立方星或百公斤級微衛星。立方星安裝完成後，“包廂”搭乘載荷轉移機構轉移到艙外。

　　隨後，艙外機械臂抓取釋放機構，並調整釋放機構的姿態，當轉移到立方星或微衛星的發射方向時，釋放機構就像彈弓一樣，把小衛星依次以規定的速度彈射出去，讓衛星既穩當、又安全地開始太空旅程。

　　柏合民說，夢天實驗艙的發射成功，是航天係統工程規律的又一成功應用。研製時的萬(wan) 千試驗磨煉，入軌前後層出不窮黑科技保障，未來運行後先進的科學實驗儀(yi) 器，這些都一同造就了“夢天”。

　　從(cong) “天和”到“問天”，從(cong) “問天”到“夢天”，頭頂的那片天上，中國有了屬於(yu) 自己的定居所。

　　中青報·中青網記者 邱晨輝 來源：中國青年報